- Tratarea gazelor reziduale
- Tratarea nămolului
- Tratarea apei
- Sistem portabil de purificare a apei tip cutie - RO
- Sistem de osmoză inversă din oțel inoxidabil
- Sisteme de tratare a apei containerizate
- Sistem de desalinizare a apei de mare
- Sisteme de tratare a apei UF
- Sisteme de tratare a apei NF
- Sisteme de tratare a apei EDI etc.
- Linie de umplere cu apă pentru sticle/găleți/pungi
- Sistem de tratare a apelor uzate MBR
- Tratament complet al apei
0102030405
Sistem industrial de osmoză inversă
Introducerea proiectului
Principiul sistemului de osmoză inversă
La o anumită temperatură, se folosește o membrană semipermeabilă pentru a separa apa dulce de soluția salină. Apa dulce se deplasează spre soluția salină prin membrana semipermeabilă. Pe măsură ce nivelul lichidului din partea salină a ventriculului drept crește, se generează o anumită presiune pentru a împiedica apa dulce din ventriculul stâng să se deplaseze spre partea salină, ajungând în final la echilibru. Presiunea de echilibru în acest moment se numește presiunea osmotică a soluției, iar acest fenomen se numește osmoză. Dacă se aplică o presiune externă care depășește presiunea osmotică pe partea salină a ventriculului drept, apa din soluția salină a ventriculului drept se va deplasa spre apa dulce a ventriculului stâng prin membrana semipermeabilă, astfel încât apa dulce poate fi separată de apa sărată. Acest fenomen este opusul fenomenului de permeabilitate, numit fenomen de permeabilitate inversă.
Astfel, baza sistemului de desalinizare cu osmoză inversă este
(1) Permeabilitatea selectivă a membranei semipermeabile, adică permite trecerea selectivă a apei, dar nu și a sării;
(2) Presiunea externă a camerei saline este mai mare decât presiunea osmotică a camerei saline și a camerei de apă dulce, aceasta fiind forța motrice pentru ca apa să se deplaseze din camera salina în camera de apă dulce. Presiunile osmotice tipice pentru unele soluții sunt prezentate în tabelul de mai jos.
Membrana semipermeabilă menționată mai sus, utilizată pentru a separa apa dulce de apa sărată, se numește membrană de osmoză inversă. Membrana de osmoză inversă este fabricată în mare parte din materiale polimerice. În prezent, membrana de osmoză inversă utilizată în centralele termice este fabricată în mare parte din materiale compozite aromatice din poliamidă.
Tehnologia de osmoză inversă RO (Osmoză Inversă) este o tehnologie de separare și filtrare cu membrană alimentată de diferența de presiune. Dimensiunea porilor este de până la nanometri (1 nanometru = 10-9 metri). Sub o anumită presiune, moleculele de H20 pot trece prin membrana RO, sărurile anorganice, ionii de metale grele, materia organică, coloizii, bacteriile, virusurile și alte impurități din apa sursă nu pot trece prin membrana RO, astfel încât apa pură care poate trece și apa concentrată care nu poate trece pot fi distinse cu strictețe.
În aplicațiile industriale, instalațiile de osmoză inversă utilizează echipamente specializate pentru a facilita procesul de osmoză inversă. Sistemele industriale de osmoză inversă sunt concepute pentru a trata volume mari de apă și sunt utilizate în diverse industrii, inclusiv agricultură, industria farmaceutică și industria prelucrătoare. Echipamentul utilizat în aceste sisteme este special conceput pentru a asigura eficiența și eficacitatea procesului de osmoză inversă în producerea apei dulci din surse de apă sărată.
Procesul de osmoză inversă este o tehnologie importantă pentru desalinizarea apei de mare, care poate furniza apă dulce în zonele în care apa este insuficientă sau unde sursele tradiționale de apă sunt poluate. Pe măsură ce echipamentele și tehnologia de osmoză inversă avansează, procesul rămâne o soluție cheie pentru deficitul de apă și problemele de calitate din întreaga lume.
