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Yuma desalting test facility: Foulant component study

1983; Elsevier BV; Volume: 47; Issue: 1-3 Linguagem: Francês

10.1016/0011-9164(83)87078-7

1873-4464

Charles D. Moody, John W. Kaakinen, James C. Lozier, PaulE. Laverty,

Wastewater Treatment and Reuse

The FCS (Foulant Component Study) has successfully quantified the effects of different classes of potential membrane fouling materials in the RO (reverse osmosis) feed water at the Yuma Desalting Test Facility upon the decline rates of RO product flow. Fouling components were postulated to be colloidal clays, nonpurgeable dissolved organics, and purgeable halogenated organics. The purpose of the study was to identify the causes for higher than predicted rates of decline in product water flow of two manufacturers' proof test units. Each proof unit contained spiral-wound cellulose acetate membrane elements contracted for the Yuma Desalting Plant. THe RO feedwater was pretreated by chlorination, partial lime softening-clarification, and dual-media filtration. The FCS was conducted using five pairs of 64-mm-diameter RO elements. One element pair served as a control and operated on the proof-test reject water, and four separate pairs were operated after different additional pretreatment steps consisting of ultrafiltration, aeration stripping, activated carbon, and reverse osmosis, each of which removed a different combination of potential foulant components from the RO feed-water. The experiment was done three times, once with one manufacturer's elements and twice with elements from the other manufacturer. Despite similar overall product flow decline rates in the proof tests, the two manufacturers' RO elements responded differently to the FCS pretreatment steps. The product flow decline of one of the manufacturer's elements was virtually eliminated by either ultrafiltration or reverse osmosis pretreatment but not significantly affected by aeration stripping pretreatment, which indicates that colloidal fouling was the overriding cause of the performance decline. In contrast, the performance decline of the other manufacturer's equipment was reduced 60 percent by operation on RO product water, 20 percent by aeration stripping pretreatment, and 20 percent by ultrafiltration pretreatment. For this manufacturer, 20 percent of the performance decline was presumed to be due to membrane compaction. These FCS results indicate that it may be possible to prevent up to 85 percent of the product flow decline rates experienced during proof testing through pretreatment improvements at the Yuma Desalting Plant. Compte tenu de la baisse excessive des débits de l'eau produite par osmose inverse à l'usine expérimentale de dessalement, Yuma Desalting Test Facility, une étude (Foulant Component Study - FCS) a été réalisée sur les différentes classes de composants d'encrassement potentiel des membranes (colmatage dû à des dépositions sur les membranes ou à l'absorption chimique par les mêmes de matières présentes dans les eaux d'alimentation du système d'osmose inverse, pouvant modifier de façon importante l'eau et les taux de transports des corps dissous pénétrant les membranes). L'étude a permis de quantifier les effets de ces composants (argiles colloidaux, matières organiques dissoutes nonpurgables, matières organiques halogènes purgables) sur les taux de déclin des débits de production et fut réalisée au moyen d'unités de tests pilotes comprenant des éléments de membranes d'acétate de cellulose disposés en spirales, fournies par deux fabricants pour l'usine de Yuma où les eaux d'alimentation du système d'osmose inverse avaient subi un prétraitement de procédés de clarification et d'adoucissement à la chaux et de filtration de sable + anthracite. Cinq paires d'éléments d'osmose inverse de 64 mm de diamètre furent utilisées, dont une servait de contrôle et les autres furent mises en oeuvre à la suite de plusieurs étapes supplémentaires de prétraitements. Ces dernières comportaient des procédés d'ultrafiltration, de nettoyage a l'air, de carbon actif et d'osmose inverse. Chaque procede extrayait des eaux d'alimentation du système d'osmose inverse une combinaison différente de composants d'encrassement potentiel. L'expérience fut répétée trois fois: deux fois à partir des éléments du premier fabricant et une