Vận hành và khắc phục sự cố màng RO

2013 Woongjin Chemical Technical Seminar

L/O/G/O

Trouble Shooting
Khắc Phục sự cố


INDEX

2013 Woongjin Chemical Technical Seminar

Membrane Trouble
(Sự cố màng)

Trouble Shooting Guide
(Hướng dẫn khắc phục sự cố)

L.O.G.O


2013 Woongjin Chemical Technical Seminar

L/O/G/O

Membrane Trouble
(Sự cố màng)


2013 Woongjin Chemical Technical Seminar

Problems during Membrane Operation
(Các vấn đề trong hoạt động của màng)

L/O/G/O

• Loss of salt rejection / Loss of permeate flow / Increase of pressure drop
( Giảm khử muối / Giảm lưu lượng thu hồi / Tăng độ chênh áp

Cause
• Charged (+, -) and/ or Non Charge
Foulants (hạt mang điện và khơng
mang điện tích)
• Organic / Colloidal Matters (chất hữu
cơ / chất keo
• Oxidizer / Debris (chất oxi hóa / vơi)
• Hydraulic Shock (shock nước)

Common problems
• Loss in Flowrate (Giảm lưu lượng)
• Loss in Salt Rejection (Giảm khử
muối)
• Increase in differential pressure
(Tăng độ chênh áp)


2013 Woongjin Chemical Technical Seminar

Problems during Membrane Operation
(Các vấn đề trong vận hành của màng)
Case 1. P1 ≥ P2 (Fouling)

Case 2. P1 ≤ P2 (Scaling)

P1: Differential Pressure in 1st stage (chênh áp ở giai đoạn 1)
P2: Differential Pressure in 2nd stage (chênh áp ở giai đoạn 2)


2013 Woongjin Chemical Technical Seminar

Problems during Membrane Operation
(Các vấn đề trong vận hành của màng)
1st Bank
Feed

Permeate
2nd

P 1

Bank

P2

Concentrate

P
P1 ≥ P2

Poor Pretreatment (Fouling)
P increase of cartridge

P1 ≤ P2

Scale


2013 Woongjin Chemical Technical Seminar

Fouling (tắt nghẽn)
 Coagulation
•
•
•
•
•

Use of unsuitable polymer
Over feeding or shortage of coagulant
Shortage of reaction time
Existence of interfering substance
Carry-over of Al by poor pH control

Sử dụng polyme không phù hợp
Nước đầu vào vượt quá mức hoặc thiếu
chất keo tụ
Thiếu thời gian cho phản ứng
Tồn TạI các chất khó xử lý
Mang theo hơm do việc kiểm sốt kém

 Media

•
•
•
•

Shortage of media
Mud ball
Air trapped
Unsuitable grain size

Thiếu vật liệu lọc
Hạt bùn
Chứa loại hiếu khí
Kích thước hạt lọc khơng phù hợp

 Corrosion of system (sự ăn mịn trong hệ thống)
• Corrosion of piping
• Carry-over of piping coating matter

Ăn mịn đường ống
Lớp phủ bảo vệ đường ống bị bào mòn


2013 Woongjin Chemical Technical Seminar

Fouling (tắt nghẽn)

 Water Quality Guidelines to minimize RO membrane fouling
(Bảng chỉ tiêu chất lượng nước để giảm tắc nghẽn màng RO
Species

Measure

Value

Suspended Solids

Turbidity

< 1 NTU

Colloids

SDI

<5

Microbes

Dip Slides

< 1,000 CFU/mL

Organics

TOC

< 3 ppm

Color Units

< 3 APHA

Metals: Iron, Manganese, aluminum

Concentration

< 0.05 ppm

Hydrogen Sulfide

Concentration

< 0.1 ppm

Color


2013 Woongjin Chemical Technical Seminar

Fouling Index – SDI ( Chỉ số tắt nghẽn)
 Indication of the quantity of particulate matter in water
(Chỉ số này cho thấy số lượng các tạp chất trong nước)
 Water is passed through a 0.45 µm membrance filter at a constant applied pressure
of 30 psi
(Nước đi qua một màng lọc 0.45 µm ở áp suất ổn định 30 psi)
 It is not based on the filtration mechanism and is not proportional with particle
concentration
(Chỉ số này không dựa trên cơ chế lọc và tỉ lệ với nồng độ tạp chất)
SDI =

