Was ist Datenerfassung und Normalisierung bei der Umkehrosmose?

Alle diese Betriebsbedingungen beeinflussen direkt die Qualität und Menge des von den RO-Membranen produzierten Permeats. Da sich diese Betriebsbedingungen jedoch ständig ändern, ist es nicht möglich, die beobachtete Leistung bestimmter Parameter an einem Punkt mit der Leistung an einem anderen Punkt unter veränderten Betriebsbedingungen zu vergleichen. Veränderliche Faktoren wie Temperatur, Speisewasserqualität, Permeatfluss und Systemausbeute beeinflussen die Membranleistung.

Durch die Normalisierung von RO-Daten kann der Anwender die Leistung der RO-Membran mit einem festgelegten Standard vergleichen, der nicht von sich ändernden Betriebsbedingungen abhängt. Normalisierte Daten messen den direkten Zustand der RO-Membran und zeigen deren tatsächliche Leistung und Funktionsfähigkeit an.

Nicht normalisierte Daten können irreführend sein, da zahlreiche Variablen Veränderungen hervorrufen können, die fälschlicherweise als Probleme erscheinen. Die Speisewassertemperatur ist der auffälligste Faktor, der diese Veränderungen beeinflusst. Umkehrosmoseanlage Als Faustregel gilt, dass man mit einer Änderung des Permeatflusses von 1,5 % pro Grad Fahrenheit (°F) Temperaturänderung rechnen kann.

Dateninterpretation

Dem Umkehrosmoseanlagenbetreiber sind letztendlich zwei Ergebnisse wichtig: die Qualität und die Quantität des produzierten Wassers. Wie bereits erwähnt, können diese beiden Faktoren durch eine Reihe von Variablen beeinflusst werden, beispielsweise durch den Speisewasserdruck, die Systemausbeute und Änderungen der Speisewasserqualität, um nur einige zu nennen.

Hinsichtlich Umkehrosmose Durch die Datenerfassung und -normalisierung im Rahmen der Umkehrosmose (RO) werden drei berechnete Werte ermittelt, die ein besseres Bild der tatsächlichen Membranleistung vermitteln und die präzise Fehlerbehebung potenzieller Probleme im RO-System hinsichtlich der Menge und Qualität des erzeugten Wassers ermöglichen. Die Erfassung und Normalisierung der Betriebsdaten sowie die anschließende Trendanalyse der normalisierten Daten im Zeitverlauf und der Vergleich der Werte mit dem Basiswert (berechnet aus den Anlaufwerten im Neuzustand der RO-Membranen oder nach deren Reinigung bzw. Austausch) ermöglichen ein proaktives Eingreifen, um Probleme zu beheben, bevor irreversible Schäden an den RO-Membranen entstehen.

Die drei berechneten Werte, die zur Überwachung und Trendanalyse verwendet werden, sind:
• Normalisierter Permeatfluss (NPF)
• Normalisierte Salzrückweisung (NSR)
• Normalisierte Druckdifferenz (NPD)

Normalisierter Permeatfluss (NPF)

Der NPF-Wert misst die Menge an Permeatwasser, die die Umkehrosmoseanlage produziert. Sinkt der NPF-Wert um 10 bis 15 % unter den Ausgangswert (den NPF-Wert bei Inbetriebnahme mit neuen Membranen oder nach dem Austausch bzw. der Reinigung der Membranen), deutet dies auf eine Verschmutzung oder Ablagerung der Umkehrosmosemembran hin, und die Membranen sollten gereinigt werden.

Ein Anstieg des NPF-Wertes deutet auf eine Beschädigung der RO-Membran hin. Diese Beschädigung kann durch chemische Angriffe (z. B. durch …) verursacht werden. Oxidationsmittel wie z. B. Chlor) auf der Membran oder ein mechanisches Problem (wie z. B. ein O-Ring-Defekt).

Wie der normalisierte Permeatfluss (NPF) berechnet wird

Die Formel zur Berechnung des normalisierten Permeatflusses (NPF) lautet:

• NPF = Permeatfluss x (Basiswert aNDP/aNDP) x (Basiswert TCF/TCF)

Wo:

• TDS = Leitfähigkeit des Speisewassers/2
• Konzentratfaktor = (Permeatstrom + Konzentratstrom) / Konzentratstrom
• Konzentrat-TDS = Zulauf-TDS x Konzentratfaktor
• Mittlerer Netto-Treibdruck (aNDP) = (((Zulaufdruck + Konzentratdruck)/2) – ((Zulauf-TDS – Konzentrat-TDS)/200)) – Permeatdruck
• Zulauftemperatur C = (5/9) x (Zulauftemperatur – 32)
• TCF (Temperaturkorrekturfaktor) = EXP (2640 x ((1/298) – (1/(273+Zulauftemperatur °C))))

Normalisierte Salzrückweisung (NSR)

Der NSR-Wert gibt an, wie gut die RO-Membran Salze (Verunreinigungen) zurückhält und beeinflusst somit die Permeatwasserqualität. Sinkt der NSR-Wert, erhöht sich das Salzvolumen, das die Membran passiert, was zu einer geringeren Permeatqualität führt. Ein sinkender NSR-Wert kann auf Membranverschmutzung, Ablagerungen oder Degradation hinweisen. Eine gut funktionierende RO-Membran sollte eine Rückhalterate von 97 % bis 99 % erreichen. Eine Membran gilt als „schlecht“, wenn die Rückhalterate auf 90 % oder weniger fällt. Im normalen RO-Betrieb sinkt der NSR-Wert kontinuierlich. RO-Membranen halten in der Regel mehrere Jahre, bevor sie ausgetauscht werden müssen, und ein stetiger NSR-Abfall ist ein normales Zeichen für eine alternde Membran. Eine regelmäßige Reinigung der RO-Membran kann den NSR-Wert verbessern.

