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Système de traitement de l'eau industriel d'équipement de traitement d'usine d'osmose inverse
Présentation du projet
Principe du système d'osmose inverse
À une certaine température, une membrane semi-perméable est utilisée pour séparer l’eau douce de la solution saline. L'eau douce se déplace vers la solution saline à travers la membrane semi-perméable. À mesure que le niveau de liquide du côté salin du ventricule droit augmente, une certaine pression est générée pour empêcher l'eau douce du ventricule gauche de se déplacer vers le côté salin, et finalement l'équilibre est atteint. La pression d'équilibre à ce moment est appelée pression osmotique de la solution, et ce phénomène est appelé osmose. Si une pression externe supérieure à la pression osmotique est appliquée sur le côté salin du ventricule droit, l'eau contenue dans la solution saline du ventricule droit se déplacera vers l'eau douce du ventricule gauche à travers la membrane semi-perméable, de sorte que l'eau fraîche l'eau peut être séparée de l'eau salée. Ce phénomène est à l’opposé du phénomène de perméabilité, appelé phénomène de perméabilité inverse.
Ainsi, la base du système de dessalement par osmose inverse est
(1) La perméabilité sélective de la membrane semi-perméable, c'est-à-dire laisser passer sélectivement l'eau mais ne pas laisser passer le sel ;
(2) La pression externe de la chambre saline est supérieure à la pression osmotique de la chambre saline et de la chambre d'eau douce, ce qui fournit la force motrice permettant à l'eau de se déplacer de la chambre saline vers la chambre d'eau douce. Les pressions osmotiques typiques pour certaines solutions sont indiquées dans le tableau ci-dessous.
La membrane semi-perméable ci-dessus utilisée pour séparer l’eau douce de l’eau salée est appelée membrane d’osmose inverse. La membrane d’osmose inverse est principalement constituée de matériaux polymères. À l'heure actuelle, la membrane d'osmose inverse utilisée dans les centrales thermiques est principalement constituée de matériaux composites en polyamide aromatique.
La technologie d'osmose inverse RO (osmose inverse) est une technologie de séparation et de filtration par membrane alimentée par la différence de pression. Sa taille de pores est aussi petite que le nanomètre (1 nanomètre = 10 à 9 mètres). Sous une certaine pression, les molécules H20 peuvent traverser la membrane RO. Les sels inorganiques, les ions de métaux lourds, la matière organique, les colloïdes, les bactéries, les virus et autres impuretés présentes dans l'eau de source ne peuvent pas traverser la membrane RO, de sorte que l'eau pure qui peut passer à travers et l'eau concentrée qui ne peut pas passer à travers peut être strictement distinguée.
Dans les applications industrielles, les usines d'osmose inverse utilisent des équipements spécialisés pour faciliter le processus d'osmose inverse. Les systèmes industriels d’osmose inverse sont conçus pour traiter de grands volumes d’eau et sont utilisés dans diverses industries, notamment l’agriculture, les produits pharmaceutiques et l’industrie manufacturière. L'équipement utilisé dans ces systèmes est spécialement conçu pour garantir que le processus d'osmose inverse est efficace et efficient dans la production d'eau douce à partir de sources d'eau salée.
Le processus d'osmose inverse est une technologie importante pour le dessalement de l'eau de mer, qui peut fournir de l'eau douce aux zones où l'eau est rare ou où les sources d'eau traditionnelles sont polluées. À mesure que les équipements et la technologie d’osmose inverse progressent, le processus reste une solution clé aux pénuries d’eau et aux problèmes de qualité dans le monde.
Les principales caractéristiques de la membrane d'osmose inverse :
Caractéristiques de directionnalité et de séparation de la séparation membranaire
La membrane d'osmose inverse pratique est une membrane asymétrique, il y a une couche de surface et une couche de support, elle a une direction et une sélectivité évidentes. La soi-disant directivité consiste à placer la surface de la membrane dans une saumure à haute pression pour le dessalage, la pression augmente la perméabilité à l'eau de la membrane, le taux de dessalage augmente également ; Lorsque la couche de support de la membrane est placée dans une saumure à haute pression, le taux de dessalement est presque nul avec l'augmentation de la pression, mais la perméabilité à l'eau est considérablement augmentée. En raison de cette directivité, il ne peut pas être utilisé en sens inverse lors de son application.
