Principi de funcionament de la dosificació en cada etapa de l'operació d'osmosi inversa
Durant el procés d'osmosi inversa, quan la sal insoluble supera el seu límit de saturació, precipitarà de l'aigua concentrada, formarà escala a la superfície de la membrana, reduirà el flux de la membrana RO, augmentarà la pressió de funcionament i la caiguda de pressió i provocarà el producte. deteriorar la qualitat de l'aigua. Aquest fenomen de formació d'una capa de sediment a la superfície de la membrana s'anomena contaminació de la membrana i el resultat de l'encrassement de la membrana és el deteriorament del rendiment del sistema.
Cal pretractar l'aigua bruta abans que entri al sistema de membrana d'osmosi inversa per eliminar els sòlids en suspensió, la matèria orgànica soluble i els components de sal insolubles excessius que poden causar contaminació a la membrana d'osmosi inversa i reduir la tendència a l'encrassement de la membrana. L'objectiu del pretractament de l'aigua afluent és millorar la qualitat de l'aigua afluent i garantir el funcionament fiable de la membrana RO.
L'efecte del pretractament de l'aigua bruta es reflecteix en la reducció del valor absolut d'indicadors de qualitat de l'aigua com TSS, TOC, COD, BOD, LSI i contaminants com ferro, manganès, alumini, silici, bari i estronci.
Un altre indicador important de la qualitat de l'aigua que caracteritza la tendència a la contaminació de la membrana és l'SDI. A més de reduir els indicadors anteriors al rang requerit pel sistema de membrana d'osmosi inversa d'entrada d'aigua mitjançant el pretractament, també és important reduir el SDI tant com sigui possible. El valor de SDI ideal (15 minuts) hauria de ser inferior a 3.
Per tal de millorar el rendiment operatiu del sistema d'osmosi inversa, es poden afegir els següents agents a l'aigua d'entrada: àcid, àlcali, bactericida, inhibidor d'escales i dispersant.
Es poden afegir àcid clorhídric i àcid sulfúric a l'aigua d'entrada per reduir el pH. L'àcid sulfúric és barat, no fuma i corroeix els components metàl·lics circumdants, i la membrana té una taxa d'eliminació més alta dels ions sulfat que els ions clorur, de manera que l'àcid sulfúric s'utilitza més habitualment que l'àcid clorhídric.
L'àcid sulfúric de grau industrial sense altres additius és adequat per a l'osmosi inversa. L'àcid sulfúric comercial té dues especificacions de concentració del 20% i del 93%. El 93% d'àcid sulfúric també s'anomena àcid sulfúric Baume de 66 graus. Aneu amb compte quan diluïu àcid sulfúric al 93%. Quan es dilueix al 66%, la calor pot augmentar la temperatura de la solució a 138 graus. L'àcid s'ha d'afegir a l'aigua lentament amb agitació per evitar que la solució aquosa s'escalfi i bulli localment.
L'àcid clorhídric s'utilitza principalment quan el sulfat de calci o el sulfat d'estronci és probable que es faci escala. L'ús d'àcid sulfúric augmenta la concentració d'ions sulfat a l'aigua d'alimentació d'OI, la qual cosa condueix directament a una major tendència a escalar el sulfat de calci. L'àcid clorhídric de grau industrial (sense additius) és molt fàcil d'adquirir, i l'àcid clorhídric comercial en general conté 30-37%.
L'objectiu principal de reduir el pH és reduir la tendència a l'escalada del carbonat de calci en el concentrat de RO, és a dir, reduir l'índex de Langelier (LSI). LSI és la saturació de carbonat de calci en aigua salobre de baixa salinitat, que indica el potencial d'escalada o corrosió de carbonat de calci.
En la química de l'aigua d'osmosi inversa, l'LSI és un indicador important per determinar si es produirà una escala de carbonat de calci. Quan el LSI és negatiu, l'aigua corroirà les canonades metàl·liques, però no es formarà escala de carbonat de calci.