Principalele caracteristici ale membranei de osmoză inversă:
Direcționalitatea și caracteristicile de separare ale separării cu membrană
Membrana de osmoză inversă practică este o membrană asimetrică, cu un strat superficial și un strat suport, având o direcție și o selectivitate evidente. Așa-numita directivitate constă în plasarea suprafeței membranei în saramură de înaltă presiune pentru desalinizare; presiunea crește permeabilitatea membranei la apă, iar rata de desalinizare crește și ea. Când stratul suport al membranei este plasat în saramură de înaltă presiune, rata de desalinizare este aproape egală cu 0 odată cu creșterea presiunii, dar permeabilitatea la apă crește considerabil. Datorită acestei direcționalități, nu poate fi utilizată în sens invers atunci când este aplicată.
Caracteristicile de separare ale osmozei inverse pentru ioni și materie organică în apă nu sunt aceleași, putând fi rezumate după cum urmează
(1) Materia organică este mai ușor de separat decât materia anorganică
(2) Electroliții sunt mai ușor de separat decât cei neelectroliți. Electroliții cu sarcini mari sunt mai ușor de separat, iar ratele lor de îndepărtare sunt în general în următoarea ordine. Fe3+> Ca2+> Na+ PO43 -> SO42 -> C | - pentru electrolit, cu cât molecula este mai mare, cu atât este mai ușor de îndepărtat.
(3) Rata de îndepărtare a ionilor anorganici este legată de hidrat și de raza ionilor hidratați în starea de hidratare a ionilor. Cu cât raza ionului hidratat este mai mare, cu atât acesta este mai ușor de îndepărtat. Ordinea ratei de îndepărtare este următoarea:
Mg2+, Ca2+> Li+ > Na+ > K+; F-> C|-> Br-> NO3-
(4) Reguli de separare a materiei organice polare:
Aldehidă > Alcool > Amină > Acid, amină terțiară > Amină secundară > Amină primară, acid citric > Acid tartric > Acid malic > Acid lactic > Acid acetic
Progresele recente în tratarea gazelor reziduale reprezintă un progres semnificativ în abordarea provocărilor de mediu, oferind în același timp oportunități pentru ca întreprinderile să prospere într-un mod sustenabil și ecologic. Această soluție inovatoare este destinată să aibă un impact pozitiv în domeniile tratării gazelor reziduale și protecției mediului, datorită promisiunii sale de eficiență ridicată, costuri de operare reduse și zero poluări secundare.
(5) Izomeri pereche: tert- > Diferit (izo-) > Zhong (sec-) > Original (pri-)
(6) Performanța de separare a sărilor de sodiu din materia organică este bună, în timp ce organismele din grupul fenolului și al seriei de fenoli prezintă o separare negativă. Atunci când soluțiile apoase de substanțe organice disociate, polare sau nepolare, disociate sau nedisociate, sunt separate prin membrană, forțele de interacțiune dintre substanța dizolvată, solvent și membrană determină permeabilitatea selectivă a membranei. Aceste efecte includ forța electrostatică, forța de legare a legăturilor de hidrogen, hidrofobicitatea și transferul de electroni.
(7) În general, substanțele dizolvate au o influență redusă asupra proprietăților fizice sau a proprietăților de transfer ale membranei. Doar fenolul sau anumiți compuși organici cu greutate moleculară mică vor face ca acetatul de celuloză să se extindă în soluție apoasă. Prezența acestor componente va face, în general, ca fluxul de apă al membranei să scadă, uneori considerabil.
(8) Efectul de îndepărtare a nitraților, percloraților, cianurilor și tiocianatului nu este la fel de bun ca cel al clorurii, iar efectul de îndepărtare al sării de amoniu nu este la fel de bun ca cel al sării de sodiu.
