RO-Rückgewinnungsrate: Ertrag und Scaling in Balance

Die Rückgewinnung wird durch die Löslichkeit der zurückbleibenden Salze begrenzt. Während das Wasser als Permeat abgeht, konzentrieren sich Calcium, Sulfat, Silikat, Barium und Strontium in der Sole. Calciumcarbonat-Scaling wird über den Langelier-Sättigungsindex vorhergesagt, Calciumsulfat über seinen eigenen Sättigungsindex und Silikat über seine Löslichkeit, die mit sinkender Temperatur abnimmt. Membrangarantien legen maximale Konzentrationsfaktoren fest, und meist bestimmen diese Grenzen die Auslegung, nicht die Pumpe.

Kleine Einzelelement-Systeme laufen typischerweise mit 50–60%, größere Multi-Element-Arrays erreichen 70–75%. Darüber hinaus wird das Konzentrat aggressiv: Bei 80% Rückgewinnung beträgt der Konzentrationsfaktor 5, und ein Zulauf mit 500 mg/L TDS ergibt eine Sole mit 2,500 mg/L. Jeder weitere Punkt Rückgewinnung spart wenig Abwasser, verkürzt aber das Intervall zwischen den Reinigungen.

Der Konzentrationsfaktor ist 1 geteilt durch (1 − Rückgewinnung). Er setzt voraus, dass die Membran Wasser, aber kein Salz passieren lässt, was für eine Auslegungsprüfung ausreichend genau ist. Die Tabelle zeigt den Effekt bei einem Zulauf mit 500 mg/L TDS. Beachten Sie, dass der Sprung von 65% auf 75% die Sole von 2.9 auf 4.0 Mal den Zulauf erhöht – ein weit größerer Schritt, als die zehn Punkte Rückgewinnung vermuten lassen.

Die Zulauftemperatur verändert den Flux um etwa 3% pro °C. Eine bei 25 °C und 1,000 L/h spezifizierte Anlage liefert bei gleichem Druck etwa 700 L/h bei 15 °C und 1,150 L/h bei 30 °C. Kaltes Wasser erhöht zudem die Viskosität, was den erforderlichen Druck steigen lässt und die Pumpe an ihre Grenze bringen kann, bevor die Auslegungsrückgewinnung erreicht ist. Die Silikatlöslichkeit sinkt mit der Temperatur; eine 75-prozentige Rückgewinnung, die bei 25 °C funktioniert, kann bei 10 °C die Silikatgrenze überschreiten.

Deshalb sollte die Rückgewinnung immer mit einer Temperatur angegeben werden. Ein Skid, der mit 75% Rückgewinnung bei 25 °C verkauft wird, ist in einem kalten nördlichen Maschinenraum kein 75-%-Skid, und der Konzentratdurchfluss wird höher liegen als im Datenblatt angegeben. Legen Sie den kältesten Monat zugrunde, nicht den Jahresdurchschnitt.

Eine höhere Rückgewinnung ist zuerst eine Frage der Vorbehandlung, dann der Pumpe. Jedes limitierende Salz hat seine eigene Gegenmaßnahme, und die Auslegung muss auf das zuerst sättigende Salz zielen, nicht auf das am leichtesten entfernbare. Ein Enthärter entfernt Calcium und Magnesium und hebt damit die Carbonat- und Sulfatgrenzen an; Antiscalant erweitert dieselben Grenzen, ohne die Ionen zu entfernen; eine pH-Anpassung verschiebt die Carbonat- und Silikatgleichgewichte in entgegengesetzte Richtungen.

Behandeln Sie zuerst das limitierende Salz und ändern Sie dann das Array. Die Enthärtung ist der zuverlässigste Weg: Die Entfernung von Calcium und Magnesium ermöglicht bei vielen Zuläufen 75–85% Rückgewinnung – auf Kosten von Salzverbrauch und einer eigenen Soleeinleitung. Ein zweistufiges Array ist der zweite Weg: Das Konzentrat der ersten Stufe wird zum Zulauf der zweiten, sodass dasselbe Wasser zwei Membranbänke durchläuft, bevor es die Anlage verlässt.

Eine niedrigere Rückgewinnung ist kein Misserfolg. Kleine Anlagen mit 0.5–2 m³/h laufen meist mit 50–60%, weil ein Einzelelement-Array ohne Scaling nicht weiter aufkonzentrieren kann und weil die Investitionskosten einer zweistufigen Auslegung schwer zu rechtfertigen sind. Zuläufe mit hohem Silikat- oder Bariumgehalt liegen zwangsläufig oft bei 50–65%. Standorte mit günstigem Wasser und strengen Einleitgrenzen bevorzugen möglicherweise ein größeres Konzentratvolumen mit niedrigerem TDS, das leichter wiederverwendet oder eingeleitet werden kann.

Die richtige Frage ist nicht, welche Rückgewinnung möglich ist, sondern welche Rückgewinnung sich rechnet, wenn man Wasserkosten, Einleitgebühren, Vorbehandlungschemikalien, Reinigungsaufwand und Membranersatz einbezieht. Eine 75-%-Anlage, die monatlich gereinigt wird, kann teurer sein als eine 60-%-Anlage, die zweimal jährlich gereinigt wird.

Verwenden Sie kalibrierte Durchflussmesser für Permeat und Konzentrat oder für Permeat und Zulauf, mit einer Genauigkeit von etwa 2%. Berechnen Sie die Rückgewinnung aus den beiden Messwerten und vergleichen Sie sie mit dem Auslegungswert bei gleicher Temperatur und gleichem Druck. Fehlt der Zulaufmesser, ergibt Permeat geteilt durch Permeat plus Konzentrat dasselbe Ergebnis, ohne einen Zulaufdurchfluss anzunehmen.

Protokollieren Sie die Rückgewinnung täglich zusammen mit Druck, Temperatur und Leitfähigkeit. Ein Rückgang der Rückgewinnung bei konstantem Druck bedeutet meist Fouling oder ein teilweise geschlossenes Ventil; ein Anstieg der Leitfähigkeit bei konstanter Rückgewinnung zeigt einen erhöhten Salzübergang, was auf Membranschäden oder Oxidation hindeutet. Keiner der beiden Trends ist aus einem einzelnen Wochenwert erkennbar.