Hvilke kjemikalier brukes ofte i omvendt osmose (RO)-systemer?

Kjemisk type	Primær funksjon	Typisk injeksjonspunkt
Koagulanter	Fjern kolloider, suspenderte faste stoffer og noe organisk materiale	Før sandfiltrering, ultrafiltrering eller andre fast-væske-separasjonsprosesser
Flokkulanter	Forbedre flokkdannelse, styrke og setningsytelse	Innenfor koagulasjons- og flokkuleringsstadiet
Biocider	Kontroller bakterier, alger og andre mikroorganismer	Råvannsinntak eller forbehandlingsstadium
Reduksjonsmidler	Fjern rester av klor og andre oksiderende stoffer	Før RO-membranen, typisk oppstrøms for patronfilteret
Antiskaleringsmidler	Hindre dannelsen av mineralbelegg på RO-membranoverflater	RO fødevannsledning
Syrer og alkalier	Juster pH og optimaliser driftsforholdene	RO fødevannsledning eller andre utpekte behandlingstrinn
Rengjøringskjemikalier	Fjern forurensninger og avleiringer fra membranoverflater	Under kjemisk rengjøring

Industrielt fødevann inneholder ofte kolloider og fine suspenderte partikler som holder seg stabile i vann og som ikke kan fjernes effektivt ved vanlig sedimentering alene. Hvis disse forurensningene kommer inn i et RO-system, kan de gradvis samle seg på membranoverflater, noe som øker trykkfallet på matesiden, reduserer permeatstrømmen og akselererer membranbegroing.

 

Koagulanter destabiliserer kolloidale partikler ved å nøytralisere eller på annen måte modifisere overflateladningene deres, slik at partiklene kan aggregere lettere. Denne innledende prosessen er kjent som koagulering. De destabiliserte partiklene kolliderer deretter og kombineres for å danne større, mer synlige aggregater kalt flokker. Utviklingen og veksten av disse flokkene er kjent som flokkulering. Fordi koagulering og flokkulering ofte forekommer sammen under vannbehandling, blir den totale prosessen ofte referert til som koagulering.

 

Vanlige uorganiske koagulanter som brukes i industriell vannbehandling inkluderer polyaluminiumklorid (PAC), polyjernsulfat, jernsulfat, aluminiumsulfat og jernklorid.

 

Før dosering fortynnes eller oppløses koagulanten vanligvis i vann for å fremstille en kjemisk løsning. En målepumpe injiserer deretter løsningen inn i matevannsledningen, ofte oppstrøms for en statisk blander. I noen systemer kan kjemikaliet injiseres oppstrøms for matevannspumpen, slik at pumpehjulet kan sørge for blanding.

 

En typisk koagulantdose kan være i området 3–5 mg/L, selv om det faktiske behovet avhenger av matevannets egenskaper og bør etableres gjennom krukketesting eller andre passende evalueringer.

 

Når et koaguleringsmiddel alene ikke kan produsere flokker med tilstrekkelig størrelse, styrke eller sedimenteringsegenskaper, kan et flokkuleringsmiddel også være nødvendig. Flokkuleringsmidler hjelper til med å forbedre flokkdannelse og separasjon, noe som gjør nedstrøms sedimentering eller filtrering mer effektiv.

 

Koagulanter og flokkuleringsmidler skal normalt ikke injiseres direkte i en RO-membrantrykkbeholder. De tilsettes vanligvis oppstrøms for det relevante fast-væske-separasjonsutstyret, slik som sandfiltre eller ultrafiltreringsenheter. Tilstrekkelig blanding og nedstrøms separasjon er avgjørende fordi gjenværende kjemikalier og ufullstendig fjernede flokker i seg selv kan bidra til membranbegroing.

 

Industrielt sirkulerende vann, overflatevann og noen andre råvannkilder kan inneholde bakterier, alger og andre mikroorganismer. Uten effektiv mikrobiell kontroll kan disse organismene formere seg i forbehandlingsutstyr og rørledninger og til slutt danne biofilmer på RO-membranoverflater.

 

Det er en viktig vurdering ved bruk av oksiderende biocider: mange polyamid RO-membraner er følsomme for fritt klor og andre sterke oksidasjonsmidler. Selv etter desinfeksjon kan rester av fritt klor forbli i vannet.

 

Hvis klorert vann kommer inn i en polyamid RO-membran uten tilstrekkelig avklorering, kan langvarig eksponering oksidere membranmaterialet og redusere dets saltavvisningsytelse. I alvorlige tilfeller kan skaden være irreversibel.

 

Av denne grunn krever RO-systemer som bruker klorbasert desinfeksjon generelt et dekloreringstrinn før vannet når membranen. Natriumbisulfitt eller natriummetabisulfitt brukes ofte som et reduksjonsmiddel for å nøytralisere gjenværende klor.

 

Reduksjonsmidlet bør injiseres på et passende sted oppstrøms for RO-membranen, med tilstrekkelig blanding og kontakttid. Det doseres ofte før patronfilteret, selv om det nøyaktige arrangementet avhenger av systemdesignet. Rester av klor bør overvåkes for å bekrefte at dekloreringen er effektiv.

 

Nøkkelprinsippet er at oksiderende biocider kan brukes til mikrobiell kontroll under forbehandling, men gjenværende oksidanter må fjernes før de når klorfølsomme RO-membraner.

Antiskaleringsmidler er blant de viktigste kjemikaliene i mange industrielle RO-systemer, men deres rolle blir noen ganger misforstått.

