- Čištění odpadních plynů
- Čištění kalů
- Úprava vody
- Přenosný systém čištění vody typu RO
- Systém reverzní osmózy z nerezové oceli
- Kontejnerové systémy úpravy vody
- Systém odsolování mořské vody
- Systémy úpravy vody UF
- Systémy úpravy vody NF
- Systémy úpravy vody EDI atd.
- Plnicí linka na vodu do lahví/kbelíků/sáčků
- Systém čištění odpadních vod MBR
- Komplexní úprava vody
0102030405
Průmyslový systém reverzní osmózy
Úvod do projektu
Princip systému reverzní osmózy
Při určité teplotě se k oddělení sladké vody od solného roztoku používá polopropustná membrána. Sladká voda se přes polopropustnou membránu přesouvá do solného roztoku. Jak hladina kapaliny na solné straně pravé komory stoupá, vytváří se určitý tlak, který zabraňuje přesunu sladké vody z levé komory na solnou stranu, a nakonec je dosaženo rovnováhy. Rovnovážný tlak v tomto okamžiku se nazývá osmotický tlak roztoku a tento jev se nazývá osmóza. Pokud je na solnou stranu pravé komory aplikován vnější tlak přesahující osmotický tlak, voda v solném roztoku pravé komory se přesune do sladké vody levé komory přes polopropustnou membránu, takže sladká voda může být oddělena od slané vody. Tento jev je opakem jevu propustnosti a nazývá se jev reverzní propustnosti.
Základem odsolovacího systému s reverzní osmózou je tedy
(1) Selektivní propustnost polopropustné membrány, tj. selektivně propouští vodu, ale nepropouští sůl;
(2) Vnější tlak v solné komoře je vyšší než osmotický tlak v solné komoře a komoře se sladkou vodou, což zajišťuje hnací sílu pro pohyb vody ze solné komory do komory se sladkou vodou. Typické osmotické tlaky pro některé roztoky jsou uvedeny v tabulce níže.
Výše uvedená polopropustná membrána používaná k oddělení sladké vody od slané se nazývá membrána pro reverzní osmózu. Membrána pro reverzní osmózu je většinou vyrobena z polymerních materiálů. V současné době je membrána pro reverzní osmózu používaná v tepelných elektrárnách většinou vyrobena z aromatických polyamidových kompozitních materiálů.
Technologie reverzní osmózy RO (reverzní osmóza) je membránová separační a filtrační technologie poháněná tlakovým rozdílem. Velikost pórů je pouhých nanometrů (1 nanometr = 10-9 metrů). Za určitého tlaku mohou molekuly H2O procházet membránou RO. Anorganické soli, ionty těžkých kovů, organické látky, koloidy, bakterie, viry a další nečistoty ve zdrojové vodě membránou RO projít nemohou, takže lze přesně rozlišit čistou vodu, která membránou projde, od koncentrované vody, která jí neprojde.
V průmyslových aplikacích používají zařízení na reverzní osmózu specializované vybavení k usnadnění procesu reverzní osmózy. Průmyslové systémy reverzní osmózy jsou navrženy k úpravě velkých objemů vody a používají se v různých průmyslových odvětvích, včetně zemědělství, farmaceutického průmyslu a výroby. Zařízení používané v těchto systémech je speciálně navrženo tak, aby zajistilo, že proces reverzní osmózy bude účinný a efektivní při výrobě sladké vody ze slaných zdrojů.
Proces reverzní osmózy je důležitou technologií pro odsolování mořské vody, která může zajistit dodávky pitné vody do oblastí, kde je vody málo nebo kde jsou tradiční zdroje vody znečištěné. S pokrokem zařízení a technologií reverzní osmózy zůstává tento proces klíčovým řešením nedostatku vody a problémů s její kvalitou po celém světě.
Hlavní vlastnosti membrány reverzní osmózy:
Směrovost a separační charakteristiky membránové separace
Praktická reverzní osmózní membrána je asymetrická, má povrchovou a nosnou vrstvu a má zřejmý směr a selektivitu. Takzvaná směrovost spočívá v umístění povrchu membrány do vysokotlaké solanky pro odsolení, tlak zvyšuje propustnost membrány pro vodu a tím se zvyšuje i rychlost odsolování. Když je nosná vrstva membrány umístěna do vysokotlaké solanky, rychlost odsolování se s rostoucím tlakem téměř rovná nule, ale propustnost vody se výrazně zvyšuje. Kvůli této směrovosti nelze membránu použít v obráceném směru.
