Rozwiązanie do odsalania wody morskiej SWRO ---- System odsalania wody morskiej z odwróconą osmozą do oczyszczania wody

Woda jest źródłem życia, cennym i niezastąpionym zasobem naturalnym człowieka oraz siłą napędową rozwoju społecznego i gospodarczego. Brak zasobów wodnych i coraz poważniejsze zanieczyszczenie wody stały się wąskim gardłem ograniczającym postęp społeczny i rozwój gospodarczy. Oprócz naukowego zarządzania i optymalnej alokacji zasobów wodnych bardzo istotne jest również pełne uwzględnienie roli zaawansowanych technologii w ponownym wykorzystaniu wody. Odsalanie wody morskiej jest ważnym systemem pozwalającym rozwiązać problem braku zasobów wodnych. Do tej pory znanych było kilkadziesiąt metod odsalania wody morskiej, do których zaliczały się głównie destylacja, metoda membranowa, metoda elektrodializy i metoda zamrażania. Wśród nich metoda membranowa metodą odwróconej osmozy (SWRO) jest najszybciej rozwijającą się, najmniej inwestycyjną, najbardziej energooszczędną i najtańszą technologią odsalania. System odwróconej osmozy to wydajna i przyjazna dla środowiska technologia uzdatniania wody, która jest szeroko stosowana w odsalaniu wody morskiej, uzdatnianiu wody przemysłowej, oczyszczaniu wody pitnej i innych dziedzinach.

Zasada działania systemu odsalania wody morskiej metodą odwróconej osmozy opiera się głównie na technologii separacji membranowej. Technologia separacji membranowej jest rodzajem technologii oddzielania i oczyszczania różnych substancji poprzez selektywne przepuszczanie przez folie polimerowe. W systemach odsalania metodą odwróconej osmozy folia polimerowa jest asymetryczną strukturą złożoną z gęstej kory i luźnej warstwy nośnej. Gęsta kora jest warstwą filtrującą membrany i ma pory na poziomie mikrometra, które zapobiegają przedostawaniu się większości zawieszonych, rozpuszczonych substancji i mikroorganizmów. Luźna warstwa nośna to warstwa nośna membrany, która ma dużą średnicę porów i może zapewnić ogólną wytrzymałość mechaniczną membrany.

Przebieg procesu odsalania wody morskiej w systemie odwróconej osmozy

Systemy odsalania wody morskiej metodą odwróconej osmozy (SWRO) stały się ważną technologią w dziedzinie odsalania wody morskiej, zapewniając zrównoważone rozwiązanie coraz poważniejszego globalnego problemu niedoboru wody. Proces odwróconej osmozy wody morskiej obejmuje kilka kluczowych etapów zapewniających produkcję wysokiej jakości wody pitnej z wody morskiej. Zrozumienie natężenia przepływu systemu odwróconej osmozy ma kluczowe znaczenie dla zrozumienia jego skuteczności i korzyści odsalania. Proces systemowy obejmuje następujące etapy: 1. Filtracja pierwotna: Surowa woda morska najpierw przechodzi przez filtr główny, aby skutecznie usunąć duże cząstki, zawieszone ciała stałe i niektóre zanieczyszczenia. Ten etap ma kluczowe znaczenie dla przygotowania wody morskiej do dalszego przetwarzania, zapewniając bardziej efektywną późniejszą obróbkę.

2. Filtracja wtórna: Pierwotnie przefiltrowana woda przechodzi przez filtr z węglem aktywnym w celu wtórnej filtracji. Celem tego etapu jest usunięcie szkodliwych substancji, takich jak materia organiczna i resztkowy chlor, dalsze oczyszczenie wody morskiej i przygotowanie do kolejnego etapu oczyszczania. 3. Filtracja precyzyjna: Woda jest następnie precyzyjnie filtrowana przez precyzyjny filtr w celu dalszego usunięcia cząstek, bakterii i innych zanieczyszczeń. Ten etap zapewnia dokładne oczyszczenie wody przed wejściem do serca procesu odwróconej osmozy. 4. Membrana odwróconej osmozy: Precyzyjnie przefiltrowana woda jest następnie kierowana przez membranę odwróconej osmozy, która jest kluczowym elementem systemu. Membrany odwróconej osmozy pomagają oddzielać i usuwać sole, substancje organiczne, metale ciężkie i inne substancje w celu wytworzenia czystej, odsolonej wody. 5. Dezynfekcja i przechowywanie: Po przejściu wody przez membranę odwróconej osmozy jest ona dezynfekowana w celu wyeliminowania wszelkich pozostałych mikroorganizmów. Oczyszczona woda jest następnie przechowywana w zbiornikach gotowych do dystrybucji i wykorzystania.

