- Очистка отходящих газов
- Обработка осадка
- Очистка воды
- Портативная система очистки воды в корпусе обратного осмоса.
- Система обратного осмоса из нержавеющей стали
- Контейнерные системы водоподготовки
- система опреснения морской воды
- Системы водоподготовки UF
- Системы водоподготовки NF
- Системы водоподготовки EDI и т.д.
- Линия розлива воды в бутылки/ведра/пакеты
- Система очистки сточных вод MBR
- Комплексная очистка воды
0102030405
Промышленная система обратного осмоса
Введение в проект
Принцип работы системы обратного осмоса
При определенной температуре для отделения пресной воды от солевого раствора используется полупроницаемая мембрана. Пресная вода перемещается в солевой раствор через эту мембрану. По мере повышения уровня жидкости на солевой стороне правого желудочка создается определенное давление, препятствующее перемещению пресной воды из левого желудочка на солевую сторону, и в конечном итоге достигается равновесие. Равновесное давление в этот момент называется осмотическим давлением раствора, а это явление называется осмосом. Если к солевой стороне правого желудочка приложить внешнее давление, превышающее осмотическое давление, вода из солевого раствора правого желудочка будет перемещаться в пресную воду левого желудочка через полупроницаемую мембрану, так что пресная вода может быть отделена от солевого раствора. Это явление противоположно явлению проницаемости и называется обратным явлением проницаемости.
Таким образом, основой системы опреснения методом обратного осмоса является
(1) Селективная проницаемость полупроницаемой мембраны, то есть избирательно пропускает воду, но не пропускает соль;
(2) Внешнее давление солевой камеры больше осмотического давления солевой камеры и камеры с пресной водой, что обеспечивает движущую силу для перемещения воды из солевой камеры в камеру с пресной водой. Типичные значения осмотического давления для некоторых растворов приведены в таблице ниже.
Вышеупомянутая полупроницаемая мембрана, используемая для отделения пресной воды от соленой, называется мембраной обратного осмоса. Мембраны обратного осмоса в основном изготавливаются из полимерных материалов. В настоящее время мембраны обратного осмоса, используемые на тепловых электростанциях, в основном изготавливаются из ароматических полиамидных композитных материалов.
Обратный осмос (RO) — это технология мембранного разделения и фильтрации, основанная на разности давлений. Размер пор мембраны составляет всего несколько нанометров (1 нанометр = 10⁻⁹ метров). При определенном давлении молекулы H₂O могут проходить через мембрану обратного осмоса, а неорганические соли, ионы тяжелых металлов, органические вещества, коллоиды, бактерии, вирусы и другие примеси в исходной воде не могут пройти через мембрану, поэтому чистая вода, которая может пройти через мембрану, и концентрированная вода, которая не может пройти, могут быть четко разделены.
В промышленных целях установки обратного осмоса используют специализированное оборудование для облегчения процесса обратного осмоса. Промышленные системы обратного осмоса предназначены для обработки больших объемов воды и используются в различных отраслях, включая сельское хозяйство, фармацевтику и производство. Оборудование, используемое в этих системах, специально разработано для обеспечения эффективности и результативности процесса обратного осмоса при получении пресной воды из соленой воды.
Процесс обратного осмоса — важная технология опреснения морской воды, позволяющая обеспечивать пресной водой районы, испытывающие нехватку воды или загрязненные традиционными источниками водоснабжения. По мере развития оборудования и технологий обратного осмоса этот процесс остается ключевым решением проблем нехватки и качества воды во всем мире.
Основные характеристики мембраны обратного осмоса:
Направленность и разделительные характеристики мембранного разделения
Практическая мембрана обратного осмоса представляет собой асимметричную мембрану, состоящую из поверхностного и опорного слоев, обладающую выраженной направленностью и селективностью. Так называемая направленность заключается в том, что при помещении поверхности мембраны в рассол под высоким давлением для обессоливания, давление увеличивает водопроницаемость мембраны, а значит, и скорость обессоливания; когда опорный слой мембраны помещается в рассол под высоким давлением, скорость обессоливания практически равна нулю с увеличением давления, но водопроницаемость значительно возрастает. Из-за этой направленности ее нельзя использовать в обратном направлении.
