Durante il funzionamento di un sistema a osmosi inversa (RO), condizioni operative improprie possono causare danni agli elementi della membrana RO. Alcuni tipi di danni possono essere riparati mediante la pulizia chimica, mentre altri sono permanenti e non possono essere riparati. Una volta che si verifica un danno permanente, l'unica soluzione è sostituire gli elementi della membrana RO danneggiati.
Generalmente questi tipi di danni possono essere classificati in due categorie: danni fisici e danni chimici.
1. Cos'è il danno fisico?
Il danno fisico si riferisce alla distruzione dello strato di desalinizzazione della membrana causata da forze meccaniche o fisiche. Una volta che si verifica, di solito è irreversibile e l’elemento della membrana danneggiato deve essere sostituito.
I tipi comuni di danni fisici includono quanto segue:
1. Graffi causati da particelle solide
1.1 Danni alle particelle causati dal guasto del filtro a cartuccia
Quando il filtro a cartuccia (filtro di sicurezza) non è adeguatamente sigillato, o quando l'elemento filtrante funziona per lungo tempo con un'elevata pressione differenziale e si danneggia, le particelle solide possono passare attraverso il filtro ed entrare nel sistema RO.
Dopo essere state pressurizzate dalla pompa ad alta-pressione, queste particelle possono colpire la superficie della membrana ad alta velocità. Questo impatto può graffiare lo strato di desalinizzazione sulla superficie dell'elemento della membrana RO, con conseguente calo significativo delle prestazioni di reiezione del sale. Nei casi più gravi, l'elemento a membrana può diventare completamente inutilizzabile.
Soluzione:
Ispezionare regolarmente le condizioni di tenuta degli elementi filtranti a cartuccia ed evitare di farli funzionare per lunghi periodi con una pressione differenziale eccessiva.
1.2 Graffi da particelle durante la pulizia chimica
Durante il processo di pulizia chimica di un sistema RO, se la portata di pulizia è troppo elevata, particelle solide disciolte o staccate e depositi di calcare possono circolare all'interno del sistema e graffiare la superficie della membrana.
Soluzione:
Nella fase iniziale della pulizia chimica, il sistema deve essere utilizzato a una portata di circolazione bassa. Dopo che i contaminanti si sono gradualmente dissolti, la portata può essere aumentata passo dopo passo per migliorare l'efficienza della pulizia riducendo al minimo il rischio di danni alla superficie della membrana.
2. Colpo d'ariete
2.1 Che cos'è il colpo d'ariete?
Il colpo d'ariete è un fenomeno causato da improvvisi cambiamenti nella pressione del fluido o fluttuazioni di pressione all'interno di una tubazione. Quando l'acqua scorre attraverso una lunga tubazione e una valvola a valle viene improvvisamente chiusa, l'acqua che scorre continua ad avanzare per inerzia. Ciò si traduce in un rapido aumento della pressione all'interno del tubo, creando uno shock che colpisce le tubazioni e le relative apparecchiature.
L'intensità del colpo d'ariete è correlata alla portata nella tubazione e alla differenza di prevalenza (differenza di pressione tra le due estremità della tubazione). Maggiore è la portata e la differenza di pressione, maggiore è la pressione d'impatto. Nei casi più gravi, ciò potrebbe causare danni alle apparecchiature. Per questo motivo gli impianti sono solitamente dotati di dispositivi di limitazione della pressione o di sistemi di tamponamento per ridurre gli effetti del colpo d'ariete.
Il colpo d'ariete non si limita ai sistemi idrici. Fenomeni simili possono verificarsi in qualsiasi flusso di fluido, inclusi liquidi, gas e miscele gas-liquido, quando la pressione cambia rapidamente all'interno di una tubazione.
Nei sistemi RO, il colpo d'ariete può verificarsi anche se la pompa ad alta-pressione si avvia o si arresta troppo rapidamente. La prevalenza di una pompa RO ad alta-pressione è in genere pari o superiore a 1 MPa. Se la pompa non è dotata di un-azionamento a frequenza variabile (VFD) o di un sistema-di avvio graduale, gli avviamenti-o gli arresti improvvisi possono causare rapidi cambiamenti di pressione. Questi shock di pressione possono avere un impatto sugli elementi della membrana RO e sui componenti di tenuta, danneggiando potenzialmente le membrane e causando un calo significativo delle prestazioni di reiezione del sale.
