- Heitgaaside töötlemine
- Sette töötlemine
- Veetöötlus
- Kaasaskantav veepuhastuskasti tüüp - RO-süsteem
- Roostevabast terasest pöördosmoosi süsteem
- Konteinerveepuhastussüsteemid
- Merevee magestamise süsteem
- UF veepuhastussüsteemid
- NF veepuhastussüsteemid
- EDI veepuhastussüsteemid jne
- Pudeli/ämbri/koti vee täitmise liin
- MBR reoveepuhastussüsteem
- Põhjalik veetöötlus
0102030405
Tööstuslik pöördosmoosi süsteem
Projekti tutvustus
Pöördosmoosi süsteemi põhimõte
Teatud temperatuuril kasutatakse poolläbilaskvat membraani magevee eraldamiseks soolalahusest. Magevesi liigub läbi poolläbilaskva membraani soolalahusesse. Kui vedeliku tase parema vatsakese soolalahuse poolel tõuseb, tekib teatud rõhk, mis takistab magevee liikumist vasakust vatsakesest soolalahuse poolele ja lõpuks saavutatakse tasakaal. Sel ajal tekkinud tasakaalurõhku nimetatakse lahuse osmootseks rõhuks ja seda nähtust nimetatakse osmoosiks. Kui parema vatsakese soolalahuse poolele rakendatakse välist rõhku, mis ületab osmootset rõhku, liigub parema vatsakese soolalahuses olev vesi läbi poolläbilaskva membraani vasaku vatsakese magevette, nii et magevesi saab soolasest veest eraldada. See nähtus on läbilaskvuse nähtuse vastand ja seda nimetatakse pöördläbilaskvuse nähtuseks.
Seega on pöördosmoosi magestamissüsteemi aluseks
(1) Poolläbilaskva membraani selektiivne läbilaskvus, st see laseb selektiivselt vett läbi, kuid ei lase soola läbi;
(2) Soolalahuse kambri välisrõhk on suurem kui soolalahuse kambri ja mageveekambri osmootne rõhk, mis annab vee liikumiseks soolalahuse kambrist mageveekambrisse liikumapaneva jõu. Mõnede lahuste tüüpilised osmootsed rõhud on näidatud allolevas tabelis.
Ülaltoodud poolläbilaskvat membraani, mida kasutatakse magevee eraldamiseks soolasest veest, nimetatakse pöördosmoosi membraaniks. Pöördosmoosi membraan on enamasti valmistatud polümeermaterjalidest. Praegu on soojuselektrijaamades kasutatav pöördosmoosi membraan enamasti valmistatud aromaatsetest polüamiidkomposiitmaterjalidest.
RO (pöördosmoosi) pöördosmoosi tehnoloogia on membraaneraldus- ja filtreerimistehnoloogia, mis töötab rõhu diferentsi abil. Selle pooride suurus on vaid nanomeeter (1 nanomeeter = 10-9 meetrit). Teatud rõhu all pääsevad H20 molekulid läbi RO membraani, anorgaanilised soolad, raskmetalliioonid, orgaaniline aine, kolloidid, bakterid, viirused ja muud allikavee lisandid ei pääse RO membraanist läbi, nii et puhast vett, mis pääseb läbi, ja kontsentreeritud vett, mis ei pääse läbi, saab täpselt eristada.
Tööstuslikes rakendustes kasutavad pöördosmoosijaamad pöördosmoosi protsessi hõlbustamiseks spetsiaalseid seadmeid. Tööstuslikud pöördosmoosi süsteemid on loodud suurte veekoguste töötlemiseks ja neid kasutatakse erinevates tööstusharudes, sealhulgas põllumajanduses, farmaatsias ja tootmises. Nendes süsteemides kasutatavad seadmed on spetsiaalselt loodud tagama, et pöördosmoosi protsess on tõhus ja efektiivne magevee tootmisel soolase vee allikatest.
Pöördosmoosi protsess on oluline merevee magestamise tehnoloogia, mis suudab varustada värske veega piirkondi, kus vett napib või kus traditsioonilised veeallikad on saastunud. Pöördosmoosi seadmete ja tehnoloogia arenedes jääb see protsess peamiseks lahenduseks veepuudusele ja kvaliteediprobleemidele kogu maailmas.