Si l'LSI és positiu, l'aigua no és corrosiva, però es produirà una escala de carbonat de calci. LSI és el pH de la saturació de carbonat de calci menys el pH real de l'aigua.
La solubilitat del carbonat de calci disminueix amb l'augment de la temperatura (és així com es forma l'escala a les teteras) i amb l'augment del pH i la concentració d'ions calci, és a dir, l'alcalinitat.
El valor de LSI es pot reduir injectant àcid (normalment àcid sulfúric o àcid clorhídric) a l'aigua d'alimentació de RO, és a dir, baixant el pH. El valor LSI recomanat per al concentrat de RO és {{0}},2 (indica una concentració 0,2 unitats de pH per sota de la concentració de saturació de carbonat de calci). Els antiincrustantes polimèrics també es poden utilitzar per prevenir la precipitació de carbonat de calci, i alguns proveïdors d'antiincrustantes afirmen que els seus productes poden assolir un LSI de fins a +2,5 per al concentrat de RO (un disseny més conservador és un LSI de {{6}). }.8).
L'àlcali rarament s'utilitza a l'OI primària i s'injecta àlcali a l'aigua d'alimentació de l'OI per augmentar el pH. L'únic agent alcalí que s'utilitza habitualment és l'hidròxid de sodi, que és fàcil de comprar i fàcilment soluble en aigua. L'hidròxid de sodi de grau industrial sense altres additius generalment pot satisfer les necessitats.
L'hidròxid de sodi comercial està disponible en escates 100%, 20% i 50% líquids. Quan afegiu àlcali per augmentar el pH, tingueu en compte que un augment del pH augmentarà el LSI i reduirà la solubilitat del carbonat de calci, el ferro i el manganès.
L'aplicació més comuna per afegir àlcali és un sistema RO de dues etapes. En un sistema d'osmosi inversa de dues etapes, l'aigua del producte RO primari es subministra a la RO secundària com a aigua bruta. L'osmosi inversa secundària "polit" l'aigua del producte d'osmosi inversa primària i la qualitat de l'aigua de l'aigua del producte RO secundari pot arribar als 4 megaohms.
Hi ha quatre raons per afegir àlcali a l'aigua d'alimentació RO secundària:
a. Per sobre de pH 8,2, tot el diòxid de carboni es converteix en ions carbonat, que es poden eliminar per osmosi inversa. El diòxid de carboni en si és un gas i entrarà lliurement a l'aigua del producte RO amb el permeat, provocant una càrrega indeguda al tractament de poliment del llit d'intercanvi d'ions aigües avall.
b. Alguns components de TOC s'eliminen més fàcilment a pH alt.
c. La solubilitat i la taxa d'eliminació de la sílice són més altes a pH alt (especialment per sobre de 9).
d. La taxa d'eliminació de bor també és més alta a pH alt (especialment per sobre de 9). Hi ha un cas especial d'aplicació alcalina, normalment anomenat procés HERO (Sistema d'osmosi inversa d'alta eficiència), que ajusta el pH de l'aigua d'entrada a 9 o 10. L'osmosi inversa primària s'utilitza per tractar l'aigua salobre, que té problemes de contaminació (com la duresa). , alcalinitat, ferro, manganès, etc.) a pH alt. El pretractament sol utilitzar un sistema de resina catiònic àcid feble i un dispositiu de desgasificació per eliminar aquests contaminants.
El clor lliure a l'aigua d'entrada RO i NF s'ha de reduir per sota de 0,05 ppm per complir els requisits de la membrana composta de poliamida. Hi ha dos mètodes de pretractament per a l'eliminació del clor, l'adsorció granular de carbó actiu i l'ús d'agents reductors com el sulfit de sodi.
En sistemes petits (50-100gpm), generalment s'utilitzen filtres de carbó actiu i el cost d'inversió és més raonable. Es recomana utilitzar carbó actiu d'alta qualitat que s'hagi rentat amb àcid per eliminar la duresa i els ions metàl·lics, i el contingut de fines ha de ser molt baix, en cas contrari, provocarà contaminació de la membrana.
