Was ist die Erfassung und Normalisierung von Umkehrosmose-Daten?

Alle diese Betriebsbedingungen wirken sich direkt auf die Qualität und Menge des Permeatwassers aus, das die RO-Membranen produzieren können. Da sich diese Betriebsbedingungen jedoch ständig ändern, ist es unmöglich, die beobachtete Leistung bestimmter Parameter an einem Punkt zu vergleichen und sie mit einem anderen Punkt unter anderen Betriebsbedingungen zu vergleichen. Sich ändernde Faktoren wie Temperatur, Speisewasserqualität, Permeatfluss und Systemrückgewinnung wirken sich alle auf die Membranleistung aus.

Durch die Normalisierung der RO-Daten kann der Benutzer die Leistung der RO-Membran mit einem festgelegten Standard vergleichen, der nicht von sich ändernden Betriebsbedingungen abhängt. Normalisierte Daten messen den direkten Zustand der RO-Membran und zeigen die tatsächliche Leistung und den Zustand der RO-Membran.

Nicht normalisierte Daten können irreführend sein, da so viele Variablen Änderungen verursachen können, die scheinbar problematisch sind, obwohl sie es in Wirklichkeit nicht sind. Die Speisewassertemperatur ist der auffälligste Zustand, der sich auf die Leistung des RO-Systems auswirkt. Die allgemeine Faustregel besteht darin, eine Permeatflussänderung von 1,5 % pro Grad Fahrenheit (F⁰) Änderung zu schätzen.

Dateninterpretation

Der RO-Betreiber ist letztendlich über zwei Ergebnisse besorgt: die Qualität und Quantität des produzierten Wassers. Wie oben erwähnt, können diese beiden Faktoren durch eine Reihe von Variablen beeinflusst werden, wie z. B. den Speisewasserdruck, die Systemwiederherstellung und Änderungen in der Speisewasserqualität, um nur einige zu nennen.

Im Hinblick auf die Erfassung und Normalisierung von Umkehrosmose-Daten (RO) gibt es drei berechnete Werte, die dazu beitragen, ein besseres Bild der tatsächlichen Membranleistung zu vermitteln und potenzielle RO-Systemprobleme im Zusammenhang mit der Menge und Qualität des vom RO-System erzeugten Wassers genau zu beheben. Durch die Erfassung von Betriebsdaten, die Normalisierung der Daten und die anschließende Trendanalyse der normalisierten Daten über die Zeit sowie den Vergleich der Werte mit der Basislinie (berechnet aus den Startwerten, als die RO-Membranen neu waren oder nachdem sie gereinigt oder ersetzt wurden) ist eine proaktive Vorgehensweise möglich Maßnahmen zur Behebung etwaiger Probleme, bevor irreversible Schäden an den RO-Membranen auftreten.

Die drei berechneten Werte, die zur Überwachung und Entwicklung verwendet werden, sind:
• Normalisierter Permeatfluss (NPF)
• Normalisierte Salzabweisung (NSR)
• Normalisierte Druckdifferenz (NPD)

Normalisierter Permeatfluss (NPF)

NPF misst die Menge an Permeatwasser, die die Umkehrosmose produziert. Wenn der NPF um 10 % bis 15 % unter den Ausgangswert fällt (der NPF-Wert beim Start mit neuen Membranen oder wenn Membranen ausgetauscht oder gereinigt wurden), deutet dies auf eine Verschmutzung oder Ablagerung der RO-Membran hin und die RO-Membranen sollten gereinigt werden.

Wenn der NPF zunimmt, deutet dies auf eine Beschädigung der RO-Membran hin. Der Schaden kann durch einen chemischen Angriff (durch ein Oxidationsmittel wie Chlor) auf die Membran oder ein mechanisches Problem (wie einen O-Ring-Fehler) verursacht werden.

So wird der normalisierte Permeatfluss (NPF) berechnet

Die Formel zur Berechnung des normalisierten Permeatflusses (NPF) lautet:

• NPF = Permeatfluss x (Basislinie aNDP/aNDP) x (Basislinie TCF/TCF)

Wo:

• Futter-TDS = Futterleitfähigkeit/2
• Konzentratfaktor = (Permeatfluss + Konzentratfluss) / Konzentratfluss
• Konzentrat-TDS = Futter-TDS x Konzentratfaktor
• Durchschnittlicher Nettoantriebsdruck (aNDP) = (((Speisedruck + Konzentratdruck)/2) – ((Speise-TDS – Konzentrat-TDS)/200)) – Permeatdruck
• Zufuhrtemperatur C = (5/9) x (Zufuhrtemperatur – 32)
• TCF (Temperaturkorrekturfaktor) = EXP (2640 x ((1/298) – (1/(273+Feed Temp C))))

Normalisierte Salzabweisung (NSR)

Der NSR gibt an, wie gut die RO-Membran Salze (Verunreinigungen) zurückhält und so die Qualität des Permeatwassers beeinflusst. Wenn der NSR abnimmt, steigt die Menge an Salzen, die durch die RO-Membran strömen, was zu Permeat von geringerer Qualität führt. Eine NSR-Abnahme kann auf Verschmutzung, Ablagerungen oder Abbau der RO-Membran hinweisen. Eine gut funktionierende RO-Membran sollte eine Rückhaltung von 97 % bis 99 % bieten. Eine Membran gilt als „schlecht“, wenn die RO-Abweisung auf 90 % oder weniger sinkt. Eine normale RO-Betriebsspanne zeichnet sich durch einen stetigen NSR-Abfall bei Dauerbetrieb aus. RO-Membranen halten in der Regel mehrere Jahre, bevor sie ausgetauscht werden müssen, und ein stetiger Rückgang des NSR ist ein normales Zeichen einer alternden Membran. Ein geeignetes RO-Membran-Reinigungsregime kann zur Verbesserung des NSR beitragen.