Pöördosmoosi membraani peamised omadused:
Membraaneralduse suuna ja eraldusomadused
Praktikas on pöördosmoosi membraan asümmeetriline, sellel on pinnakiht ja tugikiht ning sellel on selge suund ja selektiivsus. Nn suunavus seisneb membraani pinna asetamises kõrgsurve soolveesse soola eemaldamiseks, rõhu mõjul suureneb membraani vee läbilaskvus ja soola eemaldamise kiirus suureneb. Kui membraani tugikiht asetatakse kõrgsurve soolveesse, on magestamise kiirus rõhu suurenemisega peaaegu null, kuid vee läbilaskvus suureneb oluliselt. Selle suunavuse tõttu ei saa seda rakendada vastupidises suunas.
Pöördosmoosi ioonide ja orgaanilise aine eraldusomadused vees ei ole samad, mida saab kokku võtta järgmiselt
(1) Orgaanilist ainet on lihtsam eraldada kui anorgaanilist ainet
(2) Elektrolüüte on lihtsam eraldada kui mitteelektrolüüte. Suure laenguga elektrolüüte on lihtsam eraldada ja nende eemaldamise kiirus on üldiselt järgmises järjekorras: Fe3+> Ca2+> Na+ PO43-> S042-> C | - elektrolüüdi puhul, mida suurem on molekul, seda lihtsam on seda eemaldada.
(3) Anorgaaniliste ioonide eemaldamise kiirus on seotud hüdraadi ja hüdreeritud ioonide raadiusega ioonide hüdratsiooniolekus. Mida suurem on hüdreeritud iooni raadius, seda lihtsam on seda eemaldada. Eemaldamise kiiruse järjekord on järgmine:
Mg2+, Ca2+> Li+ > Na+ > K+; F-> C|-> Br-> NO3-
(4) Polaarse orgaanilise aine eraldusreeglid:
Aldehüüd > Alkohol > Amiin > Hape, tertsiaarne amiin > Sekundaarne amiin > Primaarne amiin, sidrunhape > Viinhape > Õunhape > Piimhape > Äädikhape
Hiljutised edusammud heitgaaside töötlemisel kujutavad endast märkimisväärset edasiminekut keskkonnaprobleemide lahendamisel, pakkudes samal ajal ettevõtetele võimalusi jätkusuutlikul ja keskkonnasõbralikul viisil areneda. See uuenduslik lahendus avaldab kindlasti positiivset mõju heitgaaside töötlemise ja keskkonnakaitse valdkonnas, lubades suurt tõhusust, madalaid tegevuskulusid ja teisese saaste puudumist.
(5) Paarisisomeerid: tert- > Erinev (iso-) > Zhong (sec-) > Algne (pri-)
(6) Orgaanilise aine naatriumsoola eraldamise jõudlus on hea, samas kui fenooli ja fenoolirea organismid näitavad negatiivset eraldamist. Kui polaarsete või mittepolaarsete, dissotsieerunud või mittedissotsieerunud orgaaniliste lahustunud ainete vesilahused eraldatakse membraaniga, määravad lahustunud aine, lahusti ja membraani vahelised vastastikmõjujõud membraani selektiivse läbilaskvuse. Nende mõjude hulka kuuluvad elektrostaatiline jõud, vesiniksideme sidumisjõud, hüdrofoobsus ja elektronide ülekanne.
(7) Üldiselt on lahustunud ainetel membraani füüsikalistele omadustele või ülekandeomadustele vähe mõju. Ainult fenool või mõned madala molekulmassiga orgaanilised ühendid põhjustavad tselluloosatsetaadi paisumist vesilahuses. Nende komponentide olemasolu vähendab üldiselt membraani veevoolu, mõnikord oluliselt.
(8) Nitraatide, perkloraadi, tsüaniidi ja tiotsüanaadi eemaldav toime ei ole nii hea kui kloriidil ning ammooniumsoola eemaldav toime ei ole nii hea kui naatriumsoola.
