Ters ozmoz (RO) Teknolojisi Kararlı Tuzdan arındırma oranları, küçük ayak izi, otomasyon ve ölçeklenebilirlik gibi avantajlarından dolayı su arıtmada yaygın olarak kullanılmaktadır. Ancak membran operasyonu sırasında kireçlenme su arıtma personeli için sıkıntılı bir konudur. Ölçeklendirme, membran akışının azalmasına, enerji tüketiminin artmasına, tuzdan arındırma oranlarının düşmesine ve membran ömrünün kısalmasına neden olabilir ve bu da işletme maliyetlerini artırır. Bu nedenle membran ölçeklenmesini önlemek için önlemler alınmalıdır. Yaygın kireçlenme önleme yöntemleri iki ana yaklaşımı içerir: TO besleme suyunun pH'ının ayarlanması ve besleme suyuna kireç önleyicilerin eklenmesi. Her iki yöntem bir arada da kullanılabilir. Bu makalede, ölçeklendirme engelleme mekanizması tartışılmakta ve engelleme yönteminin seçilmesi ve gerekli dozajın hesaplanması için yöntemler sağlanmaktadır.
1. Kireç Önleyici Mekanizma
Membran ölçeklendirme, CaCO3, CaSO4, BaSO4 ve Ca3(PO4)2 gibi az çözünen maddelerin membran yüzeyinde çökelmesini ifade eder. Bu maddeler RO sisteminde yoğunlaştığında aşırı doygunluğa ulaşabilirler. Örneğin pH=7,5 ve 25°C su sıcaklığında, kalsiyum sertliği (CaCO3 olarak ölçülür) 200 mg/L ve toplam alkalilik (CaCO3 olarak ölçülür) 150 mg/L olduğunda CaCO3 süper doygunluğa yaklaşacaktır. Benzer şekilde, pH=7,5 ve 25°C su sıcaklığında, baryum iyonlarının konsantrasyonu yalnızca 0,01 mg/L ve sülfat iyonlarının konsantrasyonu 4,5 mg/L olduğunda, BaSO4 aşırı doygun hale gelecek ve çökecektir.
Ters ozmoz tortusu inhibitörlerinin tortulaşmayı önleme mekanizması öncelikle kompleksleşmeyi, dispersiyonu, kafes bozulmasını ve eşik etkilerini içerir.
Kompleksleşme ve çözünme: Kireç önleyiciler, suda kalsiyum, magnezyum ve baryum iyonları gibi kireç oluşturucu katyonlarla çözünür kompleksler oluşturarak CaCO3, CaSO4, BaSO4 ve Ca3(PO4)2 oluşumunu önleyebilir.
Pıhtılaşma ve dispersiyon: Kireç inhibitörleri tarafından salınan anyonlar CaCO3 kristallerine bağlanır. Endüstriyel atık sudaki kirletici maddeler tipik olarak negatif yük taşıdığından, benzer yükler birbirini iterek CaCO3 kristallerinin toplanıp daha büyük parçacıklara dönüşmesini önleyen elektrostatik itme oluşturur. Kristaller çözelti içinde eşit şekilde dağılır, böylece CaCO3 pullarının oluşumu engellenir.
Kafes bozulması: CaCO3 mikrokristallerinin toplanması ve büyümesi sırasında, kireç önleyiciler kristal kafesine veya kristal arayüzüne dahil edilerek kafes bozulmasına neden olur. Bu doğrudan kristal büyümesini engeller veya bozar. Örneğin CaCO3, belirli bir yönde büyüyen pozitif yüklü kalsiyum iyonları ve negatif yüklü bikarbonat iyonlarından oluşur. Gelişimleri sırasında, kristalin içindeki iç gerilimi arttıran kireç önleyiciler kafesin içine dahil edilir. Stres belirli bir eşiğe ulaştığında kristal kırılır ve kristal oluşumu engellenir.
Eşik etkisi: Kireç önleyiciler CaCO3, CaSO4, BaSO4, Ca3(PO4)2 mikrokristallerinin toplanma ve düzenlenme süreçlerini bozarak çökelmeyi önler.
