In de membraantechnologie worden de termen fouling en scaling vaak door elkaar gebruikt, terwijl ze verschillende vormen van membraanvervuiling beschrijven. Het correct herkennen van het type vervuiling is essentieel om de oorzaak te achterhalen en schade aan het membraan te voorkomen.
Wat is fouling en wat is scaling?
Fouling ontstaat door de ophoping van biologische, organische of colloïdale deeltjes op het membraan, zoals bacteriën, biofilm, humusstoffen of fijne zwevende deeltjes. Deze vervuiling vormt een zachte, kleverige laag die het membraan kan verstoppen en de doorlaat van water vermindert. In het artikel Wat is fouling en hoe ontstaat het? gaan we hier dieper op in.
Scaling is een harde, minerale afzetting die ontstaat wanneer opgeloste stoffen, zoals calcium, sulfaten of silica, neerslaan bij te hoge concentraties in het concentraat. Dit proces verloopt sneller bij hogere recovery-instellingen, omdat de zoutconcentratie in het concentraat hierdoor toeneemt. Meer informatie hierover staat in het artikel Wat is scaling en hoe ontstaat het?
Hoe zie je het verschil in prestaties?
In de praktijk leiden zowel fouling als scaling tot prestatieverlies van membranen in UF- en RO-systemen. Fouling speelt een rol bij zowel ultrafiltratie als omgekeerde osmose, terwijl scaling bij ultrafiltratie meestal een minder groot probleem vormt. De manier waarop de prestaties verminderen, is afhankelijk van het type fouling of scaling.
Ultrafiltratie
Bij UF leiden biofouling, organische fouling en colloïdale fouling allemaal tot een afname van de permeaatflow, een toename van de voedingsdruk en een stijging van het drukverschil (ΔP) over het membraan. Hierdoor neemt ook het energieverbruik van het systeem toe. Omdat UF opgeloste zouten doorlaat, komt scaling zelden voor, tenzij uitzonderlijke omstandigheden aanwezig zijn, zoals zeer hoge waterhardheid of afwijkende pH-waarden.
Omgekeerde osmose
Bij een omgekeerde osmose (RO) systeem zal bij colloïdale fouling en scaling de permeaat flow afnemen. Ook zal het drukverschil stijgen en de permeaat kwaliteit kan afnemen wat te zien is aan een hogere zoutconcentratie en EC. Bij bio fouling zal vooral het drukverschil toenemen, maar er kan ook een vermindering van de permeaat flow plaats vinden. Bij biofouling neemt vooral het drukverschil toe, maar kan de permeaatflow ook verminderen. Bij organische fouling vermindert voornamelijk de permeaatflow, terwijl drukverlies en permeaatkwaliteit vaak onveranderd blijven. In sommige gevallen kan ook het drukverschil toenemen bij organische fouling.
Hoe herken je het verschil fysiek aan het membraan?
Hoewel veranderingen in systeemprestaties bij verschillende vervuilingstypen soms vergelijkbaar kunnen zijn, kan een visuele inspectie van de membranen vaak helpen om fysiek onderscheid te maken:
Biofouling en organische fouling
Bij RO: zachte, slijmerige (en soms stinkende) aanslag op het voorste RO-membraan. Bij UF: zachte, kleverige aanslag over het hele UF-membraan, soms met geur.
Scaling
Bij RO: harde, korrelige of kristallijne laag op het laatste RO-membraan, waar de zoutconcentratie in het concentraat het hoogst is. Bij UF: komt zelden voor.
Colloïdale fouling
Bij RO: dunne, compacte laag van fijne deeltjes; kan licht korrelig of matglanzend zijn, vaak minder uitgesproken dan scaling. Bij UF: aanslag kan het membraan dichtslibben, soms licht bruin of grijs van kleur; voelt stevig aan maar niet kleverig.
Membraanautopsie
Om exact vast te stellen waardoor een membraan vervuild is, kan een membraanautopsie worden uitgevoerd. Hierbij wordt een membraanmodule geopend en het membraan visueel geïnspecteerd. Daarnaast worden vaak microscopische foto’s gemaakt, bijvoorbeeld met een licht- of elektronenmicroscoop, waarmee de samenstelling en aard van de vervuiling kan worden bepaald, zoals biofouling, organische lagen, colloïdale aanslag of scaling.
Verwijderen van fouling en scaling
Wanneer fouling of scaling aanwezig is, kan dit middels een chemische reiniging worden verwijderd, dit wordt een Cleaning-In-Place (CIP) genoemd. Hiervoor kan een CIP-unit worden ingezeten waarbij een optimale reinigingsoplossing kan worden aangemaakt en de juiste reinigingscondities gerealiseerd kunnen worden.
Bio fouling en organische fouling is vaak goed te verwijderen bij een reiniging met een hoge pH. Bij een UF kan dit gecombineerd worden met vrij chloor. Terwijl scaling goed te verwijderen is bij een lage pH. Voor colloïdale fouling kan het benodigde middel verschillen. Ook zijn er speciaal ontwikkelde middelen die ingezet kunnen worden voor een CIP die tegen specifieke verontreinigingen werken.