В индустриалните системи за обратна осмоза (RO) мембранните елементи не работят изолирано. За поддържане на стабилно качество на захранващата вода, намаляване на риска от замърсяване на мембраната и образуване на котлен камък и удължаване на експлоатационния живот на мембраната, RO системите често разчитат на набор от химикали за обработка, включително коагуланти, биоциди, редуциращи агенти, антискаланти и химически почистващи агенти.
Всеки химикал служи за определена цел. Необходимите химикали, техните точки на инжектиране и техните дози зависят от качеството на суровата вода, процеса на предварителна обработка и дизайна на RO системата. И така, как да определите от кои химикали се нуждае една RO система?
Първата стъпка е да разберете основните типове химикали за третиране с RO и проблемите, за които те са предназначени да се справят:
| Химически тип | Основна функция | Типична точка на инжектиране |
|---|---|---|
| Коагуланти | Отстранете колоидите, суспендираните твърди вещества и някои органични вещества | Преди пясъчна филтрация, ултрафилтрация или други процеси на разделяне на твърдо-течно вещество |
| Флокуланти | Подобрете образуването на флокули, силата и производителността при утаяване | В рамките на етапа на коагулация и флокулация |
| Биоциди | Контролирайте бактерии, водорасли и други микроорганизми | Прием на сурова вода или етап на предварителна обработка |
| Редуциращи агенти | Отстранете остатъчния хлор и други окисляващи вещества | Преди RO мембраната, обикновено преди патронния филтър |
| Антискаланти | Инхибират образуването на минерален котлен камък върху повърхностите на RO мембраната | RO линия за захранваща вода |
| Киселини и алкали | Коригирайте pH и оптимизирайте работните условия | RO линия за захранваща вода или други определени етапи на обработка |
| Почистващи химикали | Отстранете замърсяванията и отлаганията от мембранните повърхности | По време на химическо почистване |
1. Коагуланти и флокуланти
Промишлената захранваща вода често съдържа колоиди и фини суспендирани частици, които остават стабилни във водата и не могат да бъдат отстранени ефективно само чрез обикновено утаяване. Ако тези замърсители навлязат в RO система, те могат постепенно да се натрупат върху мембранните повърхности, увеличавайки спада на налягането от страната на захранването, намалявайки потока на пермеата и ускорявайки замърсяването на мембраната.
Коагулантите дестабилизират колоидните частици чрез неутрализиране или по друг начин модифициране на техните повърхностни заряди, което позволява на частиците да се агрегират по-лесно. Този начален процес е известен като коагулация. След това дестабилизираните частици се сблъскват и комбинират, за да образуват по-големи, по-видими агрегати, наречени флокули. Развитието и растежът на тези флокулации е известно като флокулация. Тъй като коагулацията и флокулацията често се случват заедно по време на обработката на водата, общият процес обикновено се нарича коагулация.
Обичайните неорганични коагуланти, използвани при пречистване на промишлена вода, включват полиалуминиев хлорид (PAC), полиферисулфат, железен сулфат, алуминиев сулфат и железен хлорид.
Преди дозиране коагулантът обикновено се разрежда или разтваря във вода, за да се приготви химически разтвор. След това дозираща помпа инжектира разтвора в тръбопровода за захранваща вода, често преди статичен смесител. В някои системи химикалът може да се инжектира преди помпата за захранваща вода, което позволява на работното колело на помпата да осигури смесване.
Типичната доза коагулант може да бъде в диапазона 3–5 mg/L, въпреки че действителното изискване зависи от характеристиките на захранващата вода и трябва да бъде установено чрез тестване на буркан или други подходящи оценки.
Когато един коагулант сам по себе си не може да произведе флокули с достатъчен размер, сила или характеристики на утаяване, може да е необходим и флокулант. Флокулантите спомагат за подобряване на образуването и отделянето на флокулации, което прави утаяването или филтрирането надолу по веригата по-ефективно.
