Scaling is één van de meest voorkomende oorzaken van prestatieverlies in omgekeerde osmose (RO) systemen. Scaling komt weinig voor in ultrafiltratie (UF) systemen. Het begrip scaling verwijst naar een specifieke vorm van membraanvervuiling, waarbij slecht oplosbare anorganische zouten neerslaan en kristalliseren op het membraanoppervlak. Scaling heeft directe invloed op de efficiëntie van het systeem en leidt doorgaans tot lagere capaciteit, hogere benodigde druk, grotere drukverschillen, een lager rendement en een hoger energieverbruik.
Wat is scaling?
Scaling is een vorm van membraanvervuiling die wordt veroorzaakt door het neerslaan en kristalliseren van opgeloste anorganische zouten die voorkomen in grond-, oppervlakte- en leidingwater. Hierdoor ontstaat een kristallijne zoutaanslag op het membraanoppervlak en in de feedkanalen van het membraan.
Veelvoorkomende vormen van scaling zijn calciumcarbonaat (kalkaanslag), calciumsulfaat, calciumfosfaat, silica en, in sommige gevallen, afzettingen van ijzer en mangaan.
Scaling leidt ertoe dat de doorlaat van water afneemt, terwijl de benodigde druk en het drukverschil over het membraan toenemen. Dit resulteert in een hoger energieverbruik. Daarnaast kan scaling de permeaatkwaliteit verminderen, wat vaak zichtbaar is als een stijging van de zoutconcentratie of de elektrische geleidbaarheid (EC) van het permeaat.
Hoe ontstaat scaling in een RO-systeem?
Scaling ontstaat in een RO-systeem wanneer de maximale oplosbaarheid van een zout wordt overschreden. Elk zout heeft een beperkte oplosbaarheid in water. Wanneer de concentratie boven deze grens uitkomt, kan het zout neerslaan en zich afzetten als een scalinglaag op het membraanoppervlak.
In een omgekeerd osmose (RO) systeem wordt permeaatwater geproduceerd met een zeer lage zoutconcentratie. Dit gebeurt door brak of zout water onder hoge druk door een membraan te persen dat water grotendeels doorlaat en zouten tegenhoudt. Tegelijkertijd ontstaat een tweede waterstroom, het concentraat, waarin de zouten worden opgeconcentreerd. Hoe hoger de waterproductie (hogere recovery), hoe hoger de zoutconcentratie in het concentraat. Wanneer deze concentratie te hoog wordt, kunnen zouten in het concentraat neerslaan en scaling veroorzaken op het membraanoppervlak en in de feedkanalen.
Er zijn verschillende factoren die invloed uitoefenen op het ontstaan van scaling. Allereerst zijn het type zout en de concentratie van de zouten van belang, vanwege hun maximale oplosbaarheid. Deze oplosbaarheid wordt beïnvloed door de pH en de temperatuur van het water. Veel zouten zijn minder goed oplosbaar bij hogere pH-waarden en sommige zouten reageren gevoelig op temperatuurveranderingen. Er bestaan echter uitzonderingen, en verschillende zouten gedragen zich verschillend bij veranderingen in pH en temperatuur.
Daarnaast is er altijd tijd nodig voor zoutkristallen om te vormen, ook wel kristalgroei- of nucleatietijd genoemd. Deze tijd kan variëren van zeer kort tot relatief lang, afhankelijk van de omstandigheden. Wanneer meerdere zouten tegelijkertijd in oplossing aanwezig zijn, kunnen zij elkaar beïnvloeden, wat het ontstaan van scaling kan versnellen of juist vertragen.
Waar komt scaling veel voor?
Scaling in omgekeerde osmose (RO)-systemen kan bij vrijwel elk type water voorkomen. Wanneer zouten in het water aanwezig zijn, bestaat er altijd een risico op scaling. Dit risico is vooral hoog bij water dat veel calcium, magnesium, bicarbonaat, sulfaat, silica en fosfaat bevat, maar verschilt sterk per waterkwaliteit.
Uit deze stoffen kunnen slecht oplosbare zouten ontstaan, zoals calciumcarbonaat, calciumsulfaat, calciumfosfaat en silica-afzettingen. Tijdens het RO-proces worden deze zouten in het concentraat opgeconcentreerd, waardoor de oplosbaarheidsgrens kan worden overschreden en scaling kan optreden.
Hoe voorkom je scaling?
Er zijn verschillende methoden om scaling in een RO-systeem te voorkomen. Een belangrijke maatregel is het beperken van de waterproductie (de recovery), zodat het concentraat minder sterk wordt opgeconcentreerd en de maximale oplosbaarheidsgrens van zouten niet wordt overschreden. Daarnaast kan de pH van het water worden aangepast, meestal door verlaging, om de oplosbaarheid van bepaalde zouten te vergroten en het risico op neerslag te verkleinen.
Een andere veelgebruikte methode is het doseren van antiscalant. Antiscalants zijn speciale polymeren die de vorming en groei van zoutkristallen remmen door de aantrekkende krachten tussen opgeloste zouten te verstoren. Hierdoor wordt kristalvorming vertraagd of voorkomen en kunnen zouten niet of minder snel neerslaan op het membraan.
Daarnaast bestaan er voorbehandelingstechnieken die specifieke vormen van scaling tegengaan. Zo kan een ontijzeringsinstallatie worden toegepast om ijzer te verwijderen en ijzerneerslag te voorkomen. Ook kunnen waterontharders worden ingezet om calcium en magnesium uit het water te verwijderen, waardoor kalkaanslag op de membranen wordt voorkomen.
Fouling
Naast scaling, bestaat er ook fouling. Deze termen worden soms met elkaar verward. Scaling ontstaat door minerale kristallisatie, terwijl fouling het gevolg is van biologische, organische of colloïdale vervuiling. Omdat de aanpak per probleemtype verschilt, is het belangrijk het onderscheid goed te begrijpen. In het artikel Wat is fouling en hoe ontstaat het? lichten we dat verder toe.
Hoe herken je scaling?
Scaling in omgekeerde osmose (RO) systemen is vooral te herkennen aan een geleidelijke afname van de permeaatcapaciteit, een toename van de voedingsdruk en een stijging van het drukverschil over het membraan. Hierdoor neemt ook het energieverbruik van het systeem toe. Daarnaast kan de kwaliteit van het permeaat afnemen, wat vaak zichtbaar is als een toename van de opgeloste zouten en een stijgende elektrische geleidbaarheid (EC) van het permeaat.
Regelmatige en gestructureerde monitoring van de systeemprestaties is hierbij essentieel. Een platform zoals HydroPatrol biedt real-time inzicht in druk, flow, waterkwaliteit en prestatie-trends, waardoor scaling vroeg wordt gedetecteerd en onderhoud precies op het juiste moment kan worden uitgevoerd.