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Sistema di trattamento delle acque industriali per apparecchiature di processo per impianti ad osmosi inversa
Introduzione al progetto
Principio del sistema ad osmosi inversa
Ad una certa temperatura viene utilizzata una membrana semipermeabile per separare l'acqua dolce da quella salina. L'acqua dolce si sposta verso quella salina attraverso la membrana semipermeabile. Quando il livello del liquido sul lato salino del ventricolo destro aumenta, viene generata una certa pressione per impedire all'acqua dolce dal ventricolo sinistro di spostarsi verso il lato salino, e infine viene raggiunto l'equilibrio. La pressione di equilibrio in questo momento è chiamata pressione osmotica della soluzione e questo fenomeno è chiamato osmosi. Se al lato salino del ventricolo destro viene applicata una pressione esterna superiore alla pressione osmotica, l'acqua nella soluzione salina del ventricolo destro si sposterà nell'acqua dolce del ventricolo sinistro attraverso la membrana semipermeabile, in modo che l'acqua fresca l'acqua può essere separata dall'acqua salata. Questo fenomeno è l'opposto del fenomeno della permeabilità, chiamato fenomeno della permeabilità inversa.
Pertanto, la base del sistema di desalinizzazione ad osmosi inversa è
(1) La permeabilità selettiva della membrana semipermeabile, ovvero lascia passare selettivamente l'acqua ma non lascia passare il sale;
(2) La pressione esterna della camera salina è maggiore della pressione osmotica della camera salina e della camera dell'acqua dolce, che fornisce la forza motrice affinché l'acqua si muova dalla camera salina alla camera dell'acqua dolce. Le pressioni osmotiche tipiche per alcune soluzioni sono mostrate nella tabella seguente.
La suddetta membrana semipermeabile utilizzata per separare l'acqua dolce dall'acqua salata è chiamata membrana ad osmosi inversa. La membrana ad osmosi inversa è costituita principalmente da materiali polimerici. Attualmente, la membrana ad osmosi inversa utilizzata nelle centrali termoelettriche è costituita principalmente da materiali compositi di poliammide aromatica.
La tecnologia dell'osmosi inversa RO (Osmosi inversa) è una tecnologia di separazione e filtraggio a membrana alimentata dalla differenza di pressione. La dimensione dei suoi pori è piccola quanto un nanometro (1 nanometro = 10-9 metri). Sotto una certa pressione, le molecole di H20 possono passare attraverso la membrana RO, i sali inorganici, gli ioni di metalli pesanti, la materia organica, i colloidi, i batteri, i virus e altre impurità nell'acqua di fonte non possono passare attraverso la membrana RO, in modo che l'acqua pura che può passare attraverso e l'acqua concentrata che non può passare può essere rigorosamente distinta.
Nelle applicazioni industriali, gli impianti di osmosi inversa utilizzano apparecchiature specializzate per facilitare il processo di osmosi inversa. I sistemi di osmosi inversa industriale sono progettati per trattare grandi volumi di acqua e vengono utilizzati in vari settori tra cui l'agricoltura, il settore farmaceutico e l'industria manifatturiera. Le apparecchiature utilizzate in questi sistemi sono appositamente progettate per garantire che il processo di osmosi inversa sia efficiente ed efficace nella produzione di acqua dolce da fonti di acqua salata.
Il processo di osmosi inversa è un’importante tecnologia per la desalinizzazione dell’acqua di mare, che può fornire acqua dolce ad aree dove l’acqua scarseggia o dove le tradizionali fonti d’acqua sono inquinate. Con l’avanzamento delle apparecchiature e della tecnologia per l’osmosi inversa, il processo rimane una soluzione chiave alla carenza d’acqua e ai problemi di qualità in tutto il mondo.