Les caractéristiques de séparation de l'osmose inverse pour les ions et les matières organiques dans l'eau ne sont pas les mêmes, ce qui peut être résumé comme suit
(1) La matière organique est plus facile à séparer que la matière inorganique
(2) Les électrolytes sont plus faciles à séparer que les non-électrolytes. Les électrolytes chargés sont plus faciles à séparer et leurs taux d’élimination sont généralement dans l’ordre suivant. Fe3+> Ca2+> Na+ PO43-> S042-> C | - pour l'électrolyte, plus la molécule est grosse, plus elle est facile à éliminer.
(3) Le taux d'élimination des ions inorganiques est lié à l'hydrate et au rayon des ions hydratés dans l'état d'hydratation des ions. Plus le rayon de l’ion hydraté est grand, plus il est facile de l’éliminer. L’ordre du taux de suppression est le suivant :
Mg2+, Ca2+> Li+ > Na+ > K+ ; F-> C|-> Br-> NO3-
(4) Règles de séparation de la matière organique polaire :
Aldéhyde > Alcool > Amine > Acide, amine tertiaire > Aminé secondaire > Aminé primaire, acide citrique > Acide tartrique > Acide malique > Acide lactique > Acide acétique
Les progrès récents dans le traitement des gaz résiduaires représentent un progrès significatif dans la résolution des défis environnementaux tout en offrant aux entreprises des opportunités de prospérer de manière durable et respectueuse de l'environnement. Cette solution innovante aura forcément un impact positif dans les domaines du traitement des gaz résiduaires et de la protection de l'environnement avec sa promesse de haute efficacité, de faibles coûts d'exploitation et de zéro pollution secondaire.
(5) Paires d'isomères : tert- > Différent (iso-)> Zhong (sec-)> Original (pri-)
(6) Les performances de séparation des sels de sodium de la matière organique sont bonnes, tandis que les organismes phénols et phénols présentent une séparation négative. Lorsque des solutions aqueuses de solutés organiques polaires ou non polaires, dissociés ou non dissociés sont séparées par membrane, les forces d'interaction entre le soluté, le solvant et la membrane déterminent la perméabilité sélective de la membrane. Ces effets comprennent la force électrostatique, la force de liaison des liaisons hydrogène, l’hydrophobie et le transfert d’électrons.
(7) Généralement, les solutés ont peu d'influence sur les propriétés physiques ou les propriétés de transfert de la membrane. Seul le phénol ou certains composés organiques de faible poids moléculaire feront dilater l'acétate de cellulose en solution aqueuse. L’existence de ces composants va généralement faire diminuer, parfois beaucoup, le flux d’eau de la membrane.
(8) L'effet d'élimination du nitrate, du perchlorate, du cyanure et du thiocyanate n'est pas aussi bon que celui du chlorure, et l'effet d'élimination du sel d'ammonium n'est pas aussi bon que celui du sel de sodium.
(9) La plupart des composants ayant une masse moléculaire relative supérieure à 150, qu'ils soient électrolytiques ou non, peuvent être bien éliminés
De plus, l'ordre de séparation de la membrane d'osmose inverse pour les hydrocarbures aromatiques, les cycloalcanes, les alcanes et le chlorure de sodium est différent.
(2) Pompe haute pression
Lors du fonctionnement de la membrane d'osmose inverse, l'eau doit être envoyée à la pression spécifiée par une pompe haute pression pour terminer le processus de dessalage. À l'heure actuelle, la pompe haute pression utilisée dans les centrales thermiques a des formes centrifuges, à piston, à vis et autres, parmi lesquelles la pompe centrifuge à plusieurs étages est la plus largement utilisée. Cela peut atteindre plus de 90 % et économiser la consommation d'énergie. Ce type de pompe se caractérise par un rendement élevé.
(3) Ontologie de l'osmose inverse
Le corps d'osmose inverse est une unité combinée de traitement de l'eau qui combine et relie les composants de la membrane d'osmose inverse aux tuyaux dans un certain agencement. Une seule membrane d’osmose inverse est appelée élément membranaire. Un certain nombre de composants de membrane d'osmose inverse sont connectés en série selon certaines exigences techniques et assemblés avec une seule coque de membrane d'osmose inverse pour former un composant de membrane.
1. Élément membranaire
Élément de membrane d'osmose inverse Une unité de base composée d'une membrane d'osmose inverse et d'un matériau de support avec une fonction d'utilisation industrielle. À l’heure actuelle, les éléments à membrane en serpentin sont principalement utilisés dans les centrales thermiques.
À l’heure actuelle, divers fabricants de membranes produisent une variété de composants de membrane pour différents utilisateurs industriels. Les éléments membranaires utilisés dans les centrales thermiques peuvent être grossièrement divisés en : éléments membranaires de dessalement d'eau de mer à haute pression par osmose inverse ; Éléments de membrane inversée de dessalage d'eau saumâtre à basse pression et à très basse pression ; Élément de membrane antisalissure.