Коагуланти и флокуланти обикновено не трябва да се инжектират директно в RO мембранен съд под налягане. Те обикновено се добавят преди съответното оборудване за разделяне на твърдо-течно вещество, като пясъчни филтри или ултрафилтрационни единици. Адекватното смесване и отделянето надолу по веригата са от съществено значение, тъй като остатъчните химикали и ненапълно отстранените флокули могат сами по себе си да допринесат за замърсяването на мембраната.
2. Биоциди и редуциращи агенти
Индустриалната циркулационна вода, повърхностните води и някои други източници на сурова вода могат да съдържат бактерии, водорасли и други микроорганизми. Без ефективен микробен контрол, тези организми могат да се размножават в оборудването за предварителна обработка и тръбопроводите и в крайна сметка да образуват биофилми върху повърхностите на RO мембраната.
Някои производители на мембрани са разработили продукти, устойчиви на замърсяване, за да помогнат за намаляване на прикрепването на микроби и образуването на биофилм. например,YIME предлага серия FR мембранипредназначени да подобрят устойчивостта срещу замърсяване на мембраната. Устойчивите на замърсяване мембрани обаче не премахват необходимостта от подходяща предварителна обработка, дезинфекция и рутинна поддръжка.
Окислителните биоциди, като натриев хипохлорит, се използват широко по време на предварителната обработка за намаляване на микробното натоварване в захранващата вода. При някои приложения може да се използва доза от приблизително 3–5 mg/L, но действителната дозировка и време за контакт трябва да се определят според качеството на водата и изискванията за дезинфекция.
Има важно съображение при използването на окисляващи биоциди: много полиамидни RO мембрани са чувствителни към свободен хлор и други силни окислители. Дори след дезинфекция във водата може да остане остатъчен свободен хлор.
Ако хлорираната вода навлезе в полиамидна RO мембрана без адекватно дехлориране, продължителното излагане може да окисли материала на мембраната и да намали ефективността на отхвърлянето на солта. В тежки случаи щетите могат да бъдат необратими.
Поради тази причина RO системите, които използват дезинфекция на базата на хлор, обикновено изискват стъпка на дехлориране, преди водата да достигне мембраната. Натриевият бисулфит или натриевият метабисулфит обикновено се използва като редуциращ агент за неутрализиране на остатъчния хлор.
Редуциращият агент трябва да се инжектира в подходяща точка преди RO мембраната, с достатъчно време за смесване и контакт. Често се дозира преди патронния филтър, въпреки че точното разположение зависи от дизайна на системата. Остатъчният хлор трябва да се наблюдава, за да се провери дали дехлорирането е ефективно.
Ключовият принцип е, че окисляващите биоциди могат да се използват за микробен контрол по време на предварителната обработка, но остатъчните оксиданти трябва да бъдат отстранени, преди да достигнат чувствителните към хлор RO мембрани.
3. Антискаланти
Средствата против накип са сред най-важните химикали в много индустриални RO системи, но тяхната роля понякога се разбира погрешно.
Тъй като RO мембраните отхвърлят голяма част от разтворените соли, може да изглежда, че те трябва да предотвратяват образуването на котлен камък. На практика може да се случи обратното: отхвърлените соли се натрупват в потока на концентрата, докато водата преминава през мембраната.
Помислете за калций, бикарбонат, сулфат, барий, стронций и силициев диоксид във захранващата вода. Тези вещества могат да останат разтворени при първоначалните условия на захранващата вода. Въпреки това, тъй като RO системата възстановява повече вода, оставащият концентрат става все по-концентриран.
Когато концентрацията на разтворено вещество превиши съответната граница на разтворимост или разтворът стане достатъчно пренаситен, върху повърхността на мембраната могат да се образуват минерални отлагания. Често срещаните примери включват калциев карбонат, калциев сулфат, бариев сулфат и отлагания на базата на силициев диоксид.
Два често срещани подхода за контролиране на неорганичния котлен камък са йонообменно омекотяване и дозиране на антискалант.
Йонообменното омекотяване премахва йоните на твърдостта, особено калций и магнезий, и може да бъде ефективно за контролиране на налепите, свързани с твърдостта. Въпреки това, той не премахва всички потенциални вещества, образуващи котлен камък, като сулфат или силициев диоксид. Омекотяването също така изисква сол за регенериране и произвежда отпадъчен поток от регенерация. Често се използва в малки и средни системи или където специално се изисква отстраняване на твърдостта.