2. Ölçeklendirme Engelleme Yöntemlerinin Seçimi
Ters ozmoz (RO) sistemlerinde kireçlenme riskini değerlendirmek için kullanılan birincil gösterge Langelier Doygunluk İndeksi'dir (LSI). LSI < 0 olduğunda, suyun kireçlenme eğilimi yoktur (her ne kadar biraz aşındırıcı olsa da). LSI ≥ 0 olduğunda su kireçlenmeye eğilimlidir. pH ayarlama yöntemi, besleme suyunun pH'ını düşürerek kireçlenmeyi önler, böylece LSI'yi 0'dan büyükten 0'ın altına kaydırır. Kireç önleyicilerin eklenmesi, LSI ≥ 0 olduğunda bile sudaki çözünmeyen mikro kristaller büyüyemeyeceğinden, toplanamayacağından, kireçlenmeyi önleyebilir. veya çökelir. Bu inhibisyonun ana mekanizmaları yukarıda açıklanan dört mekanizmadır. Şu anda yerli ölçekli inhibitör ürünleri, LSI = 3 olduğunda bile çözünmeyen maddelerin çökelmemesini sağlayabilir. Uluslararası üst marka inhibitörler, LSI = 5'te çökelme olmamasını garanti edebilir. Bununla birlikte, bazı yerli satıcılar ithal ettiğinden, inhibitörleri satın alırken dikkatli olmak önemlidir. konsantre uluslararası marka inhibitörleri ve bunları büyük miktarlarda suyla seyrelterek, ürün LSI = 5 olarak etiketlenmiş olsa bile gerçek kireçlenme engelleme performansında önemli farklılıklara yol açar.
1. pH Ayarlama Yöntemi
Nitelikli süzüntü suyu üretimini sağlamak için, RO besleme suyu pH'ı genellikle 6 ile 9 arasında kontrol edilir; bazı şirketler ise 7,0 ila 8,5 gibi daha dar bir aralıkta daha rafine kontrol uygular. Besleme suyundaki son derece düşük veya yüksek pH seviyeleri, RO süzüntüsünün gerekli su kalitesi standartlarını karşılamasını engelleyebilir. Bu nedenle, kireçlenmenin engellenmesi için pH ayarlama yöntemi, RO süzüntü pH'ının istenen aralıkta olacağını varsayar. pH ayarlama yönteminin öncelikli olarak CaCO3 kireçlenmesini hedeflediğine ve diğer kireç çözücü maddelere karşı etkisiz olduğuna dikkat etmek önemlidir.
2. Ölçek İnhibitörü Ekleme Yöntemi
Daha önce de belirtildiği gibi, ölçek inhibitörlerinin eklenmesi, RO membranlarının daha yüksek LSI değerlerini tolere etmesine izin verebilir. Bununla birlikte, RO tortu inhibitörleri pahalı olma eğilimindedir; yerli ürünler 0,008 ila 0,012 RMB/g arasında değişirken, uluslararası üst düzey marka konsantre ürünlerin maliyeti 0,055 ila 0,075 RMB/g arasındadır ve bu da yüksek işletme maliyetlerine neden olur.
Ek olarak, piyasada çok sayıda kireç önleyici türü vardır ve bazı üreticiler sürekli olarak yeni, kanıtlanmamış konseptleri teşvik eder ve bu da kireç önleyici seçerken kafa karışıklığına yol açar. Genel olarak olgun ticari kireç önleyiciler üç kategoriye ayrılabilir: fosfor bazlı kireç önleyiciler, polimer bazlı kireç önleyiciler ve çevre dostu kireç önleyiciler.
-
Fosfor bazlı Kireç İnhibitörleri: Bunlar arasında inorganik fosfat inhibitörleri (sodyum tripolifosfat veya sodyum heksametafosfat gibi) ve organik fosfonat inhibitörleri (hidroksietiliden difosfonik asit, amino-trimetilenfosfonik asit ve fosfonik asit türevleri gibi) bulunur. İnorganik fosfat inhibitörleri uzun zincirli anyonlar içerir ve özellikle yüksek sıcaklıklarda hidrolize eğilimlidir. Hidrolize edildiklerinde fosforik asit tuzları oluştururlar; bu tuzlar kalsiyum iyonlarıyla reaksiyona girerek CaCO3'ten daha düşük çözünürlük ürünü olan Ca3(PO4)2'yi oluşturur. Bu nedenle inorganik fosfat inhibitörleri, yüksek sıcaklıktaki veya yüksek kalsiyum iyonu konsantrasyonuna sahip sular için uygun değildir.