Soluzione:
Quando si aprono o chiudono le valvole, evitare un funzionamento rapido delle valvole. La velocità del flusso nella tubazione non dovrebbe cambiare bruscamente per ridurre al minimo il rischio di colpi d'ariete.
3. Telescoping della membrana
3.1 Formazione dell'effetto telescopico
L'estensione della membrana si riferisce ad una deformazione strutturale di un elemento della membrana ad osmosi inversa causata da un'eccessiva differenza di pressione tra il lato di alimentazione e il lato del concentrato. Quando la pressione differenziale supera il limite di progettazione dell'elemento a membrana, può verificarsi uno scorrimento tra i fogli della membrana o tra i fogli della membrana e il tubo centrale del permeato. Ciò porta allo spostamento assiale degli strati di membrana all'interno dell'elemento.
Quando una membrana RO funziona per un lungo periodo con differenze di pressione inter{0}}stadio superiori a 0,35 MPa, l'elemento della membrana subisce una forte pressione lungo la direzione del flusso (dal lato di alimentazione al lato del concentrato). Di conseguenza, un'estremità dell'elemento a membrana può comprimersi verso l'interno mentre l'altra estremità sporge verso l'esterno.
L'aspetto generale ricorda un telescopio esteso, con un'estremità concava e l'altra convessa, come mostrato nella figura seguente.
In condizioni normali, le estremità di un elemento di membrana RO 8040 standard rimangono piatte e strutturalmente stabili, come mostrato nella figura seguente.
La figura seguente mostra un elemento membrana YIME a pressione ultra-bassa nella dimensione 8040. Come mostrato, entrambe le estremità dell'elemento sono piatte senza sporgenze, il che indica un elemento a membrana in condizioni normali. Questa immagine mostra la vista laterale di un prodotto a membrana adeguatamente fabbricato.
3.2 Differenza di pressione durante l'avvio-e lo spegnimento del sistema
Durante l'avvio-di un sistema RO, se la valvola di scarico del concentrato viene aperta mentre la pompa ad alta-pressione è già in funzione, la pressione sul lato del concentrato potrebbe scendere vicino allo zero mentre il lato di alimentazione mantiene ancora una pressione relativamente alta. Questa situazione può creare un grande differenziale di pressione istantaneo attraverso l'elemento della membrana.
Allo stesso modo, prima dello spegnimento del sistema, se la valvola di scarico del concentrato viene aperta in anticipo mentre la pompa ad alta-pressione è ancora in funzione, potrebbe verificarsi uno shock di pressione simile. Il funzionamento a lungo-termine in tali condizioni può facilmente portare al telescopio della membrana.
Soluzione:
Seguire le procedure operative standard all'avvio o allo spegnimento del sistema RO e aumentare gradualmente la pressione di alimentazione per ridurre al minimo l'impatto di improvvisi differenziali di pressione sugli elementi della membrana.
4. Contropressione
La contropressione si riferisce alla pressione inversa generata all'uscita o nella sezione a valle di un sistema. Di solito descrive una pressione che agisce in direzione opposta alla direzione del flusso del fluido in una tubazione chiusa a causa di ostacoli o cambiamenti strutturali nel sistema di tubazioni. Può anche riferirsi ad una condizione di pressione all'uscita del sistema superiore alla pressione atmosferica locale.
4.1 Contropressione causata dal-flusso incrociato tra i sistemi
Quando due o più sistemi RO condividono lo stesso collettore del permeato o del concentrato, potrebbe verificarsi un flusso incrociato- se un sistema non è dotato di una valvola di ritegno o se la valvola di ritegno non chiude correttamente.
Se si verifica un flusso incrociato-nella tubazione del permeato, l'unità RO che non è in funzione potrebbe subire una contropressione sul lato del permeato. In questa situazione, la pressione sul lato permeato potrebbe diventare maggiore di quella sul lato concentrato. Il funzionamento a lungo-termine in tali condizioni può causare la delaminazione dello strato di desalinizzazione della membrana.
Se si verifica un flusso incrociato- nella tubazione del concentrato, l'unità RO che non è in funzione potrebbe rimanere in una condizione pressurizzata, il che potrebbe anche influenzare negativamente gli elementi della membrana.
