Vorbehandlung bei der Membranentsalzung

Für eine einwandfreie Funktion und einer langen Lebensdauer der Umkehrosmoseanlage bedarf es einer ausreichenden Vorbehandlung des Eingangswassers. Die Vorbehandlung verbessert die Leistung und verhindert ein Verstopfen der Membran duch Biofouling oder Scaling.

Um eine ununterbrochene Produktion zu gewährleisten, ist die Vorbehandlung von essentieller Bedeutung. Reinigungskosten, Stillstandzeiten, schlechtere Produktqualität, höhere Energiekosten durch Verstopfung der Membranen sind häufig auftauchende Probleme, die die Leistung stark beeinflussen und die Kosten in die Höhe treiben. Eine gute Auslegung und Investition in die Aufbereitungsschritte vor der eigentlichen Membrananlage ist unvermeidlich. Welche Aufbereitungsschritte notwendig sind und wie aufwendig diese sein muss, hängt start von der Qualität und Zusammensetzung des Eingangswassers ab.

Analyse des Eingangswassers

Eine genaue Wasseranalyse des aufzubereitenden Speisewassers und Informationen zu Schwankungen in der Qualität durch z.B. Wetter oder Jahreszeiten, sowie täglichen Temperaturschwankungen, ist wichtig für den Entwurf und die Berechnung der Aufbereitungsschritte.

Der Salzgehalt, Temperaturen (min/max) und PH Wert sind hierbei die ersten wichtigen Werte zur ersten Einordnung. Zur genauen Berechnung der Umkehrosmoseanlage, Scaling risiken und Produktqualitäten sind eine komplette Auflistung der wichtigsten Anionen und Kationen vonnöten. Je nach Entnahmeort kann es sein, dass biologisches Wachstum, Organische Stoffe oder Partikel/Kolloide zu begrenzenden Faktoren werden. In anderen Anlagen gibt es von dieser Seite keinerlei Anforderungen. 

Bei grossen Systemen werden, zusätzlich zu einer guten Vorbehandlung, die Membranen regelmässigen Reinigungen unterzogen, für die eigene Reinigungssysteme vorhanden sind. Die Reinigungen werden für die jeweiligen Verschmutzungen angepasst.

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Biologisches Fouling / Oxidation

Am kostengünstigsten ist es, biologisches Fouling mit Chlor zu bestreiten. Leider oxidiert Chlor auch schnell die Membran und muss daher vor Eintritt in die Druckgehäuse wieder zerstört werden. Üblich für die Entchlorung ist hierbei der Einsatz von Natriumbisulfit oder Metabisulfit, die den Sauerstoff binden. Eine andere Möglichkeit ist der Einsatz von Aktivkohlefiltern.

Ebenso gibt es spezielle nicht oxidierende Biozide, die jedoch um ein vielfaches teurer sind als der Einsatz von Chlor und Metabisulfit. Der Vorteil ist aber, dass das Biozid bis in das Modul hinein anwesend ist. Nach der Entchlorung bis zur Membran kann sich jederzeit wieder neues Biofouling ansiedeln. 

Organik

In den meisten Fällen können die organischen Stoffe, Partikel und Kolloide mit Hilfe einer konventionellen Koagulation und anschliessender Mehrschicht-Sandfiltration entfernt werden. Bei sehr trübem Wasser (zb. Zulauf aus seichtem Oberflächenwasser) werden zusätzliche Schritte wie Flockung und Sedimentation benötigt. Eine alternative hierzu ist die Ultrafiltration.

Scaling

Mit Scaling wird das Auskristallisieren von (teilweise unlöslichen) Salzen an der Membran bezeichnet. Da dem System Süsswasser entnommen wird und das Konzentrat sich weiter aufkonzentriert, kann es vorkommen das der Sättigungspunkt (abhängig von PH und Temperatur und Ausbeute) überschritten wird und Salze als Feststoffe ausfallen. Dies sind z.b. Kalziumkarbonat (CaC0₃), Kalziumsulfat (CaSO₄) und Siliziumdioxid, aber auch Kalziumfluorid (CaF₂), Bariumsulfat (BaSO₄) und Strontiumsulfat (SrSO₄).

Scaling aufgrund von Kaliumkarbonat, auch Kesselstein genannt, kann leicht durch Zugabe von Säure vermieden werden. Das Hinzufügen von speziellen Antiscalants kann die Ablagerung von Barium- und Strontiumsalzen, Silikaten oder auch Eisenoxid verhindern. Man muss hierbei berücksichtigen, dass der Einsatz von Antiscalants das Biofouling begünstigen kann. Grundsätzlich wird versucht den Einsatz von Chemikalien immer auf ein Minimum zu reduzieren.

Bei kleinen Systemen lohnt sich oft der Aufwand einer Antiscaling-dosierung nicht. Die Membranelemente werden hier einfach öfter ausgetauscht.

Partikel / Kolloide

Als letzter Schritt vor den RO-Membranen ist eine Feinfiltration (mindestens 5 Mikron) erforderlich, um zu verhindern, dass Schmutz, Sandpartikel oder Rohrleitungsmaterial die Membranen beschädigen.

Die Verschmutzung durch Kolloide kann bei einer Umkehrosmose-Anlage die Leistung stark vermindern. Es handelt sich hierbei um sehr feine SUBmikronpartikel, die die meisten Filter ohne Probleme passieren.

Oft handelt es sich dabei um Bakterien, Ton/Lehm oder Produkte aus der Eisenkorrosion. Zur Ermittlung des Foulingpotentials durch feinste Stoffe wird der MFI (Modified Fouling Index) oder auch SDI (silt density Index) ermittelt. Bei einem hohen Fouling-Index muss das System oft über längere Zeit optimiert werden und verschiedene Chemikalien und feine Tiefenfilter getestet werden, bis man das System eingestellt hat.

Hierfür wird auch eine Korngrößenverteilung ermittelt, um die verschiedenen Filterstufen gut aufeinander abstimmen zu können.