逆浸透プラントプロセス装置 工業用水処理システム
プロジェクト紹介
逆浸透システムの原理
一定の温度で、半透膜を使用して淡水を生理食塩水から分離します。淡水は半透膜を通って生理食塩水に移動します。右心室の生理食塩水側の液面が上昇すると、左心室からの淡水が生理食塩水側へ移動するのを防ぐために一定の圧力が発生し、最終的に平衡に達します。このときの平衡圧力を溶液の浸透圧といい、この現象を浸透といいます。右心室の食塩水側に浸透圧を超える外圧がかかると、右心室の食塩水中の水が半透膜を通って左心室の淡水に移動し、新鮮な水が循環します。水と塩水を分離することができます。この現象は透過現象の逆であり、逆透過現象と呼ばれます。
したがって、逆浸透淡水化システムの基本は、
（１）半透膜の選択透過性、すなわち水を選択的に通すが塩分は通さない。
（２）生理食塩水室の外部圧力は、生理食塩水室と淡水室の浸透圧より大きく、これが生理食塩水室から淡水室へ水が移動する駆動力となる。いくつかの溶液の典型的な浸透圧を以下の表に示します。
淡水と海水を分離するために使用される上記の半透膜は、逆浸透膜と呼ばれます。逆浸透膜は主に高分子材料でできています。現在、火力発電所で使用されている逆浸透膜は芳香族ポリアミド複合材料が主流です。
RO(Reverse Osmosis) 逆浸透技術は、圧力差を利用した膜分離および濾過技術です。その孔径はナノメートル（1ナノメートル＝10-9メートル）ほどです。一定の圧力下では、H20分子はRO膜を通過できますが、原水中の無機塩、重金属イオン、有機物、コロイド、細菌、ウイルスおよびその他の不純物はRO膜を通過できず、純水はRO膜を通過できます。透過する濃縮水と透過できない濃縮水とを厳密に区別することができる。
産業用途では、逆浸透プラントは逆浸透プロセスを促進するために特殊な装置を使用します。産業用逆浸透システムは、大量の水を処理するように設計されており、農業、製薬、製造などのさまざまな産業で使用されています。これらのシステムで使用される装置は、塩水源から淡水を生産する際に逆浸透プロセスが効率的かつ効果的に行われるように特別に設計されています。
逆浸透プロセスは海水淡水化のための重要な技術であり、水が不足している地域や従来の水源が汚染されている地域に淡水を提供できます。逆浸透装置と技術が進歩しても、このプロセスは世界中の水不足と品質問題に対する重要な解決策であり続けます。
逆浸透膜の主な特徴:
膜分離の方向性と分離特性
実際の逆浸透膜は非対称膜であり、表面層と支持層があり、明確な方向性と選択性を持っています。いわゆる方向性は、脱塩のために膜表面を高圧ブラインに入れることであり、圧力が膜の透水性を増加させ、脱塩速度も増加します。膜の支持層を高圧の塩水中に置くと、圧力の上昇に伴って脱塩率はほぼ0になりますが、水の透過率は大幅に増加します。この方向性があるため、貼り付けると逆に使用することはできません。
水中のイオンと有機物の逆浸透の分離特性は同じではなく、次のように要約できます。
(1) 有機物は無機物よりも分離しやすい
(2) 電解質は非電解質に比べて分離しやすい。電荷の高い電解質は分離しやすく、その除去速度は一般に次の順序になります。 Fe3+> Ca2+> Na+ PO43-> S042-> C | - 電解質の場合、分子が大きいほど除去しやすくなります。
(3) 無機イオンの除去速度は、水和物とイオン水和状態における水和イオンの半径に関係します。水和イオンの半径が大きいほど除去されやすくなります。除去率の順位は以下の通りです。
Mg2+、Ca2+>Li+>Na+>K+; F-> C|-> Br-> NO3-
(4) 極性有機物の分離規則:
アルデヒド > アルコール > アミン > 酸、三級アミン > 二級アミン > 一級アミン、クエン酸 > 酒石酸 > リンゴ酸 > 乳酸 > 酢酸
排ガス処理における最近の進歩は、環境課題への取り組みにおける大きな進歩を示すと同時に、持続可能で環境に優しい方法でビジネスが繁栄する機会も提供します。この革新的なソリューションは、高効率、低い運転コスト、二次汚染ゼロを約束するため、排ガス処理と環境保護の分野に必ずプラスの影響を与えるでしょう。
