Voorbehandeling
Een goede voorbehandeling van het voedingswater is nodig om de effectiviteit en levensduur van een omgekeerde osmose installatie te behouden. Een goede selectie van de voorbehandelingsmethoden met betrekking tot het voedingswater zal de effectiviteit en levensduur verlengen door het voorkomen of minimaliseren van:
· Biofouling;
· Scaling;
· Membraanverstopping.
Voor een ononderbroken en betrouwbare werking van de voorbehandeling van het voedingswater is een speciale benadering nodig. Een voorbehandeling die niet goed is afgestemd op de installatie kan eindigen in overbelasting van het voorbehandelingssysteem (zandfilter, kaarsenfilter). Op deze manier moet men de onderdelen van het systeem onnodig vaak reinigen om de productiviteit en de zout retentie te herstellen. De kosten van het reinigen, de tijd dat het systeem stil staat en de verliezen van de systeemprestaties kunnen dan beduidend zijn. Het type filtratiesysteem in een voorbehandelingsinstallatie zal voor een groot deel afhangen van de kwaliteit van het voedingswater. Een goede voorbehandeling van het voedingswater is daarom afhankelijk van:
· De bron van het voedingswater;
· De samenstelling van het voedingswater;
· Het doel van het voedingswater.
Vervolgens wordt er een complete en nauwkeurige analyse van het water gemaakt als duidelijk is wat de bron van het te behandelen voedingswater is. Dit onderdeel is een belangrijke stap in voor het ontwerpen van de voorzuivering en de gehele omgekeerde osmose installatie omdat dit vaak het type en de grootte van de voorbehandelingsinstallatie bepaald.
Voedingswater analyse
De meeste watersoorten die behandeld worden door een omgekeerde osmose installatie zijn:
· Brakke wateren met een laag zoutgehalte en een TDS tot 5.000 ppm;
· Brakke wateren met een hoog zoutgehalte en een TDS van 5.000 tot 15.000 ppm;
· Zeewater met een TDS van ongeveer 35.000ppm.
Zeewater met een TDS van 35.000 mg/l wordt beschouwd als standaard zeewater, omdat dit globaal de meest voorkomende watersoort is. Desondanks zijn er wel grootte verschillen te vinden in TDS gehalte wat betreft het zeewater. De Baltische zee heeft bijvoorbeeld een TDS van 7.000 mg/l en de Rode zee heeft een TDS van 45.000 mg/l. Er is ook een standaard waarde bepaald voor de concentratie van stoffen die opgelost zijn in het zeewater (bijlage II). Men moet echter wel rekening houden met het feit dat invloeden vanuit het land en grondsoort een belangrijke factor zijn. Een monster dat van de openzee genomen wordt kan een hele andere samenstelling van stoffen bevatten dan van één die dicht aan de kade is genomen. De beperkende factor voor het behandelen van zeewater is de osmotische druk veroorzaakt door een hoge TDS. De beperkende factor voor het behandelen van brakwater is grotendeels van chemische aard. Dat wil zeggen, neerslag en scaling door calcium carbonaat of sulfaat. De chemische samenstelling van brakke wateren is zeer gevarieerd en plaats gebonden.
Om een goed proces ontwerp te creëren moet er een nauwkeurige water analyse worden uitgevoerd. Met behulp van een wateranalyse formulier
worden de concentraties aan anorganische zouten en overige gegevens van het voedingswater verzameld. De wateranalyse moet volledig in balans zijn. Is dit niet het geval dan is het nodig om Na+ of Cl- toe te voegen om een neutrale waterbalans te krijgen.
Scaling controle en preventie
Wanneer slecht oplosbare zouten zich concentreren in het membraan en oververzadigd raken, spreek met van scaling. Als een omgekeerde osmose installatie met recovery van 50% werkt, dan betekent dit dat de concentratie aan zouten in de concentraatstroom verdubbeld is ten opzichte van de voedingsstroom en als de recovery toeneemt neemt ook de risico op scaling toe. Daarom is het belangrijk dat de verzadigingslimieten van de slecht oplosbare zouten niet worden overschreden. De slecht oplosbare anorganische zouten die voor problemen zorgen in een omgekeerde osmose installatie zijn voornamelijk calcium carbonaat (CaCO3), calcium sulfaat (CaSO4) en silica (?). Andere zouten zijn calcium fluoride, barium sulfaat en strontium sulfaat.
