- Очищення відхідних газів
- Обробка осаду
- Очищення води
- Портативна система очищення води типу RO
- Система зворотного осмосу з нержавіючої сталі
- Контейнерні системи очищення води
- Система опріснення морської води
- Системи очищення води ультрафільтрацією
- Системи очищення води NF
- Системи очищення води EDI тощо
- Лінія розливу води у пляшки/відра/пакети
- Система очищення стічних вод MBR
- Комплексне очищення води
0102030405
Промислова система зворотного осмосу
Вступ до проекту
Принцип роботи системи зворотного осмосу
За певної температури напівпроникна мембрана використовується для відділення прісної води від сольового розчину. Прісна вода переміщується до сольового розчину через напівпроникну мембрану. Коли рівень рідини на сольовій стороні правого шлуночка підвищується, створюється певний тиск, який запобігає переходу прісної води з лівого шлуночка до сольового розчину, і нарешті досягається рівновага. Рівноважний тиск у цей момент називається осмотичним тиском розчину, а це явище називається осмосом. Якщо до сольової сторони правого шлуночка прикладається зовнішній тиск, що перевищує осмотичний тиск, вода в сольовому розчині правого шлуночка переміститься до прісної води лівого шлуночка через напівпроникну мембрану, так що прісна вода може бути відокремлена від солоної води. Це явище є протилежним явищу проникності, яке називається явищем зворотної проникності.
Таким чином, основою системи опріснення зворотним осмосом є
(1) Вибіркова проникність напівпроникної мембрани, тобто вибірково пропускає воду, але не пропускає сіль;
(2) Зовнішній тиск у сольовій камері перевищує осмотичний тиск у сольовій камері та камері з прісною водою, що забезпечує рушійну силу для переміщення води з сольової камери до камери з прісною водою. Типові значення осмотичного тиску для деяких розчинів наведено в таблиці нижче.
Вищезгадана напівпроникна мембрана, яка використовується для відділення прісної води від солоної, називається мембраною зворотного осмосу. Мембрана зворотного осмосу здебільшого виготовляється з полімерних матеріалів. Наразі мембрана зворотного осмосу, що використовується на теплових електростанціях, здебільшого виготовляється з ароматичних поліамідних композитних матеріалів.
Технологія зворотного осмосу RO (зворотний осмос) – це технологія мембранного розділення та фільтрації, що працює на різниці тисків. Розмір її пор становить лише нанометр (1 нанометр = 10⁻⁹ метрів). Під певним тиском молекули H₂O можуть проходити через мембрану RO, тоді як неорганічні солі, іони важких металів, органічні речовини, колоїди, бактерії, віруси та інші домішки у вихідній воді не можуть пройти через неї, тому можна чітко розрізнити чисту воду, яка може пройти, та концентровану воду, яка не може.
У промисловому застосуванні установки зворотного осмосу використовують спеціалізоване обладнання для полегшення процесу зворотного осмосу. Промислові системи зворотного осмосу призначені для обробки великих об'ємів води та використовуються в різних галузях промисловості, включаючи сільське господарство, фармацевтику та виробництво. Обладнання, що використовується в цих системах, спеціально розроблене для забезпечення ефективності та результативності процесу зворотного осмосу у виробництві прісної води з джерел солоної води.
Процес зворотного осмосу є важливою технологією опріснення морської води, яка може забезпечити прісною водою райони, де вода є дефіцитною або де традиційні джерела води забруднені. З розвитком обладнання та технологій зворотного осмосу цей процес залишається ключовим рішенням для вирішення проблем дефіциту води та її якості в усьому світі.
Основні характеристики мембрани зворотного осмосу:
Спрямованість та розділювальні характеристики мембранного розділення
Практична мембрана зворотного осмосу є асиметричною мембраною, яка має поверхневий шар та опорний шар, що має очевидний напрямок та селективність. Так звана спрямованість полягає в тому, що поверхню мембрани поміщають у розсіл високого тиску для знесолення, тиск збільшує водопроникність мембрани, а отже, швидкість знесолення також збільшується. Коли опорний шар мембрани поміщають у розсіл високого тиску, швидкість знесолення майже дорівнює 0 зі збільшенням тиску, але водопроникність значно збільшується. Через цю спрямованість її не можна використовувати у зворотному напрямку.