(5) 対の異性体: tert- > 異なる (iso-) > Zhong (sec-) > 元の (pri-)
(6) 有機物のナトリウム塩分離性能は良好ですが、フェノールおよびフェノール列有機物は負の分離を示します。極性または非極性、解離または非解離の有機溶質の水溶液が膜で分離される場合、溶質、溶媒、膜の間の相互作用力が膜の選択透過性を決定します。これらの効果には、静電気力、水素結合結合力、疎水性、電子移動などが含まれます。
(7) 一般に、溶質は膜の物性や転写特性にほとんど影響を与えません。酢酸セルロースを水溶液中で膨張させることができるのは、フェノールまたは一部の低分子量有機化合物だけです。これらの成分が存在すると、一般に膜の水流束が減少し、場合によっては大幅に減少します。
(8) 硝酸塩、過塩素酸塩、シアン化物、チオシアン酸塩の除去効果は塩化物ほどではなく、アンモニウム塩の除去効果はナトリウム塩ほどではありません。
(9) 電解質、非電解質を問わず、相対分子量が 150 を超えるほとんどの成分を良好に除去できます。
また、芳香族炭化水素、シクロアルカン、アルカン、塩化ナトリウムの逆浸透膜では分離順序が異なります。
(2) 高圧ポンプ
逆浸透膜の操作では、脱塩プロセスを完了するために水を高圧ポンプで指定の圧力まで送る必要があります。現在、火力発電所で使用される高圧ポンプには遠心ポンプ、プランジャーポンプ、スクリューポンプなどの形式があり、その中で多段遠心ポンプが最も広く使用されています。これにより 90% 以上に達し、エネルギー消費を節約できます。この種のポンプは高効率が特徴です。
(3) 逆浸透オントロジー
逆浸透膜装置は、逆浸透膜構成部品を一定の配置で配管で結合接続した複合型水処理装置です。一枚の逆浸透膜を膜エレメントといいます。検知数の逆浸透膜コンポーネントは、特定の技術要件に従って直列に接続され、単一の逆浸透膜シェルと組み立てられて膜コンポーネントを形成します。
1. 膜要素
逆浸透膜エレメント 逆浸透膜と産業用機能を備えたサポート材からなる基本ユニット。現在、火力発電所ではコイル膜エレメントが主に使用されています。
現在、さまざまな膜メーカーがさまざまな業界のユーザー向けにさまざまな膜コンポーネントを製造しています。火力発電所に適用される膜エレメントは、高圧海水淡水化用逆浸透膜エレメントと、高圧海水淡水化用逆浸透膜エレメントに大別されます。低圧および超低圧汽水脱塩逆膜エレメント。防汚膜エレメント。
膜要素の基本要件は次のとおりです。
A. 可能な限り高いフィルム充填密度。
B. 集中分極しにくい
C. 強力な汚染防止能力
D. メンブレンの洗浄と交換が便利です
E. 価格が安い
2.膜シェル
逆浸透体装置に逆浸透膜エレメントを装填するために使用される圧力容器は膜シェルと呼ばれ、「圧力容器」とも呼ばれる製造ユニットはハイデエナジー社で、各圧力容器の長さは約7メートルです。
フィルムシェルのシェルは通常、エポキシガラス繊維強化プラスチッククロスで作られ、外側のブラシはエポキシペイントです。ステンレスフィルムシェル用の製品を製造しているメーカーもいくつかあります。 FRPは耐食性に優れているため、ほとんどの火力発電所ではFRPフィルムシェルが選択されています。圧力容器の材質はFRPです。
逆浸透水処理システムの性能に影響を与える要因:
特定のシステム条件では、水流束と脱塩率が逆浸透膜の特性であり、主に圧力、温度、回収率、流入塩分濃度、pH 値など、逆浸透膜の水流束と脱塩率に影響を与える多くの要因があります。
(1) 圧力効果
逆浸透膜の入口圧力は、逆浸透膜の膜流束と脱塩速度に直接影響します。膜流束の増加は、逆浸透の入口圧力と直線的な関係があります。脱塩速度は流入圧力と線形の関係にありますが、圧力が一定の値に達すると、脱塩速度の変化曲線は平坦になる傾向があり、脱塩速度は増加しなくなります。
(2) 温度の影響
