逆浸透データの収集と正規化とは何ですか?

2024-07-20 16:35:47

逆浸透 (RO) データの収集と正規化は、膜の状態を評価し、深刻になる前に潜在的な問題に対処するために重要です。膜の性能に影響を与える外部要素を使用してデータ要素を正規化すると、性能データを検討する際に同一の比較が可能になります。正規化された RO パフォーマンスデータは、膜が新しいとき、交換されたとき、または洗浄されたときなど、確立されたベースラインと比較されます。

RO 膜の健全性を判断するために、次の生データが収集されます。
1. フィード温度 (F⁰)
2. 透過流量 (GPM)
3. 濃縮物流量 (GPM)
4. 供給圧力 (PSI)
5. 透過圧力 (PSI)
6. 飼料の導電率
7. 透過物導電率

これらすべての動作条件は、RO 膜が生成できる透過水の品質と量に直接影響します。ただし、これらの動作条件は常に変化するため、ある時点で観察された特定のパラメータのパフォーマンスを、異なる動作条件下での別の時点と比較することは不可能です。温度、供給水の質、透過水の流れ、システムの回収率などの変化する要因はすべて、膜の性能に影響を与えます。

RO データを正規化することにより、ユーザーは RO 膜の性能を動作条件の変化に依存しない設定された基準と比較することができます。正規化されたデータは RO 膜の直接の状態を測定し、真の RO 膜の性能と健全性を示します。

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逆浸透海水淡水化装置

正規化されていないデータは誤解を招く可能性があります。実際には問題がないにもかかわらず、非常に多くの変数によって問題があるように見える変更が生じる可能性があるからです。給水温度は、RO システムの性能に影響を与える最も顕著な条件です。一般的な経験則は、華氏 (F⁰) 度の変化ごとに 1.5% の透過流量の変化を推定することです。

たとえば、給水が 60 F⁰ であったときに RO が 50 GPM の透過水を生成し、その後給水温度が 5 F⁰ 低下した場合、RO は約 46 GPM を生成します。温度低下に伴う製品の 4 GPM の減少は完全に正常です。

データの解釈

RO オペレーターは最終的に、生成される水の質と量という 2 つの結果を懸念しています。上で述べたように、これら 2 つの要因は、いくつか例を挙げると、給水圧力、システム回収率、給水水質の変化など、多くの変数の影響を受ける可能性があります。

逆浸透 (RO) データの収集と正規化に関しては、真の膜性能をより正確に把握し、RO システムによって生成される水の量と質に関する潜在的な RO システムの問題を正確にトラブルシューティングするのに役立つ 3 つの計算値があります。動作データを収集し、データを正規化し、正規化されたデータの経時的な傾向を分析し、その値をベースライン (RO 膜が新品だったとき、または洗浄または交換した後の開始値から計算) と比較することにより、プロアクティブな対応が可能になります。 RO 膜に不可逆的な損傷が発生する前に、問題に対処するための措置を講じます。

監視とトレンドに使用される 3 つの計算値は次のとおりです。
• 正規化透過流量 (NPF)
• 正規化された塩除去率 (NSR)
• 正規化差圧 (NPD)

正規化透過流量 (NPF)

NPF は、RO が生成する透過水の量を測定します。 NPF がベースライン値 (新しい膜での起動時、または膜の交換または洗浄時の NPF 測定値) より 10% ～ 15% 低下した場合、これは RO 膜の汚れまたはスケーリングを示しており、RO 膜を洗浄する必要があります。

NPF が増加する場合、これは RO 膜に損傷があることを意味します。損傷は、膜への化学的攻撃 (塩素などの酸化剤による) または機械的問題 (O リングの故障など) によって引き起こされる可能性があります。

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正規化透過流量 (NPF) の計算方法

正規化透過流量 (NPF) を計算する式は次のとおりです。

NPF = 透過流量 x (ベースライン aNDP/aNDP) x (ベースライン TCF/TCF)

