Prinsip kerja dos pada setiap peringkat operasi osmosis songsang
Semasa proses osmosis songsang, apabila garam tidak larut melebihi had tepunya, ia akan memendakan daripada air pekat, membentuk skala pada permukaan membran, mengurangkan fluks membran RO, meningkatkan tekanan operasi dan penurunan tekanan, dan menyebabkan produk kualiti air semakin merosot. Fenomena pembentukan lapisan sedimen pada permukaan membran ini dipanggil fouling membran, dan hasil daripada fouling membran adalah kemerosotan prestasi sistem.
Adalah perlu untuk merawat air mentah sebelum ia memasuki sistem membran osmosis songsang untuk mengeluarkan pepejal terampai, bahan organik larut dan komponen garam tak larut berlebihan yang boleh menyebabkan pencemaran pada membran osmosis songsang dan mengurangkan kecenderungan mengotori membran. Tujuan prarawatan air influen adalah untuk meningkatkan kualiti air influen dan memastikan operasi membran RO yang boleh dipercayai.
Kesan prarawatan air mentah dicerminkan dalam pengurangan nilai mutlak penunjuk kualiti air seperti TSS, TOC, COD, BOD, LSI dan bahan pencemar seperti besi, mangan, aluminium, silikon, barium, dan strontium.
Satu lagi penunjuk kualiti air penting yang mencirikan kecenderungan kekotoran membran ialah SDI. Di samping mengurangkan penunjuk di atas kepada julat yang diperlukan oleh air masuk sistem membran osmosis songsang melalui prarawatan, ia juga penting untuk mengurangkan SDI sebanyak mungkin. Nilai SDI (15 minit) yang ideal hendaklah kurang daripada 3.
Untuk meningkatkan prestasi operasi sistem osmosis songsang, agen berikut boleh ditambah ke dalam air masuk: asid, alkali, bakteria, perencat skala dan dispersant.
Asid hidroklorik dan asid sulfurik boleh ditambah ke dalam air masuk untuk mengurangkan pH. Asid sulfurik murah, tidak berasap dan menghakis komponen logam di sekelilingnya, dan membran mempunyai kadar penyingkiran ion sulfat yang lebih tinggi daripada ion klorida, jadi asid sulfurik lebih biasa digunakan daripada asid hidroklorik.
Asid sulfurik gred industri tanpa bahan tambahan lain sesuai untuk osmosis terbalik. Asid sulfurik komersial mempunyai dua spesifikasi kepekatan 20% dan 93%. 93% asid sulfurik juga dipanggil 66 darjah Baume asid sulfurik. Berhati-hati apabila mencairkan 93% asid sulfurik. Apabila dicairkan kepada 66%, haba boleh meningkatkan suhu larutan kepada 138 darjah. Asid mesti ditambah ke dalam air perlahan-lahan di bawah kacau untuk mengelakkan larutan akueus daripada memanas dan mendidih secara tempatan.
Asid hidroklorik digunakan terutamanya apabila penskalaan kalsium sulfat atau strontium sulfat berkemungkinan besar. Penggunaan asid sulfurik meningkatkan kepekatan ion sulfat dalam air suapan RO, yang secara langsung membawa kepada peningkatan kecenderungan untuk skala kalsium sulfat. Asid hidroklorik gred industri (tiada bahan tambahan) sangat mudah untuk dibeli dan asid hidroklorik komersial umumnya mengandungi 30-37%.
Tujuan utama menurunkan pH adalah untuk mengurangkan kecenderungan penskalaan kalsium karbonat dalam pekat RO, iaitu untuk mengurangkan Indeks Langelier (LSI). LSI ialah ketepuan kalsium karbonat dalam air payau dengan kemasinan rendah, menunjukkan potensi untuk bersisik atau kakisan kalsium karbonat.
Dalam kimia air osmosis songsang, LSI ialah penunjuk penting untuk menentukan sama ada penskalaan kalsium karbonat akan berlaku. Apabila LSI negatif, air akan menghakis paip logam, tetapi kerak kalsium karbonat tidak akan terbentuk.