逆浸透の入口温度が上昇すると、脱塩速度は低下します。ただし、水収量フラックスはほぼ直線的に増加します。その主な理由は、温度が上昇すると水分子の粘性が低下し、拡散力が強いため、水のフラックスが増加するためです。温度が上昇すると、逆浸透膜を通過する塩の速度が速まり、脱塩速度が低下します。原水温度は逆浸透システム設計の重要な参考指標です。例えば、発電所が逆浸透工学の技術変革を行っている場合、設計上の原水の水温は25℃に基づいて計算され、入口圧力は1.6MPaと計算されます。しかし、実際のシステム運転時の水温はわずか8℃であり、設計流量を確保するには入口圧力を2.0MPaまで高める必要があります。その結果、システム運転に伴うエネルギー消費量が増加し、逆浸透装置の膜部品の内部シールリングの寿命が短くなり、設備のメンテナンス量が増加します。
(3) 塩分の影響
水中の塩分濃度は膜浸透圧に影響を与える重要な指標であり、塩分濃度が増加すると膜浸透圧は増加します。逆浸透膜の入口圧力が変化しない条件下では、入口水の塩分濃度が増加します。浸透圧の増加により入口の力の一部が相殺されるため、流束が減少し、脱塩速度も低下します。
(4) 回収率の影響
逆浸透システムの回収率が増加すると、流れ方向に沿って膜エレメントの入口水の塩分含有量が増加し、浸透圧が増加します。これにより、逆浸透の入口水圧の推進効果が相殺され、水収量フラックスが減少します。膜エレメントの入口水中の塩分含有量の増加は、淡水中の塩分含有量の増加をもたらし、したがって、脱塩速度が低下する。システム設計において、逆浸透システムの最大回収率は浸透圧の制限には依存しませんが、多くの場合、回収率の向上により微溶性塩が除去されるため、原水中の塩の組成と含有量に依存します。炭酸カルシウム、硫酸カルシウム、シリコンなどは濃縮プロセスでスケールします。
(5) pH値の影響
膜エレメントの種類によって適用できる pH 範囲は大きく異なります。たとえば、酢酸塩膜の水流束と脱塩速度は、pH 値 4 ～ 8 の範囲では安定する傾向がありますが、pH 値が 4 未満または 8 を超える範囲では大きく影響されます。工業用水処理に使用される膜材料は複合材料であり、幅広いpH値範囲に適応します（連続運転ではpH値を3〜10の範囲で制御でき、この範囲での膜流束と脱塩速度は比較的安定しています） 。
逆浸透膜の前処理方法：
逆浸透膜ろ過はろ床ろ過とは異なり、ろ床は完全ろ過、つまり原水をろ過層全体でろ過します。逆浸透膜ろ過は、原水中の水の一部が膜と垂直方向に膜を通過するクロスフローろ過方式です。このとき、塩類や各種汚染物質は膜で捕捉され、膜面と平行に流れる原水の残りの部分によって運び出されるが、汚染物質を完全に除去することはできない。時間が経つにつれて、残留汚染物質により膜エレメントの汚染がより深刻になります。そして、原水汚染物質と回収率が高いほど、膜汚染は速くなります。
1. スケール制御
原水中の不溶性塩類が膜エレメント内で濃縮され続け、溶解限界を超えると、逆浸透膜の表面に析出する現象を「スケーリング」といいます。水源が決まれば、逆浸透膜の回収率が高くなるほどスケール発生のリスクが高まります。現在、水不足や廃水排出による環境への影響を理由に、リサイクル率を高めることが一般的となっています。この場合、思慮深いスケーリング制御手段が特に重要です。逆浸透システムでは、一般的な耐火性塩は CaCO3、CaSO4、SiO2 であり、スケールを生成する可能性のあるその他の化合物は CaF2、BaSO4、SrSO4、Ca3(PO4)2 です。スケール防止の一般的な方法は、スケール防止剤を添加することです。私のワークショップで使用したスケール防止剤は、Nalco PC191 と Europe and America NP200 です。
2.コロイド粒子および固体粒子の汚染の制御
コロイドおよび粒子のファウリングは、淡水出力の大幅な減少や、場合によっては脱塩速度の低下など、逆浸透膜エレメントの性能に深刻な影響を与える可能性があります。コロイドおよび粒子のファウリングの初期症状は、入口と入口の間の圧力差の増加です。逆浸透膜コンポーネントの出口。
逆浸透膜エレメント内の水のコロイドと粒子を判断する最も一般的な方法は、F 値 (汚染指数) とも呼ばれる水の SDI 値を測定することです。これは、逆浸透前処理システムの動作を監視するための重要な指標の 1 つです。 。
