Membrany osmotyczne – najczęstsze problemy
Membrany osmotyczne są projektowane do długotrwałego działania. Są jednak elementami wrażliwymi na pracę w innych warunkach niż te do których zostały zaprojektowane. Najczęstsze problemy dotyczące membran osmotycznych to scaling oraz fouling. W dużym skrócie chodzi o zatykanie membran za pomocą cząstek organicznych oraz nieorganicznych. Do zanieczyszczenia membran dochodzi najczęściej w przypadku uszkodzenia systemu wstępnej obróbki wody surowej. Nie tylko awaria może być przyczyną uszkodzenia membran ale również niewłaściwie zaprojektowana lub wykonana instalacja odwróconej osmozy. Zły dobór elementów (części korozyjne lub nieodporne na wodę demineralizowaną – która jest traktowana jako medium agresywne) oznacza wystąpienie problemów z którymi będzie musiał zmierzyć się użytkownik.
| Prawdopodobna przyczyna | Prawdopodobne miejsce wystąpienia | Ciśnienie transmembranowe | Ciśnienie wejściowe | Przenikanie zanieczyszczeń |
|---|---|---|---|---|
| Zanieczyszczenie (fouling) tlenkami metali (Fe, Mn, Cu, Ni, Zn) | 1 segment | Gwałtowny wzrost | Gwałtowny wzrost | Gwałtowny wzrost |
| Zanieczyszczenie (fouling) koloidalny (związki organiczne i nieorganiczne) | 1 segment | Stopniowy wzrost | Stopniowy wzrost | Minimalny wzrost |
| Zanieczyszczenie (scaling) mineralny (Ca, Mg, Ba, Sr) | Końcowe segmenty | Umiarkowany wzrost | Minimalny wzrost | Wzrost |
| Polimeryzowana krzemionka | Końcowe segmenty | W normie lub wzrost | Wzrost | Normalne lub wzrost |
| Biologiczne zanieczyszczenie (fouling) | Wszystkie segmenty | Zauważany wzrost | Zauważalny wzrost | Normalne lub wzrost |
| Organiczne zanieczyszczenie (fouling) (Naturalna materia organiczna) | Wszystkie segmenty | Stopniowy wzrost | Wzrost | Spadek |
| Zanieczyszczenie antyskalantem (fouling) | 2 segment | Normalne lub wzrost | Wzrost | Normalne lub wzrost |
| Zniszczenie utleniaczami (Cl2, ozon, KMnO4) | 1 segment | Normalne lub wzrost | Spadek | Wzrost |
| Hydroliza (pH poza dopuszczalnym zakresem) | Wszystkie segmenty | Normalne lub wzrost | Spadek | Wzrost |
| Przetarcia | 1 segment | Normalne lub wzrost | Spadek | Wzrost |
| Wycieki na o-ringach | Nie można określić | Normalne lub spadek | Normalne lub spadek | Wzrost |
Scaling w membranach odwróconej osmozy
Scaling polega na osadzaniu cząstek na porach membrany osmotycznej powodując ich powolne zatykanie. Powstaje w wyniku zjawiska polaryzacji stężeniowej (w pobliżu membrany następuje wzrost stężenia substancji rozpuszczonych). Cząsteczkami które do tego prowadzą są najczęściej osady soli trudno rozpuszczalnych, takich jak jony wapnia, i magnezu, siarczany, węglany i wodorowęglany. Jest to oczywiście niepożądany efekt, który powoduje wzrost zużywanej energii elektrycznej oraz spadek wydajności całego systemu. Zjawisko to występuje nie tylko w systemach odwróconej osmozy ale także w nanofiltracji. Na występowanie tego efektu narażone są szczególnie systemy odwróconej osmozy zaprojektowane w sposób nieprawidłowy, gdzie ustawiono zbyt duży odzysk wody demineralizowanej przy braku recyrkulacji wody w membranach. Aby zapobiec zjawisku scalingu w membranach osmotycznych niezbędne jest uwzględnienie kilku warunków. Należy zapewnić odpowiednią cyrkulację wody w membranie – ilość wody cyrkulującej musi być nawet 6x większa niż ilość permeatu. Dodatkowo należy zapewnić wstępną obróbkę wody surowej – za pomocą zmiękczacza lub za pomocą dozowania antyskalantu.
Fouling w membranach osmotycznych
Fouling to proces polegający na zatykaniu membrany zanieczyszczeniami organicznymi (biofouling) lub nieorganicznymi. W przypadku biofoulingu przyczyną zanieczyszczenia są najczęściej związki wielkocząsteczkowe, substancje organiczne, mikrozanieczyszczenia. W przypadku foulingu nieorganicznego przyczynami zanieczyszczeń membran są krzemionka, wodorotlenki metali, sole wapnia itp. Zanieczyszczenie to można podzielić na odwracalne oraz nieodwracalne, w zależności od siły przyczepności cząstek do powierzchni membrany. Jeżeli zanieczyszczenia utworzą na powierzchni membrany placek filtracyjny, membrana osmotyczna może zostać wyczyszczona. Jeżeli zanieczyszczenia zatkają pory membrany zostanie ona bezpowrotnie zniszczona.