В промышленных системах обратного осмоса (RO) мембранные элементы не работают изолированно. Чтобы поддерживать стабильное качество питательной воды, снизить риск загрязнения и накипи мембраны, а также продлить срок службы мембраны, системы обратного осмоса часто используют ряд химикатов для обработки, включая коагулянты, биоциды, восстановители, антискаланты и химические чистящие средства.
Каждое химическое вещество служит определенной цели. Требуемые химикаты, точки их введения и дозировки зависят от качества сырой воды, процесса предварительной обработки и конструкции системы обратного осмоса. Итак, как определить, какие химические вещества нужны системе обратного осмоса?
Первым шагом является понимание основных типов химикатов для очистки методом обратного осмоса и проблем, для решения которых они предназначены:
| Химический тип | Основная функция | Типичная точка инъекции |
|---|---|---|
| Коагулянты | Удалите коллоиды, взвешенные твердые частицы и некоторые органические вещества. | Перед песочной фильтрацией, ультрафильтрацией или другими процессами разделения твердой и жидкой фаз. |
| Флокулянты | Улучшите образование хлопьев, прочность и эффективность осаждения. | На стадии коагуляции и флокуляции |
| Биоциды | Контролируйте бактерии, водоросли и другие микроорганизмы. | Забор сырой воды или этап предварительной очистки |
| Восстановители | Удалить остаточный хлор и другие окисляющие вещества. | Перед мембраной обратного осмоса, обычно перед картриджным фильтром. |
| Антискаланты | Препятствует образованию минерального налета на поверхности мембран обратного осмоса. | Линия питательной воды обратного осмоса |
| Кислоты и щелочи | Отрегулируйте pH и оптимизируйте рабочие условия | Линия питательной воды RO или другие назначенные этапы очистки |
| Чистящие химикаты | Удаление загрязнений и отложений с поверхностей мембран. | Во время химической чистки |
1. Коагулянты и флокулянты
Промышленная питательная вода часто содержит коллоиды и мелкие взвешенные частицы, которые остаются стабильными в воде и не могут быть эффективно удалены только путем обычного отстаивания. Если эти загрязняющие вещества попадают в систему обратного осмоса, они могут постепенно накапливаться на поверхности мембраны, увеличивая перепад давления на стороне подачи, уменьшая поток пермеата и ускоряя загрязнение мембраны.
Коагулянты дестабилизируют коллоидные частицы, нейтрализуя или иным образом изменяя их поверхностные заряды, позволяя частицам более легко агрегировать. Этот начальный процесс известен как коагуляция. Затем дестабилизированные частицы сталкиваются и объединяются, образуя более крупные и видимые агрегаты, называемые хлопьями. Развитие и рост этих хлопьев называется флокуляцией. Поскольку во время очистки воды коагуляция и флокуляция часто происходят одновременно, весь процесс обычно называют коагуляцией.
Обычные неорганические коагулянты, используемые при промышленной очистке воды, включают хлорид полиалюминия (PAC), сульфат полижелеза, сульфат железа, сульфат алюминия и хлорид железа.
Перед дозированием коагулянт обычно разбавляют или растворяют в воде для приготовления химического раствора. Затем дозирующий насос впрыскивает раствор в линию питательной воды, часто перед статическим смесителем. В некоторых системах химикат можно впрыскивать перед насосом питательной воды, позволяя крыльчатке насоса обеспечивать перемешивание.
Типичная дозировка коагулянта может находиться в диапазоне 3–5 мг/л, хотя фактическая потребность зависит от характеристик питательной воды и должна быть установлена путем тестирования в банках или других соответствующих оценок.
Если коагулянт сам по себе не может образовать хлопья достаточного размера, прочности или характеристик осаждения, может также потребоваться флокулянт. Флокулянты помогают улучшить образование и разделение хлопьев, делая последующее осаждение или фильтрацию более эффективными.
