- Čistenie odpadových plynov
- Čistenie kalov
- Úprava vody
- Prenosný systém čistenia vody typu RO
- Systém reverznej osmózy z nehrdzavejúcej ocele
- Kontajnerové systémy na úpravu vody
- Systém na odsoľovanie morskej vody
- Systémy na úpravu vody UF
- Systémy na úpravu vody NF
- Systémy na úpravu vody EDI atď.
- Plniaca linka na vodu do fliaš/vedier/vreciek
- Systém čistenia odpadových vôd MBR
- Komplexná úprava vody
0102030405
Priemyselný systém reverznej osmózy
Úvod do projektu
Princíp systému reverznej osmózy
Pri určitej teplote sa na oddelenie sladkej vody od soľného roztoku používa polopriepustná membrána. Sladká voda sa cez polopriepustnú membránu presúva do soľného roztoku. Keď hladina kvapaliny na soľnej strane pravej komory stúpa, vytvára sa určitý tlak, ktorý zabraňuje prechodu sladkej vody z ľavej komory na soľnú stranu, čím sa dosiahne rovnováha. Rovnovážny tlak v tomto čase sa nazýva osmotický tlak roztoku a tento jav sa nazýva osmóza. Ak sa na soľnú stranu pravej komory aplikuje vonkajší tlak presahujúci osmotický tlak, voda v soľnom roztoku pravej komory sa presunie cez polopriepustnú membránu do sladkej vody ľavej komory, čím sa sladká voda môže oddeliť od slanej vody. Tento jav je opakom javu priepustnosti a nazýva sa jav spätnej priepustnosti.
Základom systému odsoľovania reverznou osmózou je teda
(1) Selektívna priepustnosť polopriepustnej membrány, to znamená, že selektívne prepúšťa vodu, ale neprepúšťa soľ;
(2) Vonkajší tlak v soľnej komore je vyšší ako osmotický tlak v soľnej komore a v komore so sladkou vodou, čo poskytuje hnaciu silu pre pohyb vody zo soľnej komory do komory so sladkou vodou. Typické osmotické tlaky pre niektoré roztoky sú uvedené v tabuľke nižšie.
Vyššie uvedená polopriepustná membrána používaná na oddelenie sladkej vody od slanej vody sa nazýva membrána reverznej osmózy. Membrána reverznej osmózy je väčšinou vyrobená z polymérnych materiálov. V súčasnosti je membrána reverznej osmózy používaná v tepelných elektrárňach vyrobená prevažne z aromatických polyamidových kompozitných materiálov.
Technológia reverznej osmózy RO (reverzná osmóza) je membránová separačná a filtračná technológia poháňaná tlakovým rozdielom. Jej póry sú malé ako nanometer (1 nanometer = 10-9 metrov). Pri určitom tlaku môžu molekuly H20 prejsť cez RO membránu. Anorganické soli, ióny ťažkých kovov, organické látky, koloidy, baktérie, vírusy a iné nečistoty v zdrojovej vode cez RO membránu prejsť nemôžu, takže je možné presne rozlíšiť čistú vodu, ktorá cez ňu prechádza, od koncentrovanej vody, ktorá cez ňu neprechádza.
V priemyselných aplikáciách používajú zariadenia na reverznú osmózu špecializované zariadenia na uľahčenie procesu reverznej osmózy. Priemyselné systémy reverznej osmózy sú určené na úpravu veľkých objemov vody a používajú sa v rôznych odvetviach vrátane poľnohospodárstva, farmaceutického priemyslu a výroby. Zariadenia používané v týchto systémoch sú špeciálne navrhnuté tak, aby zabezpečili, že proces reverznej osmózy je efektívny a účinný pri výrobe sladkej vody zo zdrojov slanej vody.
Proces reverznej osmózy je dôležitá technológia odsoľovania morskej vody, ktorá môže zabezpečiť zásobovanie sladkou vodou oblasti, kde je voda vzácna alebo kde sú tradičné zdroje vody znečistené. S pokrokom zariadení a technológií reverznej osmózy zostáva tento proces kľúčovým riešením nedostatku vody a problémov s jej kvalitou na celom svete.
