逆浸透操作の各段階での注入の動作原理
逆浸透プロセス中に、不溶性塩が飽和限界を超えると、濃縮水から沈殿し、膜表面にスケールが形成され、RO 膜の流束が低下し、操作圧力と圧力降下が増加し、生成物の原因となります。水質が悪くなる。この膜表面に堆積物層が形成される現象を膜ファウリングと呼び、膜ファウリングの結果、システム性能が低下します。
逆浸透膜システムに入る前に原水を前処理して、逆浸透膜の汚染の原因となる懸濁物質、可溶性有機物、過剰な不溶性塩分を除去し、膜の汚れの傾向を減らす必要があります。流入水の前処理の目的は、流入水の水質を改善し、RO 膜の信頼性の高い動作を確保することです。
原水の前処理の効果は、TSS、TOC、COD、BOD、LSIなどの水質指標や、鉄、マンガン、アルミニウム、シリコン、バリウム、ストロンチウムなどの汚染物質の絶対値の減少に反映されます。
膜汚れの傾向を特徴付けるもう 1 つの重要な水質指標は SDI です。前処理により上記指標を逆浸透膜システム入口水の要求範囲内に抑えるとともに、SDIを可能な限り低減することも重要です。理想的な SDI (15 分) 値は 3 未満である必要があります。
逆浸透システムの動作性能を向上させるために、酸、アルカリ、殺菌剤、スケール防止剤、分散剤を入口水に添加できます。
塩酸と硫酸を入口水に添加して、pH を下げることができます。硫酸は安価で、発煙せず周囲の金属部品を腐食させず、膜は塩化物イオンよりも硫酸イオンの除去率が高いため、塩酸よりも硫酸の方が一般的に使用されます。
他の添加物を含まない工業グレードの硫酸は逆浸透に適しています。市販の硫酸には、20% と 93% の 2 つの濃度仕様があります。 93%硫酸は66度ボーメ硫酸とも呼ばれます。 93%硫酸を希釈するときは注意してください。 66% に希釈すると、熱により溶液の温度が 138 度まで上昇します。水溶液が局所的に加熱して沸騰するのを防ぐために、酸は撹拌しながらゆっくりと水に加えなければなりません。
塩酸は主に硫酸カルシウムまたは硫酸ストロンチウムのスケールが発生する可能性がある場合に使用されます。硫酸を使用すると、RO 供給水中の硫酸イオン濃度が増加し、硫酸カルシウムがスケールアップする傾向が増加することに直接つながります。工業グレードの塩酸 (添加物なし) は非常に簡単に購入でき、市販の塩酸には通常 30-37% が含まれています。
pH を下げる主な目的は、RO 濃縮物中の炭酸カルシウムスケールの傾向を減らすこと、つまり、ランゲリエ指数 (LSI) を下げることです。 LSI は、低塩分汽水中の炭酸カルシウムの飽和度であり、炭酸カルシウムのスケールや腐食の可能性を示します。
逆浸透水の化学において、LSI は炭酸カルシウムのスケールが発生するかどうかを判断する重要な指標です。 LSI がマイナスの場合、水は金属パイプを腐食しますが、炭酸カルシウムのスケールは形成されません。
LSI が正の場合、水は腐食性ではありませんが、炭酸カルシウムのスケールが発生します。 LSI は、炭酸カルシウムの飽和 pH から水の実際の pH を引いたものです。
炭酸カルシウムの溶解度は、温度の上昇 (これがやかん内でスケールが形成される仕組みです) および pH およびカルシウムイオン濃度 (つまりアルカリ度) の上昇とともに低下します。
LSI 値は、RO 供給水に酸 (通常は硫酸または塩酸) を注入する、つまり pH を下げることによって下げることができます。 RO 濃縮物の推奨 LSI 値は {{0}}.2 (炭酸カルシウムの飽和濃度より 0.2 pH 単位低い濃度を示します) です。ポリマー状スケール防止剤は、炭酸カルシウムの沈殿を防ぐために使用することもでき、一部のスケール防止剤サプライヤーは、自社の製品が RO 濃縮物で最大 +2.5 の LSI を達成できると主張しています (より保守的な設計は、{{6} の LSI です) }.8)。
一次ROではアルカリが使用されることはほとんどなく、RO供給水にアルカリが注入されてpHが上昇します。一般的に使用される唯一のアルカリ剤は水酸化ナトリウムです。これは入手が容易で、水に容易に溶けます。他の添加物を含まない工業グレードの水酸化ナトリウムは、通常、ニーズを満たすことができます。
市販の水酸化ナトリウムは、100% フレーク、20% および 50% 液体で入手できます。アルカリを添加して pH を上げる場合は、pH の上昇により LSI が増加し、炭酸カルシウム、鉄、マンガンの溶解度が低下することに注意してください。
アルカリを添加する最も一般的な用途は、2 段階 RO システムです。 2 段階逆浸透システムでは、一次 RO 生成水が原水として二次 RO に供給されます。二次逆浸透は一次逆浸透生成水を「磨き」、二次 RO 生成水の水質は 4 メガオームに達することがあります。
