Käänteisosmoosiskaalauksen estomenetelmät ja annoslaskelma

Käänteisosmoositeknologia (RO). Sitä käytetään laajalti vedenkäsittelyssä sen etujen, kuten vakaan suolanpoiston, pienen jalanjäljen, automaation ja skaalautuvuuden, ansiosta. Kuitenkin hilseily on ongelmallinen ongelma vedenkäsittelyhenkilöstölle kalvon käytön aikana. Skaalaus voi johtaa kalvovirtauksen vähenemiseen, lisääntyneeseen energiankulutukseen, alhaisempaan suolanpoistonopeuteen ja lyhentyneeseen kalvon käyttöikään, mikä lisää käyttökustannuksia. Siksi on ryhdyttävä toimenpiteisiin kalvon hilseilyn estämiseksi. Yleisimmät hilseilyn estomenetelmät sisältävät kaksi päätapaa: RO-syöttöveden pH:n säätäminen ja kalkkikiven estäjien lisääminen syöttöveteen. Molempia menetelmiä voidaan käyttää myös yhdessä. Tässä artikkelissa käsitellään skaalauksen estomekanismia ja tarjotaan menetelmiä estomenetelmän valitsemiseksi ja tarvittavan annoksen laskemiseksi.

1. Scale Inhibitor -mekanismi
Kalvohilseily tarkoittaa huonosti liukenevien aineiden, kuten CaCO3, CaSO4, BaSO4 ja Ca3(PO4)2, saostumista kalvon pinnalle. Kun nämä aineet keskittyvät RO-järjestelmään, ne voivat saavuttaa ylikyllästyksen. Esimerkiksi pH = 7,5 ja veden lämpötila 25 °C, kun kalsiumin kovuus (mitattuna CaCO3:na) on 200 mg/L ja kokonaisalkalisuus (mitattuna CaCO3:na) on 150 mg/L, CaCO3 lähestyy ylikyllästystä. Vastaavasti pH:ssa 7,5 ja veden lämpötilassa 25 °C, kun bariumionien pitoisuus on vain 0,01 mg/l ja sulfaatti-ionien pitoisuus 4,5 mg/L, BaSO4 tulee ylikyllästyneeksi ja saostuu.

Käänteisosmoosin asteikkoinhibiittoreiden skaalautumisen estomekanismi sisältää ensisijaisesti kompleksin muodostumisen, dispersion, hilan vääristymisen ja kynnysvaikutuksia.

Kompleksoituminen ja liukeneminen: Kalkkikiven estäjät voivat muodostaa liukoisia komplekseja kalsium-, magnesium- ja barium-ionien kanssa vedessä, mikä estää CaCO3:n, CaSO4:n, BaSO4:n ja Ca3(PO4)2:n muodostumisen.
Koagulaatio ja dispersio: Kalkkikiven estäjien vapauttamat anionit kiinnittyvät CaCO3-kiteisiin. Koska teollisuusjätevesien epäpuhtaudet sisältävät tyypillisesti negatiivisen varauksen, kuten varaukset hylkivät toisiaan, jolloin syntyy sähköstaattista repulsiota, joka estää CaCO3-kiteiden aggregoitumisen ja kasvamisen suuremmiksi hiukkasiksi. Kiteet dispergoituvat tasaisesti liuokseen, estäen siten CaCO3-hilseilyn muodostumista.
Hilan vääristymä: CaCO3-mikrokiteiden aggregoitumisen ja kasvun aikana kidehilaan tai kiteen rajapintaan liitetään kattilakiven estäjiä, mikä aiheuttaa hilan vääristymistä. Tämä estää tai vääristää suoraan kiteen kasvua. Esimerkiksi CaCO3 muodostuu positiivisesti varautuneista kalsiumioneista ja negatiivisesti varautuneista bikarbonaatti-ioneista, jotka kasvavat tiettyyn suuntaan. Kehittämisensä aikana hilaan liitetään hilseen estäjiä, mikä lisää kiteen sisäistä jännitystä. Kun jännitys saavuttaa tietyn kynnyksen, kide repeytyy, mikä estää kiteen muodostumisen.
Kynnysvaikutus: Kalkin estäjät häiritsevät CaCO3-, CaSO4-, BaSO4-, Ca3(PO4)2-mikrokiteiden aggregaatio- ja järjestysprosesseja ja estävät siten saostumisen.