Характеристики разделения ионов и органических веществ в воде методом обратного осмоса различаются, что можно суммировать следующим образом.
(1) Органическое вещество легче отделить, чем неорганическое.
(2) Электролиты легче отделить, чем неэлектролиты. Электролиты с высоким зарядом легче отделить, и скорость их удаления обычно находится в следующем порядке: Fe3+> Ca2+> Na+ PO43-> SO42-> C | - для электролита, чем больше молекула, тем легче ее удалить.
(3) Скорость удаления неорганических ионов связана с гидратом и радиусом гидратированных ионов в состоянии гидратации ионов. Чем больше радиус гидратированного иона, тем легче его удалить. Порядок скорости удаления следующий:
Mg2+, Ca2+> Li+ > Na+ > K+; F-> C|-> Br-> NO3-
(4) Правила разделения полярных органических веществ:
Альдегид > Спирт > Амин > Третичная кислота > Вторичный амин > Первичный амин, лимонная кислота > Винная кислота > Яблочная кислота > Молочная кислота > Уксусная кислота
Последние достижения в области очистки отходящих газов представляют собой значительный прогресс в решении экологических проблем, а также открывают возможности для процветания бизнеса устойчивым и экологически чистым способом. Это инновационное решение, несомненно, окажет положительное влияние на области очистки отходящих газов и охраны окружающей среды, поскольку обещает высокую эффективность, низкие эксплуатационные расходы и нулевое вторичное загрязнение.
(5) Парные изомеры: трет- > Различные (изо-) > Чжун (сек-) > Исходный (при-)
(6) Эффективность разделения органических веществ солями натрия хорошая, в то время как фенол и фенолсодержащие организмы демонстрируют отрицательное разделение. Когда водные растворы полярных или неполярных, диссоциированных или недиссоциированных органических растворенных веществ разделяются мембраной, силы взаимодействия между растворенным веществом, растворителем и мембраной определяют селективную проницаемость мембраны. К этим эффектам относятся электростатическая сила, сила связывания водородных связей, гидрофобность и перенос электронов.
(7) Как правило, растворенные вещества мало влияют на физические свойства или свойства переноса мембраны. Только фенол или некоторые низкомолекулярные органические соединения могут вызвать расширение ацетата целлюлозы в водном растворе. Наличие этих компонентов обычно приводит к уменьшению потока воды через мембрану, иногда значительному.
(8) Эффективность удаления нитрата, перхлората, цианида и тиоцианата не так хороша, как у хлорида, а эффективность удаления соли аммония не так хороша, как у соли натрия.
(9) Большинство компонентов с относительной молекулярной массой более 150, будь то электролит или неэлектролит, могут быть хорошо удалены.
Кроме того, порядок разделения ароматических углеводородов, циклоалканов, алканов и хлорида натрия с помощью мембран обратного осмоса различен.
(2) Насос высокого давления
В процессе обратного осмоса вода должна подаваться под заданным давлением с помощью насоса высокого давления для завершения процесса обессоливания. В настоящее время на тепловых электростанциях используются центробежные, плунжерные, винтовые и другие типы насосов высокого давления, среди которых наиболее широко применяются многоступенчатые центробежные насосы. Они позволяют достичь КПД более 90% и экономить энергию. Этот тип насосов отличается высокой эффективностью.
(3) Онтология обратного осмоса
Корпус установки обратного осмоса представляет собой комбинированный блок водоочистки, в котором компоненты обратноосмотической мембраны соединены трубами в определенной конфигурации. Отдельная обратноосмотическая мембрана называется мембранным элементом. В соответствии с определенными техническими требованиями, несколько компонентов обратноосмотической мембраны соединены последовательно и собраны в единый корпус обратноосмотической мембраны, образуя мембранный компонент.
1. Мембранный элемент
Мембранный элемент обратного осмоса — это базовый блок, состоящий из мембраны обратного осмоса и опорного материала, предназначенный для промышленного применения. В настоящее время мембранные элементы в виде спирали в основном используются на тепловых электростанциях.