Le principali caratteristiche della membrana ad osmosi inversa:
Direzionalità e caratteristiche di separazione della separazione a membrana
La pratica membrana ad osmosi inversa è una membrana asimmetrica, ci sono uno strato superficiale e uno strato di supporto, ha una direzione e una selettività evidenti. La cosiddetta direttività consiste nel mettere la superficie della membrana in salamoia ad alta pressione per la dissalazione, la pressione aumenta la permeabilità all'acqua della membrana, aumenta anche la velocità di dissalazione; Quando lo strato di supporto della membrana viene posto in salamoia ad alta pressione, il tasso di desalinizzazione è quasi pari a 0 con l'aumento della pressione, ma la permeabilità all'acqua aumenta notevolmente. A causa di questa direzionalità, non può essere utilizzato al contrario una volta applicato.
Le caratteristiche di separazione dell'osmosi inversa per ioni e materia organica nell'acqua non sono le stesse e possono essere riassunte come segue
(1) La materia organica è più facile da separare rispetto alla materia inorganica
(2) Gli elettroliti sono più facili da separare rispetto ai non elettroliti. Gli elettroliti con cariche elevate sono più facili da separare e le loro velocità di rimozione sono generalmente nel seguente ordine. Fe3+> Ca2+> Na+ PO43-> S042-> C | - per l'elettrolita, più grande è la molecola, più facile è rimuoverla.
(3) La velocità di rimozione degli ioni inorganici è correlata all'idrato e al raggio degli ioni idratati nello stato di idratazione degli ioni. Maggiore è il raggio dello ione idratato, più facile sarà la sua rimozione. L'ordine del tasso di rimozione è il seguente:
Mg2+, Ca2+> Li+ > Na+ > K+; F-> C|-> Br-> NO3-
(4) Regole di separazione della materia organica polare:
Aldeide > Alcool > Ammina > Acido, ammina terziaria > Ammina secondaria > Ammina primaria, acido citrico > Acido tartarico > Acido malico > Acido lattico > Acido acetico
I recenti progressi nel trattamento dei gas di scarico rappresentano un progresso significativo nell’affrontare le sfide ambientali, offrendo allo stesso tempo opportunità alle imprese di prosperare in modo sostenibile e rispettoso dell’ambiente. Questa soluzione innovativa è destinata ad avere un impatto positivo nel campo del trattamento dei gas di scarico e della protezione ambientale con la sua promessa di alta efficienza, bassi costi operativi e zero inquinamento secondario.
(5) Coppia di isomeri: tert- > Differente (iso-)> Zhong (sec-)> Originale (pri-)
(6) Le prestazioni di separazione del sale di sodio della materia organica sono buone, mentre gli organismi del fenolo e della fila del fenolo mostrano una separazione negativa. Quando soluzioni acquose di soluti organici polari o non polari, dissociati o non dissociati sono separate mediante membrana, le forze di interazione tra soluto, solvente e membrana determinano la permeabilità selettiva della membrana. Questi effetti includono la forza elettrostatica, la forza di legame del legame idrogeno, l’idrofobicità e il trasferimento di elettroni.
(7) In generale, i soluti hanno poca influenza sulle proprietà fisiche o sulle proprietà di trasferimento della membrana. Solo il fenolo o alcuni composti organici a basso peso molecolare faranno espandere l'acetato di cellulosa in soluzione acquosa. L'esistenza di questi componenti generalmente farà diminuire, a volte molto, il flusso d'acqua nella membrana.
(8) L'effetto di rimozione di nitrato, perclorato, cianuro e tiocianato non è buono quanto quello del cloruro e l'effetto di rimozione del sale di ammonio non è buono quanto quello del sale di sodio.
(9) La maggior parte dei componenti con massa molecolare relativa superiore a 150, siano essi elettroliti o non elettrolitici, possono essere facilmente rimossi
Inoltre, l'ordine di separazione della membrana ad osmosi inversa per idrocarburi aromatici, cicloalcani, alcani e cloruro di sodio è diverso.
(2) Pompa ad alta pressione
Durante il funzionamento della membrana ad osmosi inversa, l'acqua deve essere inviata alla pressione specificata tramite una pompa ad alta pressione per completare il processo di dissalazione. Attualmente, la pompa ad alta pressione utilizzata nelle centrali termoelettriche è di tipo centrifugo, a stantuffo e a vite e altre forme, tra le quali la pompa centrifuga multistadio è la più utilizzata. Questo può raggiungere oltre il 90% e risparmiare sul consumo energetico. Questo tipo di pompa è caratterizzata da un'elevata efficienza.