Scaling in de vorm van calciumcarbonaat kan worden voorkomen door de voeding aan te zuren. Door anti-scalants toe te voegen kan de neerslag van barium- en strontiumzouten, silicaten, maar ook ijzervervuiling worden voorkomen. Let wel op dat de toegevoegde chemicaliën (zuren en anti-scalants) aanleiding kunnen geven tot het optreden van biofouling. Door strengere eisen te stellen aan de chemicaliën (vooral zuren) en gebruik te maken van andere samenstellingen kan dit worden voorkomen. Het gebruik van anti-scalants kan niet altijd worden vermeden. Door de recovery te verlagen naar ongeveer 25%, verlaagt men de kans op het optreden van oververzadiging van neerslaande zouten (scaling). De membraanelementen zullen dan na één of twee jaar vervangen moeten worden. Hierdoor kan het gebruik van anti-scalants worden beperkt. Deze manier wordt toegepast bij relatief smalle installaties zoals installaties die drinkwater maken van tap- of zeewater voor huishoudelijk gebruik. Een andere reinigingsmethode is om een forward flush met een lage druk uit te oefenen en daarbij de concentraatklep te openen.
Preventie colloïdale deeltjes verontreiniging
Colloïdale verontreiniging bij omgekeerde osmose elementen kunnen prestaties ernstig schaden door de productiviteit te verminderen. Een vroeg teken van het deze verontreiniging is vaak een verhoogd drukverschil over het systeem. De bron van deze verontreinigingen in het voedingswater zijn gevarieerd en omvatten vaak bacteriën, klei en producten van ijzercorrosie. De chemische producten die bij de voorbehandeling gebruikt worden kunnen ook leiden tot fouling van de membranen. De best beschikbare technologie voor het bepalen van het vervuilingspotentieel van colloïdale deeltjes in het voedingswater is de meting van de SDI die soms ook als MFI (Modified Fouling Index) wordt aangeduid. Dit is een belangrijke meting dat voorafgaand aan het ontwerpen van een voorbehandelingssysteem. Tevens moet deze meting regelmatig worden uitgevoerd als de omgekeerde osmose installatie in gebruik is.
Om een SDI van minder of gelijk aan vijf te behouden, zijn er een aantal voorbehandelingsmethoden voorhanden om de SDI te verminderen. Dit zijn:
· Mediafiltratie (zandfiltratie);
· Kaarsenfilter;
· Ultrafiltratie en microfiltratie;
· Coagulatie en flocculatie;
Preventie biofouling
Alle ruwe wateren bevatten micro-organismen zoals bacteriën, algen, paddestoelen, virussen en hogere organismen. De typische grootte van bacteriën is 1 tot 3 mm. De micro-organismen kunnen als colloïdale verontreinigingen worden beschouwd en kunnen met dezelfde voorbehandeling methoden verwijderd worden. Het gevolg van biologische aan groei in het systeem geeft een negatieve beïnvloeding voor de prestaties het systeem net zoals bij de andere verontreinigingen. De symptomen zijn een verhoging van de druk bij de aanvoerzijde wat tot telescoping (uiteenschuiven van het membraan) en beschadiging van het membraan leid. Soms ontwikkelt de biofim zich zelfs aan de permeaat zijde van het systeem, waarbij het permeaat vervuild wordt.
Het aantal micro-organismen in het ruwe water, voedingswater en in het concentraat geven belangrijke informatie om de vervuilingsgraad te beoordelen. De soort en de hoeveelheid nutriënten in het voedingswater zijn ook factoren die ontwikkeling van de biofilm kunnen bepalen. De vorming van biofilms wordt bestudeerd door verscheidene onderzoekers, maar nog niet volledig begrepen. De beste methode om het
biofouling in zijn vroeg stadium te ontdekken is een testoppervlakte in de voedingsstroom te controleren. De “Robbin sampler” is een eenvoudig apparaat om kleine testoppervlakten aan een waterstroom bloot te stellen. Deze oppervlaktesteekproeven kunnen op een regelmatige basis worden genomen en worden onderzocht op de aanhechting van een biofilm. Een zorgvuldige en periodieke inspectie van de kaarsenfilters en het leidingwerk is ook nuttig. De aanwezigheid van slijm of geur is een aanwijzing voor het optreden van biofouling
|