2. Skaalauksen estomenetelmien valinta

Ensisijainen indikaattori, jota käytetään arvioitaessa käänteisosmoosijärjestelmissä (RO) skaalausriskiä, ​​on Langelier Saturation Index (LSI). Kun LSI < 0, vedellä ei ole taipumusta hilseilyyn (vaikka se voi olla hieman syövyttävää). Kun LSI ≥ 0, vesi on altis hilseilylle. pH:n säätömenetelmä estää hilseilyä alentamalla syöttöveden pH:ta, jolloin LSI siirtyy suuremmasta kuin 0:sta alle 0:aan. Kalkkikiven estäjien lisääminen voi estää hilseilyä silloinkin, kun LSI ≥ 0, koska vedessä olevat liukenemattomat mikrokiteet eivät voi kasvaa, aggregoitua, tai saostua. Tämän eston päämekanismit ovat edellä kuvatut neljä. Tällä hetkellä kotimaiset kattilakiven estotuotteet voivat varmistaa, että liukenemattomat aineet eivät saostu, vaikka LSI = 3. Kansainväliset huipputuotemerkin inhibiittorit voivat taata saostumattomuuden, kun LSI = 5. On kuitenkin tärkeää olla varovainen ostettaessa inhibiittoreita, sillä jotkut kotimaiset myyjät tuovat maahan tiivistettyjä kansainvälisten merkkien estäjiä ja laimentaa niitä suurilla vesimäärillä, mikä johtaa merkittäviin eroihin todellisessa hilseilyn estotehossa, vaikka tuote on merkitty kuten LSI = 5.

1. pH:n säätömenetelmä

Hyväksytyn permeaattiveden tuotannon varmistamiseksi RO-syöttöveden pH säädetään tyypillisesti välillä 6-9, ja jotkut yritykset käyttävät tarkempaa säätöä kapealla alueella, kuten 7,0-8,5. Syöttöveden erittäin alhaiset tai korkeat pH-arvot voivat estää RO-permeaattia täyttämästä vaadittuja vedenlaatustandardeja. Siksi pH:n säätömenetelmä hilseilyn estoon olettaa, että RO-permeaatin pH on halutulla alueella. On tärkeää huomata, että pH:n säätömenetelmä kohdistuu ensisijaisesti CaCO3-hilseilyyn, eikä se ole tehokas muuntyyppisiä hilseilyaineita vastaan.

2. Scale Inhibitor Addition Method

Kuten aiemmin mainittiin, kattilaestäjien lisääminen voi sallia RO-kalvojen sietää korkeampia LSI-arvoja. Kuitenkin RO-kalkkikiven estäjät ovat yleensä kalliita, kotimaisten tuotteiden välillä 0,008-0,012 RMB/g ja kansainvälisten huipputuotemerkkien tiivistettyjen tuotteiden välillä 0,055-0,075 RMB/g, mikä johtaa korkeisiin käyttökustannuksiin.

Lisäksi markkinoilla on monenlaisia ​​kalkkikiven estäjiä, ja jotkut valmistajat mainostavat jatkuvasti uusia, todentamattomia konsepteja, mikä johtaa hämmennykseen kalkinestoainetta valittaessa. Yleisesti kypsät kaupalliset kattilakiven estäjät voidaan luokitella kolmeen luokkaan: fosforipohjaiset kattilakiven estäjät, polymeeripohjaiset kattilakiven estäjät ja ympäristöystävälliset kattilakiven estäjät.

• Fosforipohjaiset kattilakiven estäjät: Näitä ovat epäorgaaniset fosfaatti-inhibiittorit (kuten natriumtripolyfosfaatti tai natriumheksametafosfaatti) ja orgaaniset fosfonaatti-inhibiittorit (kuten hydroksietylideenidifosfonihappo, aminotrimetyleenifosfonihappo ja fosfonihappojohdannaiset). Epäorgaaniset fosfaatti-inhibiittorit sisältävät pitkäketjuisia anioneja ja ovat alttiita hydrolyysille, erityisesti korkeammissa lämpötiloissa. Hydrolysoituessaan ne muodostavat fosforihapposuoloja, jotka voivat reagoida kalsiumionien kanssa muodostaen Ca3(PO4)2:ta, asteikkoa, jonka liukoisuus on heikompi kuin CaCO3:n. Siksi epäorgaaniset fosfaatti-inhibiittorit eivät sovellu veteen, jossa on korkea lämpötila tai korkea kalsiumionipitoisuus.