-
Organik Fosfonat Ölçeği İnhibitörleri: Bu inhibitörler, tipik olarak C-O-P bağı ile karakterize edilen organik fosfonatlar içerir. Yüksek sıcaklıklara ve alkalin ortamlara maruz kaldıklarında organik fosfonatlar, fosforik esterlere ve alkollere hidrolize olabilir, bu da bunların kireçlenmeyi önleme verimliliğini önemli ölçüde azaltır. Sonuç olarak organik fosfonatların yüksek sıcaklıktaki veya yüksek pH değerli sularda kullanılması uygun değildir.
Polimer bazlı kireç önleyiciler öncelikle anyonik ve katyonik polimer önleyiciler olarak ikiye ayrılır. Birincisi esas olarak metal iyonu kireçlenmesini önlemek için kullanılırken, ikincisi öncelikle silika kireçlenmesini engellemek için kullanılır. Polimer bazlı inhibitörlerin ana bileşenleri akrilik asit ve maleik asittir ve formülasyon sırasında moleküllere çeşitli fonksiyonel gruplar eklenir. Sonuç olarak polimer tortusu inhibitörleri çeşitli formülasyonlarda mevcuttur. Bu inhibitörleri kullanırken sadece su kalitesi koşullarını değil aynı zamanda mevcut kireç türlerini de dikkate almak önemlidir. Örneğin, karboksil gruplu polimer inhibitörleri öncelikli olarak kalsiyum tortulaşmasını hedefler, sülfonik asit bazlı polimer inhibitörleri esas olarak metal oksit tortulaşması için kullanılır ve amin bazlı polimer inhibitörleri silika tortulaşması için etkilidir. Bu nedenle polimer tortusu inhibitörleri geniş spektrumlu ajanlar değildir; geniş spektrumlu inhibitörlerin eksikliklerini gidermek için tasarlanmıştır. Ek olarak, polimer bazlı inhibitörlerin birincil bileşeni bir polimer olduğundan, klor ve diğer oksidatif biyositler tarafından oksidasyona karşı hassastırlar ve bu da onları etkisiz hale getirebilir. Bu nedenle, bu inhibitörleri eklemeden önce, öncelikle sudaki klor kalıntısını bir indirgeyici madde ekleyerek nötralize etmek gerekir.
Çevresel ölçekli inhibitörler tipik olarak poliaspartik asit, poliepoksisüksinik asit ve bunların türevleri gibi aktif bileşenler içerir. Bu inhibitörler esas olarak CaCO3, CaSO4 ve CaF2 gibi kalsiyum bazlı ölçekleri gidermek için kullanılır. Bu inhibitörlerin avantajı nispeten yüksek kalsiyum iyonu konsantrasyonlarını tolere edebilmeleridir. Örneğin, kalsiyum iyonu konsantrasyonu 500 mg/L'ye ulaştığında bile kalsiyum tortusunun %80'in üzerinde inhibisyonunu sağlayabilirler. Ancak bu inhibitörler daha yüksek dozajlar gerektirir, suyun pH'ında önemli değişikliklere neden olur ve 40°C'nin altındaki sıcaklıklarda daha az etkilidir. Ters ozmoz membranları için izin verilen maksimum besleme suyu sıcaklığı 35-40°C olduğundan, bu inhibitörler genellikle ters ozmoz sistemlerinde kullanıma uygun değildir ancak daha çok soğutma suyu sistemlerinde kullanılır.
3. Dozaj Hesaplaması
Daha önce de belirtildiği gibi suyun kireçlenmeye eğilimli olup olmadığı Langelier Doygunluk İndeksi (LSI) değerine bağlıdır. Bu nedenle, ister pH'ı ayarlamak için asit dozajı kullanın, ister ters ozmoz membranı kireçlenmesini önlemek için kireç önleyiciler ekleyin, işin özü suyun LSI'sini kontrol etmektir. LSI hesaplaması aşağıdaki gibidir:
Formülde:
- pH ters ozmoz konsantresinin ölçülen pH değeridir.
- pH_s doyma pH'ı olarak bilinen, gerçek su sıcaklığında sudaki karbonat sistemine karşılık gelen doyma pH değeridir.
pH Ters ozmoz konsantresinin miktarı, çevrimiçi cihazlar veya manuel ölçüm yoluyla kolayca elde edilebilir. Bu nedenle, LSI'yi hesaplamanın anahtarı, pH_s . göre Su ve Atıksu Muayenesinde Standart Yöntemler , pH_s aşağıdaki formül kullanılarak hesaplanabilir.
Formülde:
- A toplam çözünmüş katı madde (TDS) katsayısıdır.
