Che cos'è la raccolta e la normalizzazione dei dati nell'osmosi inversa?

2024-07-20

Osmosi inversa (RO) La raccolta e la normalizzazione dei dati sono importanti per valutare le condizioni delle membrane e affrontare i potenziali problemi prima che diventino gravi. La normalizzazione dei fattori dei dati rispetto agli elementi esterni che influenzano le prestazioni della membrana consente confronti omogenei durante l'analisi dei dati prestazionali.I dati normalizzati sulle prestazioni dell'osmosi inversa vengono confrontati con un valore di riferimento prestabilito, ad esempio quando le membrane erano nuove, sostituite o pulite.

Per determinare lo stato di salute della membrana RO vengono raccolti i seguenti dati grezzi:
1. Temperatura di alimentazione (°F)
2. Portata di permeato (GPM)
3. Portata del concentrato (GPM)
4. Pressione di alimentazione (PSI)
5. Pressione di permeato (PSI)
6. Conduttività dell'alimentazione
7. Conduttività del permeato

Tutte queste condizioni operative influenzano direttamente la qualità e la quantità di acqua permeata che le membrane a osmosi inversa possono produrre. Tuttavia, poiché queste condizioni operative cambiano costantemente, è impossibile confrontare le prestazioni osservate di determinati parametri in un punto con quelle di un altro punto in condizioni operative diverse. Fattori variabili come la temperatura, la qualità dell'acqua di alimentazione, il flusso di permeato e i recuperi del sistema influenzano tutti le prestazioni della membrana.

La normalizzazione dei dati RO consente all'utente di confrontare le prestazioni della membrana RO con uno standard predefinito che non dipende dalle variazioni delle condizioni operative. I dati normalizzati misurano direttamente le condizioni della membrana RO e mostrano le sue reali prestazioni e il suo stato di salute.

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Apparecchiature per la desalinizzazione ad osmosi inversa

I dati non normalizzati possono essere fuorvianti, poiché molte variabili possono causare cambiamenti che possono sembrare problemi quando, in realtà, non lo sono. La temperatura dell'acqua di alimentazione è la condizione più evidente che influenza sistema RO prestazioni. La regola generale è di stimare una variazione del flusso di permeato dell'1,5% per ogni grado Fahrenheit (F⁰) di variazione.

Ad esempio, se un impianto di osmosi inversa (RO) producesse 50 GPM di permeato quando l'acqua di alimentazione era a 60 °F e poi la temperatura dell'acqua di alimentazione scendesse di 5 °F, l'impianto produrrebbe circa 46 GPM. La diminuzione di 4 GPM nella produzione è perfettamente normale con il calo di temperatura.

Interpretazione dei dati

L'operatore di un impianto di osmosi inversa (RO) è in definitiva interessato a due aspetti: la qualità e la quantità dell'acqua prodotta. Come accennato in precedenza, questi due fattori possono essere influenzati da diverse variabili, quali la pressione dell'acqua di alimentazione, il recupero del sistema e le variazioni della qualità dell'acqua di alimentazione, solo per citarne alcune.

Per quanto riguarda Osmosi inversa (RO) raccolta e normalizzazione dei dati, ci sono tre valori calcolati che aiutano a fornire un quadro più preciso delle reali prestazioni della membrana e a risolvere con precisione i potenziali problemi del sistema RO relativi alla quantità e alla qualità dell'acqua prodotta dal sistema RO. Raccogliendo i dati operativi, normalizzandoli e quindi tracciando l'andamento dei dati normalizzati nel tempo, e confrontando i valori con la linea di base (calcolata dai valori di avvio quando le membrane RO erano nuove o dopo che sono state pulite o sostituite), è possibile intervenire in modo proattivo per affrontare eventuali problemi prima che si verifichino danni irreversibili alle membrane RO.

I tre valori calcolati utilizzati per monitorare e analizzare l'andamento sono:
• Flusso di permeato normalizzato (NPF)
• Reiezione normalizzata del sale (NSR)
• Differenziale di pressione normalizzato (NPD)

Flusso di permeato normalizzato (NPF)

L'NPF misura la quantità di acqua permeata prodotta dall'impianto di osmosi inversa (RO). Se l'NPF scende del 10-15% rispetto al valore di riferimento (la lettura dell'NPF all'avvio con membrane nuove o quando le membrane sono state sostituite o pulite), ciò indica un'incrostazione o un'intasamento delle membrane RO e queste devono essere pulite.

Se l'NPF aumenta, ciò implica che la membrana RO è danneggiata. Il danno può essere causato da un attacco chimico (da un Ossidatore come il cloro) sulla membrana o un problema meccanico (come il cedimento di un O-ring).