Коагулянты и флокулянты обычно не следует вводить непосредственно в сосуд высокого давления с мембраной обратного осмоса. Обычно они добавляются перед соответствующим оборудованием для разделения твердой и жидкой фаз, таким как песочные фильтры или установки ультрафильтрации. Адекватное смешивание и последующее разделение имеют важное значение, поскольку остаточные химические вещества и не полностью удаленные хлопья сами по себе могут способствовать загрязнению мембраны.
2. Биоциды и восстановители.
Промышленная оборотная вода, поверхностные воды и некоторые другие источники сырой воды могут содержать бактерии, водоросли и другие микроорганизмы. Без эффективного микробного контроля эти организмы могут размножаться в оборудовании и трубопроводах предварительной обработки и в конечном итоге образовывать биопленки на поверхности мембран обратного осмоса.
Некоторые производители мембран разработали устойчивые к загрязнению продукты, помогающие уменьшить прикрепление микробов и образование биопленок. Например,YIME предлагает серию огнестойких мембранПредназначен для повышения устойчивости к загрязнению мембраны. Однако устойчивые к загрязнению мембраны не устраняют необходимость соответствующей предварительной обработки, дезинфекции и текущего обслуживания.
Окисляющие биоциды, такие как гипохлорит натрия, широко используются во время предварительной очистки для снижения микробной нагрузки в питательной воде. В некоторых случаях можно использовать дозировку примерно 3–5 мг/л, но фактическая дозировка и время контакта должны определяться в зависимости от качества воды и требований дезинфекции.
При использовании окислительных биоцидов необходимо учитывать следующее: многие полиамидные мембраны обратного осмоса чувствительны к свободному хлору и другим сильным окислителям. Даже после дезинфекции в воде может оставаться остаточный свободный хлор.
Если хлорированная вода попадает в полиамидную мембрану обратного осмоса без надлежащего дехлорирования, длительное воздействие может окислить материал мембраны и снизить ее способность отталкивать соли. В тяжелых случаях ущерб может быть необратимым.
По этой причине системы обратного осмоса, в которых используется дезинфекция на основе хлора, обычно требуют этапа дехлорирования, прежде чем вода достигнет мембраны. Бисульфит натрия или метабисульфит натрия обычно используется в качестве восстановителя для нейтрализации остаточного хлора.
Восстановитель следует вводить в подходящую точку перед мембраной обратного осмоса при достаточном времени смешивания и контакта. Его часто дозируют перед картриджным фильтром, хотя точное расположение зависит от конструкции системы. Остаточный хлор следует контролировать, чтобы убедиться в эффективности дехлорирования.
Ключевой принцип заключается в том, что окисляющие биоциды могут использоваться для микробного контроля во время предварительной обработки, но остаточные окислители должны быть удалены до того, как они достигнут чувствительных к хлору мембран обратного осмоса.
3. Антискаланты
Антискаланты являются одними из наиболее важных химических веществ во многих промышленных системах обратного осмоса, однако их роль иногда понимается неправильно.
Поскольку мембраны обратного осмоса отталкивают большую часть растворенных солей, может показаться, что они должны предотвращать образование накипи. На практике может произойти обратное: отбракованные соли накапливаются в потоке концентрата при прохождении воды через мембрану.
Учитывайте наличие в питательной воде кальция, бикарбоната, сульфата, бария, стронция и кремнезема. Эти вещества могут оставаться растворенными в исходных условиях питательной воды. Однако по мере того, как система RO восстанавливает больше воды, оставшийся концентрат становится все более концентрированным.
Когда концентрация растворенного вещества превышает соответствующий предел растворимости или раствор становится достаточно пересыщенным, на поверхности мембраны могут образовываться минеральные отложения. Общие примеры включают карбонат кальция, сульфат кальция, сульфат бария и отложения на основе кремнезема.
Двумя распространенными подходами к контролю неорганических отложений являются ионообменное умягчение и дозирование антискаланта.
Ионообменное умягчение удаляет ионы жесткости, особенно кальция и магния, и может быть эффективным для контроля образования накипи, связанной с жесткостью. Однако он не удаляет все потенциальные вещества, образующие накипь, такие как сульфат или кремнезем. Умягчение также требует соли для регенерации и приводит к образованию потока отходов регенерации. Он часто используется в системах малого и среднего размера или там, где особенно требуется удаление жесткости.