Zalet systemów odwróconej osmozy w odsalaniu wody morskiej jest wiele. System charakteryzuje się wysoką wydajnością, ochroną środowiska, oszczędnością energii i bezpieczeństwem. Technologia odwróconej osmozy może usunąć ponad 99% szkodliwych substancji, takich jak sól, materia organiczna, metale ciężkie itp., Zapewniając produkcję czystej wody z wody morskiej i zaspokajając pilne zapotrzebowanie na zasoby świeżej wody. Korzyści dla środowiska wynikające z systemów odwróconej osmozy są również znaczące. W przeciwieństwie do tradycyjnych metod odsalania wody morskiej, systemy RO nie wymagają dużej ilości środków chemicznych, nie wytwarzają ścieków i są przyjazne dla środowiska. To zrównoważone podejście do odsalania jest zgodne z globalnymi wysiłkami na rzecz promowania przyjaznych dla środowiska rozwiązań w zakresie uzdatniania i konserwacji wody.

Oprócz korzyści dla środowiska systemy odwróconej osmozy wymagają niewielkiej konserwacji, są łatwe w obsłudze i nadają się do stosowania w różnych warunkach wodnych. Te właściwości sprawiają, że systemy odwróconej osmozy są praktyczną i niezawodną opcją odsalania, szczególnie na obszarach o ograniczonych dostawach słodkiej wody. Podsumowując, proces odsalania w systemie odwróconej osmozy składa się z szeregu podstawowych etapów, które ostatecznie prowadzą do uzyskania czystej wody pitnej z wody morskiej. Dzięki wydajności, korzyściom dla środowiska i możliwościom adaptacji systemy odwróconej osmozy są kluczową technologią pozwalającą zaradzić niedoborom wody i zapewnić zrównoważony dostęp do zasobów słodkiej wody.

Infiltracja i odwrócona osmoza

Odwrócona osmoza jest procesem odwrotnym do osmozy. Przepuszczalność jest zjawiskiem naturalnym. Cząsteczki wody w rozcieńczonym roztworze będą dyfundować przez półprzepuszczalną membranę na stronę stężonego roztworu ze stosunkowo dużą prędkością. Jak pokazano na rysunku, poziom cieczy po stronie wody słodkiej będzie nadal spadał, powodując różnicę ciśnień hydrostatycznych. Różnica w ciśnieniu hydrostatycznym w tym punkcie nazywana jest ciśnieniem osmotycznym (ciśnienie osmotyczne pomiędzy granicą wody morskiej i słodkiej wynosi około 2,4 MPa).

Proces odwróconej osmozy jest czymś zupełnie odwrotnym. W SWRO ciśnienie większe niż ciśnienie osmotyczne wody morskiej po jednej stronie spowoduje, że cząsteczki wody w wodzie morskiej przejdą przez membranę, a sól zostanie uwięziona. Teoretycznie im większe ciśnienie zewnętrzne, tym szybsza będzie odwrócona osmoza cząsteczek wody w wodzie morskiej. Podstawowym elementem procesu odwróconej osmozy jest syntetyczna półprzepuszczalna membrana, która przepuszcza prawie wyłącznie cząsteczki wody. Płaska membrana membrany odwróconej osmozy musi zostać wykonana w określonej konfiguracji, zanim będzie mogła zostać zastosowana w inżynierii uzdatniania wody. Obecnie do odsalania wody morskiej stosuje się głównie aromatyczny element membrany z poliamidu.

Membranę wytwarzającą wodę umieszcza się pomiędzy dwoma płaskimi kawałkami membrany, warstwę membrany cementuje się razem wzdłuż trzech krawędzi warstwy membrany, a następnie łączy z membraną wlotu wody i nawija na porowatą rurę centralną. Na koniec perforowana zaślepka jest instalowana na obu końcach i hermetyzowana, tworząc zwinięty element membranowy. Komercyjne elementy membran do odwróconej osmozy są dostępne w różnych specyfikacjach, przy czym najczęściej używany element membranowy do odsalania ma średnicę 200 mm i standardową długość 1000 mm.