Характеристики розділення іонів та органічних речовин у воді за допомогою зворотного осмосу не однакові, що можна підсумувати наступним чином.
(1) Органічні речовини легше відокремити, ніж неорганічні
(2) Електроліти легше розділити, ніж неелектроліти. Електроліти з високими зарядами легше розділити, і швидкість їх видалення зазвичай знаходиться в такому порядку: Fe3+> Ca2+> Na+ PO43-> S042-> C | - для електроліту, чим більша молекула, тим легше її видалити.
(3) Швидкість видалення неорганічних іонів пов'язана з гідратом та радіусом гідратованих іонів у стані гідратації іонів. Чим більший радіус гідратованого іона, тим легше його видалити. Порядок швидкості видалення такий:
Mg2+, Ca2+> Li+ > Na+ > K+; F-> C|-> Br-> NO3-
(4) Правила розділення полярної органічної речовини:
Альдегід > Спирт > Амін > Кислота, третинний амін > Вторинний амін > Первинний амін, лимонна кислота > Винна кислота > Яблучна кислота > Молочна кислота > Оцтова кислота
Нещодавні досягнення в очищенні відхідних газів є значним прогресом у вирішенні екологічних проблем, а також надають можливості для процвітання бізнесу сталим та екологічно безпечним способом. Це інноваційне рішення, безумовно, матиме позитивний вплив у сферах очищення відхідних газів та захисту навколишнього середовища, завдяки високій ефективності, низьким експлуатаційним витратам та нульовому вторинному забрудненню.
(5) Парні ізомери: трет- > Різні (ізо-) > Чжун (сек-) > Оригінальні (при-)
(6) Показники розділення натрієвих солей органічної речовини хороші, тоді як фенол та фенольні організми демонструють негативне розділення. Коли водні розчини полярних або неполярних, дисоційованих або недисоційованих органічних розчинених речовин розділяються мембраною, сили взаємодії між розчиненою речовиною, розчинником та мембраною визначають селективну проникність мембрани. Ці ефекти включають електростатичні сили, силу зв'язування водневих зв'язків, гідрофобність та перенос електронів.
(7) Зазвичай, розчинені речовини мають незначний вплив на фізичні властивості або переносні властивості мембрани. Лише фенол або деякі низькомолекулярні органічні сполуки можуть спричинити розширення ацетату целюлози у водному розчині. Присутність цих компонентів, як правило, зменшує потік води через мембрану, іноді значно.
(8) Ефект видалення нітратів, перхлорату, ціаніду та тіоціанату не такий хороший, як у хлориду, а ефект видалення солі амонію не такий хороший, як у солі натрію.
(9) Більшість компонентів з відносною молекулярною масою понад 150, незалежно від того, чи є вони електролітами чи неелектролітами, можна добре видалити
Крім того, порядок розділення ароматичних вуглеводнів, циклоалканів, алканів та хлориду натрію в мембрані зворотного осмосу відрізняється.
(2) Насос високого тиску
Під час роботи мембрани зворотного осмосу воду необхідно подавати до заданого тиску за допомогою насоса високого тиску для завершення процесу знесолення. Наразі насоси високого тиску, що використовуються на теплових електростанціях, мають відцентрові, плунжерні, гвинтові та інші форми, серед яких найбільш широко використовується багатоступеневий відцентровий насос. Він може досягати понад 90% ефективності та заощаджувати енергію. Цей тип насоса характеризується високою ефективністю.
(3) Онтологія зворотного осмосу
Корпус зворотного осмосу – це комбінований блок очищення води, який поєднує та з'єднує компоненти мембрани зворотного осмосу з трубами у певному порядку. Одна мембрана зворотного осмосу називається мембранним елементом. Чутлива кількість компонентів мембрани зворотного осмосу з'єднуються послідовно відповідно до певних технічних вимог та збираються з однією оболонкою мембрани зворотного осмосу, утворюючи мембранний компонент.
1. Мембранний елемент
Елемент мембрани зворотного осмосу. Базовий блок, виготовлений з мембрани зворотного осмосу та допоміжного матеріалу, призначений для промислового використання. Наразі змійовикові мембранні елементи в основному використовуються на теплових електростанціях.