Hlavné vlastnosti membrány reverznej osmózy:
Smerovosť a separačné charakteristiky membránovej separácie
Praktická membrána s reverznou osmózou je asymetrická membrána, má povrchovú vrstvu a nosnú vrstvu, má zrejmý smer a selektivitu. Takzvaná smerovosť spočíva v tom, že sa povrch membrány umiestni do vysokotlakovej soľanky na odsoľovanie, čím sa zvýši priepustnosť membrány pre vodu, a tým sa zvýši aj rýchlosť odsoľovania. Keď sa nosná vrstva membrány umiestni do vysokotlakovej soľanky, rýchlosť odsoľovania sa so zvyšujúcim sa tlakom takmer rovná nule, ale priepustnosť vody sa výrazne zvýši. Vďaka tejto smerovosti sa nedá použiť v opačnom smere.
Separačné charakteristiky reverznej osmózy pre ióny a organické látky vo vode nie sú rovnaké, čo možno zhrnúť takto
(1) Organická hmota sa ľahšie oddeľuje ako anorganická hmota
(2) Elektrolyty sa oddeľujú ľahšie ako neelektrolyty. Elektrolyty s vysokým nábojom sa oddeľujú ľahšie a ich rýchlosti odstraňovania sú vo všeobecnosti v nasledujúcom poradí: Fe3+> Ca2+> Na+ PO43-> S042-> C | - pre elektrolyt platí, že čím väčšia je molekula, tým ľahšie sa odstraňuje.
(3) Rýchlosť odstraňovania anorganických iónov súvisí s hydrátom a polomerom hydratovaných iónov v stave hydratácie iónov. Čím väčší je polomer hydratovaného iónu, tým ľahšie sa odstraňuje. Poradie rýchlosti odstraňovania je nasledovné:
Mg2+, Ca2+ > Li+ > Na+ > K+; F-> C|-> Br-> NO3-
(4) Pravidlá separácie polárnej organickej hmoty:
Aldehyd > Alkohol > Amín > Kyselina, terciárny amín > Sekundárny amín > Primárny amín, kyselina citrónová > Kyselina vínna > Kyselina jablčná > Kyselina mliečna > Kyselina octová
Nedávny pokrok v čistení odpadových plynov predstavuje významný pokrok v riešení environmentálnych výziev a zároveň poskytuje podnikom príležitosti na prosperitu udržateľným a ekologickým spôsobom. Toto inovatívne riešenie bude mať nepochybne pozitívny vplyv v oblasti čistenia odpadových plynov a ochrany životného prostredia vďaka prísľubu vysokej účinnosti, nízkych prevádzkových nákladov a nulového sekundárneho znečistenia.
(5) Párové izoméry: terc- > Rôzne (izo-) > Zhong (sek-) > Originálne (pri-)
(6) Výkonnosť separácie sodných solí organickej hmoty je dobrá, zatiaľ čo fenol a organizmy fenolového radu vykazujú negatívnu separáciu. Keď sú vodné roztoky polárnych alebo nepolárnych, disociovaných alebo nedisociovaných organických rozpustených látok oddelené membránou, interakčné sily medzi rozpustenou látkou, rozpúšťadlom a membránou určujú selektívnu priepustnosť membrány. Medzi tieto účinky patrí elektrostatická sila, väzbová sila vodíkových väzieb, hydrofóbnosť a prenos elektrónov.
(7) Rozpustené látky majú vo všeobecnosti malý vplyv na fyzikálne vlastnosti alebo prenosové schopnosti membrány. Iba fenol alebo niektoré organické zlúčeniny s nízkou molekulovou hmotnosťou spôsobia, že acetát celulózy vo vodnom roztoku expanduje. Prítomnosť týchto zložiek vo všeobecnosti zníži tok vody cez membránu, niekedy až výrazne.
(8) Účinok odstraňovania dusičnanov, chloristanov, kyanidov a tiokyanátov nie je taký dobrý ako pri chloridoch a účinok odstraňovania amónnej soli nie je taký dobrý ako pri sodnej soli.
