|
Deeltjes
Deze vervuiling kunnen we omschrijven als zwevende en colloïdale deeltjes die zich afzetten op het
membraan. Het membraan komt dus als het ware verstopt te zitten met vaste deeltjes waardoor het te zuiveren water zich niet meer door het membraan kan verplaatsen. Door deze verstopping moet er meer druk geleverd worden wat weer tot hogere energiekosten
leidt.
Scaling
Scaling is een ongewenst effect bij nanofiltratie en
omgekeerde osmose. Het leidt tot een hoger energieverbruik en verkort de levensduur van de membranen, omdat deze vaker gereinigd moeten worden. Vroegtijdige signalering van scaling is daarom noodzakelijk.
Nanofiltratie en omgekeerde osmose worden veel toegepast bij
drinkwaterbereiding uit grond- of oppervlaktewater aan de industrie. Hierbij is een hoge conversie zeer gewenst. Dit beperkt het verlies aan grondstof en energieverbruik. Afhankelijk van de conversie wordt circa 75 procent tot 90 procent van het voedingswater omgezet in product. Zouten worden hierbij in het membraanconcentraat ingedikt. Anorganische zouten zoals calciumcarbonaat en bariumsulfaat die slecht oplosbaar zijn in water, kunnen oververzadigd raken en dan neerslaan. Bij een hogere conversie neemt de mate van concentrering en daarmee de kans op scaling, het neerslaan van slecht oplosbare zouten op het membraanoppervlak, toe.
Door scaling neemt de genominaliseerde flux af. Het leidt tot, zoals al eerder gezegd, een hoog energieverbruik, een toename van de reinigingsfrequentie en een kortere levensduur van de membranen. De kosten gaan daarmee omhoog. Het neerslaan van zouten kan worden voorkomen door zuur of een anti-scalant te doseren. Zuur verlaagt de oververzadiging van calciumcarbonaat, terwijl anti-scalants de precipitatie snelheid vertragen. Een membraaninstallatie opereert optimaal bij een maximale conversie met minimale dosering van zuur en anti-scalant, waarbij geen scaling optreedt.
Biofouling
Biologische vervuiling (biofouling) komt het meeste voor bij nanofiltratie en omgekeerde osmose. Dit komt doordat deze membranen niet kunnen worden gedesinfecteerd met
chloor om de bacteriën de doden. Biofouling bij nanofiltratie en omgekeerde osmose is waarschijnlijk de minst begrepen vervuiling die ontstaat bij membraansystemen. Dit is te danken aan de complexe groei van de microbiologische bacteriën. Ze hebben schadelijke, vaak onomkeerbaar, effecten op het nanofiltratie en omgekeerde osmose systeem. Het type, concentratie en groei mogelijkheden van biologische soorten in een systeem is grotendeels afhankelijk van kritische factoren als temperatuur, zonlicht,
pH, opgeloste zuurstof en de aanwezigheid van organische en anorganische nutriënten.
Micro-organismen kunnen in het systeem komen via water en luchtwegen of beide. Aërobe bacteriën vinden een goede leefomgeving in warme, ondiepe en lichte wateren met opgeloste zuurstof, een pH van
6,5 tot 8,5 en een overvloed aan organische en anorganische nutriënten. Anaërobe bacteriën daarentegen zijn voornamelijk aanwezig in gesloten systemen met weinig of geen opgeloste zuurstof en kunnen geactiveerd worden als er genoeg nutriënten aanwezig zijn zoals organische materie of overblijfselen van dode algen. Beide typen bacteriën kunnen in hetzelfde systeem aanwezig zijn. Nagenoeg zijn er bacteriënsoorten die kunnen wisselen tussen aërobe en anaërobe toestand en andersom, afhankelijk van de waterconditie die op dat moment geldt.
Een van de meeste voorkomende vormen van biofouling vindt zijn oorsprong in de voorbehandeling van omgekeerde osmose en onderdelen binnen een membraan systemen die de groei van algen positief kunnen beïnvloeden. Onderdelen in een membraansysteem die bijvoorbeeld zonlicht doorlaten of stilstaand water bevatten zorgen ervoor dat de groei van algen snel toeneemt.
Bij het fotosynthese proces is zonlicht een belangrijke factor bij de groei van algen. Dit bepaalt namelijk hoeveel
zuurstof er wordt geproduceerd. Aërobe bacteriën, die zuurstof nodig hebben, rekenen op zuurstof producerende algen als de opgeloste zuurstof in het voedingswater niet genoeg is voor de stofwisseling. Naarmate de algen meer gaan afsterven zorgen ze voor een goede voedingsbron van organische nutriënten voor de bacteriën om te groeien binnen het membraansysteem.
Een andere vorm van biofouling in een membraansysteem is de hechting van bacteriën aan de binnenwand van pijpleidingen. Vooral bochten, ellebogen en doodlopende delen zijn een goed aanhechtingspunt voor bacteriën. De eerste
biofilmen zijn gevormd. De bioflim wordt als maar dikker omdat de bacteriën zich blijven vermenigvuldigen en dood organisch materiaal in de complexe structuur van de biofilm blijft hangen. Ondanks het feit dat ze de waterstroom beïnvloeden blijven ze kleine vaste deeltjes en micro-organismen aantrekken. De slijmerige afzetting wordt een sterk samenhangend geheel dat moeilijk of helemaal niet meer te verwijderen is. Uiteindelijk zullen delen van de biofilm loslaten en zich verspreiden in alle systeem componenten, inclusief het membraan. Eenmaal aangehecht aan het membraan groeien en vermenigvuldigen de micro-organismen zich, waarbij ze de nutriënten uit het voedingswater gebruiken als voedsel. Er heeft zich nu een biofilm gevormd op het membraan, die een goede doorstroming van het voedingswater door het membraan belemmert. Dit resulteert in een hogere druk, wat hogere kosten met zich meebrengt en eventueel een niet te
herstellen beschadiging van het membraan. Het is zelfs zo dat sommige membraanmaterialen een goede voedingsbodem vormen voor micro-organismen en er voor zorgen dat het membraan binnen een korte tijdsduur compleet wordt vernietigd.
Terug naar
Membraantechnologie
|