(9) Enamik komponente, mille suhteline molekulmass on suurem kui 150, olenemata sellest, kas tegemist on elektrolüüdi või mitteelektrolüüdiga, on hästi eemaldatavad.
Lisaks on aromaatsete süsivesinike, tsükloalkaanide, alkaanide ja naatriumkloriidi eraldusjärjekord pöördosmoosimembraanis erinev.
(2) Kõrgsurvepump
Pöördosmoosi membraani töötamisel tuleb soola eemaldamise protsessi lõpuleviimiseks vesi kõrgsurvepumba abil suunata ettenähtud rõhuni. Praegu on soojuselektrijaamades kasutatavatel kõrgsurvepumpadel tsentrifugaal-, kolb- ja kruvipumbad ning muud tüübid, millest kõige laialdasemalt kasutatakse mitmeastmelist tsentrifugaalpumpa. See võib saavutada üle 90% tootlikkuse ja säästa energiatarbimist. Seda tüüpi pumpa iseloomustab kõrge efektiivsus.
(3) Pöördosmoosi ontoloogia
Pöördosmoosikeha on kombineeritud veetöötlusseade, mis ühendab pöördosmoosi membraani komponendid torudega teatud paigutusega. Ühte pöördosmoosi membraani nimetatakse membraanielemendiks. Tundlik arv pöördosmoosi membraani komponente on ühendatud järjestikku vastavalt teatud tehnilistele nõuetele ja monteeritud ühe pöördosmoosi membraani kestaga, moodustades membraanikomponendi.
1. Membraanielement
Pöördosmoosi membraanelement Pöördosmoosi membraanist ja tugimaterjalist valmistatud põhiseade tööstuslikuks kasutamiseks. Praegu kasutatakse mähismembraani elemente peamiselt soojuselektrijaamades.
Praegu toodavad mitmesugused membraanitootjad erinevatele tööstustarbijatele mitmesuguseid membraanikomponente. Soojuselektrijaamades kasutatavad membraanielemendid võib laias laastus jagada järgmiselt: kõrgsurve merevee magestamise pöördosmoosi membraanielemendid; madalrõhu ja ülimadalrõhu riimvee soolatustamise pöördmembraanelemendid; veesaastevastane membraanielement.
Membraanelementide põhinõuded on järgmised:
A. Kile pakkimistihedus nii kõrge kui võimalik.
B. Polarisatsiooni kontsentratsiooni pole lihtne saavutada
C. Tugev reostusvastane võime
D. Membraani on mugav puhastada ja vahetada
E. Hind on odav
2. Membraankest
Pöördosmoosi membraanielemendi laadimiseks pöördosmoosi kehaseadmes kasutatavat surveanumat nimetatakse membraanikestaks, tuntud ka kui "surveanuma" tootmisüksus, on Haide energia, iga surveanum on umbes 7 meetrit pikk.
Kile kest on tavaliselt valmistatud epoksüüdklaaskiuga tugevdatud plastkangast ja välimine pintsel on epoksüvärv. On ka roostevabast terasest kilekesta toodete tootjaid. FRP tugeva korrosioonikindluse tõttu valivad enamik soojuselektrijaamu FRP kilekesta. Surveanuma materjal on FRP.
Pöördosmoosi veepuhastussüsteemi jõudlust mõjutavad tegurid:
Spetsiifiliste süsteemitingimuste korral on veevool ja soola eemaldamise kiirus pöördosmoosi membraani omadused ning pöördosmoosi membraani veevoolu ja soola eemaldamise kiirust mõjutavad paljud tegurid, sealhulgas rõhk, temperatuur, taaskasutuskiirus, sissetuleva vee soolsus ja pH väärtus.
(1) Rõhu mõju
Pöördosmoosi membraani sisselaskerõhk mõjutab otseselt membraani voogu ja pöördosmoosi membraani soolatustamiskiirust. Membraani voo suurenemine on lineaarses seoses pöördosmoosi sisselaskerõhuga. Magestamise kiirus on lineaarses seoses sisselaskerõhuga, kuid kui rõhk saavutab teatud väärtuse, muutub magestamise kiiruse muutuskõver tavaliselt lamedamaks ja magestamise kiirus enam ei suurene.