Les exigences de base pour les éléments de membrane sont :
A. Densité d'emballage du film aussi élevée que possible.
B. Pas facile à polariser la concentration
C. Forte capacité anti-pollution
D. Il est pratique de nettoyer et de remplacer la membrane
E. Le prix est bon marché
2. Coque membranaire
Le récipient sous pression utilisé pour charger l'élément de membrane d'osmose inverse dans le dispositif corporel d'osmose inverse est appelé coque de membrane, également connu sous le nom de « récipient sous pression », l'unité de fabrication est Haide Energy, chaque récipient sous pression mesure environ 7 mètres de long.
La coque du film est généralement constituée d'un tissu en plastique renforcé de fibres de verre époxy et la brosse extérieure est en peinture époxy. Il existe également certains fabricants de produits pour coques en film d'acier inoxydable. En raison de la forte résistance à la corrosion du FRP, la plupart des centrales thermiques choisissent une coque en film FRP. Le matériau du récipient sous pression est du FRP.
Les facteurs affectant les performances du système de traitement de l’eau par osmose inverse :
Pour des conditions spécifiques du système, le flux d'eau et le taux de dessalement sont les caractéristiques de la membrane d'osmose inverse, et de nombreux facteurs affectent le flux d'eau et le taux de dessalement du corps d'osmose inverse, notamment la pression, la température, le taux de récupération, la salinité de l'influent et la valeur du pH.
(1) Effet de pression
La pression d'entrée de la membrane d'osmose inverse affecte directement le flux de la membrane et le taux de dessalage de la membrane d'osmose inverse. L'augmentation du flux membranaire a une relation linéaire avec la pression d'entrée de l'osmose inverse. Le taux de dessalement a une relation linéaire avec la pression d'entrée, mais lorsque la pression atteint une certaine valeur, la courbe de variation du taux de dessalement a tendance à être plate et le taux de dessalement n'augmente plus.
(2) Effet de la température
Le taux de dessalement diminue avec l'augmentation de la température d'entrée de l'osmose inverse. Cependant, le flux d’eau augmente de manière presque linéaire. La raison principale est que lorsque la température augmente, la viscosité des molécules d’eau diminue et la capacité de diffusion est forte, ce qui entraîne une augmentation du flux d’eau. Avec l’augmentation de la température, le taux de sel passant à travers la membrane d’osmose inverse sera accéléré, ce qui réduira le taux de dessalement. La température de l’eau brute est un indice de référence important pour la conception d’un système d’osmose inverse. Par exemple, lorsqu'une centrale électrique subit une transformation technique par osmose inverse, la température de l'eau brute dans la conception est calculée selon 25 ℃ et la pression d'entrée calculée est de 1,6 MPa. Cependant, la température de l'eau lors du fonctionnement réel du système n'est que de 8 ℃ et la pression d'entrée doit être augmentée à 2,0 MPa pour garantir le débit d'eau douce prévu. En conséquence, la consommation d'énergie du fonctionnement du système augmente, la durée de vie de la bague d'étanchéité interne du composant membranaire du dispositif d'osmose inverse est raccourcie et la quantité de maintenance de l'équipement est augmentée.
(3) Effet de la teneur en sel
La concentration de sel dans l'eau est un indice important affectant la pression osmotique membranaire, et la pression osmotique membranaire augmente avec l'augmentation de la teneur en sel. À condition que la pression d'entrée de l'osmose inverse reste inchangée, la teneur en sel de l'eau d'entrée augmente. Parce que l’augmentation de la pression osmotique compense une partie de la force d’entrée, le flux diminue et le taux de dessalement diminue également.
(4) L'influence du taux de récupération
L'augmentation du taux de récupération du système d'osmose inverse entraînera une teneur en sel plus élevée de l'eau d'entrée de l'élément membranaire le long de la direction d'écoulement, entraînant une augmentation de la pression osmotique. Cela compensera l'effet moteur de la pression de l'eau d'entrée de l'osmose inverse, réduisant ainsi le flux de rendement en eau. L'augmentation de la teneur en sel dans l'eau d'entrée de l'élément membranaire entraîne une augmentation de la teneur en sel dans l'eau douce, réduisant ainsi le taux de dessalement. Dans la conception du système, le taux de récupération maximum du système d'osmose inverse ne dépend pas de la limitation de la pression osmotique, mais dépend souvent de la composition et de la teneur en sel de l'eau brute, car avec l'amélioration du taux de récupération, les sels microsolubles tels que le carbonate de calcium, le sulfate de calcium et le silicium s'accumulent au cours du processus de concentration.