В настоящее время различные производители мембран выпускают разнообразные мембранные компоненты для различных отраслей промышленности. Мембранные элементы, применяемые на тепловых электростанциях, можно условно разделить на следующие категории: мембранные элементы обратного осмоса для опреснения морской воды под высоким давлением; мембранные элементы обратного осмоса для опреснения солоноватой воды под низким и сверхнизким давлением; мембранные элементы с защитой от загрязнения.
Основные требования к мембранным элементам следующие:
А. Максимально высокая плотность упаковки пленки.
Б. Нелегко достичь концентрационной поляризации.
C. Высокая устойчивость к загрязнению окружающей среды.
D. Удобно чистить и заменять мембрану.
Е. Цена низкая.
2. Мембранная оболочка
Корпус, используемый для загрузки мембранного элемента обратного осмоса в устройство обратного осмоса, называется мембранным кожухом, также известным как «корпус под давлением». Производитель — компания Haide Energy. Длина каждого такого корпуса составляет около 7 метров.
Оболочка пленочного корпуса обычно изготавливается из эпоксидной стекловолоконной армированной пластиковой ткани, а внешнее покрытие – эпоксидной краской. Существуют также производители изделий с пленочными корпусами из нержавеющей стали. Благодаря высокой коррозионной стойкости стекловолокна, большинство тепловых электростанций выбирают пленочные корпуса из стекловолокна. Материалом сосуда высокого давления является стекловолокно.
Факторы, влияющие на эффективность системы водоподготовки методом обратного осмоса:
В зависимости от конкретных условий системы, поток воды и скорость обессоливания являются характеристиками мембраны обратного осмоса, и на этот поток воды и скорость обессоливания влияет множество факторов, в основном включая давление, температуру, степень извлечения, соленость и значение pH поступающей воды.
(1) Эффект давления
Давление на входе в мембрану обратного осмоса напрямую влияет на поток через мембрану и скорость опреснения. Увеличение потока через мембрану имеет линейную зависимость от давления на входе в систему обратного осмоса. Скорость опреснения также имеет линейную зависимость от давления на входе, но когда давление достигает определенного значения, кривая изменения скорости опреснения стремится к пологой, и скорость опреснения перестает увеличиваться.
(2) Влияние температуры
Скорость обессоливания снижается с повышением температуры на входе в систему обратного осмоса. Однако поток воды увеличивается почти линейно. Основная причина заключается в том, что при повышении температуры вязкость молекул воды уменьшается, а диффузионная способность усиливается, поэтому поток воды увеличивается. С повышением температуры скорость прохождения соли через мембрану обратного осмоса ускоряется, поэтому скорость обессоливания снижается. Температура исходной воды является важным эталонным показателем при проектировании системы обратного осмоса. Например, при технической модернизации электростанции с использованием обратного осмоса температура исходной воды в проектной системе рассчитывается как 25℃, а расчетное давление на входе составляет 1,6 МПа. Однако в реальной эксплуатации системы температура воды составляет всего 8℃, и для обеспечения расчетного расхода пресной воды необходимо увеличить давление на входе до 2,0 МПа. В результате увеличивается энергопотребление системы, сокращается срок службы внутреннего уплотнительного кольца мембранного компонента устройства обратного осмоса, а также увеличиваются объемы технического обслуживания оборудования.
(3) Влияние содержания соли
Концентрация соли в воде является важным показателем, влияющим на осмотическое давление мембраны, и осмотическое давление мембраны увеличивается с увеличением содержания соли. При условии, что входное давление обратного осмоса остается неизменным, содержание соли во входящей воде увеличивается. Поскольку увеличение осмотического давления частично компенсирует входную силу, поток уменьшается, и скорость опреснения также снижается.
(4) Влияние коэффициента восстановления
Увеличение степени извлечения в системе обратного осмоса приводит к повышению содержания соли во входящей воде мембранного элемента вдоль направления потока, что вызывает увеличение осмотического давления. Это компенсирует движущий эффект давления входящей воды обратного осмоса, тем самым снижая выходной поток воды. Увеличение содержания соли во входящей воде мембранного элемента приводит к увеличению содержания соли в пресной воде, тем самым снижая скорость опреснения. При проектировании системы максимальная степень извлечения в системе обратного осмоса не зависит от ограничения осмотического давления, а часто зависит от состава и содержания соли в исходной воде, поскольку с повышением степени извлечения в процессе концентрирования образуются отложения микрорастворимых солей, таких как карбонат кальция, сульфат кальция и кремний.