Separační charakteristiky reverzní osmózy pro ionty a organické látky ve vodě nejsou stejné, což lze shrnout následovně
(1) Organická hmota se snáze odděluje než anorganická hmota
(2) Elektrolyty se snáze oddělují než neelektrolyty. Elektrolyty s vysokým nábojem se snáze oddělují a rychlost jejich odstraňování je obecně v následujícím pořadí: Fe3+> Ca2+> Na+ PO43-> S042-> C | - u elektrolytu platí, že čím větší je molekula, tím snadněji se odstraňuje.
(3) Rychlost odstraňování anorganických iontů souvisí s hydrátem a poloměrem hydratovaných iontů v hydratačním stavu iontu. Čím větší je poloměr hydratovaného iontu, tím snadněji se odstraňuje. Pořadí rychlosti odstraňování je následující:
Mg2+, Ca2+> Li+ > Na+ > K+; F-> C|-> Br-> NO3-
(4) Pravidla pro separaci polárních organických látek:
Aldehyd > Alkohol > Amin > Kyselina, terciární amin > Sekundární amin > Primární amin, kyselina citronová > Kyselina vinná > Kyselina jablečná > Kyselina mléčná > Kyselina octová
Nedávný pokrok v čištění odpadních plynů představuje významný pokrok v řešení environmentálních problémů a zároveň poskytuje podnikům příležitosti k prosperitě udržitelným a ekologicky šetrným způsobem. Toto inovativní řešení bude mít nepochybně pozitivní dopad v oblasti čištění odpadních plynů a ochrany životního prostředí díky příslibu vysoké účinnosti, nízkých provozních nákladů a nulového sekundárního znečištění.
(5) Párové izomery: terc- > Různé (iso-) > Zhong (sek-) > Původní (pri-)
(6) Separační účinnost organické hmoty je dobrá, zatímco fenoly a organismy v fenolické řadě vykazují negativní separaci. Když jsou vodné roztoky polárních nebo nepolárních, disociovaných nebo nedisociovaných organických rozpuštěných látek separovány membránou, interakční síly mezi rozpuštěnou látkou, rozpouštědlem a membránou určují selektivní propustnost membrány. Mezi tyto účinky patří elektrostatické síly, vazebné síly vodíkových vazeb, hydrofobicita a přenos elektronů.
(7) Rozpuštěné látky mají obecně malý vliv na fyzikální vlastnosti nebo přenosové vlastnosti membrány. Pouze fenol nebo některé nízkomolekulární organické sloučeniny způsobí, že acetát celulózy ve vodném roztoku expanduje. Přítomnost těchto složek obecně snižuje tok vody membránou, někdy i výrazně.
(8) Účinek odstraňování dusičnanů, chloristanu, kyanidu a thiokyanátu není tak dobrý jako u chloridu a účinek odstraňování amonné soli není tak dobrý jako u sodné soli.
(9) Většina složek s relativní molekulovou hmotností větší než 150, ať už se jedná o elektrolyty nebo neelektrolyty, se dá dobře odstranit
Kromě toho se pořadí separace aromatických uhlovodíků, cykloalkanů, alkanů a chloridu sodného u membrán reverzní osmózy liší.
(2) Vysokotlaké čerpadlo
Při provozu reverzní osmózy je nutné vodu pomocí vysokotlakého čerpadla dopravit na stanovený tlak, aby se dokončil proces odsolování. V současné době se v tepelných elektrárnách používají odstředivá, pístová, šneková a další typy vysokotlakých čerpadel, z nichž nejrozšířenější je vícestupňové odstředivé čerpadlo. To může dosáhnout více než 90 % účinnosti a ušetřit energii. Tento typ čerpadla se vyznačuje vysokou účinností.
(3) Ontologie reverzní osmózy
Reverzní osmóza je kombinovaná jednotka úpravy vody, která kombinuje a propojuje komponenty reverzní osmózy s potrubím v určitém uspořádání. Jedna reverzní osmózní membrána se nazývá membránový prvek. Snímací skupina komponent reverzní osmózy je zapojena do série podle určitých technických požadavků a sestavena s jedním pláštěm reverzní osmózy, čímž vzniká membránová komponenta.
1. Membránový prvek
Membránový prvek pro reverzní osmózu Základní jednotka vyrobená z membrány pro reverzní osmózu a nosného materiálu s průmyslovou funkcí. V současné době se spirálové membránové prvky používají hlavně v tepelných elektrárnách.