(5) L'influence de la valeur du pH
La plage de pH applicable aux différents types d’éléments membranaires varie considérablement. Par exemple, le flux d'eau et le taux de dessalement de la membrane d'acétate ont tendance à être stables dans la plage de valeurs de pH 4 à 8 et sont grandement affectés dans la plage de valeurs de pH inférieures à 4 ou supérieures à 8. À l'heure actuelle, la grande majorité des les matériaux membranaires utilisés dans le traitement de l'eau industrielle sont des matériaux composites qui s'adaptent à une large plage de valeurs de pH (la valeur du pH peut être contrôlée dans la plage de 3 à 10 en fonctionnement continu, et le flux membranaire et le taux de dessalement dans cette plage sont relativement stables .
Méthode de prétraitement de la membrane d'osmose inverse :
La filtration sur membrane par osmose inverse est différente de la filtration sur lit filtrant, le lit filtrant est une filtration complète, c'est-à-dire de l'eau brute tout au long de la couche filtrante. La filtration sur membrane par osmose inverse est une méthode de filtration à flux croisés, c'est-à-dire qu'une partie de l'eau contenue dans l'eau brute traverse la membrane dans le sens vertical avec la membrane. A ce moment, les sels et divers polluants sont interceptés par la membrane et évacués par la partie restante de l'eau brute s'écoulant parallèlement à la surface de la membrane, mais les polluants ne peuvent pas être complètement éliminés. Au fil du temps, les polluants résiduels aggraveront la pollution des éléments membranaires. Et plus les polluants de l’eau brute et le taux de récupération sont élevés, plus la pollution membranaire est rapide.
1. Contrôle de l'échelle
Lorsque les sels insolubles dans l'eau brute sont continuellement concentrés dans l'élément membranaire et dépassent leur limite de solubilité, ils précipitent à la surface de la membrane d'osmose inverse, ce que l'on appelle « entartrage ». Lorsque la source d’eau est déterminée, à mesure que le taux de récupération du système d’osmose inverse augmente, le risque d’entartrage augmente. À l'heure actuelle, il est d'usage d'augmenter les taux de recyclage en raison des pénuries d'eau ou des impacts environnementaux des rejets d'eaux usées. Dans ce cas, des mesures réfléchies de contrôle de la mise à l’échelle sont particulièrement importantes. Dans le système d'osmose inverse, les sels réfractaires courants sont CaCO3, CaSO4 et Si02, et d'autres composés pouvant produire du tartre sont CaF2, BaS04, SrS04 et Ca3(PO4)2. La méthode courante d’inhibition du tartre consiste à ajouter un inhibiteur de tartre. Les inhibiteurs de tartre utilisés dans mon atelier sont le Nalco PC191 et le NP200 Europe et Amérique.
2.Contrôle de la contamination par des particules colloïdales et solides
L'encrassement des colloïdes et des particules peut sérieusement affecter les performances des éléments de la membrane d'osmose inverse, comme une réduction significative du débit d'eau douce, parfois également réduire le taux de dessalement, le symptôme initial de l'encrassement des colloïdes et des particules est l'augmentation de la différence de pression entre l'entrée et Sortie des composants de la membrane d'osmose inverse.
La façon la plus courante d'évaluer les colloïdes et les particules de l'eau dans les éléments de la membrane d'osmose inverse est de mesurer la valeur SDI de l'eau, parfois appelée valeur F (indice de pollution), qui est l'un des indicateurs importants pour surveiller le fonctionnement du système de prétraitement par osmose inverse. .
SDI (indice de densité de limon) est le changement de vitesse de filtration de l'eau par unité de temps pour indiquer la pollution de la qualité de l'eau. La quantité de colloïdes et de particules dans l'eau affectera la taille du SDI. La valeur SDI peut être déterminée par l'instrument SDI.
3. Contrôle de la contamination microbienne des membranes
Les micro-organismes présents dans l’eau brute comprennent principalement des bactéries, des algues, des champignons, des virus et d’autres organismes supérieurs. Dans le processus d'osmose inverse, les micro-organismes et les nutriments dissous dans l'eau seront continuellement concentrés et enrichis dans l'élément membranaire, qui devient l'environnement et le processus idéaux pour la formation de biofilm. La contamination biologique des composants de la membrane d'osmose inverse affectera sérieusement les performances du système d'osmose inverse. La différence de pression entre l'entrée et la sortie des composants d'osmose inverse augmente rapidement, entraînant une diminution du rendement en eau des composants membranaires. Parfois, une contamination biologique se produit du côté de la production d’eau, entraînant la contamination de l’eau produite. Par exemple, lors de l’entretien des appareils à osmose inverse dans certaines centrales thermiques, de la mousse verte se retrouve sur les éléments membranaires et les conduites d’eau douce, ce qui constitue une pollution microbienne typique.