- B su sıcaklık katsayısıdır.
- C kalsiyum sertlik katsayısıdır.
- D toplam alkalinite katsayısıdır.
Hesaplama yöntemleri A , B , C , Ve D aşağıdaki gibidir.
- TDS mg/L cinsinden ters ozmoz konsantresindeki toplam çözünmüş katı madde içeriğidir.
- t ters ozmoz konsantresinin °C cinsinden sıcaklığıdır.
- CCa CaCO3 olarak ifade edilen, mg/L cinsinden ters ozmoz konsantresinin kalsiyum sertliğidir.
- C_toplam alkalinite CaCO3 olarak ifade edilen, mg/L cinsinden ters ozmoz konsantresinin toplam alkalinitesidir.
Daha önce bahsedilen örneği kullanarak, burada PH = 7,5 , TDS = 2000 mg/L , sıcaklık t = 25°C , kalsiyum sertliği CCa = 200 mg/L , Ve toplam alkalinite C_toplam alkalinite = 150 mg/L LSI hesaplama süreci aşağıdaki gibidir:
Bu, bu koşullar altında CaCO3'ün neredeyse doymuş olduğu önceki ifadeyle uyumludur. Ayrıca dozaj hesaplamasının aşağıdaki üç formülle ifade edilebildiğini görebiliriz.
Özel uygulama yöntemi aşağıdaki gibidir:
İlk önce TDS'yi, sıcaklığı ölçüyoruz t , kalsiyum sertliği Cca ve toplam alkalinite C_toplam alkalinite ters ozmoz konsantresi. Daha sonra formülü kullanarak hesaplıyoruz pH_s .
- Eğer pH_s ≥ pH kalsiyum kireçlenmesini önlemek için başka ayarlamalara veya kireç önleyicilere gerek yoktur.
- Eğer pH_s < pH pH'ı ayarladıktan sonra ters ozmoz besleme suyu pH'ının 6,5'in altına düşmemesini sağlıyoruz (çünkü daha düşük bir pH, ters ozmoz ürün suyunun asidik olmasına neden olabilir). Bu durumda pH'ı asit ekleyerek ayarlayabiliriz. pH_s ≥ pH . Bu yalnızca şu durumlarda geçerlidir: pH_s ≥ 6,5 . Eğer pH_s < 6,5 pH'ı 6,5 ve hatta daha altına gelinceye kadar asitle ayarlamamız gerekir, bu da ters ozmoz ürünü olan suyun asidik hale gelmesine neden olur.
- Eğer pH_s < 6,5 kireç önleyiciler eklenmelidir.
Daha önce de belirtildiği gibi, pH ayarlaması için asit dozajının öncelikli olarak hedefleri hedef aldığını belirtmek önemlidir. CaCO3 ölçeklendirmedir ve diğer ölçeklendirme türleri için etkisizdir. Diğer kireçlenme maddeleri için kontrol amacıyla kireç önleyiciye ihtiyaç vardır.
Asit dozajının pH'ı ayarlaması için dozaj, ölçülen gerçek pH aracılığıyla kontrol edilebilir. Kireç önleyici dozajına gelince, yerli ve yabancı akademisyenler tarafından yapılan kapsamlı araştırmalar şunu göstermiştir:
- Kireç önleyici dozajı aşağıda olduğunda 2,5 g/m³ inhibisyon verimliliği nispeten düşüktür.
- Doz aşıldığında 3,0 g/m³ inhibisyon verimliliği artık önemli ölçüde artmıyor.
Bu nedenle, kireç önleyicinin optimal dozajı, 2,5-3,0 g/m³ , aşağıdaki grafikte gösterildiği gibi.
Özetle, ters ozmoz membranı ölçeklendirmesini önlerken, ölçeklendirmenin meydana gelme ihtimalinin olup olmadığını değerlendirmek için öncelikle bu makalede sağlanan formülleri kullanarak ters ozmoz konsantresinin LSI'sini hesaplamalıyız. İkinci olarak, Ca²⁺, Mg²⁺, HCO₃⁻, Ba²⁺, SiO₂ vb. gibi göstergelerin test edilmesiyle belirlenebilen, süzüntüdeki ana kireçlenme maddelerini analiz etmemiz gerekir. Bu analiz, pH'ı asitle ayarlayın veya kireç önleyiciler ekleyin. Kireç önleyici gerekiyorsa kullanılacak inhibitörün uygun tipini ve dozajını belirlememiz gerekir.