(3) Ontologia dell'osmosi inversa
Il corpo ad osmosi inversa è un'unità combinata di trattamento dell'acqua che combina e collega i componenti della membrana ad osmosi inversa con i tubi in una determinata disposizione. Una singola membrana ad osmosi inversa è chiamata elemento di membrana. Un numero di componenti di rilevamento della membrana ad osmosi inversa sono collegati in serie secondo determinati requisiti tecnici e assemblati con un singolo involucro della membrana ad osmosi inversa per formare un componente della membrana.
1. Elemento membrana
Elemento della membrana a osmosi inversa Un'unità base composta da membrana a osmosi inversa e materiale di supporto con funzione di uso industriale. Attualmente gli elementi a membrana a spirale vengono utilizzati principalmente nelle centrali termoelettriche.
Attualmente, vari produttori di membrane producono una varietà di componenti di membrana per diversi utenti del settore. Gli elementi di membrana applicati nelle centrali termoelettriche possono essere grossolanamente suddivisi in: elementi di membrana per la dissalazione dell'acqua di mare ad alta pressione ad osmosi inversa; Elementi a membrana inversa di dissalazione per acqua salmastra a bassa e bassissima pressione; Elemento membrana antivegetativa.
I requisiti di base per gli elementi della membrana sono:
A. La densità di imballaggio del film è la più alta possibile.
B. Polarizzazione non facile da concentrare
C. Forte capacità antinquinamento
D. È conveniente pulire e sostituire la membrana
E. Il prezzo è economico
2. Guscio della membrana
Il recipiente a pressione utilizzato per caricare l'elemento della membrana a osmosi inversa nel dispositivo del corpo a osmosi inversa è chiamato guscio della membrana, noto anche come unità di produzione "recipiente a pressione" è Haide Energy, ciascun recipiente a pressione è lungo circa 7 metri.
Il guscio della pellicola è generalmente realizzato in tessuto di plastica rinforzata con fibra di vetro epossidica e la spazzola esterna è in vernice epossidica. Ci sono anche alcuni produttori di prodotti per il rivestimento di film in acciaio inossidabile. A causa della forte resistenza alla corrosione del FRP, la maggior parte delle centrali termoelettriche sceglie il rivestimento in pellicola FRP. Il materiale del recipiente a pressione è FRP.
I fattori che influenzano le prestazioni del sistema di trattamento dell'acqua ad osmosi inversa:
Per condizioni specifiche del sistema, il flusso d'acqua e la velocità di dissalazione sono le caratteristiche della membrana ad osmosi inversa e ci sono molti fattori che influenzano il flusso d'acqua e la velocità di dissalazione del corpo ad osmosi inversa, tra cui principalmente pressione, temperatura, tasso di recupero, salinità influente e valore del pH
(1) Effetto della pressione
La pressione in ingresso della membrana ad osmosi inversa influisce direttamente sul flusso della membrana e sulla velocità di dissalazione della membrana ad osmosi inversa. L'aumento del flusso della membrana ha una relazione lineare con la pressione in ingresso dell'osmosi inversa. Il tasso di dissalazione ha una relazione lineare con la pressione influente, ma quando la pressione raggiunge un certo valore, la curva di variazione del tasso di dissalazione tende ad essere piatta e il tasso di dissalazione non aumenta più.