Наразі різні виробники мембран виробляють різноманітні мембранні компоненти для різних галузей промисловості. Мембранні елементи, що застосовуються на теплових електростанціях, можна умовно розділити на: мембранні елементи зворотного осмосу для опріснення морської води високого тиску; зворотні мембранні елементи для опріснення солонуватої води низького та наднизького тиску; протиобростаючі мембранні елементи.
Основні вимоги до мембранних елементів:
A. Щільність упаковки плівки якомога вище.
B. Нелегка концентраційна поляризація
C. Сильна здатність проти забруднення
D. Зручно чистити та замінювати мембрану
E. Ціна низька
2. Мембранна оболонка
Посудина під тиском, яка використовується для завантаження мембранного елемента зворотного осмосу в корпус пристрою зворотного осмосу, називається мембранною оболонкою, також відома як "посудина під тиском", виробничий блок - це Haide Energy, кожна посудина під тиском має довжину близько 7 метрів.
Оболонка плівкової оболонки зазвичай виготовлена з епоксидної склопластикової тканини, армованої скловолокном, а зовнішня щітка - з епоксидної фарби. Також є деякі виробники продукції для плівкової оболонки з нержавіючої сталі. Через високу корозійну стійкість FRP більшість теплових електростанцій обирають плівкову оболонку FRP. Матеріалом посудини під тиском є FRP.
Фактори, що впливають на роботу системи очищення води зворотним осмосом:
Для конкретних системних умов, потік води та швидкість знесолення є характеристиками мембрани зворотного осмосу, і існує багато факторів, що впливають на потік води та швидкість знесолення корпусу зворотного осмосу, головним чином включаючи тиск, температуру, швидкість відновлення, солоність вхідної води та значення pH.
(1) Вплив тиску
Вхідний тиск мембрани зворотного осмосу безпосередньо впливає на мембранний потік та швидкість опріснення мембрани зворотного осмосу. Збільшення мембранного потоку має лінійну залежність від вхідного тиску зворотного осмосу. Швидкість опріснення має лінійну залежність від тиску вхідної води, але коли тиск досягає певного значення, крива зміни швидкості опріснення має тенденцію до пологої форми, і швидкість опріснення більше не збільшується.
(2) Вплив температури
Швидкість знесолення зменшується зі збільшенням температури на вході системи зворотного осмосу. Однак, потік води зростає майже лінійно. Основна причина полягає в тому, що зі збільшенням температури в'язкість молекул води зменшується, а дифузійна здатність зростає, тому потік води збільшується. Зі збільшенням температури швидкість проходження солі через мембрану зворотного осмосу прискорюється, тому швидкість опріснення зменшується. Температура сирої води є важливим показником для проектування системи зворотного осмосу. Наприклад, коли електростанція зазнає технічної трансформації в технології зворотного осмосу, температура сирої води в проекті розраховується відповідно до 25℃, а розрахунковий тиск на вході становить 1,6 МПа. Однак, температура води в фактичній роботі системи становить лише 8℃, і тиск на вході необхідно збільшити до 2,0 МПа, щоб забезпечити розрахунковий потік прісної води. В результаті збільшується енергоспоживання системи, скорочується термін служби внутрішнього ущільнювального кільця мембранного компонента пристрою зворотного осмосу та збільшуються витрати на технічне обслуговування обладнання.
(3) Вплив вмісту солі
Концентрація солі у воді є важливим показником, що впливає на осмотичний тиск мембрани, і осмотичний тиск мембрани зростає зі збільшенням вмісту солі. За умови, що вхідний тиск зворотного осмосу залишається незмінним, вміст солі у вхідній воді збільшується. Оскільки збільшення осмотичного тиску компенсує частину вхідної сили, потік зменшується, а отже, і швидкість опріснення також зменшується.
(4) Вплив коефіцієнта відновлення
Збільшення швидкості відновлення системи зворотного осмосу призведе до вищого вмісту солі у воді на вході мембранного елемента вздовж напрямку потоку, що призведе до збільшення осмотичного тиску. Це компенсує рушійний вплив тиску води на вході зворотного осмосу, тим самим зменшуючи потік води. Збільшення вмісту солі у воді на вході мембранного елемента призводить до збільшення вмісту солі у прісній воді, тим самим знижуючи швидкість опріснення. У конструкції системи максимальна швидкість відновлення системи зворотного осмосу не залежить від обмеження осмотичного тиску, а часто залежить від складу та вмісту солі в сирій воді, оскільки зі збільшенням швидкості відновлення мікророзчинні солі, такі як карбонат кальцію, сульфат кальцію та кремній, будуть накопичуватися в процесі концентрування.
