Oorspronkelijk gepost door Watertechnologie online | 07 juli 2024 | Geschreven door Jon Goodman
Kan onomkeerbare organische vervuiling bij omgekeerde-osmosemembranen (RO) tot het verleden behoren?
Naarmate het tekort aan zoet water wereldwijd toeneemt, wordt de vraag naar duurzame waterwinning en -hergebruik steeds urgenter. Industrieën maken steeds vaker gebruik van aanvullende waterbronnen, zoals afvalwaterstromen, voor gezuiverd en herbruikbaar water.
RO-systemen zijn een belangrijke technologie in de industriële afvalwaterzuivering en verwerken jaarlijks miljarden liters water voor hergebruik. Deze systemen stuiten echter vaak op operationele uitdagingen vanwege de hoge concentraties organisch materiaal in het afvalwater, wat leidt tot biologische en organische vervuiling van RO-membranen en hogere bedrijfskosten. De groeiende vraag naar hergebruik van afvalwater stimuleert de dringende behoefte aan innovatieve RO-membranen die bestand zijn tegen vervuiling en een stabiele werking behouden met minimale downtime, zodat industrieën hun productiedoelstellingen efficiënt kunnen halen.
Traditionele beperkingen van RO
RO is een cruciale oplossing gebleken voor waterzuivering in vele industrieën. Ondanks de brede acceptatie en de expertise van de gebruikers, vormen traditionele RO-systemen echter nog steeds ernstige operationele uitdagingen. Tienduizenden industriële RO-systemen die tegenwoordig in gebruik zijn, worden gehinderd door organische en biologische vervuiling, wat de algehele systeemprestaties verlaagt en de levensduur van membranen verkort.
Systemen die sterk vervuild afvalwater behandelen, voeren vaak frequente chemische reinigingen uit om de membraanprestaties te behouden. Dit proces versnelt de membraandegradatie, waardoor systeembeheerders hun membranen regelmatig moeten vervangen om de systeemprestaties op peil te houden en aan de watervereisten te voldoen. Deze cyclus van reiniging en vervanging verhoogt niet alleen de bedrijfskosten, maar leidt ook tot aanzienlijke downtime, wat de bedrijfsvoering verstoort en de productiedoelstellingen beïnvloedt.
Hoewel "vervuilingsbestendige" RO-membranen al jaren beschikbaar zijn, presteren ze vergelijkbaar met standaard RO-membranen. Biologische en organische vervuiling blijft de grootste uitdaging voor een consistente werking van het systeem. Het oplossen van deze problemen is cruciaal om de systeemprestaties te verbeteren en extra operationele kosten te verlagen.
De verborgen kosten van schoonmaken
Hoewel bijna alle operators van membraansystemen het erover eens zijn dat reiniging een hoofdpijndossier is en de werking van de installatie verstoort, weten de meesten niet precies wat reiniging kost, aangezien deze kosten variëren en worden beschouwd als onderdeel van een algemeen operationeel budget. Reinigingskosten omvatten arbeid, stilstand, suppletiewater, afvalwaterbehandeling, energie en chemicaliën. Hoewel de specifieke omstandigheden variëren (zo zijn de kosten van stilstand veel pijnlijker voor een systeem dat moeite heeft om aan de vraag te voldoen, en zijn geformuleerde reinigingsmiddelen duurder dan generieke bulkchemicaliën), bleek uit een analyse van RO-operators in Noord-Amerika dat de mediane reinigingskosten $ 43.08 per 8040-element per reiniging bedroegen.
Als we er ook rekening mee houden dat gebruikers die minimaal twaalf keer per jaar alkalische reinigingen uitvoeren, vaak gedwongen zijn om hun RO-membranen elke twee jaar te vervangen (en soms zelfs vaker bij afvalwatertoepassingen), dan zien we dat de prijs van het membraan een klein deel uitmaakt van de totale eigendomskosten.