(2) Effetto della temperatura
La velocità di dissalazione diminuisce con l'aumento della temperatura di ingresso dell'osmosi inversa. Tuttavia, il flusso di resa idrica aumenta in modo quasi lineare. Il motivo principale è che quando la temperatura aumenta, la viscosità delle molecole d'acqua diminuisce e la capacità di diffusione è forte, quindi il flusso d'acqua aumenta. Con l'aumento della temperatura, la velocità del sale che passa attraverso la membrana ad osmosi inversa verrà accelerata, quindi la velocità di desalinizzazione sarà ridotta. La temperatura dell'acqua grezza è un importante indice di riferimento per la progettazione del sistema ad osmosi inversa. Ad esempio, quando una centrale elettrica è sottoposta a trasformazione tecnica di ingegneria dell'osmosi inversa, la temperatura dell'acqua grezza nel progetto viene calcolata in base a 25 ℃ e la pressione di ingresso calcolata è 1,6 MPa. Tuttavia, la temperatura dell'acqua durante il funzionamento effettivo del sistema è di soli 8 ℃ e la pressione di ingresso deve essere aumentata a 2,0 MPa per garantire il flusso di acqua dolce previsto. Di conseguenza, il consumo energetico del funzionamento del sistema aumenta, la durata dell'anello di tenuta interno del componente della membrana del dispositivo ad osmosi inversa si riduce e la quantità di manutenzione dell'apparecchiatura aumenta.
(3) Effetto del contenuto di sale
La concentrazione di sale nell'acqua è un indice importante che influenza la pressione osmotica della membrana e la pressione osmotica della membrana aumenta con l'aumento del contenuto di sale. A condizione che la pressione in ingresso dell'osmosi inversa rimanga invariata, il contenuto di sale nell'acqua in ingresso aumenta. Poiché l’aumento della pressione osmotica compensa parte della forza di ingresso, il flusso diminuisce e diminuisce anche la velocità di desalinizzazione.
(4) L'influenza del tasso di recupero
L'aumento del tasso di recupero dell'impianto ad osmosi inversa porterà ad un maggiore contenuto di sale nell'acqua in ingresso dell'elemento a membrana lungo la direzione del flusso, con conseguente aumento della pressione osmotica. Ciò compenserà l'effetto trainante della pressione dell'acqua in ingresso dell'osmosi inversa, riducendo così il flusso di resa dell'acqua. L'aumento del contenuto di sale nell'acqua in ingresso dell'elemento a membrana porta ad un aumento del contenuto di sale nell'acqua dolce, riducendo così il tasso di desalinizzazione. Nella progettazione del sistema, il tasso di recupero massimo del sistema ad osmosi inversa non dipende dalla limitazione della pressione osmotica, ma spesso dipende dalla composizione e dal contenuto di sale nell'acqua non depurata, poiché con il miglioramento del tasso di recupero, i sali microsolubili come il carbonato di calcio, il solfato di calcio e il silicio si incrostano nel processo di concentrazione.
(5) L'influenza del valore del pH
L'intervallo di pH applicabile ai diversi tipi di elementi della membrana varia notevolmente. Ad esempio, il flusso d'acqua e il tasso di desalinizzazione della membrana di acetato tendono a essere stabili nell'intervallo di valori di pH 4-8 e sono fortemente influenzati nell'intervallo di valori di pH inferiori a 4 o superiori a 8. Allo stato attuale, la stragrande maggioranza dei i materiali delle membrane utilizzati nel trattamento delle acque industriali sono materiali compositi che si adattano a un ampio intervallo di valori di pH (il valore di pH può essere controllato nell'intervallo 3~10 in funzionamento continuo e il flusso della membrana e il tasso di desalinizzazione in questo intervallo sono relativamente stabili .
Metodo di pretrattamento della membrana ad osmosi inversa:
La filtrazione su membrana ad osmosi inversa è diversa dalla filtrazione con filtro a letto filtrante, il letto filtrante è una filtrazione completa, ovvero l'acqua non depurata attraversa tutto lo strato filtrante. La filtrazione su membrana ad osmosi inversa è un metodo di filtrazione a flusso incrociato, ovvero parte dell'acqua nell'acqua grezza passa attraverso la membrana in direzione verticale con la membrana. In questo momento i sali e vari inquinanti vengono intercettati dalla membrana e trasportati dalla restante parte dell'acqua grezza che scorre parallela alla superficie della membrana, ma gli inquinanti non possono essere completamente eliminati. Col passare del tempo, gli inquinanti residui renderanno più grave l'inquinamento degli elementi di membrana. E quanto più elevati sono gli inquinanti delle acque non depurate e il tasso di recupero, tanto più rapido sarà l’inquinamento delle membrane.