(9) Majoritatea componentelor cu o masă moleculară relativă mai mare de 150, fie ele electrolitice sau neelectrolitice, pot fi îndepărtate cu ușurință.
În plus, ordinea de separare a hidrocarburilor aromatice, cicloalcanilor, alcanilor și clorurii de sodiu prin membrană de osmoză inversă este diferită.
(2) Pompă de înaltă presiune
În funcționarea membranei de osmoză inversă, apa trebuie trimisă la presiunea specificată de o pompă de înaltă presiune pentru a finaliza procesul de desalinare. În prezent, pompele de înaltă presiune utilizate în centralele termice pot fi centrifuge, cu piston și cu șurub, printre care pompa centrifugă multietajată este cea mai utilizată. Aceasta poate atinge un randament de peste 90% și poate economisi consumul de energie. Acest tip de pompă se caracterizează printr-o eficiență ridicată.
(3) Ontologia osmozei inverse
Corpul de osmoză inversă este o unitate combinată de tratare a apei care combină și conectează componentele membranei de osmoză inversă cu țevile într-un anumit aranjament. O singură membrană de osmoză inversă se numește element de membrană. Un număr sensibil de componente ale membranei de osmoză inversă sunt conectate în serie conform anumitor cerințe tehnice și asamblate cu o singură carcasă de membrană de osmoză inversă pentru a forma o componentă de membrană.
1. Elementul membranei
Element de membrană pentru osmoză inversă O unitate de bază realizată dintr-o membrană de osmoză inversă și un material suport cu funcție de utilizare industrială. În prezent, elementele membranei serpentine sunt utilizate în principal în centralele termice.
În prezent, diverși producători de membrane produc o varietate de componente de membrană pentru diferiți utilizatori din industrie. Elementele de membrană utilizate în centralele termice pot fi împărțite aproximativ în: elemente de membrană pentru osmoză inversă și desalinizarea apei de mare la presiune înaltă; elemente de membrană inversă pentru desalinizarea apei sărate la presiune joasă și ultra-joasă; element de membrană antivegetativă.
Cerințele de bază pentru elementele de membrană sunt:
A. Densitatea de ambalare a peliculei este cât mai mare posibil.
B. Nu este ușor de polarizat prin concentrație
C. Capacitate puternică antipoluare
D. Este convenabil să curățați și să înlocuiți membrana
E. Prețul este mic
2. Membrană învelitoare
Vasul sub presiune utilizat pentru încărcarea elementului membranei de osmoză inversă în corpul dispozitivului de osmoză inversă se numește membrană înveliș, cunoscută și sub denumirea de „vas sub presiune”. Unitatea de fabricație este Haide Energy, fiecare vas sub presiune având o lungime de aproximativ 7 metri.
Învelișul foliei este în general fabricat din țesătură plastică armată cu fibră de sticlă epoxidică, iar peria exterioară este vopsită în vopsea epoxidică. Există, de asemenea, unii producători de produse pentru învelișul foliei din oțel inoxidabil. Datorită rezistenței puternice la coroziune a FRP, majoritatea centralelor termice aleg învelișul foliei FRP. Materialul vasului sub presiune este FRP.
Factorii care influențează performanța sistemului de tratare a apei prin osmoză inversă:
Pentru condiții specifice ale sistemului, fluxul de apă și rata de desalinizare sunt caracteristicile membranei de osmoză inversă, și există mulți factori care afectează fluxul de apă și rata de desalinizare a corpului de osmoză inversă, inclusiv în principal presiunea, temperatura, rata de recuperare, salinitatea influentului și valoarea pH-ului.
(1) Efectul presiunii
Presiunea de intrare a membranei de osmoză inversă afectează direct fluxul membranei și rata de desalinizare a acesteia. Creșterea fluxului membranei are o relație liniară cu presiunea de intrare a osmozei inverse. Rata de desalinizare are o relație liniară cu presiunea influentei, dar când presiunea atinge o anumită valoare, curba de modificare a ratei de desalinizare tinde să fie plată, iar rata de desalinizare nu mai crește.