Антискаланты широко используются в более крупных системах обратного осмоса, поскольку они могут контролировать несколько типов минеральных отложений, не требуя полного удаления ионов, образующих накипь. Их пригодность зависит от химического состава питательной воды и целевой скорости восстановления.
Антискаланты действуют, препятствуя зарождению кристаллов, росту кристаллов и отложению минеральных солей. Некоторые составы также обеспечивают диспергирующий эффект, который помогает удерживать определенные частицы во взвешенном состоянии в воде и снижает их склонность к накоплению на поверхности мембран.
При правильно выбранном антинакипине и соответствующей стратегии дозирования система обратного осмоса может работать с более высокой скоростью восстановления в пределах своих проектных пределов, одновременно снижая риск образования неорганических отложений.
Дозировки антинакипина обычно находятся в диапазоне мг/л, но требуемая концентрация варьируется в зависимости от состава питательной воды, конфигурации мембраны, рабочего давления, температуры и скорости восстановления. Для определения подходящего химического вещества и дозировки следует использовать анализ воды и прогноз масштабирования.
Большее количество антинакипина не обязательно означает лучший контроль накипи. Недостаточная дозировка может не обеспечить контроль осадков, тогда как чрезмерная дозировка может увеличить эксплуатационные расходы и, в зависимости от рецептуры и химического состава воды, способствовать органическому загрязнению или другим проблемам совместимости.
Управление химическими веществами также имеет экологическое измерение. Антинакипины, кислоты, щелочи, поверхностно-активные вещества и другие чистящие средства могут повлиять на качество сточных вод, если они сбрасываются без соответствующей очистки. Точное дозирование, периодические проверки производительности и правильное управление потоками очистки и концентрата могут помочь снизить потребление химикатов и воздействие на окружающую среду.
4. Кислоты и щелочи для регулирования pH.
Регулировка pH является еще одной важной мерой химического контроля в некоторых системах обратного осмоса. В зависимости от химического состава питательной воды и целей очистки для оптимизации условий эксплуатации и контроля конкретных проблем с качеством воды могут использоваться кислоты или щелочи.
В некоторые однопроходные системы обратного осмоса для снижения pH питательной воды добавляется кислота. Это изменяет карбонатное равновесие в воде, смещая бикарбонат в сторону растворенного углекислого газа и снижая концентрацию карбоната, доступную для образования отложений карбоната кальция. В результате риск образования отложений карбоната кальция может быть снижен.
Однако дозирование кислоты не устраняет все виды риска образования накипи. Например, сульфатные соли и кремнезем требуют отдельной оценки. Поэтому окончательную дозировку кислоты следует определять на основе полного анализа питательной воды и прогноза образования отложений.
Щелочи, такие как гидроксид натрия, можно использовать, когда требуется повышение pH. Одним из соответствующих применений является подача питательной воды в систему обратного осмоса второго прохода.
Мембраны обратного осмоса эффективно отталкивают растворенные ионы, но растворенный диоксид углерода плохо улавливается многими мембранами обратного осмоса, поскольку он существует в основном в виде нейтральной, незаряженной молекулы в типичных условиях питательной воды. В результате диоксид углерода может проникать в пермеат после первого прохода обратного осмоса и способствовать повышению проводимости питательной воды второго прохода и продуктовой воды.
Повышение pH может превратить растворенный диоксид углерода в ионы бикарбоната и карбоната, которые легче отторгаются мембраной. Таким образом, в правильно спроектированной системе дозирование щелочи перед установкой обратного осмоса второго прохода может улучшить удаление веществ, связанных с диоксидом углерода, и помочь снизить проводимость воды в конечном продукте.
Эффективность этого подхода зависит от химического состава воды, целевого значения pH, характеристик мембраны и конфигурации системы. Если требуется очень низкая проводимость, можно также рассмотреть возможность дополнительной обработки, такой как дегазация или ионообменная полировка смешанного действия.