SDI（シルト密度指数）とは、単位時間当たりの水のろ過速度の変化であり、水質の汚れを示します。水中のコロイドと粒子状物質の量は、SDI サイズに影響します。 SDI 値は SDI インストゥルメントによって決定できます。
3. 膜微生物汚染の制御
原水中の微生物には主に細菌、藻類、菌類、ウイルスなどの高等生物が含まれます。逆浸透のプロセスでは、水中の微生物と溶解栄養素が膜要素内で継続的に濃縮および濃縮され、バイオフィルムの形成にとって理想的な環境およびプロセスとなります。逆浸透膜コンポーネントの生物学的汚染は、逆浸透システムの性能に重大な影響を与えます。逆浸透コンポーネントの入口と出口の間の圧力差は急速に増加し、その結果、膜コンポーネントの水収量が減少します。場合によっては、水の生産側で生物学的汚染が発生し、その結果、生産水が汚染されることがあります。たとえば、一部の火力発電所の逆浸透装置のメンテナンスでは、膜エレメントや淡水パイプに緑色のコケが見つかり、これは典型的な微生物汚染です。
膜エレメントが微生物によって汚染され、バイオフィルムが生成されると、膜エレメントの洗浄は非常に困難になります。また、バイオフィルムが完全に除去されていないと、微生物が再び急速に増殖してしまいます。したがって、特に海水、地表水、廃水を水源として使用する逆浸透前処理システムでは、微生物の管理も前処理の最も重要なタスクの 1 つです。
膜微生物を防ぐ主な方法は、塩素、精密濾過または限外濾過処理、オゾン酸化、紫外線滅菌、亜硫酸水素ナトリウムの添加です。火力発電所の水処理システムで一般的に使用される方法は、逆浸透の前に塩素滅菌と限外濾過水処理技術です。
塩素は殺菌剤として、多くの病原性微生物を迅速に不活化することができます。塩素の効率は、塩素の濃度、水の pH、および接触時間によって異なります。工学用途では、一般的に水中の残留塩素は0.5～1.0mg以上に制御され、反応時間は20～30分に制御されます。水中の有機物も塩素を消費するため、塩素の投与量はデバッグによって決定する必要があります。殺菌には塩素が使用されますが、実用上最適なpH値は4～6です。
海水系における塩素処理の使用は、汽水系とは異なります。通常、海水には約65mgの臭素が含まれています。海水を水素で化学処理すると、最初に次亜塩素酸と反応して次亜臭素酸が生成されるため、その殺菌効果は次亜塩素酸ではなく次亜臭素酸であり、次亜臭素酸はpH値が高くなると分解しません。したがって、塩素処理の効果は汽水よりも優れています。
複合材料膜エレメントは水中の残留塩素に対して一定の要件があるため、塩素滅菌後に脱塩素低減処理を行う必要があります。
4. 有機汚染の管理
膜表面への有機物の吸着は膜流束の低下を引き起こし、ひどい場合には膜流束の不可逆的な損失を引き起こし、膜の実用寿命に影響を与えます。
地表水の場合、水の大部分は天然物であり、凝集浄化、DC凝集濾過、活性炭濾過の組み合わせ処理プロセスを通じて、水中の有機物を大幅に削減し、逆浸透水の要件を満たすことができます。
5. 濃度偏光制御
逆浸透の過程では、膜表面の濃縮水と流入水の間に大きな濃度勾配が生じることがあります。これを濃度分極といいます。この現象が発生すると、膜の表面に比較的高濃度で比較的安定したいわゆる「臨界層」が形成され、逆浸透プロセスの効果的な実施が妨げられます。これは、濃度分極により膜表面の溶液透過圧が増加し、逆浸透プロセスの駆動力が低下し、その結果、水収量と脱塩率が低下するためです。濃度分極が深刻な場合、わずかに溶解した塩が膜表面に沈殿し、スケールが形成されます。濃度分極を避けるためには、濃縮水の流れを常に乱流状態に保つ、つまり入口流量を大きくして濃縮水の流量を増やし、微量溶解濃度を高める方法が効果的です。膜表面の塩分が最低値まで減少します。また、逆浸透水処理装置の停止後は、交換された濃縮水側の濃縮水を適時に洗浄する必要がある。
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