(2) Efectul temperaturii
Rata de desalinizare scade odată cu creșterea temperaturii de intrare în sistemul de osmoză inversă. Cu toate acestea, fluxul de apă crește aproape liniar. Principalul motiv este că, atunci când temperatura crește, vâscozitatea moleculelor de apă scade, iar capacitatea de difuzie este puternică, astfel încât fluxul de apă crește. Odată cu creșterea temperaturii, rata de trecere a sării prin membrana de osmoză inversă va fi accelerată, astfel încât rata de desalinizare va fi redusă. Temperatura apei brute este un indicator de referință important pentru proiectarea sistemului de osmoză inversă. De exemplu, atunci când o centrală electrică trece printr-o transformare tehnică a ingineriei de osmoză inversă, temperatura apei brute în proiectare este calculată la 25 ℃, iar presiunea de intrare calculată este de 1,6 MPa. Cu toate acestea, temperatura apei în timpul funcționării reale a sistemului este de numai 8 ℃, iar presiunea de intrare trebuie crescută la 2,0 MPa pentru a asigura debitul proiectat de apă dulce. Drept urmare, consumul de energie al funcționării sistemului crește, durata de viață a inelului de etanșare intern al componentei membranei dispozitivului de osmoză inversă este scurtată, iar volumul de întreținere al echipamentului crește.
(3) Efectul conținutului de sare
Concentrația de sare din apă este un indicator important care afectează presiunea osmotică a membranei, iar presiunea osmotică a membranei crește odată cu creșterea conținutului de sare. În condițiile în care presiunea de intrare în procesul de osmoză inversă rămâne neschimbată, conținutul de sare din apa de intrare crește. Deoarece creșterea presiunii osmotice compensează o parte din forța de intrare, fluxul scade, iar rata de desalinizare scade și ea.
(4) Influența ratei de recuperare
Creșterea ratei de recuperare a sistemului de osmoză inversă va duce la un conținut mai mare de sare în apa de intrare a elementului membranei de-a lungul direcției de curgere, rezultând o creștere a presiunii osmotice. Aceasta va compensa efectul de acționare al presiunii apei de intrare în osmoza inversă, reducând astfel fluxul de apă produs. Creșterea conținutului de sare în apa de intrare a elementului membranei duce la creșterea conținutului de sare în apa dulce, reducând astfel rata de desalinizare. În proiectarea sistemului, rata maximă de recuperare a sistemului de osmoză inversă nu depinde de limitarea presiunii osmotice, ci depinde adesea de compoziția și conținutul de sare din apa brută, deoarece odată cu îmbunătățirea ratei de recuperare, sărurile microsolubile, cum ar fi carbonatul de calciu, sulfatul de calciu și siliciul, se vor depune în procesul de concentrare.
(5) Influența valorii pH-ului
Intervalul de pH aplicabil diferitelor tipuri de elemente de membrană variază foarte mult. De exemplu, fluxul de apă și rata de desalinizare a membranei de acetat tind să fie stabile în intervalul de valori ale pH-ului 4-8 și sunt puternic afectate în intervalul de valori ale pH-ului sub 4 sau mai mare de 8. În prezent, marea majoritate a materialelor de membrană utilizate în tratarea industrială a apei sunt materiale compozite, care se adaptează la un interval larg de valori ale pH-ului (valoarea pH-ului poate fi controlată în intervalul 3~10 în funcționare continuă, iar fluxul de membrană și rata de desalinizare în acest interval sunt relativ stabile).