Jika LSI positif, air tidak menghakis, tetapi penskalaan kalsium karbonat akan berlaku. LSI ialah pH ketepuan kalsium karbonat tolak pH sebenar air.
Keterlarutan kalsium karbonat berkurangan dengan peningkatan suhu (ini adalah bagaimana skala terbentuk dalam cerek) dan dengan peningkatan pH dan kepekatan ion kalsium, iaitu kealkalian.
Nilai LSI boleh diturunkan dengan menyuntik asid (biasanya asid sulfurik atau asid hidroklorik) ke dalam air suapan RO, iaitu menurunkan pH. Nilai LSI yang disyorkan untuk pekat RO ialah {{0}}.2 (menunjukkan kepekatan 0.2 unit pH di bawah kepekatan tepu kalsium karbonat). Antiscalant polimer juga boleh digunakan untuk menghalang pemendakan kalsium karbonat, dan sesetengah pembekal antiscalant mendakwa bahawa produk mereka boleh mencapai LSI sehingga +2.5 untuk pekat RO (reka bentuk yang lebih konservatif ialah LSI {{6} }.8).
Alkali jarang digunakan dalam RO primer, dan alkali disuntik ke dalam air suapan RO untuk meningkatkan pH. Satu-satunya agen alkali yang biasa digunakan ialah natrium hidroksida, yang mudah dibeli dan mudah larut dalam air. Natrium hidroksida gred industri tanpa bahan tambahan lain secara amnya boleh memenuhi keperluan.
Natrium hidroksida komersial boleh didapati dalam 100% kepingan, 20% dan 50% cecair. Apabila menambah alkali untuk menaikkan pH, ketahui bahawa peningkatan pH akan meningkatkan LSI dan mengurangkan keterlarutan kalsium karbonat, besi dan mangan.
Aplikasi yang paling biasa untuk menambah alkali ialah sistem RO dua peringkat. Dalam sistem osmosis songsang dua peringkat, air produk RO primer dibekalkan kepada RO sekunder sebagai air mentah. Osmosis songsang sekunder "menggilap" air produk osmosis songsang utama, dan kualiti air air produk RO sekunder boleh mencapai 4 megohm.
Terdapat empat sebab untuk menambah alkali kepada air suapan RO sekunder:
a. Di atas pH 8.2, semua karbon dioksida ditukar kepada ion karbonat, yang boleh dikeluarkan melalui osmosis terbalik. Karbon dioksida itu sendiri adalah gas dan akan bebas memasuki air produk RO dengan meresap, menyebabkan beban yang tidak wajar pada rawatan penggilapan katil pertukaran ion hiliran.
b. Sesetengah komponen TOC lebih mudah dikeluarkan pada pH tinggi.
c. Kadar keterlarutan dan penyingkiran silika lebih tinggi pada pH tinggi (terutama di atas 9).
d. Kadar penyingkiran boron juga lebih tinggi pada pH tinggi (terutamanya melebihi 9). Terdapat satu kes khas aplikasi alkali, biasanya dipanggil proses HERO (High Efficiency Reverse Osmosis System), yang melaraskan pH air masukan kepada 9 atau 10. Osmosis songsang primer digunakan untuk merawat air payau, yang mempunyai masalah pencemaran (seperti kekerasan , kealkalian, besi, mangan, dll.) pada pH tinggi. Prarawatan biasanya menggunakan sistem resin kationik asid lemah dan alat penyahgas untuk membuang bahan cemar ini.
Klorin bebas dalam air masuk RO dan NF mesti dikurangkan kepada di bawah 0.05ppm untuk memenuhi keperluan membran komposit poliamida. Terdapat dua kaedah prarawatan untuk penyingkiran klorin, penjerapan karbon teraktif berbutir dan penggunaan agen penurun seperti natrium sulfit.
Dalam sistem kecil (50-100gpm), penapis karbon teraktif biasanya digunakan dan kos pelaburan adalah lebih berpatutan. Adalah disyorkan untuk menggunakan karbon teraktif berkualiti tinggi yang telah dicuci dengan asid untuk menghilangkan kekerasan dan ion logam, dan kandungan halus mestilah sangat rendah, jika tidak, ia akan menyebabkan pencemaran membran.