(5) Вплив значення pH
Діапазон pH, що застосовується до різних типів мембранних елементів, значно варіюється. Наприклад, потік води та швидкість опріснення ацетатної мембрани, як правило, стабільні в діапазоні значень pH 4-8 і значно змінюються в діапазоні значень pH нижче 4 або вище 8. Наразі переважна більшість мембранних матеріалів, що використовуються в промисловій обробці води, є композитними матеріалами, які адаптуються до широкого діапазону значень pH (значення pH можна контролювати в діапазоні 3~10 в безперервному режимі роботи, а потік води та швидкість опріснення мембрани в цьому діапазоні є відносно стабільними.
Метод попередньої обробки мембраною зворотного осмосу:
Мембранна фільтрація зворотного осмосу відрізняється від фільтрації через фільтрувальний шар тим, що фільтрувальний шар – це повна фільтрація, тобто сира вода проходить через весь фільтрувальний шар. Мембранна фільтрація зворотного осмосу – це метод фільтрації з перехресним потоком, тобто частина води в сирій воді проходить через мембрану у вертикальному напрямку разом з мембраною. При цьому солі та різні забруднювачі затримуються мембраною та виводяться рештою сирої води, що тече паралельно поверхні мембрани, але забруднювачі не можуть бути повністю видалені. З часом залишкові забруднювачі посилюють забруднення мембранного елемента. І чим вищий рівень забруднювачів сирої води та швидкість відновлення, тим швидше відбувається забруднення мембрани.
1. Контроль масштабу
Коли нерозчинні солі в сирій воді постійно концентруються в мембранному елементі та перевищують свою межу розчинності, вони осідають на поверхні мембрани зворотного осмосу, що називається «накипоутворенням». Коли джерело води визначається, зі збільшенням швидкості відновлення системи зворотного осмосу зростає ризик утворення накипу. Наразі прийнято збільшувати коефіцієнти переробки через дефіцит води або вплив скидання стічних вод на навколишнє середовище. У цьому випадку особливо важливі продумані заходи контролю накипу. У системах зворотного осмосу поширеними вогнетривкими солями є CaCO3, CaSO4 та SiO2, а іншими сполуками, які можуть утворювати накип, є CaF2, BaS04, SrS04 та Ca3(PO4)2. Поширеним методом запобігання утворенню накипу є додавання інгібітора накипу. Інгібітори накипу, що використовуються в моїй майстерні, - це Nalco PC191 та Europe and America NP200.
2. Контроль забруднення колоїдними та твердими частинками
Колоїдне та частинкове забруднення може серйозно вплинути на продуктивність елементів мембрани зворотного осмосу, наприклад, значно зменшити вихід прісної води, а іноді також знизити швидкість опріснення. Початковим симптомом колоїдного та частинкового забруднення є збільшення різниці тисків між входом та виходом компонентів мембрани зворотного осмосу.
Найпоширенішим способом оцінки колоїдної води та частинок в елементах мембрани зворотного осмосу є вимірювання значення SDI води, яке іноді називають значенням F (індекс забруднення), що є одним із важливих показників для контролю роботи системи попередньої обробки зворотного осмосу.
Індекс щільності мулу (SDI) – це зміна швидкості фільтрації води за одиницю часу, яка вказує на рівень забруднення води. Кількість колоїду та твердих частинок у воді впливатиме на розмір SDI. Значення SDI можна визначити за допомогою приладу SDI.
3. Контроль мікробного забруднення мембран
Мікроорганізми у сирій воді включають переважно бактерії, водорості, грибки, віруси та інші вищі організми. У процесі зворотного осмосу мікроорганізми та розчинені у воді поживні речовини постійно концентруються та збагачуються в мембранному елементі, що стає ідеальним середовищем та процесом для утворення біоплівки. Біологічне забруднення компонентів мембрани зворотного осмосу серйозно впливає на продуктивність системи зворотного осмосу. Різниця тисків між входом та виходом компонентів зворотного осмосу швидко зростає, що призводить до зниження виходу води з мембранних компонентів. Іноді біологічне забруднення відбувається на стороні виробництва води, що призводить до забруднення очищеної води. Наприклад, під час обслуговування пристроїв зворотного осмосу на деяких теплових електростанціях на мембранних елементах та трубах прісної води виявляється зелений мох, що є типовим мікробним забрудненням.