V současné době různí výrobci membrán vyrábějí řadu membránových komponentů pro různé průmyslové uživatele. Membránové prvky používané v tepelných elektrárnách lze zhruba rozdělit na: membránové prvky pro vysokotlaké odsolování mořské vody a reverzní osmózu; nízkotlaké a ultranízkotlaké reverzní membránové prvky pro odsolování brakické vody; membránové prvky proti znečištění.
Základní požadavky na membránové prvky jsou:
A. Hustota náplně filmu co nejvyšší.
B. Není snadné koncentrovat polarizaci
C. Silná schopnost proti znečištění
D. Je pohodlné čistit a vyměňovat membránu
E. Cena je nízká
2. Membránový plášť
Tlaková nádoba používaná k naplnění membránového prvku reverzní osmózy v tělese zařízení s reverzní osmózou se nazývá membránová skořepina, známá také jako „tlaková nádoba“. Výrobní jednotka společnosti Haide Energy je Haide Energy a každá tlaková nádoba je dlouhá asi 7 metrů.
Plášť fóliového pláště je obvykle vyroben z epoxidové tkaniny vyztužené skelnými vlákny a vnější kartáč je z epoxidové barvy. Existují také někteří výrobci produktů pro fóliové pláště z nerezové oceli. Vzhledem k silné odolnosti FRP proti korozi většina tepelných elektráren volí fóliový plášť FRP. Materiál tlakové nádoby je FRP.
Faktory ovlivňující výkon systému úpravy vody s reverzní osmózou:
Pro specifické podmínky systému jsou charakteristikami reverzní osmózní membrány průtok vody a rychlost odsolování a existuje mnoho faktorů ovlivňujících průtok vody a rychlost odsolování tělesa reverzní osmózy, zejména tlak, teplota, rychlost regenerace, slanost přítoku a hodnota pH.
(1) Vliv tlaku
Vstupní tlak reverzní osmózy přímo ovlivňuje membránový tok a rychlost odsolování reverzní osmózy. Zvýšení membránového toku má lineární vztah se vstupním tlakem reverzní osmózy. Rychlost odsolování má lineární vztah s přítokovým tlakem, ale jakmile tlak dosáhne určité hodnoty, křivka změny rychlosti odsolování má tendenci být plochá a rychlost odsolování se již nezvyšuje.
(2) Vliv teploty
Rychlost odsolování klesá se zvyšující se vstupní teplotou reverzní osmózy. Výtěžnost vody se však zvyšuje téměř lineárně. Hlavním důvodem je, že se zvyšující se teplotou se snižuje viskozita molekul vody a difuzní schopnost je silná, takže tok vody se zvyšuje. Se zvyšující se teplotou se zrychluje rychlost průchodu soli membránou reverzní osmózy, takže se snižuje rychlost odsolování. Teplota surové vody je důležitým referenčním ukazatelem pro návrh systému reverzní osmózy. Například když elektrárna prochází technickou transformací reverzní osmózy, teplota surové vody v návrhu se vypočítává na 25 °C a vypočítaný vstupní tlak je 1,6 MPa. Teplota vody při skutečném provozu systému je však pouze 8 °C a vstupní tlak musí být zvýšen na 2,0 MPa, aby byl zajištěn návrhový průtok sladké vody. V důsledku toho se zvyšuje spotřeba energie při provozu systému, zkracuje se životnost vnitřního těsnicího kroužku membránové komponenty zařízení na reverzní osmózu a zvyšují se nároky na údržbu zařízení.
(3) Vliv obsahu soli
Koncentrace soli ve vodě je důležitým ukazatelem ovlivňujícím osmotický tlak na membráně a tento tlak se zvyšuje se zvyšujícím se obsahem soli. Za podmínky, že vstupní tlak reverzní osmózy zůstává nezměněn, se obsah soli ve vstupní vodě zvyšuje. Protože zvýšení osmotického tlaku kompenzuje část vstupní síly, tok se snižuje a tím se snižuje i rychlost odsolování.
(4) Vliv míry zotavení
Zvýšení míry regenerace systému reverzní osmózy povede k vyššímu obsahu soli ve vstupní vodě membránového prvku ve směru proudění, což má za následek zvýšení osmotického tlaku. To vyváží hnací účinek tlaku vstupní vody reverzní osmózy, čímž se sníží výtěžnost vody. Zvýšení obsahu soli ve vstupní vodě membránového prvku vede ke zvýšení obsahu soli v čerstvé vodě, čímž se sníží míra odsolování. V návrhu systému nezávisí maximální míra regenerace systému reverzní osmózy na omezení osmotického tlaku, ale často na složení a obsahu soli v surové vodě, protože se zlepšením míry regenerace se v procesu koncentrace usazují mikrorozpustné soli, jako je uhličitan vápenatý, síran vápenatý a křemík.