(2) Temperatuuri mõju
Soola eemaldamise kiirus väheneb pöördosmoosi sisselasketemperatuuri tõustes. Vee voog aga suureneb peaaegu lineaarselt. Peamine põhjus on see, et temperatuuri tõustes väheneb veemolekulide viskoossus ja difusioonivõime on tugev, mistõttu vee voog suureneb. Temperatuuri tõustes kiireneb soola läbimise kiirus läbi pöördosmoosi membraani, mistõttu magestamise kiirus väheneb. Toorvee temperatuur on pöördosmoosisüsteemi projekteerimisel oluline võrdlusnäitaja. Näiteks kui elektrijaam läbib pöördosmoosi tehnilise ümberkujundamise, arvutatakse toorvee veetemperatuur projekteerimisel 25 ℃ järgi ja arvutatud sisselaskerõhuks on 1,6 MPa. Süsteemi tegeliku töötamise ajal on vee temperatuur aga ainult 8 ℃ ja sisselaskerõhuks tuleb suurendada 2,0 MPa-ni, et tagada magevee projekteeritud vool. Selle tulemusel suureneb süsteemi töö energiatarve, lüheneb pöördosmoosi seadme membraanikomponendi sisemise tihendusrõnga eluiga ja suureneb seadmete hooldusvajadus.
(3) Soolasisalduse mõju
Soola kontsentratsioon vees on oluline näitaja, mis mõjutab membraani osmootset rõhku, ja membraani osmootne rõhk suureneb koos soolasisalduse suurenemisega. Tingimusel, et pöördosmoosi sisselaskerõhk jääb samaks, suureneb sisselaskevee soolasisaldus. Kuna osmootse rõhu suurenemine kompenseerib osa sisselaskejõust, väheneb voog ja ka magestamise kiirus.
(4) Taastumismäära mõju
Pöördosmoosisüsteemi taaskasutuskiiruse suurenemine toob kaasa membraanelemendi sisselaskevee suurema soolasisalduse voolusuunas, mille tulemuseks on osmootse rõhu suurenemine. See kompenseerib pöördosmoosi sisselaskevee rõhu mõju, vähendades seeläbi vee saagikust. Membraanelemendi sisselaskevee soolasisalduse suurenemine toob kaasa magevee soolasisalduse suurenemise, vähendades seeläbi magestamise kiirust. Süsteemi konstruktsioonis ei sõltu pöördosmoosisüsteemi maksimaalne taaskasutuskiirus osmootse rõhu piirangust, vaid sageli toorvee soolasisaldusest ja koostisest, kuna taaskasutuskiiruse paranemisega eralduvad kontsentreerimisprotsessis mikrolahustuvad soolad, nagu kaltsiumkarbonaat, kaltsiumsulfaat ja räni.
(5) pH väärtuse mõju
Erinevat tüüpi membraanielementide pH-vahemik on väga erinev. Näiteks atsetaatmembraani veevoog ja magestamise kiirus on tavaliselt stabiilsed pH väärtuse vahemikus 4–8 ning muutuvad oluliselt pH väärtuse vahemikus alla 4 või üle 8. Praegu on valdav enamus tööstuslikus veetöötluses kasutatavatest membraanimaterjalidest komposiitmaterjalid, mis kohanduvad laia pH väärtuse vahemikuga (pH väärtust saab pideva töö käigus reguleerida vahemikus 3–10 ning membraanivoog ja magestamise kiirus on selles vahemikus suhteliselt stabiilsed).
Pöördosmoosi membraaniga eeltöötlusmeetod:
Pöördosmoosi membraanfiltreerimine erineb filterkihist filterfiltreerimisest, filterkiht on täisfiltreerimine, st toorvesi läbib kogu filtrikihi. Pöördosmoosi membraanfiltreerimine on ristvoolu filtreerimismeetod, st osa toorvees olevast veest läbib membraani vertikaalsuunas. Sel ajal püüab membraan kinni soolad ja mitmesugused saasteained ning ülejäänud osa toorveest voolab paralleelselt membraani pinnaga, kuid saasteaineid ei saa täielikult eemaldada. Aja jooksul muudavad järelejäänud saasteained membraanielemendi reostuse tõsisemaks. Ja mida suurem on toorvee saasteainete ja taaskasutuse määr, seda kiirem on membraani reostus.