Антискалантите се използват широко в по-големи RO системи, тъй като те могат да контролират няколко типа минерален котлен камък, без да изискват пълно отстраняване на йоните, образуващи котлен камък. Тяхната пригодност зависи от химическия състав на захранващата вода и целевата степен на възстановяване.
Антискалантите действат, като се намесват в нуклеацията на кристалите, растежа на кристалите и отлагането на минерални соли. Някои формулировки също осигуряват диспергиращ ефект, който помага да се запазят определени частици суспендирани във вода и намалява тенденцията им да се натрупват върху повърхностите на мембраната.
С правилно подбран антискалант и подходяща стратегия за дозиране, RO система може да работи с по-висока степен на възстановяване в рамките на своите проектни граници, като същевременно намалява риска от неорганично образуване на котлен камък.
Дозировките против скалант обикновено са в диапазона mg/L, но необходимата концентрация варира в зависимост от състава на захранващата вода, конфигурацията на мембраната, работното налягане, температурата и степента на възстановяване. Трябва да се използва анализ на водата и проекция на мащабиране, за да се определи подходящият химикал и дозировка.
Повече антискалант не означава непременно по-добър контрол на котления камък. Недостатъчното дозиране може да не успее да контролира утаяването, докато прекомерното дозиране може да увеличи оперативните разходи и, в зависимост от формулировката и химичния състав на водата, да допринесе за органично замърсяване или други проблеми със съвместимостта.
Управлението на химикалите има и екологично измерение. Антискалантите, киселините, основите, повърхностно активните вещества и други почистващи агенти могат да повлияят на качеството на отпадъчните води, ако се изхвърлят без подходящо третиране. Точното дозиране, периодичните прегледи на ефективността и правилното управление на почистващите и концентрираните потоци могат да помогнат за намаляване на потреблението на химикали и въздействието върху околната среда.
4. Киселини и алкали за регулиране на pH
Регулирането на рН е друга важна мярка за химически контрол в някои RO системи. В зависимост от химическия състав на захранващата вода и целите на пречистването, киселини или основи могат да се използват за оптимизиране на работните условия и контрол на специфични проблеми с качеството на водата.
В някои еднопроходни RO системи се добавя киселина за понижаване на pH на захранващата вода. Това променя карбонатното равновесие във водата, измествайки бикарбоната към разтворения въглероден диоксид и намалявайки наличната концентрация на карбонат за образуване на калциев карбонат. В резултат на това рискът от натрупване на калциев карбонат може да бъде намален.
Дозирането на киселина обаче не елиминира всеки тип риск от натрупване на котлен камък. Сулфатните соли и силициевият диоксид, например, изискват отделна оценка. Следователно крайната дозировка на киселината трябва да се определи от пълен анализ на захранващата вода и прогноза за мащабиране.
Алкали, като натриев хидроксид, могат да се използват, когато е необходимо повишаване на pH. Едно подходящо приложение е захранващата вода, постъпваща във второпроходна RO система.
RO мембраните отхвърлят ефективно разтворените йони, но разтвореният въглероден диоксид се отхвърля слабо от много RO мембрани, тъй като той съществува предимно като неутрална, незаредена молекула при типични условия на захранваща вода. В резултат на това въглеродният диоксид може да премине в пермеата от първия RO проход и да допринесе за повишена проводимост във второто преминаване на захранващата вода и водата за продукта.
Повишаването на pH може да превърне разтворения въглероден диоксид в бикарбонатни и карбонатни йони, които се отхвърлят по-лесно от мембраната. В правилно проектирана система дозирането на алкали преди втория RO модул може следователно да подобри отстраняването на видовете, свързани с въглеродния диоксид, и да спомогне за намаляване на проводимостта на водата на крайния продукт.
Ефективността на този подход зависи от химията на водата, целевото pH, характеристиките на мембраната и конфигурацията на системата. Когато се изисква много ниска проводимост, може да се обмисли и допълнителна обработка, като дегазация или йонообменна полираща машина със смесен слой.