(5) Vliv hodnoty pH
Rozsah pH platný pro různé typy membránových prvků se značně liší. Například průtok vody a rychlost odsolování acetátové membrány bývají stabilní v rozmezí hodnot pH 4-8 a jsou výrazně ovlivněny v rozmezí hodnot pH pod 4 nebo vyšším než 8. V současné době je převážná většina membránových materiálů používaných v průmyslové úpravě vody kompozitní materiály, které se přizpůsobují širokému rozsahu hodnot pH (hodnotu pH lze v nepřetržitém provozu regulovat v rozmezí 3~10) a průtok membrány a rychlost odsolování jsou v tomto rozsahu relativně stabilní.
Metoda předúpravy membránou reverzní osmózy:
Membránová filtrace s reverzní osmózou se liší od filtrace s filtračním ložem. Filtrace s filtračním ložem je plná filtrace, tj. surová voda prochází celou filtrační vrstvou. Membránová filtrace s reverzní osmózou je metoda filtrace s křížovým tokem, což znamená, že část surové vody prochází membránou ve svislém směru s membránou. Současně membrána zachycuje soli a různé znečišťující látky a odvádí je zbývající část surové vody proudící rovnoběžně s povrchem membrány, ale znečišťující látky nemohou být zcela odstraněny. Postupem času zbytkové znečišťující látky zhoršují znečištění membránových prvků. Čím vyšší je množství znečišťujících látek v surové vodě a míra jejich regenerace, tím rychlejší je znečištění membrány.
1. Ovládání stupnice
Pokud se nerozpustné soli v surové vodě neustále koncentrují v membránovém prvku a překračují svůj limit rozpustnosti, srážejí se na povrchu membrány reverzní osmózy, což se nazývá „usazování vodního kamene“. S rostoucí mírou regenerace v systému reverzní osmózy se zvyšuje riziko usazování vodního kamene. V současné době je zvykem zvyšovat míru recyklace kvůli nedostatku vody nebo vlivům vypouštění odpadních vod na životní prostředí. V tomto případě jsou obzvláště důležitá promyšlená opatření k regulaci usazování vodního kamene. V systémech reverzní osmózy jsou běžnými žáruvzdornými solemi CaCO3, CaSO4 a SiO2 a dalšími sloučeninami, které mohou produkovat vodní kámen, jsou CaF2, BaS04, SrS04 a Ca3(PO4)2. Běžnou metodou inhibice usazování vodního kamene je přidání inhibitoru usazování vodního kamene. Inhibitory usazování vodního kamene používané v mé dílně jsou Nalco PC191 a Europe and America NP200.
2. Kontrola kontaminace koloidními a pevnými částicemi
Koloidní a částicové znečištění může vážně ovlivnit výkon membránových prvků reverzní osmózy, například výrazně snížit výstup sladké vody a někdy také snížit rychlost odsolování. Prvním příznakem koloidního a částicového znečištění je zvýšení tlakového rozdílu mezi vstupem a výstupem membránových prvků reverzní osmózy.
Nejběžnějším způsobem, jak posoudit koloidní a částicové vlastnosti vody v membránových prvcích reverzní osmózy, je měření hodnoty SDI vody, někdy nazývané hodnota F (index znečištění), což je jeden z důležitých ukazatelů pro sledování provozu systému předúpravy reverzní osmózy.
SDI (index hustoty kalu) je změna rychlosti filtrace vody za jednotku času, která indikuje znečištění kvality vody. Množství koloidu a pevných částic ve vodě ovlivňuje velikost SDI. Hodnotu SDI lze stanovit pomocí přístroje SDI.
