Welke factoren beïnvloeden de prestaties van een osmosemembraan?

De vier belangrijkste factoren welke de prestaties van een osmosemembraan beïnvloeden

De prestaties van een omgekeerde osmose (RO)-membraan en daarmee dus ook van het osmoseapparaat worden door verschillende factoren bepaald. Niet alleen de hoeveelheid geproduceerd water is afhankelijk van de bedrijfsomstandigheden, ook de waterkwaliteit, de zoutrejectie en de levensduur van het membraan worden hierdoor beïnvloed. De vier belangrijkste factoren zijn:

1. Druk → de drijvende kracht achter het proces.
2. Temperatuur → bepaalt de doorstroming en deels de zoutrejectie.
3. Watersamenstelling → bepaalt de belasting en het risico op vervuiling.
4. pH-waarde → beïnvloedt de membraanstabiliteit, zoutrejectie en kans op scaling.

De invloed van waterdruk

De waterdruk van het voedingswater heeft een directe invloed op de prestaties van een RO-membraan. Het membraan werkt doordat water onder druk door de semipermeabele laag wordt geperst, terwijl opgeloste stoffen grotendeels worden tegengehouden. Zonder voldoende druk zal de waterproductie afnemen.

Bij een hogere waterdruk kunnen meer watermoleculen het membraan passeren. Hierdoor neemt de productie van osmosewater toe en worden opgeloste zouten en andere verontreinigingen over het algemeen efficiënter tegengehouden. Zowel de capaciteit als de waterkwaliteit profiteren daardoor van een hogere werkdruk.

Bij een lagere waterdruk gebeurt het tegenovergestelde. De productie van osmosewater neemt af en de zoutrejectie kan iets verminderen waardoor de TDS-waarde van het geproduceerde water hoger uitvalt.

Om membranen en installaties eerlijk met elkaar te kunnen vergelijken, geven fabrikanten de prestaties vrijwel altijd op bij een standaard voedingsdruk van 4 bar (60 psi). Wanneer de waterdruk lager is dan deze testomstandigheden dan zal de daadwerkelijke productiecapaciteit lager uitvallen dan de opgegeven waarde. In dergelijke situaties kan je een boosterpomp gebruiken om de druk te verhogen, zodat het osmose apparaat weer optimaal presteert.

De invloed van watertemperatuur

De temperatuur van het voedingswater heeft direct invloed op de prestaties van een TFC-membraan. Bij warmer water bewegen watermoleculen sneller en is de viscositeit van het water lager. Hierdoor kunnen watermoleculen gemakkelijker door de polyamidelaag van het membraan bewegen. Het gevolg is dat de waterproductie toeneemt bij hogere temperaturen en afneemt bij lagere temperaturen. Als vuistregel verandert de zuiverwater productie met ongeveer 2 tot 3% per graad Celsius temperatuurverschil.

De temperatuur heeft ook invloed op de zoutverwijdering. Bij hogere temperaturen kunnen opgeloste ionen iets makkelijker door het membraan bewegen, waardoor de zoutrejectie licht kan afnemen. Daarom worden RO-prestaties vaak omgerekend naar een standaardtemperatuur van 25 °C om systemen eerlijk met elkaar te kunnen vergelijken.

Het is echter niet de bedoeling om het water te gaan verwarmen om zo de opbrengst te verhogen. Je gaat dan namelijk energie stoppen in het verwarmen van water wat deels als afvalwater de afvoer inloopt. Ook is er een reëel risico dat de temperatuur te hoog oploopt wanneer er een mengkraan wordt gebruikt wat weer funest is voor het membraan.

De invloed van de watersamenstelling

De samenstelling van het voedingswater bepaalt in belangrijke mate hoe een RO-membraan presteert. De hoeveelheid opgeloste stoffen, vaak weergegeven als TDS of geleidbaarheid, heeft invloed op de benodigde werkdruk en de uiteindelijke waterproductie. Een hogere concentratie opgeloste stoffen zorgt voor een hogere osmotische druk. Hierdoor moet de installatie meer druk leveren om dezelfde hoeveelheid water door het membraan te krijgen. Bij een gelijkblijvende werkdruk zal de waterproductie daarom afnemen.

Ook het type opgeloste stoffen speelt een belangrijke rol. Calcium en magnesium kunnen leiden tot kalkafzetting (scaling), terwijl organische stoffen, colloïden en micro-organismen kunnen bijdragen aan membraanvervuiling (fouling). Deze vervuiling vermindert de doorstroming, verhoogt het energieverbruik en kan de levensduur van het membraan verkorten. Een goed goed samengesteld osmose apparaat met passende voorbehandeling is daarom essentieel voor een stabiele werking en een langdurig goed presterend systeem.

De invloed van de pH-waarde

De pH-waarde van het voedingswater heeft invloed op zowel de prestaties als de levensduur van een RO-membraan. Hoewel de directe invloed op de waterproductie meestal beperkt is, speelt de pH een belangrijke rol bij de zoutrejectie, de vorming van afzettingen en de chemische stabiliteit van het membraan.

De meeste TFC-membranen zijn ontworpen om langdurig te functioneren binnen een pH-bereik van ongeveer 2 tot 11. Langdurige blootstelling aan sterk zure of sterk alkalische omstandigheden kan de polyamidelaag van het membraan aantasten, waardoor de zuivering afneemt en de levensduur wordt verkort. Aangezien de pH waarde van nederlands leidingwater rond de pH 7 zit, is dat een prima waarde voor het toevoerwater.

Samenvattend

Voor optimale prestaties van een osmose apparaat moeten druk, temperatuur, watersamenstelling en pH als één geheel worden beschouwd. Voldoende werkdruk zorgt voor een hoge waterproductie, terwijl de watertemperatuur bepaalt hoe gemakkelijk water door het membraan stroomt. De samenstelling van het voedingswater beïnvloedt de benodigde druk en het risico op scaling en fouling, terwijl de pH de chemische stabiliteit van het membraan en de vorming van afzettingen bepaalt. Door deze vier factoren goed te beheersen en het systeem hierop af te stemmen blijven zowel de productiecapaciteit als de waterkwaliteit optimaal en wordt de levensduur van het RO-membraan verlengd.