RO opnieuw uitgevonden
De technologische vooruitgang op het gebied van RO is de afgelopen 45 jaar incrementeel geweest. De meeste van deze veranderingen waren ontwikkelingen in de productietechnologie en de introductie van additieven die resulteerden in een hogere zoutrejectie en een lager energieverbruik. De verschillen tussen RO-leveranciers zijn echter minimaal gebleven. Nu steeds meer bedrijven hun zoetwaterbehoefte willen verminderen door industrieel afvalwater te zuiveren voor hergebruik, is er dringend behoefte aan innovatieve zuiveringsoplossingen..
Om te voldoen aan de toenemende eisen en uitdagingen waarmee moderne industrieën worden geconfronteerd, is een fundamentele verandering in de chemie van RO-membranen noodzakelijk. ZwitterCo heeft deze innovatie bereikt door hun nieuwe, zwitterionische technologie, die immuun is voor vervuiling, te integreren met bewezen, commerciële RO-membranen. Het resultaat is membranen die veel minder reiniging nodig hebben om volledig prestatieherstel te bereiken, waarmee een nieuwe standaard wordt gezet voor vervuilingsbestendige membranen.
Deze membranen zijn ontworpen ter vervanging van conventionele en/of vervuilingsbestendige RO-membranen die te kampen hebben met organische of biologische vervuiling afkomstig van bronnen zoals afvalwater, oppervlaktewater en gezuiverd afvalwater. ZwitterCo RO-elementen zijn een eenvoudig te implementeren alternatief en vereisen geen systeemaanpassingen. Deze elementen zijn verkrijgbaar in uitvoeringen met een laag energieverbruik, hoge afstoting en hoge druk.
Minder frequent schoonmaken
Sommige voordelen van minder frequente membraanreiniging lijken voor de hand liggend, andere minder. Een manier om de voordelen te beoordelen is door ze in de volgende categorieën te verdelen: prestaties, operationeel en economisch. En vergeet duurzaamheid niet.
Chemische reiniging zorgt voor degradatie van RO-membranen. Vervuiling veroorzaakt niet alleen onomkeerbaar prestatieverlies (de hoofdoorzaak van de noodzaak van prestatiefactoren in RO-projectiesoftware), maar naarmate membranen worden gereinigd, laten ze meer opgeloste stoffen door, wat resulteert in een hogere permeaatgeleiding. Voor operators met downstream polijsttechnologieën zoals elektrodeïonisatie (EDI) of ionenwisselaarharsen betekent een hogere doorgang frequentere regeneratie en hogere bedrijfskosten.
Minder schoonmaken heeft veel operationele voordelen. Laten we eerlijk zijn, schoonmaken is een hoofdpijn. Door de tijd tussen schoonmaakbeurten te verlengen, verhoogt u de uptime, helpt u operators hun productiedoelen te halen – zowel qua volume als waterkwaliteit – en voorkomt u de noodzaak van extra personeel of overuren. RO-systemen zijn ontworpen om soepel te werken met zo min mogelijk directe tussenkomst. Het verminderen van de schoonmaakfrequentie maakt ieders leven gemakkelijker.
Uiteraard levert het bovenstaande economische voordelen op. Naast het verlagen van de kosten voor chemicaliën, suppletiewater, afvalwaterzuivering, energie en overwerk, kunnen economische voordelen ook voortkomen uit meer uptime of minder ongeplande downtime. Een ander belangrijk voordeel is een langere levensduur van membranen. Zoals eerder beschreven, is reiniging schadelijk voor membranen. Door de reinigingsfrequentie te verlagen, gaan membranen langer mee, waardoor de hoge vervangingskosten afnemen.
Al deze verminderingen (het gebruik van chemicaliën, de productie van afvalwater en het storten van oude membranen) zijn goed nieuws voor het milieu.
Voor wie is dit nuttig?
RO-gebruikers die werken met voedingswater met een hoog organisch gehalte of een hoog biofoulingpotentieel, hebben de grootste behoefte aan membranen die bestand zijn tegen vervuiling. Dit is gebruikelijk voor afvalwater of gezuiverd afvalwater, oppervlaktewater en industriële processtromen. Tot de sectoren die het meest getroffen worden, behoren onder meer de energieopwekking, de chemische procesindustrie, de raffinage en de voedingsmiddelen- en drankenindustrie.