Une fois que l’élément membranaire est contaminé par des micro-organismes et produit un biofilm, le nettoyage de l’élément membranaire est très difficile. De plus, les biofilms qui ne sont pas complètement éliminés provoquent à nouveau une croissance rapide des micro-organismes. Par conséquent, le contrôle des micro-organismes est également l'une des tâches les plus importantes du prétraitement, en particulier pour les systèmes de prétraitement par osmose inverse utilisant l'eau de mer, les eaux de surface et les eaux usées comme sources d'eau.
Les principales méthodes de prévention des micro-organismes membranaires sont : le chlore, le traitement de microfiltration ou d'ultrafiltration, l'oxydation à l'ozone, la stérilisation aux ultraviolets, l'ajout de bisulfite de sodium. Les méthodes couramment utilisées dans le système de traitement de l’eau des centrales thermiques sont la stérilisation par chloration et la technologie de traitement de l’eau par ultrafiltration avant l’osmose inverse.
En tant qu'agent stérilisant, le chlore est capable d'inactiver rapidement de nombreux micro-organismes pathogènes. L'efficacité du chlore dépend de la concentration en chlore, du pH de l'eau et du temps de contact. Dans les applications d'ingénierie, le chlore résiduel dans l'eau est généralement contrôlé à plus de 0,5 à 1,0 mg et le temps de réaction est contrôlé à 20 à 30 minutes. Le dosage de chlore doit être déterminé par débogage, car la matière organique présente dans l'eau consommera également du chlore. Le chlore est utilisé pour la stérilisation et la meilleure valeur de pH pratique est de 4 à 6.
L’utilisation de la chloration dans les systèmes d’eau de mer est différente de celle utilisée dans les eaux saumâtres. Il y a habituellement environ 65 mg de brome dans l’eau de mer. Lorsque l'eau de mer est traitée chimiquement avec de l'hydrogène, elle réagira d'abord avec l'acide hypochloreux pour former de l'acide hypobromeux, de sorte que son effet bactéricide soit un acide hypohumide plutôt qu'un acide hypochloreux, et l'acide hypobromeux ne se décomposera pas à une valeur de pH plus élevée. L’effet de la chloration est donc meilleur que dans l’eau saumâtre.
Étant donné que l'élément membranaire en matériau composite a certaines exigences concernant le chlore résiduel dans l'eau, il est nécessaire d'effectuer un traitement de réduction par déchloration après la stérilisation au chlore.
4. Contrôle de la pollution organique
L'adsorption de matière organique sur la surface de la membrane entraînera une diminution du flux membranaire et, dans les cas graves, entraînera une perte irréversible du flux membranaire et affectera la durée de vie pratique de la membrane.
Pour les eaux de surface, la plupart de l'eau est constituée de produits naturels, grâce au processus de traitement combiné de clarification par coagulation, de filtration par coagulation DC et de filtration sur charbon actif, peut réduire considérablement la matière organique dans l'eau, pour répondre aux exigences de l'eau osmosée inverse.
5. Contrôle de polarisation de concentration
Dans le processus d'osmose inverse, il existe parfois un gradient de concentration élevé entre l'eau concentrée à la surface de la membrane et l'eau d'afflux, appelé polarisation de concentration. Lorsque ce phénomène se produit, une couche de concentration relativement élevée et relativement stable, dite « couche critique », se formera à la surface de la membrane, ce qui entrave la mise en œuvre efficace du processus d'osmose inverse. En effet, la polarisation de la concentration augmentera la pression perméable à la solution sur la surface de la membrane et la force motrice du processus d'osmose inverse sera réduite, entraînant une réduction du rendement en eau et du taux de dessalement. Lorsque la polarisation de concentration est importante, certains sels légèrement dissous précipiteront et s'incrustent à la surface de la membrane. Afin d'éviter la polarisation de la concentration, la méthode efficace consiste à faire en sorte que le flux d'eau concentrée maintienne toujours un état turbulent, c'est-à-dire en augmentant le débit d'entrée pour augmenter le débit d'eau concentrée, de sorte que la concentration de micro-dissous le sel à la surface de la membrane est réduit à la valeur la plus basse ; De plus, après l'arrêt du dispositif de traitement de l'eau par osmose inverse, l'eau concentrée du côté de l'eau concentrée remplacée doit être lavée à temps.
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