1 – Ti / Tf

X 100

T
Ti : time to collect initial 500mL of sample
Tf : time to collect final 500mL of sample
T: total running time of test


2013 Woongjin Chemical Technical Seminar

Hình thành cặn
Di chuyển ngược

Hạt đồng nhất
Hạt nhân

Phân tử
Lắng đọng

Dung dịch siêu bão hòa

Lớp phủ
Hạt chất hỗn tạp

Tinh thể lớp mặt
Species

Mesure

Value

Silica (Soluble)

ppm

200*

Barium, Strontium

ppm

< 0.05

Calcium

LSI

< 0**

*In RO reject stream
** Can go up to 1.8 with
appropriate


Đóng cặn

2013 Woongjin Chemical Technical Seminar

Hiện tượng đóng cặn xảy ra khi muối hòa tan
trong màng vượt quá giới hạn hòa tan của màng
− Tỉ lệ thu hồi của hệ thống cao
− Thiếu chất ức chế cặn bổ sung
− Lưu lượng nước thấp so với lưu lượng nước tối thiểu cho
mỗi vỏ
− Hở khóa U-cup nối giữa màng vị vỏ
− Nhiễm bẩn màng
Đóng cặn thường bắt đầu ở giai đoạn cuối
− Khó để làm sạch CaSO4 , BaSO4 ,SrSO4 , SiO2
− Nhiễm bẩn (chất nhờn & bùn) có thể gây ra cấu cặn do
tăng độ phân cực


2013 Woongjin Chemical Technical Seminar

Hình ảnh của cặn bẩn


Đóng cặn

2013 Woongjin Chemical Technical Seminar

SCALE
A phenomenon that occurs when the concentration of a
salt’s cation and associated anion concentration exceeds
the solubility of that salt, there by causing precipitation of
that salt to the membrane surface.

Dissolved Salts
Na+, Cl-, Ca2+, Mg2+, CO32-, SO42Saturation

Slightly Soluble Salts in Naturally Occurring Water
Sources
Carbonate
Scale
Sulfate Scale

Super-saturation
Fluoride Scale

Crystal Formation (Scale)
Silica Scale

Scale on the Membrane

Sample of Scale

Calcium Carbonate

CaCO3

Calcium Sulfate

CaSO4

Strontium Sulfate

SrSO4

Barium Sulfate

BaSO4

Calcium Fluoride

CaF2

Silica

Si(OH)4

Calcium Silicate

CaSiO3

Magnesium Silicate

MgSiO3

Ferrous Silicate

FeSiO3

Easily
Occur

Hard to
redissolve

Scale

pH> 8
at RO

Concentrate


2013 Woongjin Chemical Technical Seminar

Dự đốn khả năng đóng cặn
LSI angelier
Saturation
LSI = pH - pHs
Index

When Feed TDS
< 10,000 mg/L

SDSI Stiff and
Davis Stability SDSI = pH – pCa – pAlK - K
Index

When Feed TDS <
10,000 mg/L

Solubility
Product

Compare to IP (Ion

product)

Carbonate
Scale

Others Scale

Ksp = [Cation]x x [Anion]y


2013 Woongjin Chemical Technical Seminar

Scale (Kiểm sốt đóng cặn)
Châm Axit

Chất ức chế cặn
và chất phân tán

Làm mềm nước

Điều chỉnh tỉ lệ nước
thu hồi

Công thức hiệu quả nhất để ngăn ngừa cặn CaCO3
2NaHCO3 + H2SO4  2H2CO3 (g) + Na2SO4
2H2O.CO2 + 2Na+ + SO42-