Het handhaven van de watervolumes bij energieopwekking is essentieel voor een effectieve bedrijfsvoering. In de stoomcyclus treden op natuurlijke wijze water- en stoomverliezen op, meestal door verdamping of procesgebruik. Deze verliezen moeten worden aangevuld met adequaat gezuiverd suppletiewater. Net zoals het handhaven van de watervolumes cruciaal is voor energieopwekking, is ook de waterkwaliteit cruciaal.
Energiecentrales hebben RO-membranen nodig om water efficiënt te zuiveren voor gebruik in diverse processen, met name ketelvoedingswater. Schoon, zuiver water is cruciaal om kalkaanslag en corrosie te voorkomen, wat de efficiëntie kan verlagen en de onderhoudskosten kan verhogen. Omdat veel van deze centrales oppervlaktewater zuiveren voor hun suppletie, zorgt een RO-element zoals ZwitterCo RO voor een stabiele permeaatstroom en -kwaliteit, zelfs bij voedingen met een hoge TOC. Dankzij de zwitterionische membraanchemie vereisen ZwitterCo RO-elementen minder vaak chemische reinigingen, wat energiecentrales een betrouwbare werking biedt met aanzienlijk minder systeemuitval.
Stortplaatspercolaat is een voorbeeld van een afvalwatertoepassing waarbij RO veel wordt gebruikt om ammoniak, PFAS en sporen vluchtige organische stoffen (VOS) te verminderen vóór lozing. RO-systemen maken doorgaans gebruik van meerdere passages met zeewater of andere hogedrukmembraanelementen om het concentraatvolume te minimaliseren en tegelijkertijd te voldoen aan de lozingseisen. Bij multi-pass-processen wordt het permeaat, of productwater, van het eerste passagesysteem gezuiverd door het tweede passagesysteem (en zo verder). Bij een organisch beladen toevoer zoals percolaat vervuilen de membranen in de eerste passage vaak snel en moeten ze regelmatig worden gereinigd, soms zelfs dagelijks.
RO van ZwitterCo in een hogedrukelement, ontworpen voor gebruik tot 1,200 psi, is gebruikt om zeer sterk vervuild percolaat van stortplaatsen te behandelen in de eerste doorgang van een meervoudig proces. Deze membranen verminderen de benodigde reiniging en zullen naar verwachting de levensduur van de membranen verdubbelen (of meer). Een economische analyse voor deze gebruiker resulteerde in een potentiële besparing van meer dan $ 1,450 per jaar per 8040-element door minder reiniging en een langere levensduur van de membranen.
Het ontwikkelen van membranen die beter bestand zijn tegen vervuiling is al tientallen jaren een doel voor de RO-industrie. Hoewel er stapsgewijs verbeteringen zijn doorgevoerd in membraanchemie, het ontwerp van feed spacers, biociden en reinigingschemicaliën, en in de werking en het ontwerp van systemen, blijft vervuiling de meest voorkomende oorzaak van systeemstoringen en membraanvervanging. Deze verschuiving in innovatie op het gebied van materiaalkunde levert niet alleen kostenbesparingen en minder downtime op, maar luidt ook een beweging in naar efficiëntere en duurzamere operationele praktijken.
ZwitterCo
Over de auteur
Jon Goodman | Vice President, Commerciële Ontwikkeling bij ZwitterCo
Jon Goodmans 35-jarige carrière in membranen weerspiegelt een passie voor het oplossen van cruciale uitdagingen. Hij maakt gebruik van zijn expertise in sales, marktbeheer en strategieontwikkeling terwijl hij leiding geeft aan de commerciële ontwikkeling van ZwitterCo. Jon heeft eerder de commerciële activiteiten opgeschaald voor TriSep/Microdyn-Nadir/Mann+Hummel en FilmTec Membranes (destijds onderdeel van Dow Chemical). Jon richt zich op het versnellen van de groei en marktacceptatie van ZwitterCo's innovatieve membraantechnologie.