Metoda de pretratare cu membrană de osmoză inversă:
Filtrarea cu membrană de osmoză inversă este diferită de filtrarea cu pat filtrant, patul filtrant fiind o filtrare completă, adică apa brută trece prin întregul strat filtrant. Filtrarea cu membrană de osmoză inversă este o metodă de filtrare în flux încrucișat, adică o parte din apa brută trece prin membrană în direcție verticală odată cu membrana. În acest moment, sărurile și diverși poluanți sunt interceptați de membrană și transportați de partea rămasă din apa brută care curge paralel cu suprafața membranei, dar poluanții nu pot fi eliminați complet. Pe măsură ce timpul trece, poluanții reziduali vor agrava poluarea elementelor membranei. Cu cât poluanții din apa brută și rata de recuperare sunt mai mari, cu atât poluarea membranei va fi mai rapidă.
1. Controlul scalei
Când sărurile insolubile din apa brută sunt concentrate continuu în elementul membranei și depășesc limita lor de solubilitate, acestea vor precipita pe suprafața membranei de osmoză inversă, fenomen numit „depunere de calcar”. Atunci când se determină sursa de apă, pe măsură ce rata de recuperare a sistemului de osmoză inversă crește, crește și riscul de depunere de calcar. În prezent, se obișnuiește creșterea ratelor de reciclare din cauza lipsei de apă sau a impactului asupra mediului al deversării apelor uzate. În acest caz, măsurile atente de control al depunerii de calcar sunt deosebit de importante. În sistemul de osmoză inversă, sărurile refractare comune sunt CaCO3, CaSO4 și SiO2, iar alți compuși care pot produce depunere de calcar sunt CaF2, BaSO4, SrSO4 și Ca3(PO4)2. Metoda comună de inhibare a depunerii de calcar este adăugarea unui inhibitor de depunere. Inhibitorii de depunere utilizați în atelierul meu sunt Nalco PC191 și Europa și America NP200.
2. Controlul contaminării cu particule coloidale și solide
Coloizii și particulele pot afecta serios performanța elementelor membranei de osmoză inversă, cum ar fi o reducere semnificativă a producției de apă dulce, uneori reducând și rata de desalinizare. Simptomul inițial al colozării cu coloizi și particule este creșterea diferenței de presiune dintre intrarea și ieșirea componentelor membranei de osmoză inversă.
Cea mai obișnuită metodă de a evalua coloizii și particulele de apă din elementele membranei de osmoză inversă este măsurarea valorii SDI a apei, uneori numită valoare F (indice de poluare), care este unul dintre indicatorii importanți pentru monitorizarea funcționării sistemului de pretratare cu osmoză inversă.
SDI (indicele densității nămolului) este modificarea vitezei de filtrare a apei pe unitatea de timp și indică poluarea calității apei. Cantitatea de coloizi și particule din apă va afecta dimensiunea SDI. Valoarea SDI poate fi determinată de un instrument SDI.
3. Controlul contaminării microbiene a membranei
Microorganismele din apa brută includ în principal bacterii, alge, ciuperci, virusuri și alte organisme superioare. În procesul de osmoză inversă, microorganismele și nutrienții dizolvați în apă vor fi concentrați și îmbogățiți continuu în elementul membranei, care devine mediul și procesul ideal pentru formarea biofilmului. Contaminarea biologică a componentelor membranei de osmoză inversă va afecta serios performanța sistemului de osmoză inversă. Diferența de presiune dintre intrarea și ieșirea componentelor de osmoză inversă crește rapid, rezultând o scădere a randamentului de apă al componentelor membranei. Uneori, contaminarea biologică va apărea pe partea de producție a apei, rezultând contaminarea apei produse. De exemplu, în timpul întreținerii dispozitivelor de osmoză inversă din unele centrale termice, mușchi verde se găsește pe elementele membranei și pe conductele de apă dulce, ceea ce reprezintă o poluare microbiană tipică.
Odată ce elementul membranei este contaminat de microorganisme și produce biofilm, curățarea elementului membranei este foarte dificilă. În plus, biofilmele care nu sunt complet îndepărtate vor cauza o creștere rapidă a microorganismelor din nou. Prin urmare, controlul microorganismelor este, de asemenea, una dintre cele mai importante sarcini ale pretratării, în special pentru sistemele de pretratare cu osmoză inversă care utilizează apa de mare, apa de suprafață și apele uzate ca surse de apă.
