Часть 3.- Виды загрязнений обратноосмотических мембран.⁠⁠

Часть 3.- Виды загрязнений обратноосмотических мембран.

В начале 3 части фотография с электронного микроскопа, где виден рост кристаллов карбоната кальция на поверхности мембраны (черное это поверхность мембраны) 5 микрон.

При работе промышленного осмоса происходит постепенное снижение производительности, ухудшение химического качества пермеата и/или высокий перепад давления на отдельной мембране при проведении ее тестирования, все это характеризует загрязнение мембран.

Все загрязнения обратноосмотических мембран различают по составу, структуре, размеру частиц, а так же по механизму образования. Наиболее частыми примерами загрязнений обратноосмотических мембран являются:

1.- отложения карбоната кальция (мел)

Каковы же признаки того, что на поверхности обратноосмотических мембран образуются отложения карбоната кальция? Прежде всего, это образование осадка белого цвета на торцах обратноосмотических мембран. Надо отметить, что белый цвет отложений карбоната кальция бывает достаточно редко. Чаще всего отложения имеют кремовый или желтоватый оттенки. При этом и осадок, и отложения хорошо растворяются в растворе соляной кислоты с выделением пузырьков газа. Если отложения содержат только карбонат кальция, то образец осадка должен полностью растворится в растворе кислоты, а раствор не изменит свой цвет и останется прозрачным. Если же после растворения в растворе будут находиться посторонние частицы или он изменит свой цвет, то помимо карбоната кальция в осадке содержатся и другие примеси.

2.- отложения сульфата кальция (гипс), бария или стронция

Это наиболее вероятный осадок из всего диапазона растворенных солей в подземных солоноватых и морских водах.

Образовавшиеся на поверхности мембраны кристаллы гипса становятся центрами кристаллизации и вызывают «цепную» реакцию «загипсовывания» мембраны. Все это происходит при постоянном обновлении потока концентрата, и процесс становится необратимым.

Признаки того, что на поверхности обратноосмотических мембран образуются отложения сульфата кальция схожи с теми, которые мы указывали выше для карбонатных отложений за исключением того, и осадок, и отложения не растворяются в растворе соляной кислоты. При этом скорость «зарастания мембран» сульфатными отложениями в разы выше, чем при карбонатных отложениях.

Говоря о сульфатных отложениях, которые образуются на поверхности обратноосмотических мембран, кроме сульфата кальция, который является одним из наиболее распространенным загрязнителем, просто нельзя упомянуть о других сульфатах группы щелочноземельных металлов: сульфатах бария и стронция. Почему? Да потому, что сульфат кальция (CaSO4) в сравнении с сульфатами бария (BaSO4) и стронция (SrSO4) «хорошо» растворим в воде: сульфат бария почти нерастворим – при 18°С в 100 г воды растворяются лишь 0,22 мг ВаSO4; растворимость же сульфата стронция выше – 11,3 мг SrSO4 в 100 мл воды при 0°C.

3.- отложения оксидов металлов (железа, марганца, меди, никеля, алюминия и других)

Существует несколько теорий, объясняющих процесс образования осадка гидроксида железа на поверхности обратноосмотических мембран.

По одним предположениям частицы железа, проникшие в промышленный обратный осмос закрепляются в местах с низкой турбулентностью – в «застойных зонах». Другие предполагают, что скорость образования осадка соединений железа на мембране не зависит ни от их концентрации, ни от производительности мембран, ни от степени турбулентности потока обрабатываемой воды, а определяющим фактором является природа полупроницаемых мембран. Третьи, утверждают, что переход двухвалентного железа в трехвалентное может происходить под действием микроорганизмов.

Американские исследования показали, что в промышленном обратном осмосе были обнаружены железобактерии, способные окислять Fe2+ в Fe3+. При этом даже фильтрование исходной воды через фильтры с размерами пор 1 мкм не обеспечивает защиту мембран от их загрязнения соединениями железа. На основании этого факта сделано заключение, что ответственными за процесс осаждения железа на поверхности мембран являются именно железобактерии, в результате жизнедеятельности которых частицы гидроксида железа образуются непосредственно у поверхности мембран.

