L'installazione di un addolcitore d'acqua è ampiamente considerata un modo efficace per prevenire la formazione di calcare nei sistemi ad osmosi inversa (RO). Tuttavia, molti operatori di impianti scoprono che le incrostazioni sulla membrana RO si verificano ancora anche dopo il trattamento di addolcimento. La pressione differenziale continua ad aumentare, la frequenza di pulizia aumenta e le prestazioni della membrana diminuiscono gradualmente.
Il motivo è semplice: un addolcitore rimuove solo gli ioni di durezza come calcio e magnesio. Non affronta tutte le sostanze incrostanti né elimina la complessa chimica che causa l'incrostazione della membrana ad osmosi inversa.
L'ammorbidimento non rimuove la silice
Una delle cause più comuni di incrostazione della membrana è l'incrostazione di silice. Gli addolcitori funzionano attraverso lo scambio ionico, sostituendo calcio e magnesio con ioni sodio. La silice, tuttavia, esiste principalmente come acido silicico disciolto o particelle colloidali piuttosto che come ioni di durezza caricati. Di conseguenza, passa attraverso l'addolcitore quasi inalterato.
Quando l'acqua di alimentazione contiene più di 30–40 ppm di silice, la concentrazione vicino alla superficie della membrana può superare il limite di solubilità, in particolare nei sistemi RO ad alto-recupero. La silice quindi polimerizza e forma un deposito simile al vetro- che aderisce fortemente alla membrana ed è estremamente difficile da rimuovere con la pulizia acida convenzionale.
| Parametro | Prestazioni dell'addolcitore d'acqua |
|---|
| Calcio e magnesio | RIMOSSO |
| Silice (SiO₂) | Non rimosso |
| Silice colloidale | Non rimosso |
| Rischio di incrostazioni di silice | Rimane alto |
Questo è il motivo per cui le fonti di acqua sotterranea con elevata silice subiscono spesso incrostazioni della membrana RO nonostante abbiano un'eccellente rimozione della durezza.
Il ridimensionamento del solfato può ancora svilupparsi
La rimozione della durezza non elimina il ridimensionamento-correlato ai solfati. I sistemi RO industriali incontrano comunemente depositi come solfato di calcio (gesso), solfato di bario e solfato di stronzio. Questi composti sono governati dalla chimica di saturazione piuttosto che dalla sola durezza.
Anche l'acqua con concentrazioni di calcio relativamente basse può comunque diventare sovrasatura di sali solfati all'interno del sistema RO. Man mano che l'acqua passa attraverso gli elementi della membrana, i solidi disciolti diventano sempre più concentrati, creando le condizioni ideali per la precipitazione dei solfati.
| Scala di solfato comune | Caratteristiche |
| Solfato di calcio (CaSO₄) | Comune nell'acqua di alimentazione industriale |
| Solfato di bario (BaSO₄) | Solubilità estremamente bassa |
| Solfato di stronzio (SrSO₄) | Meno comune ma difficile da rimuovere |
Per questo motivo, le incrostazioni solfatiche rimangono una delle cause più frequenti di incrostazione della membrana ad osmosi inversa nei sistemi che utilizzano acqua di alimentazione addolcita.
Gli alti tassi di recupero intensificano la polarizzazione della concentrazione
La qualità del pretrattamento RO da sola non può impedire la formazione di incrostazioni se il tasso di recupero supera i limiti di progettazione.
Durante il funzionamento, i sali scartati si accumulano vicino alla superficie della membrana e formano uno strato limite di concentrazione. La concentrazione di sale in questo strato può essere da due a tre volte superiore a quella del flusso di concentrato sfuso. Nei sistemi ad alto-recupero, la concentrazione dei precursori delle incrostazioni all'interno degli elementi finali della membrana può raggiungere da cinque a dieci volte la concentrazione originale del mangime.
In queste condizioni, anche l'acqua addolcita può diventare sovrasatura, provocando la precipitazione di silice, sali solfati o ioni di durezza residua e la formazione di depositi di calcare.
Le prestazioni dell'addolcitore possono diminuire nel tempo
Gli addolcitori d'acqua non sono dispositivi-esenti da manutenzione. L'esaurimento della resina, i ponti salini, il malfunzionamento delle valvole e la rigenerazione incompleta possono provocare perdite di durezza.
Anche un piccolo incremento di durezza di soli 2-3 ppm può diventare altamente concentrato all'interno di un sistema RO ad alto-recupero. Una volta concentrati più volte, questi ioni residui possono ancora produrre significative incrostazioni della membrana.
Il monitoraggio regolare della durezza in uscita dell'addolcitore è quindi essenziale, ma spesso viene trascurato nelle operazioni quotidiane dell'impianto.
L'acqua addolcita richiede comunque un adeguato controllo del pH e degli antincrostanti
Un altro malinteso comune è che l'acqua addolcita non richieda più la regolazione del pH o il dosaggio di antincrostanti. In realtà, il comportamento del calcare cambia con la chimica dell'acqua:
- Un pH più elevato generalmente diminuisce la solubilità della silice e aumenta il rischio di incrostazione della silice.
- Un pH più basso può controllare alcuni idrossidi metallici ma può favorire altre forme di precipitazione.
- Gli antincrostanti generici progettati principalmente per il controllo del carbonato di calcio possono offrire una protezione limitata contro le incrostazioni di silice o solfato.
Molti sistemi RO industriali ottengono quindi i migliori risultati combinando l'addolcimento dell'acqua con antincrostanti RO accuratamente selezionati e un controllo ottimizzato del pH.
Un addolcitore d'acqua è un componente importante del pretrattamento RO, ma non è una soluzione completa per la prevenzione delle incrostazioni della membrana. La silice, i sali solfati, i tassi di recupero eccessivi, i problemi di prestazione dell'addolcitore e il dosaggio inadeguato dei prodotti chimici possono contribuire all'intasamento della membrana ad osmosi inversa.
Per massimizzare la durata della membrana e mantenere stabili le prestazioni del sistema, gli operatori dovrebbero valutare l'intera composizione chimica dell'acqua di alimentazione anziché concentrarsi esclusivamente sulla rimozione della durezza. In molti casi, la strategia più efficace è una combinazione di addolcimento, dosaggio di antincrostanti, corretta progettazione del recupero e monitoraggio continuo della qualità dell’acqua.