• Orgaaniset fosfonaattikiven estäjät: Nämä estäjät sisältävät orgaanisia fosfonaatteja, joille on tyypillisesti tunnusomaista C-O-P-sidos. Altistuessaan korkeille lämpötiloille ja emäksisille ympäristöille orgaaniset fosfonaatit voivat hydrolysoitua fosforiestereiksi ja alkoholeiksi, mikä vähentää merkittävästi niiden hilseilyn estotehoa. Tästä syystä orgaaniset fosfonaatit eivät sovellu käytettäväksi vedessä, jossa on korkea lämpötila tai korkea pH-arvo.

Polymeeripohjaiset kattilakiven estäjät jaetaan ensisijaisesti anionisiin ja kationisiin polymeeri-inhibiittoreihin. Ensin mainittua käytetään pääasiassa metalli-ionien hilseilyn estämiseen, kun taas jälkimmäistä käytetään pääasiassa piidioksidin hilseilyn estämiseen. Polymeeripohjaisten estäjien pääaineosat ovat akryylihappo ja maleiinihappo, ja formuloinnin aikana molekyyleihin lisätään erilaisia ​​funktionaalisia ryhmiä. Seurauksena on, että polymeerikattilakiven estäjiä on eri formulaatioina. Näitä inhibiittoreita käytettäessä on tärkeää ottaa huomioon paitsi veden laatuolosuhteet myös läsnä olevien suomujen tyypit. Esimerkiksi polymeeri-inhibiittorit, joissa on karboksyyliryhmiä, kohdistuvat ensisijaisesti kalsiumin hilseilyyn, sulfonihappopohjaisia ​​polymeeri-inhibiittoreita käytetään pääasiassa metallioksidihilseilyyn ja amiinipohjaiset polymeeri-inhibiittorit ovat tehokkaita piidioksidihilseilyssä. Tästä syystä polymeerikatkon estäjät eivät ole laajakirjoisia aineita; ne on suunniteltu korjaamaan laajakirjoisten estäjien puutteita. Lisäksi, koska polymeeripohjaisten inhibiittorien pääkomponentti on polymeeri, ne ovat herkkiä kloorin ja muiden hapettavien biosidien aiheuttamille hapettumiselle, mikä voi tehdä niistä tehottomia. Siksi ennen näiden inhibiittoreiden lisäämistä on välttämätöntä ensin neutraloida veteen jäänyt kloori lisäämällä pelkistysainetta.

Ympäristömyrkytyksen estäjät sisältävät tyypillisesti aktiivisia aineosia, kuten polyasparagiinihappoa, polyepoksimeripihkahappoa ja niiden johdannaisia. Näitä estäjiä käytetään pääasiassa kalsiumpohjaisten suomien, kuten CaCO3, CaSO4 ja CaF2, hoitoon. Näiden estäjien etuna on, että ne kestävät suhteellisen korkeita kalsiumionipitoisuuksia. Esimerkiksi vaikka kalsiumionipitoisuus saavuttaisi 500 mg/l, ne voivat silti saavuttaa yli 80 %:n kalsiumin hilseilyn eston. Nämä inhibiittorit vaativat kuitenkin suurempia annoksia, aiheuttavat merkittäviä muutoksia veden pH:ssa ja ovat vähemmän tehokkaita alle 40 °C:n lämpötiloissa. Koska suurin sallittu syöttöveden lämpötila käänteisosmoosikalvoille on 35-40 °C, nämä estäjät eivät yleensä sovellu käytettäväksi käänteisosmoosijärjestelmissä, mutta niitä käytetään yleisemmin jäähdytysvesijärjestelmissä.

3. Annoksen laskeminen

Kuten aiemmin mainittiin, se, onko vesi altis hilseilylle, riippuu Langelier Saturation Index (LSI) -arvosta. Siksi, käytettiinpä sitten hapon annostelua pH:n säätämiseen tai kalkkikiven inhibiittoreiden lisäämistä estämään käänteisosmoosikalvon hilseily, ydin on veden LSI:n säätely. LSI:n laskenta on seuraava:

Kaavassa:

• pH on käänteisosmoosikonsentraatin mitattu pH-arvo.
• pH_s on kyllästys-pH-arvo, joka vastaa karbonaattijärjestelmää vedessä todellisessa veden lämpötilassa, joka tunnetaan kyllästymis-pH:na.

The pH Käänteisosmoositiivistettä voidaan helposti saada online-instrumenteilla tai manuaalisella mittauksella. Siksi avain LSI:n laskemiseen on määrittäminen pH_s . mukaan Vakiomenetelmät veden ja jäteveden tutkimiseen , pH_s voidaan laskea seuraavalla kaavalla.