Соли марганца менее распространены, чем соли железа, и обладают лучшей растворимостью, чем соли железа, поэтому удалять их труднее. Чаще всего это делают с помощью фильтров с специальной загрузкой, которые регенерируют перманганатом калия (марганцовка). Однако, если дозировка перманганата калия (марганцовки) превышена или он не вымыт из фильтра, то при высоких концентрациях перманганата калия в фильтрате после указанных фильтров возможно окисление поверхности мембраны, а при низких образование осадка оксида марганца на поверхности мембраны.

4.- отложения кремния

При насыщении кремниевая кислота начинает полимеризоваться с образованием нерастворимого коллоидного диоксида кремния или силикагеля, который оседать на поверхности обратноосмотических мембран. Скорость образования осадков кремниевых кислот определяется скоростью их полимеризации, которая повышается с ростом концентрации. Кремниевая кислота обладает выборочным участием в химическом взаимодействии. Так кремниевая кислота может взаимодействовать с катионами железа, находящимися в степени окисления +3, и быть совершенно инертной по отношению к ионам железа со степенью окисления +2. Как только значение рН начинает превышать нейтральное значение = 7, кремниевая кислота образует силикат аниона ([SiO32-]n), который может реагировать с кальцием, магнием, железом, марганцем или алюминием с образованием нерастворимых силикатов. Например, образующийся при этом силикат кальция CaSiO3 можно выразить так: СаО× SiO2.

В результате такого химического взаимодействия появляются устойчивые коллоидные образования, которые не удаляются ни фильтрованием, ни отстаиванием. Стоит отметить, что двух- и трехзамещенные силикаты кальция и железа после своего затвердевания (например, при нагревании) превращаются в очень прочный материал.

5.- биологические отложения (ил биологический, водоросли, плесень, грибы)

Специалисты, которые занимаются обслуживанием установок обратного осмоса, постоянно сталкиваются с таким явлением, как накопление слизи внутри корпуса, где расположены мембраны или на поверхности обратноосмотических мембран. Такая же слизь находится и внутри самой обратноосмотической мембраны. Более правильное название этой слизи – биопленка, т.е. колонии микроорганизмов, закрепившиеся и резвившиеся на поверхности мембраны.

При определенных условиях биопленки могут разрушить верхний активный слой мембраны до ее поддерживающего слоя, у которого размер пор соизмерим с размерами бактерий. Это особенно опасно при производстве питьевой воды, так как в этом случае возможно попадание патогенных микробов и вирусов из исходной воды в пермеат.

Процесс закрепления микроорганизмов на поверхности мембраны в основном определяется ее свойствами: материалом, из которого изготовлена мембрана, шероховатостью ее поверхности, гидрофобностью и поверхностным зарядом мембраны. После этого происходит рост клеток и их размножения как за счет растворимых питательных веществ в исходной воде, так и за счет веществ, адсорбированных на поверхности мембраны. Этот рост и размножение клеток сопровождается выделением межклеточного вещества (полисахарида), которое крепит как якорь клетку к поверхности, «цепляет» и закрепляет на субстрат другие клетки и тем самым стимулирует микробную колонизацию поверхности мембраны.

Ко всему прочему, образовавшаяся биопленка может выступать в качестве «ловушки» для взвешенных частиц, которые, в свою очередь, могут быстро создать плотные отложения на мембране.

Количество родов и видов микроорганизмов, присутствующих на поверхности обратноосмотической мембраны может быть весьма разнообразным, и, в целом, зависит от источника водоснабжения, его организации и последующих стадий предварительной обработки перед подачей воды на обратноосмотическую мембрану. Микроорганизмы, присутствующие в поступающей исходной воде, могут включать в себя и бактерии, и грибы, и дрожжи.

Как правило, общее количество бактерий, обнаруженных на поверхности обратноосмотической мембраны, колеблется между 1 000 000 и 100 000 000 колониеобразующих единиц на 1 см2.

Природа и скорость появления загрязнений зависит от ряда факторов системы обратного осмоса, таких как качество исходной воды, процента получаемого пермеата, рециркуляции. Например, если промышленный обратный осмос будет работать при 50% рециркуляцией, то концентрация примесей в потоке концентрата удвоится по сравнению с концентрацией в питательном потоке воды. Чем выше процент % рециркуляции установки, тем выше - риск образования отложений. Поэтому, нужно позаботиться о том, чтобы не превышались пределы растворимости труднорастворимых солей, в противном случае произойдёт образование осадка.

Так же промышленный обратный осмос требует проведения профилактической промывки.

Часть 4.- Как очищаются обратноосмотические мембраны.

Продолжение следует….