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Come viene calcolato il flusso di permeato normalizzato (NPF)

La formula per calcolare il flusso di permeato normalizzato (NPF) è:

NPF = Flusso di permeato x (aNDP di base/aNDP) x (TCF di base/TCF)

Dove:

TDS dell'alimentazione = Conduttività dell'alimentazione/2
Fattore di concentrazione = (Flusso di permeato + Flusso di concentrato) / Flusso di concentrato
Concentrazione di solidi totali disciolti (TDS) = Concentrazione di solidi totali disciolti (TDS) del mangime x Fattore di concentrazione
Pressione di guida netta media (aNDP) = (((Pressione di alimentazione + Pressione del concentrato)/2) – ((TDS di alimentazione – TDS del concentrato)/200)) – Pressione del permeato
Temperatura di alimentazione C = (5/9) x (Temperatura di alimentazione – 32)
TCF (Fattore di correzione della temperatura) = EXP (2640 x ((1/298) – (1/(273+Temperatura alimentazione C))))

Rigetto di sale normalizzato (NSR)

L'NSR (Net Rejection Rate) indica l'efficacia della membrana RO nel respingere i sali (contaminanti) e, di conseguenza, influisce sulla qualità dell'acqua permeata. Se l'NSR diminuisce, aumenta il volume di sali che attraversano la membrana RO, con conseguente peggioramento della qualità del permeato. Una diminuzione dell'NSR può indicare incrostazioni, depositi o degrado della membrana RO. Una membrana RO efficiente dovrebbe garantire un tasso di reiezione compreso tra il 97% e il 99%. Una membrana è considerata "danneggiata" quando il tasso di reiezione scende al 90% o meno. Un normale ciclo di funzionamento di un sistema RO prevede un calo costante dell'NSR durante l'uso continuo. Le membrane RO durano in genere diversi anni prima di dover essere sostituite e un calo costante dell'NSR è un normale segno di invecchiamento della membrana. Un'adeguata pulizia della membrana RO può contribuire a migliorare l'NSR.

L'NSR può essere utile per identificare i problemi di biofouling. Quando il biofouling è un problema, spesso l'NSR aumenta e l'NPF diminuisce. Questo perché il biofouling sigilla le piccole imperfezioni nella membrana RO, aumentando così il rigetto dei sali. Nel tempo, lo strato di biofouling invecchia e inizia a morire e sostanze chimiche come CO2, metano e/o composti organici
Gli acidi iniziano a diffondersi attraverso la membrana, influenzando la qualità dell'acqua permeata (minore rigetto dei sali con conseguente NSR inferiore).

Come viene calcolato il rigetto normalizzato del sale (NSR)

La formula per calcolare il Normalized Sales Rejection (NSR) è:

NSR = 100 ((Passaggio di sale x (Flusso di permeato/Flusso di permeato di base) x TCF) x 100)

Dove:

TDS del permeato = Conduttività del permeato x 0,67
TDS dell'alimentazione = Conduttività dell'alimentazione / 2
Rigetto di sale = 1 – (TDS del permeato / TDS dell'alimentazione)
Passaggio del sale = 1 – Rigetto del sale
Temperatura di alimentazione C = (5/9) x (Temperatura di alimentazione – 32)
Fattore di correzione della temperatura (TCF) = EXP (2640 x ((1/298) – (1/(273+ Temperatura di alimentazione C))))

Spiegazione del fattore di correzione della temperatura (TCF).

La temperatura dell'acqua è uno dei fattori chiave per le prestazioni delle membrane ad osmosi inversa. I produttori di membrane forniscono fattori di correzione della temperatura per determinate temperature di esercizio, che possono variare a seconda del produttore e possono essere calcolati in diversi modi. Il metodo ASTM, come mostrato sopra nei calcoli NPF e NSR, con un coefficiente di membrana di 2640, viene utilizzato per il nostro scopo di determinare le variazioni RO. Il coefficiente di membrana di 2640 viene utilizzato perché la maggior parte delle nostre membrane è conforme a questo valore e l'effetto dell'utilizzo di un coefficiente specifico per ciascuna membrana sui calcoli è trascurabile.

Differenziale di pressione normalizzato (NPD)

Il test NPD ci indica quanto è pulito lo strato distanziatore dell'acqua di alimentazione sulla membrana. Questi strati distanziatori hanno uno spessore di soli 0,30 millesimi di pollice e sono estremamente soggetti a ostruzioni. Quando si verifica un'ostruzione, la resistenza al flusso aumenta e la caduta di pressione aumenta.

L'NPD inizierà ad aumentare nel tempo a causa di incrostazioni e depositi. Le membrane RO devono essere pulite quando il DPD aumenta del 15-25% rispetto al valore di riferimento. L'NPD e l'NPF devono essere monitorati insieme per determinare quando le membrane RO devono essere pulite. Spesso l'NPF diminuirà, mentre l'NPD rimarrà invariato. Questo accade semplicemente perché le incrostazioni non hanno ancora ostruito i distanziatori dell'acqua di alimentazione. Col tempo, l'NPD aumenterà in concomitanza con la diminuzione dell'NPF. Una diminuzione dell'NPD è solitamente dovuta a strumentazione difettosa o errori commessi durante la raccolta dei dati.

Se è possibile misurare la caduta di pressione negativa (NPD) per ogni stadio di un sistema di osmosi inversa (RO), in genere è possibile distinguere tra problemi di incrostazione e di sporco basandosi sulla posizione dell'aumento della caduta di pressione. Un aumento della NPD nel primo stadio di un sistema RO indica un problema di incrostazione, mentre un aumento della NPD nel secondo stadio indica la presenza di incrostazioni.