Ưu điểm

• Ngăn chặn hình

thành CaCO3
• Tái hịa tan CaCO3
thốt khỏi dung dịch
• Tăng độ hịa tan
của SiO2 .
Injection Rate
Speacies

Nhược điểm

• Làm keo tụ các
chất rắn lơ lửng
• Hình thành axit
cacbonic

Giải pháp
• Cần phải tiêm axit tại
thượng nguồn bắt
đầu từ các bộ lọc15
media để loại bỏ nồng
độ cao của các chất
rắn lơ lửng
• u cầu khử khí

LSI or SDSI < - 0.2
Sulfuric acid, Hydrochloric acid


2013 Woongjin Chemical Technical Seminar

Scale (Kiểm soát cặn)
Chất ức chế cặn
và chất phân tán

Châm Axit

Làm mềm nước

Threshold inhibition
(Bắt đầu sự ức chế
cặn)

• Nồng độ chất ức chế căn thấp cùng
với số lượng lớn phân tử cặn
• Hút các cation mang điện tích dương
• Hút các tinh thể

Crystal modification
(Sự thay đổi của
tinh thể)

• Hấp thụ vào bề mặt tinh thể những
vi tinh thể đang phát triển.
• Ảnh hưởng đến cấu trúc tinh thể

Dispersion
(Phân tán)

Điều chỉnh tỉ lệ nước
thu hồi

Bằng cách sử dụng nhóm hạt mang điện
tích âm. Hiệu quả hơn để ngăn ngừa
cặn

Injection Rate The scale inhibitor should be maintained ~20mg/L on the concentrate side
Speacies

SHMP, Organophosphonates, Higher-molecular-weight polyacrylates, Blend inhibitor


2013 Woongjin Chemical Technical Seminar

Scale (Kiểm soát cặn)
Châm Axit
Ca2+

Mg2+

Na+ Na+
Na+ R Na+

Na+
Na+
Na+
Ca2+

Ba2+

H+ H+

H+
H+

R

H+

H+

H+

Chất ức chế cặn
và chất phân tán

Làm mềm nước

Điều chỉnh tỉ lệ nước
thu hồi

Strong
Sulfonate
Acid Cation functional
Exchange
group
Resin
R-SO2O-

Can remove Hệ thống
Ca2+, Mg2+, nước lợ cỡ
Ba2+, Sr2+, vừa và nhỏ

Fe2+, Al3+

Phục hồi bằng dung
dịch NaCl
Các vấn đề về môi
trường và kinh tế

Weak Acid
Cation
Exchange
Resin

Carboxylic
functional
group
-COOH

Can remove Làm mềm
Ca2+, Ba2+, từng phần
Sr2+
hoặc nước
với nồng độ
HCO3 cao

Giảm chi phí hoạt
động và tác đơng
mơi trường
Giảm TSD
Làm mềm một phần
Giảm pH

Lime
softening

Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2  2CaCO3 + 2H2O
Mg(HCO3)2 + 2Ca(OH)2  2Mg(OH)2 +
2CaCO3 + 2H2O

Lime soda ash
precipitate CaCO3
Large plant


2013 Woongjin Chemical Technical Seminar

Scale control (Kiểm soát cấu cặn)
Châm Axit

Recovery
50%
75%
87.5%

90%

Chất ức chế cặn
và chất phân tán

Làm mềm nước

Concentration at downstream
2 times of feed
4 times of feed

8 times of feed

10 times of feed

Điều chỉnh tỉ lệ nước
thu hồi


2013 Woongjin Chemical Technical Seminar

Biofouling (Nhiễm bẩn vi sinh)
− Vi sinh vật có thể tái sinh và tạo thành một màng sinh học trong phạm vi
cả hệ thống.
− Rất khỏ để loại bỏ màng sinh học này vì nó bảo vệ các vi sinh vật chống
lại lực cắt và hóa chất diệt sinh vật
− Có thể xuất hiện khi nước cấp:
+ Giàu dưỡng chất, TOC, COD cao
+ Kiểm soát diệt khuẩn kém

Giải pháp an toàn:

 Làm sạch và vệ sinh tồn bộ hệ thống. Việc làm sạch và khử trùng
khơng đầy đủ sẽ nhanh chóng làm tái ơ nhiễm .
 Ngâm và rửa sạch ở pH cao.
 Lắp đặt màng chống cáu cặn.
 Cài đặt hoạt tối ưu hóa hệ thống tiền xử lý.