Die NSR-Messung kann hilfreich sein, um Biofouling-Probleme zu identifizieren. Bei Biofouling-Befall steigt die NSR-Messung häufig an, während die NPF-Messung abnimmt. Dies liegt daran, dass sich die Biofouling-Beläge in kleinen Unebenheiten der RO-Membran festsetzen und dadurch die Salzrückhaltung erhöhen. Mit der Zeit altert die Biofouling-Schicht, stirbt ab und wird durch Chemikalien wie CO₂, Methan und/oder organische Verbindungen abgebaut.
Säuren beginnen durch die Membran zu diffundieren, was die Qualität des Permeats beeinträchtigt (geringere Salzrückhaltung führt zu einem niedrigeren NSR-Wert).

Wie die normalisierte Salzrückhaltung (NSR) berechnet wird

Die Formel zur Berechnung der normalisierten Verkaufsablehnungsrate (NSR) lautet:

• NSR = 100 ((Salzpassage x (Permeatfluss/Basis-Permeatfluss) x TCF) x 100)

Wo:

• TDS im Permeat = Permeatleitfähigkeit x 0,67
• TDS-Wert des Speisewassers = Leitfähigkeit des Speisewassers / 2
• Salzrückhaltung = 1 – (Permeat-TDS / Zulauf-TDS)
• Salzpassage = 1 – Salzabweisung
• Zulauftemperatur C = (5/9) x (Zulauftemperatur – 32)
• Temperaturkorrekturfaktor (TCF) = EXP (2640 x ((1/298) – (1/(273+ Zufuhrtemperatur C))))

Erläuterung des Temperaturkorrekturfaktors (TCF)

Die Wassertemperatur ist einer der Schlüsselfaktoren für die Leistung von Umkehrosmosemembranen. Membranhersteller geben Temperaturkorrekturfaktoren für bestimmte Betriebstemperaturen an, die je nach Hersteller variieren und auf unterschiedliche Weise berechnet werden können. Für die Ermittlung der RO-Abweichungen verwenden wir die ASTM-Methode mit dem Membrankoeffizienten 2640, wie oben in den Berechnungen für NPF und NSR dargestellt. Dieser Wert wird gewählt, da die meisten unserer Membranen diesem Wert entsprechen und der Einfluss eines spezifischen Koeffizienten für jede Membran auf die Berechnungen vernachlässigbar ist.

Normalisierte Druckdifferenz (NPD)

Die NPD-Analyse gibt Auskunft über den Reinheitsgrad des Speisewasser-Spacers auf der Membran. Diese Spacer sind nur etwa 0,76 mm dick und extrem anfällig für Verstopfungen. Mit zunehmender Verstopfung steigt der Strömungswiderstand und der Druckverlust.

Der Netto-Proben-Durchfluss (NPD) steigt mit der Zeit aufgrund von Verschmutzung und Ablagerungen. Die RO-Membranen sollten gereinigt werden, sobald der NPD um 15 % bis 25 % über den Ausgangswert ansteigt. NPD und Netto-Proben-Durchfluss (NPF) sollten gemeinsam überwacht werden, um den Reinigungszeitpunkt der RO-Membranen zu bestimmen. Häufig sinkt der NPF, während der NPD unverändert bleibt. Dies liegt daran, dass die Verschmutzungs-/Ablagerungsprobleme die Speisewasser-Spacer noch nicht verstopft haben. Mit der Zeit steigt der NPD parallel zum Abfall des NPF. Ein Rückgang des NPD ist in der Regel auf fehlerhafte Messgeräte oder Fehler bei der Datenerfassung zurückzuführen.

Lässt sich der Nettodruckabfall (NPD) in jeder Stufe einer Umkehrosmoseanlage messen, können Probleme wie Ablagerungen oder Kesselsteinbildung anhand der Stelle des erhöhten Druckabfalls in der Regel identifiziert werden. Ein Anstieg des NPD in der ersten Stufe deutet auf Ablagerungen hin, ein Anstieg in der zweiten Stufe auf Kesselsteinbildung.

Wie die normalisierte Druckdifferenz (NPD) berechnet wird

Die Formel zur Berechnung der normierten Druckdifferenz (NPD) lautet:

• NPD = Druckverlust x (Mittelwertdurchfluss im Basiswert / Mittelwertdurchfluss)

Wo:

• Druckabfall = Speisedruck – Konzentratdruck
• Mittlerer Durchfluss = (Permeatfluss + Konzentratfluss)/2