(5) Влияние значения pH
Диапазон pH, применимый к различным типам мембранных элементов, значительно различается. Например, поток воды и скорость опреснения через ацетатную мембрану, как правило, стабильны в диапазоне значений pH 4-8 и сильно изменяются в диапазоне значений pH ниже 4 или выше 8. В настоящее время подавляющее большинство мембранных материалов, используемых в промышленной водоочистке, представляют собой композитные материалы, которые адаптируются к широкому диапазону значений pH (значение pH можно контролировать в диапазоне 3-10 в непрерывном режиме работы, и поток воды через мембрану и скорость опреснения в этом диапазоне относительно стабильны).
Метод предварительной обработки мембраны обратного осмоса:
Фильтрация методом обратного осмоса через мембрану отличается от фильтрации через фильтрующий слой, поскольку фильтрующий слой обеспечивает полную фильтрацию, то есть вся исходная вода проходит через фильтрующий слой. Фильтрация методом обратного осмоса через мембрану — это метод поперечной фильтрации, то есть часть исходной воды проходит через мембрану в вертикальном направлении. При этом соли и различные загрязняющие вещества задерживаются мембраной и выводятся оставшейся частью исходной воды, протекающей параллельно поверхности мембраны, но загрязняющие вещества не могут быть удалены полностью. Со временем остаточные загрязняющие вещества приводят к более серьезному загрязнению мембранного элемента. И чем выше концентрация загрязняющих веществ в исходной воде и степень извлечения, тем быстрее происходит загрязнение мембраны.
1. Контроль масштаба
Когда нерастворимые соли в исходной воде непрерывно концентрируются в мембранном элементе и превышают предел растворимости, они выпадают в осадок на поверхности мембраны обратного осмоса, что называется «образованием накипи». При определении источника воды, по мере увеличения степени очистки системы обратного осмоса, возрастает и риск образования накипи. В настоящее время принято увеличивать степень рециркуляции воды из-за нехватки воды или негативного воздействия сброса сточных вод на окружающую среду. В этом случае особенно важны продуманные меры по контролю образования накипи. В системах обратного осмоса распространенными тугоплавкими солями являются CaCO3, CaSO4 и SiO2, а другими соединениями, способными образовывать накипь, являются CaF2, BaSO4, SrSO4 и Ca3(PO4)2. Распространенный метод предотвращения образования накипи — добавление ингибитора накипи. В моей мастерской используются ингибиторы накипи Nalco PC191 и Europe and America NP200.
2. Контроль загрязнения коллоидными и твердыми частицами.
Загрязнение коллоидами и частицами может серьезно повлиять на производительность элементов обратноосмотической мембраны, например, привести к значительному снижению выхода чистой воды, а иногда и к снижению скорости опреснения. Первым симптомом загрязнения коллоидами и частицами является увеличение разницы давлений между входом и выходом компонентов обратноосмотической мембраны.
Наиболее распространенный способ оценки содержания коллоидных частиц и примесей в мембранных элементах обратного осмоса — измерение значения SDI воды, иногда называемого значением F (индекс загрязнения), которое является одним из важных показателей для контроля работы системы предварительной обработки воды обратным осмосом.
Индекс плотности ила (SDI) — это изменение скорости фильтрации воды за единицу времени, указывающее на степень загрязнения воды. Количество коллоидных и твердых частиц в воде влияет на значение SDI. Значение SDI можно определить с помощью прибора для измерения SDI.
3. Контроль микробного загрязнения мембраны.
Микроорганизмы в неочищенной воде в основном включают бактерии, водоросли, грибы, вирусы и другие высшие организмы. В процессе обратного осмоса микроорганизмы и растворенные питательные вещества в воде непрерывно концентрируются и обогащаются в мембранном элементе, что создает идеальную среду и процесс для образования биопленки. Биологическое загрязнение компонентов мембраны обратного осмоса серьезно влияет на производительность системы обратного осмоса. Разница давлений между входом и выходом компонентов обратного осмоса быстро увеличивается, что приводит к снижению выхода воды через мембранные компоненты. Иногда биологическое загрязнение происходит на стороне производства воды, что приводит к загрязнению очищенной воды. Например, при техническом обслуживании устройств обратного осмоса на некоторых тепловых электростанциях на мембранных элементах и трубах с чистой водой обнаруживается зеленый мох, что является типичным примером микробного загрязнения.