(9) Väčšinu zložiek s relatívnou molekulovou hmotnosťou väčšou ako 150, či už ide o elektrolyty alebo neelektrolyty, možno dobre odstrániť
Okrem toho je poradie separácie aromatických uhľovodíkov, cykloalkánov, alkánov a chloridu sodného u membrán reverznej osmózy odlišné.
(2) Vysokotlakové čerpadlo
Pri prevádzke membrány s reverznou osmózou je potrebné vodu pomocou vysokotlakového čerpadla dopraviť na stanovený tlak, aby sa dokončil proces odsoľovania. V súčasnosti sa v tepelných elektrárňach používajú odstredivé, piestové, skrutkové a iné typy vysokotlakových čerpadiel, medzi ktorými je najpoužívanejšie viacstupňové odstredivé čerpadlo. Toto čerpadlo môže dosiahnuť viac ako 90 % účinnosti a ušetriť tak energiu. Tento typ čerpadla sa vyznačuje vysokou účinnosťou.
(3) Ontológia reverznej osmózy
Reverzná osmóza je kombinovaná jednotka na úpravu vody, ktorá kombinuje a spája komponenty membrány reverznej osmózy s potrubím v určitom usporiadaní. Jedna membrána reverznej osmózy sa nazýva membránový prvok. Snímací počet komponentov membrány reverznej osmózy je zapojený do série podľa určitých technických požiadaviek a zostavený s jedným plášťom membrány reverznej osmózy, čím vytvára membránový komponent.
1. Membránový prvok
Membránový prvok reverznej osmózy Základná jednotka vyrobená z membrány reverznej osmózy a nosného materiálu s priemyselnou funkciou. V súčasnosti sa špirálové membránové prvky používajú hlavne v tepelných elektrárňach.
V súčasnosti rôzni výrobcovia membrán vyrábajú rôzne membránové komponenty pre rôznych priemyselných odvetví. Membránové prvky používané v tepelných elektrárňach možno zhruba rozdeliť na: membránové prvky na vysokotlakové odsoľovanie morskej vody a reverznú osmózu; nízkotlakové a ultranízkotlakové reverzné membránové prvky na odsoľovanie brakickej vody; membránové prvky proti znečisteniu.
Základné požiadavky na membránové prvky sú:
A. Hustota balenia filmu čo najvyššia.
B. Nie je ľahké koncentrovať polarizáciu
C. Silná schopnosť proti znečisteniu
D. Je vhodné čistiť a vymieňať membránu
E. Cena je nízka
2. Membránový plášť
Tlaková nádoba používaná na naplnenie membránového prvku reverznej osmózy v telese zariadenia s reverznou osmózou sa nazýva membránový plášť, tiež známy ako „tlaková nádoba“, výrobná jednotka je Haide Energy, každá tlaková nádoba je dlhá približne 7 metrov.
Plášť fóliového plášťa je zvyčajne vyrobený z epoxidovej tkaniny vystuženej sklenenými vláknami a vonkajší štetec je z epoxidovej farby. Existujú aj výrobcovia produktov pre fóliový plášť z nehrdzavejúcej ocele. Vzhľadom na silnú odolnosť FRP voči korózii si väčšina tepelných elektrární vyberá fóliový plášť FRP. Materiál tlakovej nádoby je FRP.
Faktory ovplyvňujúce výkon systému úpravy vody s reverznou osmózou:
Pre špecifické podmienky systému sú prietok vody a rýchlosť odsoľovania charakteristikami membrány reverznej osmózy a existuje mnoho faktorov ovplyvňujúcich prietok vody a rýchlosť odsoľovania telesa reverznej osmózy, najmä tlak, teplota, rýchlosť regenerácie, slanosť prítoku a hodnota pH.
(1) Vplyv tlaku
Vstupný tlak membrány reverznej osmózy priamo ovplyvňuje membránový tok a rýchlosť odsoľovania membránou reverznej osmózy. Zvýšenie membránového toku má lineárny vzťah so vstupným tlakom reverznej osmózy. Rýchlosť odsoľovania má lineárny vzťah s prítokovým tlakom, ale keď tlak dosiahne určitú hodnotu, krivka zmeny rýchlosti odsoľovania má tendenciu byť plochá a rýchlosť odsoľovania sa už nezvyšuje.