Media penapis karbon yang baru dipasang mesti dibilas sepenuhnya sehingga denda karbon dikeluarkan sepenuhnya, yang biasanya mengambil masa beberapa jam atau bahkan beberapa hari. Penapis keselamatan 5μm tidak boleh dipercayai untuk melindungi membran osmosis songsang daripada pencemaran habuk karbon.
Sodium bisulfite (SBS) ialah agen penurunan tipikal yang dipilih untuk unit RO yang lebih besar. Natrium metabisulfit pepejal dilarutkan dalam air untuk menyediakan larutan. Ketulenan natrium metabisulfit komersial ialah 97.5-99%, dan tempoh penyimpanan kering ialah 6 bulan.
Penyelesaian SBS tidak stabil di udara dan akan bertindak balas dengan oksigen, jadi hayat perkhidmatan penyelesaian 2% yang disyorkan ialah 3-7 hari, dan hayat perkhidmatan kurang daripada 10% penyelesaian ialah {{3} } hari. Secara teorinya, 1.47ppm SBS (atau 0.70ppm natrium metabisulfit) boleh mengurangkan 1.0ppm klorin.
Faktor keselamatan sistem air payau industri diambil kira semasa reka bentuk dan jumlah SBS yang ditambah ditetapkan kepada 1.8-3.0ppm untuk setiap 1.0ppm klorin. Port suntikan SBS hendaklah berada di hulu unsur membran, dan jarak hendaklah ditetapkan untuk memastikan masa tindak balas 29 saat sebelum memasuki elemen membran. Adalah disyorkan untuk menggunakan alat kacau sebaris yang sesuai (pengadun statik).
Kebanyakan perencat skala ialah beberapa polimer sintetik organik khas (seperti asid poliakrilik, asid karboksilik, asid polimaleik, fosfat organologam, polifosfonat, fosfonat, polimer anionik, dll.), dan berat molekul polimer ini berjulat antara 2000 hingga 10000 Dalton.
Berhati-hati terutamanya apabila menggunakan perencat skala asid poliakrilik. Apabila kandungan besi tinggi, ia boleh menyebabkan kekotoran membran. Fouling ini akan meningkatkan tekanan operasi membran. Pencucian asid diperlukan untuk menghilangkan kotoran jenis ini dengan berkesan.
Jika koagulan kationik atau bantuan penapis digunakan dalam prarawatan, perhatian khusus harus diberikan apabila menggunakan perencat skala anionik. Bahan cemar likat dan melekit akan dihasilkan, yang akan meningkatkan tekanan operasi dan sangat sukar untuk dibersihkan.
Sodium hexametaphosphate (SHMP) ialah perencat skala biasa yang digunakan dalam osmosis songsang pada hari-hari awal, tetapi dengan kemunculan perencat skala khas, dos telah dikurangkan dengan banyak, dan terdapat beberapa sekatan ke atas penggunaan SHMP. Penyelesaian perlu disediakan setiap 2-3 hari kerana ia akan terhidrolisis apabila terdedah kepada udara. Hidrolisis bukan sahaja akan mengurangkan kesan anti-penskalaan, tetapi juga menyebabkan kemungkinan penskalaan kalsium fosfat.
Menggunakan SHMP boleh mengurangkan penskalaan kalsium karbonat dan LSI boleh mencapai {{0}}.0. Antiscalant menghalang pertumbuhan hablur garam dalam air suapan RO dan pekat, sekali gus membenarkan garam yang mudah larut melebihi keterlarutan tepu dalam pekat. Antiscalant boleh digunakan sebagai ganti penambahan asid atau bersama-sama dengan penambahan asid. Terdapat banyak faktor yang mempengaruhi pembentukan skala mineral. Suhu yang lebih rendah akan mengurangkan keterlarutan mineral bersisik (kecuali kalsium karbonat, yang, bertentangan dengan kebanyakan bahan, menurun dengan peningkatan suhu), dan TDS yang lebih tinggi akan meningkatkan keterlarutan garam yang jarang larut (ini kerana kekuatan ionik yang tinggi mengganggu pembentukan hablur benih).