3. Kontrola mikrobiální kontaminace membrán
Mezi mikroorganismy v surové vodě patří zejména bakterie, řasy, houby, viry a další vyšší organismy. V procesu reverzní osmózy se mikroorganismy a rozpuštěné živiny ve vodě neustále koncentrují a obohacují v membránovém prvku, což se stává ideálním prostředím a procesem pro tvorbu biofilmu. Biologická kontaminace membránových komponent reverzní osmózy vážně ovlivňuje výkon systému reverzní osmózy. Tlakový rozdíl mezi vstupem a výstupem komponent reverzní osmózy se rychle zvyšuje, což vede ke snížení výtěžnosti vody z membránových komponent. Někdy dochází k biologické kontaminaci na straně výroby vody, což má za následek kontaminaci produkční vody. Například při údržbě zařízení na reverzní osmózu v některých tepelných elektrárnách se na membránových prvcích a potrubí pro sladkou vodu nachází zelený mech, což je typické mikrobiální znečištění.
Jakmile je membránový prvek kontaminován mikroorganismy a vytváří se biofilm, je jeho čištění velmi obtížné. Navíc biofilmy, které nejsou zcela odstraněny, způsobí opětovný rychlý růst mikroorganismů. Proto je kontrola mikroorganismů jedním z nejdůležitějších úkolů předčištění, zejména u systémů předčištění reverzní osmózou využívajících jako zdroje vody mořskou vodu, povrchovou vodu a odpadní vodu.
Hlavní metody prevence membránových mikroorganismů jsou: chlor, mikrofiltrace nebo ultrafiltrace, ozonová oxidace, ultrafialová sterilizace, přidání hydrogenuhličitanu sodného. Běžně používané metody v systémech úpravy vody v tepelných elektrárnách jsou chlorace, sterilizace a ultrafiltrační technologie úpravy vody před reverzní osmózou.
Jako sterilizační činidlo je chlor schopen rychle inaktivovat mnoho patogenních mikroorganismů. Účinnost chloru závisí na koncentraci chloru, pH vody a době kontaktu. V technických aplikacích se zbytkový chlor ve vodě obvykle kontroluje na více než 0,5~1,0 mg a reakční doba se kontroluje na 20~30 minut. Dávkování chloru je třeba stanovit při odstraňování chloru, protože organické látky ve vodě také spotřebovávají chlor. Chlor se používá ke sterilizaci a nejlepší praktická hodnota pH je 4~6.
Použití chlorace v systémech s mořskou vodou se liší od použití v brakické vodě. Mořská voda obvykle obsahuje asi 65 mg bromu. Když je mořská voda chemicky ošetřena vodíkem, nejprve reaguje s kyselinou chlornou za vzniku kyseliny bromné, takže její baktericidní účinek je spíše jako vlhká kyselina než kyselina chlorná a kyselina bromná se při vyšší hodnotě pH nerozkládá. Účinek chlorace je proto lepší než v brakické vodě.
Protože membránový prvek z kompozitního materiálu má určité požadavky na zbytkový chlór ve vodě, je nutné po sterilizaci chlórem provést dechlorační redukční úpravu.
4. Kontrola organického znečištění
Adsorpce organické hmoty na povrchu membrány způsobí snížení membránového toku a v závažných případech způsobí nevratnou ztrátu membránového toku a ovlivní praktickou životnost membrány.
U povrchových vod je většina vody přírodní produkt. Kombinovaný proces čištění koagulací, DC koagulační filtrace a filtrace s aktivním uhlím může výrazně snížit obsah organické hmoty ve vodě a splnit tak požadavky na vodu s reverzní osmózou.
5. Řízení polarizace koncentrací
V procesu reverzní osmózy se někdy vyskytuje vysoký koncentrační gradient mezi koncentrovanou vodou na povrchu membrány a přítokovou vodou, což se nazývá koncentrační polarizace. Když k tomuto jevu dojde, na povrchu membrány se vytvoří vrstva s relativně vysokou koncentrací a relativně stabilní, tzv. „kritická vrstva“, která brání efektivnímu provádění procesu reverzní osmózy. Je to proto, že koncentrační polarizace zvyšuje propustný tlak roztoku na povrchu membrány a snižuje hnací sílu procesu reverzní osmózy, což vede ke snížení výtěžnosti vody a rychlosti odsolování. Při silné koncentrační polarizaci se na povrchu membrány vysráží a usadí některé mírně rozpuštěné soli. Aby se zabránilo koncentrační polarizaci, je účinnou metodou zajistit, aby tok koncentrované vody neustále udržoval turbulentní stav, tj. zvýšením vstupního průtoku se zvyšuje průtok koncentrované vody, aby se koncentrace mikrorozpuštěných solí na povrchu membrány snížila na nejnižší hodnotu. Kromě toho by se po vypnutí zařízení na úpravu vody s reverzní osmózou měla včas promýt koncentrovaná voda na straně nahrazené koncentrované vody.
popis2