軟水器の設置は、逆浸透（RO）システムでのスケール形成を防ぐ効果的な方法として広く考えられています。しかし、多くのプラントオペレーターは、軟化処理後でも RO 膜のスケール形成が依然として発生することに気づきました。差圧は上昇し続け、洗浄頻度は増加し、膜の性能は徐々に低下します。
理由は簡単です。軟水器はカルシウムやマグネシウムなどの硬度イオンのみを除去するからです。すべてのスケール物質に対処したり、逆浸透膜の汚れの原因となる複雑な化学反応を排除したりするわけではありません。
軟化してもシリカは除去されない
膜ファウリングの最も一般的な原因の 1 つはシリカスケールです。軟水器はイオン交換によって機能し、カルシウムとマグネシウムをナトリウムイオンに置き換えます。しかし、シリカは、荷電した硬度イオンではなく、主に溶解したケイ酸またはコロイド粒子として存在します。その結果、ほとんど影響を受けずに柔軟剤を通過します。
供給水に 30～40 ppm を超えるシリカが含まれる場合、特に高回収率 RO システムでは、膜表面近くの濃度が溶解度の限界を超える可能性があります。-その後、シリカが重合してガラスのような堆積物を形成します。-これは膜に強く付着し、従来の酸洗浄で除去するのは非常に困難です。
| パラメータ | 軟水器の性能 |
|---|
| カルシウムとマグネシウム | 削除されました |
| シリカ（SiO₂） | 削除されていない |
| コロイダルシリカ | 削除されていない |
| シリカスケールのリスク | 高止まり |
シリカが増加した地下水源では、優れた硬度除去効果があるにもかかわらず、RO 膜のスケーリングが頻繁に発生するのはこのためです。
硫酸塩スケールはまだ進行する可能性があります
硬度を除去しても、硫酸塩関連のスケーリングは除去されません。-工業用 RO システムでは一般に、硫酸カルシウム (石膏)、硫酸バリウム、硫酸ストロンチウムなどの堆積物が発生します。これらの化合物は、硬度だけではなく飽和化学によって決まります。
カルシウム濃度が比較的低い水でも、RO システム内では硫酸塩が過飽和になる可能性があります。水が膜エレメントを通過するにつれて、溶解固体はますます濃縮され、硫酸塩の沈殿に理想的な条件が形成されます。
| 一般的な硫酸塩スケール | 特徴 |
| 硫酸カルシウム (CaSO₄) | 工業用給水によく見られる |
| 硫酸バリウム (BaSO₄) | 溶解度が極めて低い |
| 硫酸ストロンチウム (SrSO₄) | あまり一般的ではありませんが、除去するのは困難です |
このため、硫酸塩スケールは、依然として軟化給水を使用するシステムにおける逆浸透膜の汚れの最も頻繁な原因の 1 つです。
高い回収率により濃度の二極化が強まる
回収率が設計限界を超えた場合、RO 前処理の品質だけではスケーリングを防ぐことはできません。
動作中、除去された塩は膜表面近くに蓄積し、濃度境界層を形成します。この層の塩濃度は、バルク濃縮物流よりも 2 ～ 3 倍高くなる可能性があります。高回収率システムでは、最終的な膜要素内のスケール前駆体の濃度が、元の供給濃度の 5 ～ 10 倍に達する可能性があります。
このような条件下では、軟水であっても過飽和になる可能性があり、シリカ、硫酸塩、または残留硬度イオンが沈殿し、スケール堆積物が形成されることがあります。
柔軟剤の性能は時間の経過とともに低下する可能性があります
軟水器はメンテナンスフリーの機器ではありません。{0}}樹脂の消耗、塩橋、バルブの故障、不完全な再生はすべて硬度の漏れを引き起こす可能性があります。
わずか 2～3 ppm の小さな硬度の突破であっても、高回収率 RO システム内では高度に濃縮される可能性があります。-これらの残留イオンは、数倍濃縮されても、重大な膜スケールを引き起こす可能性があります。
したがって、柔軟剤出口の硬度を定期的に監視することが不可欠ですが、日常の工場操業では見落とされがちです。{0}}-
軟水には依然として適切な pH とスケール防止剤の制御が必要
もう 1 つのよくある誤解は、軟水には pH 調整やスケール防止剤の投与が必要なくなるということです。実際には、スケールの挙動は水の化学的性質によって変化します。
- 一般に、pH が高くなるとシリカの溶解度が低下し、シリカスケールのリスクが増加します。
- pH を低くすると、特定の金属水酸化物が制御される可能性がありますが、他の形態の沈殿が促進される可能性があります。
- 主に炭酸カルシウムの制御を目的として設計された一般的なスケール防止剤は、シリカまたは硫酸塩スケールに対する保護が限定的である可能性があります。
したがって、多くの工業用 RO システムは、水軟化処理と慎重に選択された RO スケール防止剤および最適化された pH 制御を組み合わせることにより、最良の結果を達成します。
軟水器は RO 前処理の重要な要素ですが、膜スケールの防止に対する完全な解決策ではありません。シリカ、硫酸塩、過剰な回収率、柔軟剤の性能の問題、不適切な化学薬品の投与はすべて、逆浸透膜の汚れの原因となる可能性があります。
膜の寿命を最大化し、安定したシステム性能を維持するには、オペレータは硬度の除去だけに焦点を当てるのではなく、供給水の化学的性質全体を評価する必要があります。多くの場合、最も効果的な戦略は、軟化、スケール防止剤の投与、適切な回収設計、および継続的な水質モニタリングの組み合わせです。