二次 RO 給水にアルカリを添加する理由は次の 4 つです。
ａ． pH 8.2 を超えると、すべての二酸化炭素は炭酸イオンに変換され、逆浸透によって除去できます。二酸化炭素自体は気体であり、透過水とともに RO 生成水に自由に侵入し、下流のイオン交換床研磨処理に過度の負荷を引き起こします。
b.一部の TOC 成分は、高い pH でより簡単に除去されます。
c.シリカの溶解度および除去速度は、高い pH (特に 9 以上) で高くなります。
d.ホウ素の除去速度も、高い pH (特に 9 以上) で高くなります。アルカリ適用の特別なケースがあり、通常は HERO (高効率逆浸透システム) プロセスと呼ばれ、入口水の pH を 9 または 10 に調整します。一次逆浸透は、汚染問題 (硬度など) がある汽水の処理に使用されます。 、アルカリ性、鉄、マンガンなど）高いpHで。前処理では通常、弱酸性カチオン樹脂システムと脱気装置を使用してこれらの汚染物質を除去します。
ポリアミド複合膜の要件を満たすには、RO および NF 入口水中の遊離塩素を 0.05ppm 以下に減らす必要があります。塩素除去の前処理方法には、粒状活性炭吸着法と亜硫酸ナトリウムなどの還元剤を使用する方法があります。
小規模システム（50-100gpm）では、一般に活性炭フィルターが使用され、投資コストはより合理的です。硬度と金属イオンを除去するために酸洗浄された高品質の活性炭を使用することをお勧めします。微粒子の含有量は非常に低くなければなりません。そうしないと膜の汚染が発生します。
新しく取り付けたカーボンフィルター媒体は、カーボン微粒子が完全に除去されるまで完全にすすぐ必要があり、これには通常数時間、場合によっては数日かかります。 5μm セキュリティフィルターでは、逆浸透膜をカーボンダストの汚染から保護することはできません。
亜硫酸水素ナトリウム (SBS) は、大型の RO ユニットに選択される典型的な還元剤です。固体のメタ重亜硫酸ナトリウムを水に溶解して溶液を調製します。市販のメタ重亜硫酸ナトリウムの純度は 97.5-99%、乾燥保管期間は 6 か月です。
SBS 溶液は空気中で不安定で酸素と反応するため、2% 溶液の推奨耐用年数は 3-7 日、10% 未満の溶液の耐用年数は {{3} です} 日。理論的には、1.47ppmのSBS（または0.70ppmのメタ重亜硫酸ナトリウム）は1.0ppmの塩素を削減できます。
工業用汽水システムの安全率は設計時に考慮され、SBS の添加量は 1.0ppm の塩素ごとに 1.8-3.0ppm に設定されています。 SBS の注入口は膜エレメントの上流側とし、膜エレメントに入るまでの反応時間が 29 秒となるように距離を設定してください。適切なインライン撹拌装置（スタティックミキサー）を使用することをお勧めします。
ほとんどのスケール防止剤は、特殊な有機合成ポリマー (ポリアクリル酸、カルボン酸、ポリマレイン酸、有機金属リン酸塩、ポリホスホン酸塩、ホスホン酸塩、アニオン性ポリマーなど) であり、これらのポリマーの分子量は 2000 ～ 10000 ダルトンの範囲にあります。
ポリアクリル酸スケール防止剤を使用する場合は特に注意してください。鉄分が多くなると膜ファウリングの原因となる場合があります。この汚れにより、膜の作動圧力が上昇します。この種の汚れを効果的に除去するには、酸洗浄が必要です。
前処理にカチオン性凝固剤または濾過助剤を使用する場合、アニオン性スケール防止剤の使用には特別な注意を払う必要があります。粘性のある粘着性の汚染物質が生成され、動作圧力が上昇し、洗浄が非常に困難になります。
ヘキサメタリン酸ナトリウム (SHMP) は、初期の逆浸透で使用される一般的なスケール抑制剤ですが、特殊なスケール抑制剤の出現により、用量は大幅に削減され、SHMP の使用にはいくつかの制限があります。溶液は空気に触れると加水分解するため、2-3 日ごとに調製する必要があります。加水分解によりスケール防止効果が低下するだけでなく、リン酸カルシウムスケールが発生する可能性もあります。
SHMP を使用すると、炭酸カルシウムのスケーリングを軽減でき、LSI は {{0}}.0 に達する可能性があります。スケール防止剤は、RO 供給水および濃縮水中での塩の結晶の成長を妨げ、したがって難溶性の塩が濃縮水中での飽和溶解度を超えることを可能にします。スケール防止剤は、酸の添加の代わりに、または酸の添加と組み合わせて使用できます。鉱物スケールの形成に影響を与える要因は数多くあります。温度が低いとスケーリング鉱物の溶解度が低下し（炭酸カルシウムを除く。炭酸カルシウムは、ほとんどの物質とは対照的に、温度の上昇とともに低下します）、TDS が高いと、難溶性の塩の溶解度が増加します（これは、高いイオン強度が水の生成を妨げるためです）。種結晶）。