Kaavassa:

• A on liuenneiden kiintoaineiden kokonaiskerroin (TDS).
• B on veden lämpötilakerroin.
• C on kalsiumin kovuuskerroin.
• D on kokonaisalkalisuuskerroin.

Laskentamenetelmät A , B , C , ja D ovat seuraavat.

• TDS on käänteisosmoosikonsentraatin liuenneiden kiintoaineiden kokonaispitoisuus, mg/l.
• t on käänteisosmoosirikasteen lämpötila, °C.
• Cca on käänteisosmoosikonsentraatin kalsiumin kovuus, ilmaistuna CaCO3:na, mg/l.
• C_kokonaisalkaliteetti on käänteisosmoosikonsentraatin kokonaisalkalisuus ilmaistuna CaCO3:na mg/l.

Aiemmin mainittua esimerkkiä käyttäen missä pH = 7,5 , TDS = 2000 mg/l , lämpötila t = 25°C , kalsiumin kovuus Cca = 200 mg/L , ja kokonaisalkalisuus C_kokonaisalkalisuus = 150 mg/L , LSI:n laskentaprosessi on seuraava:

Tämä on linjassa edellisen väitteen kanssa, jossa näissä olosuhteissa CaCO3 on lähes kyllästynyt. Lisäksi voimme havaita, että annoslaskelma voidaan ilmaista seuraavilla kolmella kaavalla.

Erityinen levitysmenetelmä on seuraava:

Ensin mitataan TDS, lämpötila t , kalsiumin kovuus Cca ja kokonaisalkalisuus C_kokonaisalkaliteetti käänteisosmoosikonsentraatista. Sitten laskemme kaavan avulla pH_s .

• Jos pH_s ≥ pH , muita säätöjä tai hilseilynestoaineita ei tarvita kalsiumin hilseilyn estämiseksi.
• Jos pH_s < pH , varmistamme, että pH:n säätämisen jälkeen käänteisosmoosisyöttöveden pH ei laske alle 6,5:n (koska alhaisempi pH voi johtaa happamaan käänteisosmoosituotteeseen). Tässä tapauksessa voimme säätää pH:ta lisäämällä happoa, kunnes pH_s ≥ pH . Tätä sovelletaan vain, kun pH_s ≥ 6,5 . Jos pH_s < 6,5 , meidän on säädettävä pH:ta hapolla, kunnes se saavuttaa 6,5:n tai jopa alhaisemman, mikä saa käänteisosmoosituotteen vedestä happamaan.
• Jos pH_s < 6,5 , on lisättävä kalkkikiven estäjiä.

On tärkeää huomata, että kuten aiemmin mainittiin, hapon annostelu pH:n säätöön kohdistuu ensisijaisesti CaCO3 skaalaus, eikä se ole tehokas muuntyyppisissä skaalaustyypeissä. Muille hilseileville aineille tarvitaan hilseilynestettä.

Jotta hapon annostelu säätelee pH:ta, annostusta voidaan ohjata todellisen mitatun pH:n avulla. Mitä tulee kalkkikiven estäjän annostukseen, kotimaisten ja kansainvälisten tutkijoiden laaja tutkimus on osoittanut, että:

• Kun kalkkikiven estäjäannos on alle 2,5 g/m³ , estoteho on suhteellisen alhainen.
• Kun annos ylittää 3,0 g/m³ , eston tehokkuus ei enää parane merkittävästi.

Siten optimaalinen kalkkikiven estäjän annos on välillä 2,5-3,0 g/m³ , kuten seuraavassa kaaviossa näkyy.

Yhteenvetona voidaan todeta, että kun estetään käänteisosmoosikalvon hilseily, meidän tulisi ensin laskea käänteisosmoositiivisteen LSI käyttämällä tässä artikkelissa annettuja kaavoja arvioidaksemme, tapahtuuko hilseilyä. Toiseksi meidän on analysoitava tärkeimmät hilseilyaineet permeaatissa, jotka voidaan määrittää testaamalla indikaattoreita, kuten Ca²+, Mg²+, HCO3⁻, Ba²+, SiO2 jne. Tämän analyysin avulla voimme tehdä kohdennettuja päätöksiä säädä pH hapolla tai lisää kalkkikiven estäjiä. Jos hilsettä tarvitaan, meidän tulee määrittää sopiva käytettävän estäjän tyyppi ja annostus.