2013 Woongjin Chemical Technical Seminar

Membrane Degradation (thối hóa màng)
1

Increase of Permeate flux (tăng lưu lượng nước thu hồi)

2 Decrease in salt rejection (giảm khả khử muối)
Case 3. General Trend Oxidation

Case 4. Oxidation with fouling


2013 Woongjin Chemical Technical Seminar

Oxi hóa/ Thủy phân

Oxidation
 Free chlorine, Hydrogen peroxide, Potassium Permanganate, Ozone,
Chloramine
 SBS changes to Sodium Per-Sulfite under presence of Cu, Co, and
can lead membrane oxidation.
 Free chlorine <0.0ppm
 ORP < 250mV
Membrane hydrolysis
 High pH (above 12)

Exposure to other chemical

 Solvent: dimethyl formamide, dimethyl acdimide, n-methyl pyrrolidone
 Aromatic: benzene, toluene, xylene, phenol, gasoline
 Other: ketons, aldehydes, ester


2013 Woongjin Chemical Technical Seminar

Oxidation (Oxi hóa)
Free chlorine, Hydrogen peroxide, Potassium Permanganate, Ozone, Chloramine
 Residual free chlorine can be reduced by SBS
 175 – 200mV of ORP is typically applied.

High pressure pump

Feed tank
Filter Feed pump

RO Stack

Cartridge
Filter

Cl2 = 0.4mg/L
Sodium BiSulfite
(SBS)

Need 15
sec
Cl2 = 0.0mg/L

Biocide

Cl2 = 0.0 Residual = 5ppm


2013 Woongjin Chemical Technical Seminar

Oxidation (Oxi hóa)
SBS changes to Sodium Per-Sulfite under presence of Cu and Co, and can lead
membrane oxidation (SBS chuyển thành Na2SO3 có mặt Cu và Co, làm oxi hóa màng)
High pressure pump

Feed tank
Filter Feed pump

RO Stack

Cartridge
Filter

Cl2 = 0.4mg/L

Need 15 sec
Sodium Bi-Sulfite
Cl2 = 0.0mg/L

In the case that feed water contains trace
of heavy metal even 1ppb of Cu or Co

Cl2 = 0.0 Residual = 5ppm

Heavy metal and SBS concentration
become 5 times at the concentrate water
outlet for 80% water recovery rate

Sodium Bi-Sulfite becomes Sodium Per Sulfite in the presence of Heavy
metal which radically attacks PA membranes. 2nd Bank membranes are
exposed more for the Sodium Per Sulfite attack.


2013 Woongjin Chemical Technical Seminar

O-ring Leak (Rị rỉ O-ring)
• Việc rị rỉ O-rings có thể được phát hiện
bằng kỹ thuật thăm dị
• Đơi khi đơn giản là do O-rings khơng được
lắp đặt, hoặc được lắp không chuẩn hoặc
bị đẩy ra khỏi vị trí đúng trong q trình
lắp đặt RO.
• Việc thay thế những O-ring cũ và hư hại là
cần thiết.


2013 Woongjin Chemical Technical Seminar

Sự bào mịn bề mặt

• Các hạt pha lê hoặc mảnh kim loại nhọn
trong nước cấp có thể làm trầy xước
màng.
• Hệ thống lọc tiền xử lý phải giải quyết

vấn đề này.
• Màng hỏng phải bị thay thế.