1. Controllo della scala
Quando i sali insolubili nell'acqua grezza sono continuamente concentrati nell'elemento della membrana e superano il loro limite di solubilità, precipiteranno sulla superficie della membrana ad osmosi inversa, fenomeno chiamato "incrostazione". Quando viene determinata la fonte d'acqua, all'aumentare del tasso di recupero del sistema ad osmosi inversa, aumenta il rischio di incrostazioni. Attualmente è consuetudine aumentare i tassi di riciclaggio a causa della scarsità d’acqua o dell’impatto ambientale dello scarico delle acque reflue. In questo caso, misure ponderate di controllo della scalabilità sono particolarmente importanti. Nel sistema ad osmosi inversa, i sali refrattari comuni sono CaCO3, CaSO4 e Si02, e altri composti che possono produrre incrostazioni sono CaF2, BaS04, SrS04 e Ca3(PO4)2. Il metodo comune di inibizione dell'incrostazione consiste nell'aggiungere un inibitore dell'incrostazione. Gli inibitori di calcare utilizzati nel mio laboratorio sono Nalco PC191 ed Europa e America NP200.
2.Controllo della contaminazione da particelle colloidali e solide
Le incrostazioni colloidali e particellari possono compromettere seriamente le prestazioni degli elementi della membrana ad osmosi inversa, ad esempio una riduzione significativa della produzione di acqua dolce, a volte riducono anche il tasso di desalinizzazione, il sintomo iniziale delle incrostazioni colloidali e particellari è l'aumento della differenza di pressione tra l'ingresso e uscita dei componenti della membrana ad osmosi inversa.
Il modo più comune per giudicare il colloide dell'acqua e le particelle negli elementi della membrana ad osmosi inversa è misurare il valore SDI dell'acqua, a volte chiamato valore F (indice di inquinamento), che è uno degli indicatori importanti per monitorare il funzionamento del sistema di pretrattamento ad osmosi inversa .
SDI (indice di densità del limo) è la variazione della velocità di filtrazione dell'acqua per unità di tempo per indicare l'inquinamento della qualità dell'acqua. La quantità di materiale colloidale e particolato presente nell'acqua influenzerà la dimensione dell'SDI. Il valore SDI può essere determinato dallo strumento SDI.
3. Controllo della contaminazione microbica delle membrane
I microrganismi presenti nell'acqua non depurata comprendono principalmente batteri, alghe, funghi, virus e altri organismi superiori. Nel processo di osmosi inversa, i microrganismi e i nutrienti disciolti nell'acqua verranno continuamente concentrati e arricchiti nell'elemento della membrana, che diventa l'ambiente e il processo ideale per la formazione del biofilm. La contaminazione biologica dei componenti della membrana ad osmosi inversa influenzerà seriamente le prestazioni del sistema ad osmosi inversa. La differenza di pressione tra l'ingresso e l'uscita dei componenti dell'osmosi inversa aumenta rapidamente, con conseguente diminuzione della resa d'acqua dei componenti della membrana. A volte si verifica una contaminazione biologica sul lato della produzione dell'acqua, con conseguente contaminazione dell'acqua prodotta. Ad esempio, nella manutenzione dei dispositivi ad osmosi inversa in alcune centrali termoelettriche, sugli elementi della membrana e sui tubi dell'acqua dolce si trova muschio verde, che rappresenta un tipico inquinamento microbico.
Una volta che l'elemento della membrana è contaminato da microrganismi e produce biofilm, la pulizia dell'elemento della membrana diventa molto difficile. Inoltre, i biofilm che non vengono completamente rimossi provocano nuovamente una rapida crescita di microrganismi. Pertanto, il controllo dei microrganismi è anche uno dei compiti più importanti del pretrattamento, soprattutto per i sistemi di pretrattamento ad osmosi inversa che utilizzano acqua di mare, acqua di superficie e acque reflue come fonti d'acqua.