Soluzione:
Installare valvole di ritegno affidabili sulle tubazioni del permeato e del concentrato per impedire il flusso inverso tra i sistemi. Ispezionare regolarmente le condizioni di tenuta delle valvole di ritegno per garantire il corretto funzionamento.
4.2 Osmosi diretta
Nei sistemi con elevata salinità dell'acqua di alimentazione, come sistemi di trattamento del percolato di discarica, sistemi di riutilizzo della salamoia o sistemi di recupero delle acque reflue, se l'unità RO viene spenta senza eseguire un lavaggio a bassa-pressione, l'acqua ad alta-salinità sul lato del concentrato potrebbe non essere completamente spostata.
In tali condizioni, non solo la materia organica e i sali inorganici possono depositarsi sulla superficie della membrana, ma può anche verificarsi un'osmosi diretta.
Dopo lo spegnimento, poiché la salinità sul lato del permeato è relativamente bassa, l'acqua del permeato potrebbe tornare verso il lato del concentrato ad alta salinità a causa della pressione osmotica. Questa direzione del flusso è opposta alla normale direzione di produzione del permeato di un sistema RO. L'osmosi diretta a lungo-termine può danneggiare la struttura dello strato di desalinizzazione della membrana e può persino portare alla delaminazione.
Soluzione:
Dopo aver spento il sistema RO, eseguire un lavaggio a bassa-pressione con acqua pulita o acqua di alimentazione pretrattata per sostituire l'acqua ad alta-salinità sul lato del concentrato. Ciò aiuta a prevenire l'incrostazione della membrana e riduce il rischio di osmosi diretta.
5. Essiccamento e fessurazione della membrana
5.1 Effetto Sifone
Se la tubazione del concentrato o del permeato non è dotata di protezione anti-sifone, potrebbe verificarsi un effetto sifone durante il drenaggio del sistema. Questo fenomeno può drenare parzialmente o completamente l'acqua all'interno del sistema a membrana RO.
Quando gli elementi della membrana rimangono in una condizione di-esaurimento dell'acqua per un periodo prolungato, la superficie della membrana potrebbe seccarsi e rompersi, provocando danni permanenti allo strato di desalinizzazione.
Soluzione:
Installare dispositivi anti-sifone o dispositivi di protezione-air break nelle tubazioni del permeato e del concentrato per evitare il sifonamento. Inoltre, evitare, quando possibile, di scaricare completamente gli elementi della membrana durante lo spegnimento di routine del sistema.
5.2 Errore umano o guasto del sistema di controllo
L'essiccazione della membrana può verificarsi anche a causa di un errore dell'operatore o di un malfunzionamento del sistema di controllo. Se ad esempio la valvola di scarico del concentrato e la valvola di scarico del permeato vengono aperte ma non chiuse in tempo, gli elementi della membrana possono rimanere senza acqua per un periodo prolungato, il che può portare all'essiccazione e alla rottura.
Vale la pena notare che alcuni elementi della membrana RO vengono forniti asciutti dalla fabbrica e in questo caso non si verificheranno danni da asciugatura prima del funzionamento iniziale. Tuttavia, dopo che la membrana è stata idratata e utilizzata per la prima volta, una disidratazione prolungata può ancora causare fessurazioni e danni strutturali.
Nel funzionamento pratico del sistema RO, molti guasti alla membrana non sono causati dal prodotto stesso della membrana, ma piuttosto da una progettazione impropria del sistema o da procedure operative errate.
Controllando adeguatamente i differenziali di pressione del sistema, seguendo le procedure standard di avvio-e di arresto, migliorando le prestazioni di pretrattamento e ispezionando regolarmente le apparecchiature critiche, è possibile ridurre significativamente i danni fisici alle membrane RO e prolungare la durata degli elementi della membrana.
Considerando queste sfide operative pratiche, YIME integra sistemi di controllo intelligenti durante la progettazione di soluzioni di sistemi RO per ridurre il rischio di errori operativi. Inoltre, quando i clienti acquistano i prodotti a membrana YIME RO, il nostro team fornisce anche una guida tecnica professionale per garantire un'installazione e un funzionamento corretti.