どこ：

フィード TDS = フィード導電率/2
濃縮係数 = (透過流量 + 濃縮流量) / 濃縮流量
濃縮物 TDS = 飼料 TDS x 濃縮係数
平均正味駆動圧力 (aNDP) = (((供給圧力 + 濃縮圧力)/2) – ((供給 TDS – 濃縮 TDS)/200)) – 透過圧力
フィード温度 C = (5/9) x (フィード温度 – 32)
TCF (温度補正係数) = EXP (2640 x ((1/298) – (1/(273+フィード温度 C))))

正規化塩除去率 (NSR)

NSR は、RO 膜が塩分 (汚染物質) をどの程度除去しているかを示すため、透過水の品質に影響を与えます。 NSR が減少すると、RO 膜を通過する塩の量が増加し、透過水の品質が低下します。 NSR の減少は、RO 膜の汚れ、スケール、または劣化を示している可能性があります。優れた性能の RO 膜は、97% ～ 99% の阻止率を提供する必要があります。 RO 阻止率が 90% 以下に低下した場合、メンブレンは「不良」とみなされます。通常の RO 動作スパンでは、継続使用中に NSR が着実に低下するのが特徴です。 RO 膜は通常、交換が必要になるまで数年間寿命があり、NSR の着実な低下は膜の老化の通常の兆候です。適切な RO 膜洗浄計画は NSR の改善に役立ちます。

NSR は生物付着の問題を特定するのに役立ちます。生物付着が懸念される場合、多くの場合、NSR が増加し、NPF が減少します。これは、生物付着物が実際に RO 膜の小さな欠陥を封止し、それによって塩の除去が増加するためです。時間の経過とともに、生物付着物層は老化し、CO2、メタン、有機物などの化学物質によって死滅し始めます。
酸が膜を通って拡散し始め、透過水の水質に影響を及ぼします（脱塩率が低下し、NSR が低下します）。

正規化塩除去率 (NSR) の計算方法

正規化販売拒否 (NSR) を計算する式は次のとおりです。

NSR = 100 ((塩の通過量 x (透過流量/ベースライン透過流量) x TCF) x 100)

どこ：

透過水の TDS = 透過水の導電率 x 0.67
フィード TDS = フィード導電率 / 2
塩除去率 = 1 – (透過液 TDS / 供給液 TDS)
塩の通過 = 1 – 塩の除去
フィード温度 C = (5/9) x (フィード温度 – 32)
温度補正係数 (TCF) = EXP (2640 x ((1/298) – (1/(273+ 供給温度 C))))

温度補正係数 (TCF) の説明

水温は逆浸透膜の性能における重要な要素の 1 つです。メンブレンのメーカーは、特定の動作温度に対する温度補正係数を提供していますが、これはメーカーによって異なる場合があり、さまざまな方法で計算できます。上記の NPF 計算と NSR 計算の両方で示されているように、膜係数 2640 の ASTM 法は、RO 分散を見つける目的で使用されます。膜係数 2640 が使用されるのは、当社の膜の大部分がこの数値に準拠しており、各膜に特定の係数を使用しても計算に与える影響は無視できるからです。

正規化差圧 (NPD)

NPD は、膜上の給水スペーサーがどの程度きれいであるかを示しています。これらのスペーサーの厚さは 1 インチの約 30,000 分の 1 インチしかなく、非常に目詰まりしやすいです。詰まりが発生すると、流れに対する抵抗が増加し、圧力損失が増加します。

NPD は、汚れやスケールにより時間の経過とともに増加し始めます。 DPD がベースライン値より 15% ～ 25% 増加した場合は、RO 膜を洗浄する必要があります。 RO 膜をいつ洗浄する必要があるかを決定するには、NPD と NPF を一緒に監視する必要があります。多くの場合、NPF は減少しますが、NPD は変化しません。これは単純に、汚れやスケールの問題が給水スペーサーをまだ塞いでいないためです。やがて、NPF の低下に伴って NPD も増加します。 NPD の低下は、通常、機器の欠陥やデータ収集時の間違いが原因です。

RO の各段階で NPD を測定できれば、通常、圧力降下の増加箇所に基づいて汚れとスケールの間の問題を特定できます。 RO の前段での NPD の増加は汚れの問題を示し、第 2 段での NPD の増加はスケーリングを示します。