(2) Vplyv teploty
Rýchlosť odsoľovania klesá so zvyšujúcou sa vstupnou teplotou reverznej osmózy. Výťažok vody sa však zvyšuje takmer lineárne. Hlavným dôvodom je, že so zvyšujúcou sa teplotou sa znižuje viskozita molekúl vody a ich difúzna schopnosť je silná, takže tok vody sa zvyšuje. So zvyšujúcou sa teplotou sa zrýchľuje rýchlosť prechodu soli cez membránu reverznej osmózy, čím sa znižuje rýchlosť odsoľovania. Teplota surovej vody je dôležitým referenčným ukazovateľom pre návrh systému reverznej osmózy. Napríklad, keď elektráreň prechádza technickou transformáciou reverznej osmózy, teplota surovej vody v návrhu sa vypočíta podľa 25 ℃ a vypočítaný vstupný tlak je 1,6 MPa. Teplota vody v skutočnej prevádzke systému je však iba 8 ℃ a vstupný tlak sa musí zvýšiť na 2,0 MPa, aby sa zabezpečil projektovaný prietok sladkej vody. V dôsledku toho sa zvyšuje spotreba energie pri prevádzke systému, skracuje sa životnosť vnútorného tesniaceho krúžku membránovej súčasti zariadenia na reverznú osmózu a zvyšujú sa náklady na údržbu zariadenia.
(3) Vplyv obsahu soli
Koncentrácia soli vo vode je dôležitým ukazovateľom ovplyvňujúcim osmotický tlak membrány a osmotický tlak membrány sa zvyšuje so zvyšujúcim sa obsahom soli. Za podmienky, že vstupný tlak reverznej osmózy zostáva nezmenený, obsah soli vo vstupnej vode sa zvyšuje. Pretože zvýšenie osmotického tlaku kompenzuje časť vstupnej sily, tok sa znižuje a znižuje sa aj rýchlosť odsoľovania.
(4) Vplyv miery zotavenia
Zvýšenie miery regenerácie systému reverznej osmózy povedie k vyššiemu obsahu soli vo vstupnej vode membránového prvku v smere prúdenia, čo má za následok zvýšenie osmotického tlaku. To kompenzuje hnací účinok vstupného tlaku vody reverznej osmózy, čím sa zníži výťažnosť vody. Zvýšenie obsahu soli vo vstupnej vode membránového prvku vedie k zvýšeniu obsahu soli v sladkej vode, čím sa znižuje miera odsoľovania. V návrhu systému maximálna miera regenerácie systému reverznej osmózy nezávisí od obmedzenia osmotického tlaku, ale často závisí od zloženia a obsahu soli v surovej vode, pretože so zlepšením miery regenerácie sa v procese koncentrácie hromadia mikrorozpustné soli, ako je uhličitan vápenatý, síran vápenatý a kremík.
(5) Vplyv hodnoty pH
Rozsah pH platný pre rôzne typy membránových prvkov sa značne líši. Napríklad prietok vody a rýchlosť odsoľovania acetátovej membrány bývajú stabilné v rozsahu hodnôt pH 4 – 8 a sú výrazne ovplyvnené v rozsahu hodnôt pH pod 4 alebo nad 8. V súčasnosti je prevažná väčšina membránových materiálov používaných v priemyselnej úprave vody kompozitné materiály, ktoré sa prispôsobujú širokému rozsahu hodnôt pH (hodnota pH sa dá v nepretržitej prevádzke regulovať v rozsahu 3 – 10 a prietok membrány a rýchlosť odsoľovania sú v tomto rozsahu relatívne stabilné).
Metóda predúpravy membránou reverznej osmózy:
Membránová filtrácia s reverznou osmózou sa líši od filtrácie s filtračným lôžkom. Filtračné lôžko je úplná filtrácia, čo znamená, že surová voda prechádza cez celú filtračnú vrstvu. Membránová filtrácia s reverznou osmózou je metóda filtrácie s priečnym tokom, čo znamená, že časť surovej vody prechádza cez membránu vo vertikálnom smere s membránou. V tomto okamihu sú soli a rôzne znečisťujúce látky zachytené membránou a odvedené zvyšnou časťou surovej vody, ktorá tečie rovnobežne s povrchom membrány, ale znečisťujúce látky nie sú úplne odstránené. Postupom času zvyškové znečisťujúce látky spôsobujú vážnejšie znečistenie membránových prvkov. A čím vyššie je množstvo znečisťujúcich látok v surovej vode a čím vyššia je rýchlosť regenerácie, tým rýchlejšie je znečistenie membrány.