Після того, як мембранний елемент забруднений мікроорганізмами та утворює біоплівку, його очищення стає дуже складним. Крім того, неповне видалення біоплівок призведе до повторного швидкого росту мікроорганізмів. Тому контроль мікроорганізмів також є одним з найважливіших завдань попередньої обробки, особливо для систем попередньої обробки зворотним осмосом, що використовують морську воду, поверхневі води та стічні води як джерела води.
Основними методами запобігання утворенню мембранних мікроорганізмів є: хлорування, мікрофільтрація або ультрафільтрація, озонове окислення, ультрафіолетова стерилізація, додавання бісульфіту натрію. Найчастіше в системах очищення води теплових електростанцій використовуються хлорування, стерилізація та технологія ультрафільтрації перед зворотним осмосом.
Як стерилізуючий агент, хлор здатний швидко інактивувати багато патогенних мікроорганізмів. Ефективність хлору залежить від концентрації хлору, pH води та часу контакту. В інженерних застосуваннях залишковий хлор у воді зазвичай контролюється на рівні понад 0,5~1,0 мг, а час реакції — на рівні 20~30 хвилин. Дозування хлору необхідно визначати шляхом налагодження, оскільки органічні речовини у воді також споживають хлор. Хлор використовується для стерилізації, а найкраще практичне значення pH становить 4~6.
Використання хлорування в системах з морською водою відрізняється від хлорування в солонуватій воді. Зазвичай у морській воді міститься близько 65 мг брому. Коли морську воду хімічно обробляють воднем, вона спочатку реагує з хлорнуватистою кислотою, утворюючи бромнуватисту кислоту, тому її бактерицидний ефект полягає в утворенні бромовнуватистої кислоти, а не хлорнуватистої, і бромнуватиста кислота не розкладається при вищому значенні pH. Тому ефект хлорування кращий, ніж у солонуватій воді.
Оскільки мембранний елемент з композитного матеріалу має певні вимоги щодо залишкового хлору у воді, після стерилізації хлором необхідно проводити обробку для зниження хлорування.
4. Контроль органічного забруднення
Адсорбція органічної речовини на поверхні мембрани призведе до зменшення мембранного потоку, а у важких випадках – до незворотної втрати мембранного потоку та вплине на практичний термін служби мембрани.
Для поверхневих вод більша частина води є природними продуктами, що завдяки комбінованому процесу очищення коагуляцією, коагуляційною фільтрацією постійного струму та фільтрацією з активованим вугіллям може значно зменшити вміст органічних речовин у воді, щоб задовольнити вимоги води зворотного осмосу.
5. Контроль поляризації концентрації
У процесі зворотного осмосу іноді виникає високий градієнт концентрації між концентрованою водою на поверхні мембрани та водою, що входить до неї, що називається концентраційною поляризацією. Коли це явище відбувається, на поверхні мембрани утворюється шар відносно високої концентрації та відносно стабільний, так званий "критичний шар", що перешкоджає ефективному здійсненню процесу зворотного осмосу. Це пояснюється тим, що концентраційна поляризація збільшує проникний тиск розчину на поверхню мембрани, а рушійна сила процесу зворотного осмосу зменшується, що призводить до зниження виходу води та швидкості опріснення. Коли концентраційна поляризація є сильною, деякі злегка розчинені солі осідають та відкладаються на поверхні мембрани. Щоб уникнути концентраційної поляризації, ефективним методом є постійна підтримка турбулентного стану потоку концентрованої води, тобто збільшення швидкості потоку на вході збільшує швидкість потоку концентрованої води, щоб концентрація мікророзчинених солей на поверхні мембрани зменшилася до найнижчого значення; Крім того, після вимкнення пристрою для очищення води зворотним осмосом, концентровану воду з боку заміненої концентрованої води слід вчасно промити.
опис2