Principalele metode de prevenire a microorganismelor membranare sunt: clorul, tratamentul cu microfiltrare sau ultrafiltrare, oxidarea cu ozon, sterilizarea cu ultraviolete, adăugarea de bisulfit de sodiu. Metodele utilizate în mod obișnuit în sistemul de tratare a apei din centralele termice sunt clorinarea, sterilizarea și tehnologia de tratare a apei prin ultrafiltrare înainte de osmoza inversă.
Ca agent sterilizant, clorul este capabil să inactiveze rapid multe microorganisme patogene. Eficiența clorului depinde de concentrația de clor, pH-ul apei și timpul de contact. În aplicațiile inginerești, clorul rezidual din apă este în general controlat la mai mult de 0,5~1,0 mg, iar timpul de reacție este controlat la 20~30 min. Dozajul de clor trebuie determinat prin depanare, deoarece materia organică din apă va consuma, de asemenea, clor. Clorul este utilizat pentru sterilizare, iar cea mai bună valoare practică a pH-ului este de 4~6.
Utilizarea clorinării în sistemele cu apă de mare este diferită de cea din apa salmastre. De obicei, există aproximativ 65 mg de brom în apa de mare. Când apa de mare este tratată chimic cu hidrogen, aceasta va reacționa mai întâi cu acidul hipocloros pentru a forma acid hipobromos, astfel încât efectul său bactericid este acid hipoumed mai degrabă decât acid hipocloros, iar acidul hipobromos nu se va descompune la o valoare a pH-ului mai mare. Prin urmare, efectul clorinării este mai bun decât în apa salmastre.
Deoarece elementul membranar din material compozit are anumite cerințe privind clorul rezidual din apă, este necesar să se efectueze un tratament de reducere a declorinării după sterilizarea cu clor.
4. Controlul poluării organice
Adsorbția materiei organice pe suprafața membranei va cauza scăderea fluxului membranar, iar în cazuri grave, va provoca o pierdere ireversibilă a fluxului membranar și va afecta durata de viață practică a membranei.
În cazul apei de suprafață, cea mai mare parte a apei este produsă naturală, iar prin clarificarea prin coagulare, filtrarea prin coagulare în curent continuu și procesul combinat de tratare a filtrării cu cărbune activ, se poate reduce considerabil materia organică din apă, pentru a îndeplini cerințele apei de osmoză inversă.
5. Controlul polarizării concentrației
În procesul de osmoză inversă, există uneori un gradient de concentrație ridicat între apa concentrată de pe suprafața membranei și apa influentă, fenomen numit polarizare a concentrației. Atunci când apare acest fenomen, pe suprafața membranei se formează un strat cu o concentrație relativ mare și relativ stabil, așa-numitul „strat critic”, ceea ce împiedică implementarea eficientă a procesului de osmoză inversă. Acest lucru se datorează faptului că polarizarea concentrației va crește presiunea permeabilă a soluției pe suprafața membranei, iar forța motrice a procesului de osmoză inversă va fi redusă, rezultând reducerea randamentului apei și a ratei de desalinizare. Când polarizarea concentrației este accentuată, unele săruri ușor dizolvate vor precipita și se vor depune pe suprafața membranei. Pentru a evita polarizarea concentrației, metoda eficientă este de a face ca fluxul de apă concentrată să mențină întotdeauna o stare turbulentă, adică prin creșterea debitului de intrare se crește debitul de apă concentrată, astfel încât concentrația de sare microdizolvată de pe suprafața membranei să fie redusă la cea mai mică valoare; În plus, după oprirea dispozitivului de tratare a apei cu osmoză inversă, apa concentrată de pe partea apei concentrate înlocuite trebuie spălată la timp.
descriere2