1. Skaala kontroll
Kui toorvees olevad lahustumatud soolad pidevalt membraanielemendis kontsentreeruvad ja ületavad oma lahustuvuspiiri, sadestuvad need pöördosmoosi membraani pinnale, mida nimetatakse "katlakivi tekkeks". Kui veeallikas on kindlaks määratud, suureneb pöördosmoosisüsteemi taaskasutuskiirus ja katlakivi tekkimise oht. Praegu on tavaks suurendada ringlussevõtu määra veepuuduse või reovee ärajuhtimise keskkonnamõjude tõttu. Sellisel juhul on eriti olulised läbimõeldud katlakivi tekke kontrollimeetmed. Pöördosmoosisüsteemis on tavalised tulekindlad soolad CaCO3, CaSO4 ja Si02 ning muud katlakivi tekitavad ühendid on CaF2, BaS04, SrS04 ja Ca3(PO4)2. Katlakivi tekke pärssimise tavaliseks meetodiks on katlakivi inhibiitori lisamine. Minu töökojas kasutatavad katlakivi inhibiitorid on Nalco PC191 ja Europe and America NP200.
2. Kolloidsete ja tahkete osakeste saastumise kontroll
Kolloid- ja osakeste saastumine võib tõsiselt mõjutada pöördosmoosi membraanielementide toimivust, näiteks vähendada oluliselt magevee toodangut ja mõnikord ka magestamise kiirust. Kolloid- ja osakeste saastumise esmaseks sümptomiks on rõhuerinevuse suurenemine pöördosmoosi membraanikomponentide sisse- ja väljalaskeava vahel.
Kõige levinum viis pöördosmoosi membraanielementides oleva veekolloidi ja osakeste hindamiseks on vee SDI väärtuse mõõtmine, mida mõnikord nimetatakse ka F-väärtuseks (reostusindeks) ja mis on üks olulisi näitajaid pöördosmoosi eeltöötlussüsteemi toimimise jälgimiseks.
SDI (muda tiheduse indeks) on vee filtreerimiskiiruse muutus ajaühikus, mis näitab vee kvaliteedi saastumist. Kolloidide ja tahkete osakeste hulk vees mõjutab SDI suurust. SDI väärtust saab määrata SDI instrumendiga.
3. Membraanide mikroobse saastumise kontroll
Toorvees leiduvate mikroorganismide hulka kuuluvad peamiselt bakterid, vetikad, seened, viirused ja muud kõrgemad organismid. Pöördosmoosi käigus kontsentreeruvad ja rikastuvad mikroorganismid ja vees lahustunud toitained pidevalt membraanielemendis, mis loob ideaalse keskkonna ja protsessi biokile tekkeks. Pöördosmoosi membraanikomponentide bioloogiline saastumine mõjutab oluliselt pöördosmoosisüsteemi jõudlust. Rõhuerinevus pöördosmoosi komponentide sisse- ja väljalaskeava vahel suureneb kiiresti, mille tulemuseks on membraanikomponentide veesaagise vähenemine. Mõnikord tekib bioloogiline saastumine ka veetootmise poolel, mille tulemuseks on tootevee saastumine. Näiteks mõnede soojuselektrijaamade pöördosmoosiseadmete hooldamisel leidub membraanielementidel ja mageveetorudel rohelist sammalt, mis on tüüpiline mikroobne reostus.
Kui membraanelement on mikroorganismidega saastunud ja tekitab biokile, on membraanielemendi puhastamine väga keeruline. Lisaks põhjustavad biokiled, mida ei eemaldata täielikult, mikroorganismide kiiret kasvu. Seetõttu on mikroorganismide tõrje ka eeltöötluse üks olulisemaid ülesandeid, eriti pöördosmoosi eeltöötlussüsteemide puhul, mis kasutavad veeallikatena merevett, pinnavett ja reovett.