Fordi RO-membraner avviser en høy andel av oppløste salter, kan det se ut til at de bør forhindre beleggdannelse. I praksis kan det motsatte skje: avviste salter hoper seg opp i konsentratstrømmen når vann passerer gjennom membranen.

 

Vurder kalsium, bikarbonat, sulfat, barium, strontium og silika i matvannet. Disse stoffene kan forbli oppløst under de opprinnelige matevannsforholdene. Men etter hvert som RO-systemet gjenvinner mer vann, blir det gjenværende konsentratet stadig mer konsentrert.

Når konsentrasjonen av et oppløst stoff overskrider den relevante løselighetsgrensen, eller løsningen blir tilstrekkelig overmettet, kan det dannes mineralavleiringer på membranoverflaten. Vanlige eksempler inkluderer kalsiumkarbonat, kalsiumsulfat, bariumsulfat og silikabaserte avleiringer.

 

To vanlige tilnærminger til å kontrollere uorganisk avleiring er ionebyttemykning og antiskaleringsmiddeldosering.

Ionebyttermykning fjerner hardhetsioner, spesielt kalsium og magnesium, og kan være effektiv for å kontrollere hardhetsrelatert avleiring. Den fjerner imidlertid ikke alle potensielle avleiringsdannende stoffer, som sulfat eller silika. Mykgjøring krever også salt for regenerering og produserer en regenereringsavfallsstrøm. Det brukes ofte i små og mellomstore systemer eller hvor hardhetsfjerning er spesielt nødvendig.

 

Antiskaleringsmidler er mye brukt i større RO-systemer fordi de kan kontrollere flere typer mineralavleiring uten å kreve fullstendig fjerning av de avleiringsdannende ionene. Deres egnethet avhenger av matevannkjemien og målgjenvinningshastigheten.

 

Antiskaleringsmidler virker ved å forstyrre krystallkjernedannelse, krystallvekst og avsetning av mineralsalter. Noen formuleringer gir også en dispergerende effekt som bidrar til å holde visse partikler suspendert i vann og reduserer deres tendens til å samle seg på membranoverflater.

Med et riktig utvalgt antiscalant og en passende doseringsstrategi kan et RO-system operere med en høyere utvinningsgrad innenfor designgrensene samtidig som det reduserer risikoen for uorganisk avleiring.

 

Antiskaleringsmiddeldoser er vanligvis i mg/L-området, men den nødvendige konsentrasjonen varierer med matevannsammensetning, membrankonfigurasjon, driftstrykk, temperatur og gjenvinningshastighet. En vannanalyse og en skaleringsprojeksjon bør brukes for å bestemme riktig kjemikalie og dosering.

 

Mer antiscalant betyr ikke nødvendigvis bedre skalakontroll. Utilstrekkelig dosering kan ikke kontrollere nedbør, mens overdosering kan øke driftskostnadene og, avhengig av formuleringen og vannkjemien, bidra til organisk begroing eller andre kompatibilitetsproblemer.

 

Kjemikaliehåndtering har også en miljødimensjon. Antiskaleringsmidler, syrer, alkalier, overflateaktive stoffer og andre rengjøringsmidler kan påvirke avløpsvannkvaliteten hvis de slippes ut uten passende behandling. Nøyaktig dosering, periodiske ytelsesgjennomganger og riktig håndtering av rense- og konsentratstrømmer kan bidra til å redusere kjemikalieforbruk og miljøpåvirkning.

 

pH-justering er et annet viktig kjemisk kontrolltiltak i noen RO-systemer. Avhengig av matvannskjemien og behandlingsmålene, kan syrer eller alkalier brukes for å optimalisere driftsforholdene og kontrollere spesifikke vannkvalitetsproblemer.

 

I noen single-pass RO-systemer tilsettes syre for å senke fødevannets pH. Dette endrer karbonatlikevekten i vannet, skifter bikarbonat mot oppløst karbondioksid og reduserer karbonatkonsentrasjonen som er tilgjengelig for å danne kalsiumkarbonatskala. Som et resultat kan risikoen for kalsiumkarbonatavleiring reduseres.

 

Syredosering eliminerer imidlertid ikke alle typer avskallingsrisiko. Sulfatsalter og silika, for eksempel, krever separat vurdering. Den endelige syredosen bør derfor bestemmes fra en fullstendig matevannsanalyse og en skaleringsprojeksjon.

Alkalier, slik som natriumhydroksid, kan brukes når en økning i pH er nødvendig. En relevant applikasjon er fødevannet som kommer inn i et andrepass RO-system.

 

RO-membraner avviser oppløste ioner effektivt, men oppløst karbondioksid avvises dårlig av mange RO-membraner fordi det primært eksisterer som et nøytralt, uladet molekyl under typiske matevannsforhold. Som et resultat kan karbondioksid passere inn i permeatet fra den første RO-passasjen og bidra til forhøyet ledningsevne i andre-pass fødevann og produktvann.

 

Å øke pH kan omdanne oppløst karbondioksid til bikarbonat- og karbonationer, som lettere avvises av membranen. I et riktig utformet system kan alkalidosering oppstrøms for andre-pass RO-enheten derfor forbedre fjerningen av karbondioksid-relaterte arter og bidra til å redusere sluttproduktets vannledningsevne.

 

Effektiviteten til denne tilnærmingen avhenger av vannkjemi, pH-mål, membranegenskaper og systemkonfigurasjon. Der det kreves svært lav ledningsevne, kan tilleggsbehandling, som avgassing eller en ionebytterpolerer med blandet lag, også vurderes.