Els mitjans de filtre de carbó recentment instal·lats s'han d'esbandir completament fins que s'eliminin completament les fines de carboni, cosa que normalment triga diverses hores o fins i tot dies. No es pot confiar en els filtres de seguretat de 5 μm per protegir la membrana d'osmosi inversa de la contaminació per pols de carboni.
El bisulfit de sodi (SBS) és un agent reductor típic seleccionat per a unitats de RO més grans. El metabisulfit sòlid es dissol en aigua per preparar una solució. La puresa del metabisulfit de sodi comercial és del 97,5-99% i el període d'emmagatzematge en sec és de 6 mesos.
La solució SBS és inestable a l'aire i reaccionarà amb l'oxigen, de manera que la vida útil recomanada de la solució al 2% és de 3-7 dies, i la vida útil de la solució de menys de l'10% és {{3} } dies. Teòricament, 1,47 ppm de SBS (o 0,70 ppm de metabisulfit de sodi) poden reduir 1,0 ppm de clor.
El factor de seguretat del sistema d'aigua salobre industrial es té en compte durant el disseny i la quantitat de SBS afegit s'estableix en 1,8-3.0ppm per cada 1,0ppm de clor. El port d'injecció de SBS ha d'estar aigües amunt de l'element de membrana i la distància s'ha d'establir per garantir un temps de reacció de 29 segons abans d'entrar a l'element de membrana. Es recomana utilitzar un dispositiu d'agitació en línia adequat (mesclador estàtic).
La majoria dels inhibidors d'escala són alguns polímers sintètics orgànics especials (com l'àcid poliacrílic, l'àcid carboxílic, l'àcid polimaleic, els fosfats organometàl·lics, els polifosfonats, els fosfonats, els polímers aniònics, etc.), i el pes molecular d'aquests polímers oscil·la entre 2000 i 10000 Daltons.
Aneu especialment amb compte quan utilitzeu inhibidors d'incrustacions d'àcid poliacrílic. Quan el contingut de ferro és alt, pot provocar l'encrassement de la membrana. Aquesta contaminació augmentarà la pressió de funcionament de la membrana. El rentat amb àcid és necessari per eliminar eficaçment aquest tipus de contaminació.
Si s'utilitzen coagulants catiònics o auxiliars de filtració en el pretractament, s'ha de prestar especial atenció quan s'utilitzen inhibidors d'escala aniònica. Es produirà un contaminant viscós i enganxós, que augmentarà la pressió de funcionament i és molt difícil de netejar.
L'hexametafosfat de sodi (SHMP) és un inhibidor d'escala comú utilitzat en l'osmosi inversa en els primers dies, però amb l'aparició d'inhibidors d'escala especials, la dosi s'ha reduït molt i hi ha algunes restriccions a l'ús de SHMP. La solució s'ha de preparar cada 2-3 dies perquè s'hidrolitzarà quan s'exposa a l'aire. La hidròlisi no només reduirà l'efecte anti-incrustació, sinó que també provocarà la possibilitat d'esquat de fosfat de calci.
L'ús de SHMP pot reduir l'escala de carbonat de calci i el LSI pot arribar a {{0}},0. Els antiincrustantes dificulten el creixement de cristalls de sal a l'aigua d'alimentació i el concentrat de RO, permetent així que les sals poc solubles superin la solubilitat saturada en el concentrat. Els antiincrustantes es poden utilitzar en lloc de l'addició d'àcid o juntament amb l'addició d'àcid. Hi ha molts factors que afecten la formació d'escala mineral. Una temperatura més baixa reduirà la solubilitat dels minerals escalants (excepte el carbonat de calci, que, al contrari de la majoria de les substàncies, disminueix amb l'augment de la temperatura), i un TDS més alt augmentarà la solubilitat de les sals poc solubles (això és degut a que l'alta força iònica interfereix amb la formació de cristalls de llavors).