Membraanmikroorganismide tõkestamise peamised meetodid on: kloor, mikrofiltreerimine või ultrafiltreerimine, osooniga oksüdeerimine, ultraviolettsteriliseerimine, naatriumbisulfiidi lisamine. Soojuselektrijaamade veepuhastussüsteemides kasutatakse tavaliselt klooriga steriliseerimist ja ultrafiltreerimisega veepuhastustehnoloogiat enne pöördosmoosi.
Steriliseeriva ainena suudab kloor kiiresti inaktiveerida paljusid patogeenseid mikroorganisme. Kloori efektiivsus sõltub kloori kontsentratsioonist, vee pH-st ja kokkupuuteajast. Insenerirakendustes kontrollitakse vees oleva jääkkloori sisaldust üldiselt üle 0,5–1,0 mg ja reaktsiooniaega 20–30 minuti juures. Kloori annus tuleb määrata silumise teel, kuna vees olev orgaaniline aine tarbib samuti kloori. Kloori kasutatakse steriliseerimiseks ja parim praktiline pH väärtus on 4–6.
Mereveesüsteemides kloorimise kasutamine erineb riimvees kasutatavast. Tavaliselt on merevees umbes 65 mg broomi. Kui merevett keemiliselt vesinikuga töödeldakse, reageerib see kõigepealt hüpokloorhappega, moodustades hüpobroomhappe, mistõttu selle bakteritsiidne toime on pigem hüpokloorhappe kui hüpokloorhappe oma ning hüpobroomhape ei lagune kõrgema pH väärtuse juures. Seetõttu on kloorimise mõju parem kui riimvees.
Kuna komposiitmaterjalist membraanielemendil on vees sisalduva jääkkloori suhtes teatud nõuded, on pärast klooriga steriliseerimist vaja läbi viia dekloorimise vähendamise töötlus.
4. Orgaanilise reostuse kontroll
Orgaanilise aine adsorptsioon membraani pinnale põhjustab membraanivoo vähenemist ja rasketel juhtudel pöördumatut membraanivoo kadu ning mõjutab membraani praktilist eluiga.
Pinnavee puhul on suurem osa veest looduslikud saadused, mis koagulatsiooni selitamise, alalisvoolu koagulatsioonifiltreerimise ja aktiivsöe filtreerimise kombineeritud töötlemisprotsessi abil võivad oluliselt vähendada vees sisalduvat orgaanilist ainet, et vastata pöördosmoosi vee nõuetele.
5. Kontsentratsiooni polarisatsiooni kontroll
Pöördosmoosi protsessis esineb mõnikord membraani pinnal oleva kontsentreeritud vee ja sissevoolava vee vahel suur kontsentratsioonigradient, mida nimetatakse kontsentratsioonipolarisatsiooniks. Selle nähtuse korral moodustub membraani pinnale suhteliselt kõrge kontsentratsiooniga ja suhteliselt stabiilse nn kriitilise kihi kiht, mis takistab pöördosmoosi protsessi efektiivset rakendamist. See on tingitud asjaolust, et kontsentratsioonipolarisatsioon suurendab lahuse läbilaskvust membraani pinnal ja pöördosmoosi protsessi liikumapanev jõud väheneb, mille tulemuseks on vee saagise ja magestamise kiiruse vähenemine. Kui kontsentratsioonipolarisatsioon on tõsine, sadestuvad ja katlakivi moodustavad vähesel määral lahustunud soolad membraani pinnale. Kontsentratsioonipolarisatsiooni vältimiseks on efektiivne meetod hoida kontsentreeritud vee vool pidevalt turbulentses olekus, st suurendades sisselaskevoolu kiirust, et suurendada kontsentreeritud vee voolukiirust, nii et mikrolahustunud soola kontsentratsioon membraani pinnal väheneb madalaimale väärtusele; Lisaks tuleks pärast pöördosmoosi veepuhastusseadme väljalülitamist asendatud kontsentreeritud vee küljel olev kontsentreeritud vesi õigeaegselt pesta.
kirjeldus2