Aangezien het alweer veel te lang geleden is dat ik een stukje over Reversed Osmosis heb geschreven, gaan we meteen weer verder.

We hebben het dus al gehad over de effecten van chloor op de membranen en specifiek welke stoffen er ontstaan bij de reductie van chloor met organisch materiaal, namelijk trihalomethanen. Van aluminium en mangaan weten we inmiddels dat dit echt ‘no go’ is op een RO membraan en dat ijzer, mits in tweewaardige vorm, op een RO mag worden gelaten indien de unit zuurstofloos wordt bedreven en het liefst nog bij een verlaagde pH.

ijzer op membraan

Een zwaar beschadigd membraan door ijzerfouling. Het membraan is door de drukval gaan telescopen.

Als we nu eens structureel gaan kijken naar welke problemen kunnen ontstaan bij een RO door een inadequate voorbehandeling / watermanipulatie, dan kunnen we een onderscheid maken in de volgende thema`s: Fouling door deeltjes, organisch materiaal en bacteriën, scaling door het neerslaan van zouten en membraan degradatie door bijvoorbeeld een oxidator zoals chloor.

Afhankelijk van het watertype dat op de RO wordt gelaten, kan worden nagegaan of er een verhoogd risico bestaat op fouling, scaling of beiden. Het komt erop neer dat je gaat kijken naar de aanwezigheid van onopgeloste delen, opgeloste stoffen, organische stoffen, biologie en opgeloste gassen.

Fouling

Dit is een heel breed begrip en is eigenlijk een omschrijving om de versmering van membranen door organisch materiaal, zowel levend als dood. Denk maar aan humuszuren of olie, grote organische ketens versus levende organismen zoals bacteriën of algen. Aan de andere kant kan fouling ook worden veroorzaakt door anorganisch materiaal zoals collloidaal silica en ijzeroxiden die reeds zijn uitgevlokt voordat ze bij het membraan zijn gekomen.

Feedspacer met biofilm

Hier zien we duidelijk de biofilm op de feedspacer van een RO membraan.

Omdat het, op humuszuren, na gewoon om vaste delen gaat, levend of niet levend, wordt de mate van versmeringsrisico vastgesteld middels de Silt Density Index.

Hierbij wordt het desbetreffende watermonster dat moet worden behandeld door een 47 mm groot membraan geperst met een poriegrootte van 0,45 micron bij een constante druk van 2,07 bar. Er wordt gemeten hoe lang erover wordt gedaan om 500 ml water door het membraan te laten. Deze meting wordt herhaald op 5, 10 en 15 minuten na aanvang van de test. Aangezien het membraan steeds smeriger wordt naarmate meer water over het membraan is gegaan, neemt de tijd om 500 ml water te laten passeren toe. Op basis van deze gegevens wordt het foulinggedrag van het water op het membraan berekend en bepaald. De SDI geeft dus niet aan hoeveel deeltjes in het water zitten, alleen maar in welke mate ze de doorlaatbaarheid van het membraan beïnvloeden. Dit kan bijvoorbeeld te maken hebben met de vorm van de deeltjes.

SDI opstelling

Schematische weergave van een SDI testopstelling.

De waarden uit de metingen na 5 en 10 minuten geven een leuke inschatting van het uiteindelijke resultaat, maar de meting na 15 minuten draaien is het belangrijkst. Deze waarde wordt ook wel de SDI 15 genoemd en geeft de procentuele doorlaatbaarheidsafname aan per minuut over een periode van 15 minuten. Hiermee worden installaties ontworpen. De maximale SDI 15 bedraagt 6,67, aangezien de doorlaatbaarheid 100% kan afnemen in 15 minuten (100 / 15 = 6,67). In de onderstaande tabel kunnen we zien wat we bij een bepaalde SDI 15 kunnen verwachten:

SDI > 5Niet doen, eerst voorbehandelen
SDI > 3 en < 5Fouling is een probleem, RO frequent reinigen
SDI < 3RO reinigen bij een interval van enkele maanden
SDI < 1Enkele jaren draaien zonder reiniging

 

Voorfiltratie in de vorm van coagulatie / flocculatie plus multimedia filters of ultrafiltratie- units worden ingezet om de gewenste SDI 15 te bereiken, voordat het water over de RO wordt gelaten.