I principali metodi per prevenire i microrganismi di membrana sono: cloro, trattamento di microfiltrazione o ultrafiltrazione, ossidazione con ozono, sterilizzazione con raggi ultravioletti, aggiunta di bisolfito di sodio. I metodi comunemente utilizzati nel sistema di trattamento dell'acqua delle centrali termoelettriche sono la sterilizzazione con clorazione e la tecnologia di trattamento dell'acqua di ultrafiltrazione prima dell'osmosi inversa.
Come agente sterilizzante, il cloro è in grado di inattivare rapidamente molti microrganismi patogeni. L'efficienza del cloro dipende dalla concentrazione di cloro, dal pH dell'acqua e dal tempo di contatto. Nelle applicazioni ingegneristiche, il cloro residuo nell'acqua è generalmente controllato a più di 0,5~1,0 mg e il tempo di reazione è controllato a 20~30 minuti. Il dosaggio del cloro deve essere determinato mediante il debug, poiché anche la materia organica presente nell'acqua consumerà il cloro. Per la sterilizzazione viene utilizzato il cloro e il miglior valore pratico del pH è 4~6.
L'uso della clorazione nei sistemi dell'acqua di mare è diverso da quello dell'acqua salmastra. Di solito ci sono circa 65 mg di bromo nell'acqua di mare. Quando l'acqua di mare viene trattata chimicamente con idrogeno, reagirà prima con l'acido ipocloroso per formare acido ipobromoso, in modo che il suo effetto battericida sia acido ipoumido anziché acido ipocloroso e l'acido ipobromoso non si decomporrà a un valore di pH più elevato. Pertanto, l'effetto della clorazione è migliore rispetto all'acqua salmastra.
Poiché l'elemento della membrana in materiale composito ha determinati requisiti riguardo al cloro residuo nell'acqua, è necessario effettuare un trattamento di riduzione della declorazione dopo la sterilizzazione con cloro.
4. Controllo dell'inquinamento organico
L'adsorbimento di materia organica sulla superficie della membrana causerà la diminuzione del flusso della membrana e, nei casi più gravi, causerà una perdita irreversibile del flusso della membrana e influenzerà la vita pratica della membrana.
Per l'acqua di superficie, la maggior parte dell'acqua è costituita da prodotti naturali, attraverso la chiarificazione della coagulazione, la filtrazione per coagulazione DC e il processo di trattamento combinato di filtrazione a carbone attivo, può ridurre notevolmente la materia organica nell'acqua, per soddisfare i requisiti dell'acqua ad osmosi inversa.
5. Controllo della polarizzazione della concentrazione
Nel processo di osmosi inversa, a volte si verifica un elevato gradiente di concentrazione tra l'acqua concentrata sulla superficie della membrana e l'acqua in ingresso, fenomeno chiamato polarizzazione della concentrazione. Quando si verifica questo fenomeno, sulla superficie della membrana si formerà uno strato di concentrazione relativamente elevata e relativamente stabile, il cosiddetto "strato critico", che ostacola l'efficace attuazione del processo di osmosi inversa. Questo perché la polarizzazione della concentrazione aumenterà la pressione permeabile della soluzione sulla superficie della membrana e la forza motrice del processo di osmosi inversa sarà ridotta, con conseguente riduzione della resa dell'acqua e del tasso di desalinizzazione. Quando la polarizzazione della concentrazione è grave, alcuni sali leggermente disciolti precipiteranno e si incrosteranno sulla superficie della membrana. Per evitare la polarizzazione della concentrazione, il metodo efficace è fare in modo che il flusso di acqua concentrata mantenga sempre uno stato turbolento, ovvero aumentando la portata in ingresso per aumentare la portata di acqua concentrata, in modo che la concentrazione di micro-disciolto il sale sulla superficie della membrana è ridotto al valore più basso; Inoltre, dopo lo spegnimento del dispositivo di trattamento dell'acqua ad osmosi inversa, l'acqua concentrata sul lato dell'acqua concentrata sostituita deve essere lavata in tempo.
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