NSR kann bei der Identifizierung von Biofouling-Problemen hilfreich sein. Wenn Biofouling ein Problem darstellt, erhöht sich häufig der NSR und der NPF sinkt. Dies liegt daran, dass das Biofouling tatsächlich kleine Unvollkommenheiten in der RO-Membran abdichtet und so die Abweisung von Salzen erhöht. Mit der Zeit altert die Biofouling-Schicht und beginnt abzusterben und Chemikalien wie CO2, Methan und/oder organische Stoffe abzugeben
Säuren beginnen durch die Membran zu diffundieren und beeinträchtigen die Qualität des Permeatwassers (weniger Salzrückhaltung, was zu einem niedrigeren NSR führt).

So wird die normalisierte Salzabweisung (NSR) berechnet

Die Formel zur Berechnung der normalisierten Verkaufsablehnung (NSR) lautet:

• NSR = 100 ((Salzdurchgang x (Permeatfluss/Basislinien-Permeatfluss) x TCF) x 100)

Wo:

• Permeat-TDS = Permeatleitfähigkeit x 0,67
• Futter-TDS = Futterleitfähigkeit / 2
• Salzabweisung = 1 – (Permeat-TDS / Feed-TDS)
• Salzdurchgang = 1 – Salzabweisung
• Zufuhrtemperatur C = (5/9) x (Zufuhrtemperatur – 32)
• Temperaturkorrekturfaktor (TCF) = EXP (2640 x ((1/298) – (1/(273+ Feed Temp C))))

Temperaturkorrekturfaktor (TCF) erklärt

Die Wassertemperatur ist einer der Schlüsselfaktoren für die Leistung von Umkehrosmosemembranen. Membranhersteller stellen Temperaturkorrekturfaktoren für bestimmte Betriebstemperaturen bereit, die je nach Hersteller variieren und auf unterschiedliche Weise berechnet werden können. Die ASTM-Methode, wie oben sowohl in den NPF- als auch in den NSR-Berechnungen gezeigt, mit dem Membrankoeffizienten von 2640 wird für unseren Zweck der Ermittlung von RO-Varianzen verwendet. Der Membrankoeffizient von 2640 wird verwendet, da die meisten unserer Membranen dieser Zahl entsprechen und die Auswirkung der Verwendung eines bestimmten Koeffizienten für jede Membran auf die Berechnungen vernachlässigbar ist.

Normalisierte Druckdifferenz (NPD)

Das NPD sagt uns, wie sauber der Speisewasser-Abstandshalter auf der Membran ist. Diese Abstandshalter sind nur etwa 30 Tausendstel Zoll dick und extrem anfällig für Verstopfungen. Wenn es zu Verstopfungen kommt, erhöht sich der Strömungswiderstand und der Druckabfall steigt.

Der NPD wird mit der Zeit aufgrund von Verschmutzung und Ablagerungen ansteigen. Die RO-Membranen sollten gereinigt werden, wenn der DPD um 15 % bis 25 % über den Basiswert ansteigt. NPD und NPF sollten gemeinsam überwacht werden, um zu bestimmen, wann die RO-Membranen gereinigt werden sollten. Oft sinkt der NPF, während der NPD unverändert bleibt. Dies liegt einfach daran, dass die Speisewasser-Abstandshalter aufgrund der Verschmutzungs-/Ablagerungsprobleme noch nicht verstopft sind. Mit der Zeit wird die NPD in Verbindung mit dem Rückgang des NPF steigen. Ein Rückgang des NPD ist in der Regel auf fehlerhafte Instrumentierung oder Fehler bei der Datenerfassung zurückzuführen.

Wenn NPD für jede Stufe einer Umkehrosmose gemessen werden kann, können in der Regel Probleme zwischen Verschmutzung und Ablagerungen anhand der Stelle des erhöhten Druckabfalls identifiziert werden. Ein Anstieg des NPD in der vorderen Stufe eines RO weist auf ein Verschmutzungsproblem hin, und ein NPD-Anstieg in der zweiten Stufe weist auf eine Ablagerung hin.

So wird die normalisierte Druckdifferenz (NPD) berechnet

Die Formel zur Berechnung der normalisierten Druckdifferenz (NPD) lautet:

• NPD = Druckabfall x (durchschnittlicher Basisdurchfluss / durchschnittlicher Durchfluss)

Wo:

• Druckabfall = Speisedruck – Konzentratdruck
• Durchschnittlicher Fluss = (Permeatfluss + Konzentratfluss)/2