1. Ovládanie mierky
Keď sa nerozpustné soli v surovej vode neustále koncentrujú v membránovom prvku a prekročia svoj limit rozpustnosti, zrážajú sa na povrchu membrány reverznej osmózy, čo sa nazýva „usadzovanie vodného kameňa“. Keď je určený zdroj vody, so zvyšujúcou sa mierou regenerácie systému reverznej osmózy sa zvyšuje aj riziko usadzovania vodného kameňa. V súčasnosti je zvykom zvyšovať mieru recyklácie kvôli nedostatku vody alebo vplyvom vypúšťania odpadových vôd na životné prostredie. V tomto prípade sú obzvlášť dôležité premyslené opatrenia na kontrolu usadzovania vodného kameňa. V systéme reverznej osmózy sú bežnými žiaruvzdornými soľami CaCO3, CaSO4 a Si02 a ďalšími zlúčeninami, ktoré môžu vytvárať vodný kameň, sú CaF2, BaS04, SrS04 a Ca3(PO4)2. Bežnou metódou inhibície usadzovania vodného kameňa je pridanie inhibítora usadzovania vodného kameňa. Inhibítory usadzovania vodného kameňa používané v mojej dielni sú Nalco PC191 a Europe and America NP200.
2. Kontrola kontaminácie koloidnými a pevnými časticami
Koloidné a časticové znečistenie môže vážne ovplyvniť výkon membránových prvkov reverznej osmózy, napríklad výrazne znížiť výstup sladkej vody a niekedy aj znížiť rýchlosť odsoľovania. Počiatočným príznakom koloidného a časticového znečistenia je zvýšenie tlakového rozdielu medzi vstupom a výstupom membránových prvkov reverznej osmózy.
Najbežnejším spôsobom posúdenia koloidu a častíc vody v membránových prvkoch reverznej osmózy je meranie hodnoty SDI vody, niekedy nazývanej hodnota F (index znečistenia), ktorá je jedným z dôležitých ukazovateľov na monitorovanie prevádzky systému predúpravy reverznej osmózy.
SDI (index hustoty kalu) je zmena rýchlosti filtrácie vody za jednotku času, ktorá indikuje znečistenie kvality vody. Množstvo koloidu a pevných častíc vo vode ovplyvňuje veľkosť SDI. Hodnotu SDI je možné určiť pomocou prístroja na meranie SDI.
3. Kontrola mikrobiálnej kontaminácie membrán
Medzi mikroorganizmy v surovej vode patria najmä baktérie, riasy, huby, vírusy a iné vyššie organizmy. V procese reverznej osmózy sa mikroorganizmy a rozpustené živiny vo vode neustále koncentrujú a obohacujú v membránovom prvku, čo sa stáva ideálnym prostredím a procesom pre tvorbu biofilmu. Biologická kontaminácia membránových komponentov reverznej osmózy vážne ovplyvňuje výkon systému reverznej osmózy. Rozdiel tlaku medzi vstupom a výstupom komponentov reverznej osmózy sa rýchlo zvyšuje, čo vedie k zníženiu výťažnosti vody z membránových komponentov. Niekedy dochádza k biologickej kontaminácii na strane výroby vody, čo vedie ku kontaminácii produkčnej vody. Napríklad pri údržbe zariadení na reverznú osmózu v niektorých tepelných elektrárňach sa na membránových prvkoch a potrubiach na sladkú vodu nachádza zelený mach, čo je typické mikrobiálne znečistenie.