Если мембранный элемент загрязнен микроорганизмами и на нем образуется биопленка, его очистка становится очень сложной. Кроме того, не полностью удаленные биопленки приводят к быстрому повторному росту микроорганизмов. Поэтому контроль за микроорганизмами является одной из важнейших задач предварительной обработки, особенно для систем обратного осмоса, использующих в качестве источников воды морскую воду, поверхностные воды и сточные воды.
Основными методами предотвращения проникновения микроорганизмов на мембрану являются: хлорирование, микрофильтрация или ультрафильтрация, озонирование, ультрафиолетовая стерилизация, добавление бисульфита натрия. Наиболее распространенными методами в системах водоподготовки тепловых электростанций являются хлорирование и ультрафильтрация перед обратным осмосом.
В качестве стерилизующего агента хлор способен быстро инактивировать многие патогенные микроорганизмы. Эффективность хлора зависит от его концентрации, pH воды и времени контакта. В инженерных приложениях остаточное содержание хлора в воде обычно контролируется на уровне более 0,5–1,0 мг, а время реакции составляет 20–30 минут. Дозировку хлора необходимо определять методом отладки, поскольку органические вещества в воде также потребляют хлор. Хлор используется для стерилизации, и оптимальное практическое значение pH составляет 4–6.
Применение хлорирования в системах с морской водой отличается от хлорирования в солоноватой воде. Обычно в морской воде содержится около 65 мг брома. При химической обработке морской воды водородом она сначала реагирует с хлорноватистой кислотой, образуя бромистоводородную кислоту, поэтому ее бактерицидное действие обусловлено скорее гипохлористой кислотой, чем хлорноватистой, и бромистоводородная кислота не разлагается при более высоком значении pH. Следовательно, эффект хлорирования лучше, чем в солоноватой воде.
Поскольку мембранный элемент композитного материала предъявляет определенные требования к остаточному содержанию хлора в воде, после хлорной стерилизации необходимо проводить обработку для снижения содержания хлора.
4. Контроль органического загрязнения
Адсорбция органических веществ на поверхности мембраны приведет к снижению потока через мембрану, а в тяжелых случаях — к необратимой потере потока через мембрану и повлияет на срок службы мембраны.
Что касается поверхностных вод, большая часть которых состоит из природных продуктов, то комбинированный процесс обработки, включающий коагуляционную очистку, фильтрацию с коагуляцией постоянного тока и фильтрацию с активированным углем, позволяет значительно снизить содержание органических веществ в воде и соответствовать требованиям к воде, очищенной методом обратного осмоса.
5. Контроль концентрационной поляризации
В процессе обратного осмоса иногда возникает высокий градиент концентрации между концентрированной водой на поверхности мембраны и поступающей водой, называемый концентрационной поляризацией. При возникновении этого явления на поверхности мембраны образуется слой относительно высокой концентрации и относительно стабильного состояния, так называемый «критический слой», что препятствует эффективному осуществлению процесса обратного осмоса. Это происходит потому, что концентрационная поляризация увеличивает давление проницаемости раствора на поверхности мембраны, и движущая сила процесса обратного осмоса снижается, что приводит к уменьшению выхода воды и скорости опреснения. При сильной концентрационной поляризации на поверхности мембраны выпадают в осадок и образуется накипь из некоторых слаборастворенных солей. Для предотвращения концентрационной поляризации эффективным методом является поддержание турбулентного состояния потока концентрированной воды, то есть увеличение скорости потока на входе для повышения концентрации микрорастворенных солей на поверхности мембраны до минимального значения. Кроме того, после выключения устройства обратного осмоса для очистки воды необходимо своевременно промыть концентрированную воду, оставшуюся на стороне замененного концентрированного раствора.
описание2