fois avec ceux du second fabricant. Bien que l'ensemble des débits de production accusaient des taux de déc]in semblables au cours des tests, les éléments d'osmose inverse de chaque fabricant présentaient une réaction différente aux étapes de prétraitement: le déclin des débits de production à partir de l'élément d'un des fabricants a été pratiquement éliminé par des prétraitements d'ultrafiltration où d'osmose inverse, sans être pourtant affecté par le prétraitement à l'air, d'où la conclusion que l'encrassement colloidal représentait la cause principale de la performance amoindrie du matériel de ce fabricant. Par contre, le déclin de la performance du matériel de l'autre fabricant se trouvait réduit par: 60 pour cent au moyen d'eau produite par osmose inverse, 20 pour cent par un prétraitement à l'air, et 20 pour cent par un prétraitement d'ultrafiltration. On estime pour ce matériel que 20 pour cent du décline de la performance se devait au tassement de la membrane. Les résultats de l'étude indiquent la possibilité de réduire, au moyen d'améliorations apportées aux prétraitements, jusqu'à 85 pour cent de la baisse subie par les débits de production au cours des tests réalisés à l'usine de Yuma. Die Verschmutzungsstoffanalyse in der Yuma-Entsalzungs-Versuchsanlage hat zur erfolgreichen Quantifizierung der Auswirkungen verschiedener Arten von potentiellen Membranverschmutzungssubstanzen im Umkehrosmose-Speisewasser auf die abfallenden Werte des Umkehrosmose-Produktdurchflusses geführt. Umkehrosmose-Membranverschmutzung bedeutet Allagerung von Stoffen im Umkehrosmose-Speisewasser auf die Membran oder chemische Absorption jener Stoffe durch die Membran, wodurch die Durchflussmenge von Wasser oder wasserlöslichen Stoffen durch die Membran bedeutend beeinträchtigt wird. Als Verschmutzungssubstansen wurden angenommen kolloidale Lehmarten, hochmolekulare wässrige Lösungen organischer Substanzen sowie niedermolekulare halogenisierte organische Substanzen. Zweck der Untersuchungen war es, die Ursache der höher als erwarteten Abfallwerte in der Product-Durchflussrate der Probetestanlage der zwei Hersteller festzustellen. Jede dieser Versuchsanlagen war mit spiral-förmig gewickelten Azetyl-Zellulosemembranen ausgerüstet, wie sie für die Yuma-Entsalzungsanlage in Auftrag gegeben wurden. Das Umkehrosmose-Speisewasser wurde durch teilweise Kalziumoxyd-Enthärtung und Klärung und mit einem Doppelmediumfilter behandelt. Bei der Verschmutzungsstoffanalyse wurden fünf Paare Umkehrosmosemembran-Einheiten mit einem Durchmesser von 64 mm verwendet. Eine Doppeleinheit diente als Kontrollelement für das Standardspeisewasser und vier separate Doppeleinheiten wurden mach verschiedenen zusätzlichen Vorbehandlungsstufen eingesetzt, und zwar Ultrafilterung, Belüftungsreinigung, Aktivkohle und Umkehrosmose. In jeder Stufe wurden verschiedene potentielle Kombinationen von Verschmutzungstoffen vom Umkehrosmose-Speisewasser entfernt. Das Experiment wurde dreimal wiederholt, zweimal mit den Vorrichtungen des einen Herstellers, einmal mit denen des anderen Herstellers. Trozt annähernd gleicher Rückgänge in der Gesamtproduktdurchflussmenge in den Probeversuchen reagierten die Umkehrosmose-Vorrichtungen der einzelenen Hersteller verschieden auf die Vorbehandlungsstufen der experimentellen Analyse. Der Rückgang in der Wasserprodukt-Durch-flussrate wurde mit der von einem der Hersteller verwendeten Vorrichtung praktisch eliminiert, entweder durch Ultra filterung oder durch Umkehrosmose-Vorbehandlung. Doch der Rückgang in der Durchflussmenge wurde durch die Belüftungsreinigung nicht wesentlich beeintrachtigt. Dies beweist, das kollaidale Verschmutzung der Hauptgrund für den Leistungsabfall war. Dagegen verringerte sich der Leistungsafball der Vorrichtungen des anderen Herstellers bei Verwendung von Umkehrosmose-Produktionswasser um 60 Prozent, bei Vorbehandlung durch Belüftung um 20 Prozent und bei Vorbehandlung mit Ultrafiltern ebenfalls un 20 Prozent. Bei diesem Hersteller wurde angenommen, dass ein Leistungsabfall von 20 bis Null Prozent auf Membranverdichtung zurück-zuführen wäre. Die Resultate dieses Experiments lassen darauf schliessen, dass der Abfall der in den Probeversuchen festgestellten Wasserdurchflussmenge durch verbesserte Vorbehandlung in der Yuma-Entsalzungsanlage bis auf 85 Prozent reduziert werden könnte.