Keď je membránový prvok kontaminovaný mikroorganizmami a vytvorí sa biofilm, jeho čistenie je veľmi náročné. Okrem toho, biofilmy, ktoré nie sú úplne odstránené, spôsobia opätovný rýchly rast mikroorganizmov. Preto je kontrola mikroorganizmov jednou z najdôležitejších úloh predúpravy, najmä v systémoch predúpravy s reverznou osmózou, ktoré ako zdroje vody používajú morskú vodu, povrchovú vodu a odpadovú vodu.
Hlavné metódy na prevenciu membránových mikroorganizmov sú: chlór, mikrofiltrácia alebo ultrafiltrácia, ozónová oxidácia, ultrafialová sterilizácia, pridanie hydrogenuhličitanu sodného. Bežne používané metódy v systémoch úpravy vody v tepelných elektrárňach sú chlórovanie, sterilizácia a ultrafiltračná technológia úpravy vody pred reverznou osmózou.
Ako sterilizačné činidlo je chlór schopný rýchlo inaktivovať mnoho patogénnych mikroorganizmov. Účinnosť chlóru závisí od koncentrácie chlóru, pH vody a času kontaktu. V technických aplikáciách sa zvyškový chlór vo vode zvyčajne kontroluje na viac ako 0,5 až 1,0 mg a reakčný čas sa kontroluje na 20 až 30 minút. Dávkovanie chlóru je potrebné určiť pri odstraňovaní chlóru, pretože organické látky vo vode tiež spotrebúvajú chlór. Chlór sa používa na sterilizáciu a najlepšia praktická hodnota pH je 4 až 6.
Použitie chlórovania v systémoch s morskou vodou sa líši od použitia v brakickej vode. V morskej vode sa zvyčajne nachádza približne 65 mg brómu. Keď sa morská voda chemicky upraví vodíkom, najprv reaguje s kyselinou chlórnou za vzniku kyseliny brómovej, takže jej baktericídny účinok je skôr na vlhkú kyselinu ako na kyselinu chlórnu a kyselina brómová sa pri vyššej hodnote pH nerozkladá. Účinok chlórovania je preto lepší ako v brakickej vode.
Pretože membránový prvok z kompozitného materiálu má určité požiadavky na zvyškový chlór vo vode, je potrebné po sterilizácii chlórom vykonať dechloráciu a redukciu.
4. Kontrola organického znečistenia
Adsorpcia organickej hmoty na povrchu membrány spôsobí zníženie membránového toku a v závažných prípadoch spôsobí nezvratnú stratu membránového toku a ovplyvní praktickú životnosť membrány.
V prípade povrchovej vody je väčšina vody prírodný produkt, ktorý sa pomocou kombinovaného procesu úpravy koaguláciou, DC koaguláciou a filtráciou aktívnym uhlím výrazne znižuje obsah organických látok vo vode a spĺňa požiadavky na vodu s reverznou osmózou.
5. Riadenie koncentračnej polarizácie
V procese reverznej osmózy sa niekedy vyskytuje vysoký koncentračný gradient medzi koncentrovanou vodou na povrchu membrány a pritekajúcou vodou, čo sa nazýva koncentračná polarizácia. Keď k tomuto javu dôjde, na povrchu membrány sa vytvorí vrstva s relatívne vysokou koncentráciou a relatívne stabilnou, tzv. „kritickou vrstvou“, ktorá bráni účinnému vykonávaniu procesu reverznej osmózy. Je to preto, že koncentračná polarizácia zvyšuje priepustný tlak roztoku na povrchu membrány a znižuje hnaciu silu procesu reverznej osmózy, čo vedie k zníženiu výťažnosti vody a rýchlosti odsoľovania. Pri silnej koncentračnej polarizácii sa niektoré mierne rozpustené soli vyzrážajú a usadzujú na povrchu membrány. Aby sa predišlo koncentračnej polarizácii, účinnou metódou je zabezpečiť, aby tok koncentrovanej vody neustále udržiaval turbulentný stav, a to zvýšením vstupného prietoku, aby sa zvýšil prietok koncentrovanej vody, čím sa koncentrácia mikrorozpustených solí na povrchu membrány zníži na najnižšiu hodnotu. Okrem toho, po vypnutí zariadenia na úpravu vody s reverznou osmózou by sa mala koncentrovaná voda na strane nahradenej koncentrovanej vody včas prepláchnuť.
popis2