Scaling

Naast de SDI15 als middel om te kijken naar het foulingedrag ten aanzien van onopgeloste stoffen, is het bepalen van het scalingpotentiaal belangrijk om te bepalen hoe het zit met het gevaar dat de opgeloste stoffen in het water vormen voor de membranen. Zolang ze in oplossing blijven is er niets aan de hand, juist bij het indikken van het water in de RO kunnen er problemen ontstaan, doordat de maximale oplosbaarheid van bepaalde zouten wordt overschreden, waardoor zoutneerslag ontstaat. Deze neerslag wordt dus scaling genoemd.

Scaled membrane

Deze membraanmodule zit potdicht met kalk.

Het percentage aan voedingswater dat via de permeaatzijde de module verlaat wordt ook wel de recovery genoemd. Stel dat 60% van het water door het membraan gaat en 40% wordt weggegooid als concentraat, dan bedraagt de recovery van de unit dus 60%. De zoutconcentratie van het concentraat ligt dan 2,5 maal zo hoog als dat van het voedingswater (100/40). Stel we vinden dat we teveel water weggooien en we verhogen de recovery van de RO naar 80%, dan zal de zoutconcentratie van het concentraat maar liefst 5 maal zo hoog zijn (100/20). Een dergelijke actie heeft ingrijpende gevolgen voor het systeem, waarbij voordat de recovery wordt aangepast, eerst nagegaan moet worden hoe het met het scalingpotentiaal zit.

RO stromen

Een herhaling van de RO stroompjes.

Oplosbaarheidsproduct

Het lijstje slecht oplosbare zouten is best lang.

Nu kun je dit met de hand uitrekenen, maar dan ben je even bezig, aangezien het lijstje van slecht oplosbare zouten nogal lang is, mag ik dit mooi met modelletjes doen aangeleverd door onze antiscalant leverancier. Antiscalant is een chemische toevoeging aan het RO voedingswater, waarbij onder andere het oplosbaarheidsproduct van zouten wordt verhoogd. Je kunt simpel gezegd het water dus verder indikken voordat scaling zal plaatsvinden. Daarnaast wordt de kristalstructuur van de zoutkristallen die worden gevormd veranderd, waardoor ze minder scherp worden, maar juist wat stomper. Hierdoor haken ze minder snel in elkaar en op het membraan. Je krijgt als het ware minder snel ‘kloeten in de pap’. Ten derde geeft de antiscalant de kristallen een negatieve lading. Aangezien de RO membranen bij een neutraal tot licht basisch pH bereik ook negatief zijn geladen, worden de kristallen bij het membraanoppervlak weggehouden en spoelen ze via de concentraatpoort de modules uit.

drempel 2

Aangezien het antiscalant negatief is geladen, zit het antiscalant bij de R- groepen.

antiscalant calculatie

Een mooi grafiekje uit het antiscalant model.

Zoals we in dit voorbeeld kunnen zien zijn calciumsulfaat en calciumcarbonaat de twee meest beperkende zouten als het op de recovery van de unit aankomt. Normaliter lossen zouten beter op naarmate het water warmer wordt, bij deze twee zouten is dit nadrukkelijk niet het geval. Anders zouden we ook geen ketelsteen krijgen in onze fluitketel (voor diegenen die nog een oldschool fluitketel hebben).

dispersie 2

Schematische weergave van de negatief geladen zoutkristallen die lekker wegfietsen van het membraanoppervlak door lading.

Je ziet nu hopelijk in hoe belangrijk een goed uitgevoerde voedingswateranalyse is. Ik moet erbij vermelden dat we het water nooit alleen mogen beoordelen op de oplosbaarheidsproducten van de individuele componenten, zoals bijvoorbeeld ijzer en silica. Samen vormen ze ijzersilicaten, die een lager oplosbaarheidsproduct hebben dan dat van de individuele stoffen. Net als bij de Koihobby moeten we ook de gesteldheid van het water in samenhang beoordelen.

Over Patrick Oude Groeniger

Patrick weet als milieukundige de hobby en zijn passie voor watermanagement vanuit nano-perspectief te bejegenen en ziet het als een uitdaging een beter begrip hiervoor te kweken om hobbyisten vooruit te helpen. De Twentenaar maakte van zijn hobby zijn werk en is werkzaam als Process Engineer bij JOTEM waterbehandeling.

Reacties

Comments are closed.

Messenger icon
Send us a message via your Messenger App