SWRO składa się z pompy wysokociśnieniowej, zbiornika ciśnieniowego i urządzenia do odzyskiwania energii. Po wstępnej obróbce wody morskiej i sprowadzeniu jej pod ciśnieniem do zbiornika ciśnieniowego jednostki odwróconej osmozy za pomocą pompy wysokociśnieniowej, woda morska najpierw przechodzi przez pierwszy element membranowy i przepływa przez wlotowy kanał barierowy elementu membranowego, który jest spiralnie zwinięty. Pod wyższym ciśnieniem część cząsteczek wody w sposób ciągły przenika przez membranę i wchodzi do centralnej rurki zwiniętego elementu membrany przez kanał przepływowy bariery wytwarzającej wodę, wytwarzając wodę produktową. Pozostała część napływającej wody przepływa dalej zgodnie z kierunkiem przepływu do następnego elementu membranowego. Proces ten odbywa się po kolei. Gdy dopływająca woda przechodzi przez następny element membrany, stężenie dopływającej wody wzrasta. Kiedy przepływa przez ostatni element membrany, dopływająca woda staje się wodą stężoną.

W odróżnieniu od metody termicznej SWRO nie charakteryzuje się procesem przemiany fazowej polegającym na parowaniu i kondensacji. Głównym zużyciem energii przez SWRO jest energia pompowania pod wysokim ciśnieniem w celu realizacji procesu odwróconej osmozy, co sprawia, że koszt produkcji wody w wyniku odwróconej osmozy jest niższy niż w przypadku metody termicznej. Ponadto, w porównaniu z metodą termiczną, jej wyposażenie ma również modułową budowę i wysoką elastyczność procesu. Zawieszenie i konserwacja lokalnych obiektów nie może mieć wpływu na działanie reszty całego systemu. Jednakże SWRO wymaga złożonego i dokładnego procesu obróbki wstępnej, a różni komercyjni producenci membran mają rygorystyczne wymagania dotyczące SDI, pH, temperatury, resztkowego chloru i innych wskaźników poliamidowej membrany odwróconej osmozy. Jeżeli obróbka wstępna nie spełnia standardów, zanieczyszczenie i osadzanie się kamienia na powierzchni membrany ulegną przyspieszeniu, co będzie miało wpływ na żywotność, zużycie energii i jakość wody produktu modułu membranowego podczas działania, zwiększając w ten sposób koszty produkcji wody .

Kolejnym kluczowym sprzętem jest urządzenie do odzyskiwania energii. Szybki rozwój SWRO przypisuje się zastosowaniu urządzeń do odzyskiwania energii o coraz większej wydajności w systemie odwróconej osmozy, a także ciągłej optymalizacji materiałów membranowych i komponentów membran. Obecnie wysoce wydajne jednostki odzyskiwania ciśnienia typu PX mogą odzyskać ponad 95% energii zawartej w stężonej wodzie i wprowadzić ją pod ciśnieniem do wody morskiej, zmniejszając zużycie energii w procesie odwróconej osmozy o prawie połowę. TDS pierwotnych ścieków z odwróconej osmozy wynosi około 300-500 mg/L, co spełnia ograniczone wymagania Światowej Organizacji Zdrowia dotyczące wskaźnika TDS wody pitnej (500 mg/L). SWRO jest wykorzystywane do zaopatrzenia w wodę pitną na dużą skalę na obszarach ubogich w wodę. W latach 80-tych SWRO zaczęło konkurować z tradycyjnym procesem termicznym. Ze względu na zalety niskich inwestycji w sprzęt, krótki cykl budowy, niskie zużycie energii i wiele innych zalet, SWRO szybko się rozwinęło i stało się najważniejszym procesem na światowym rynku odsalania. Obecnie SWRO pierwotne wykorzystuje się głównie w przemyśle komunalnym, dlatego też możliwości procesu odwróconej osmozy szybko rosną. Przyszłe badania nad procesem odwróconej osmozy będą skupiać się na opracowaniu bardziej energooszczędnych i trwałych nowych membran i elementów membran do odwróconej osmozy, zmniejszeniu zużycia energii operacyjnej i kosztach konserwacji oraz obniżeniu kosztów produkcji wody. S19qen

W praktyce systemy odwróconej osmozy stały się ważną technologią w dziedzinie uzdatniania wody. Na przykład w dziedzinie odsalania wody morskiej systemy odwróconej osmozy mogą skutecznie usunąć ponad 99% soli i innych szkodliwych substancji z wody morskiej, osiągając wydajne odsalanie wody morskiej. W dziedzinie uzdatniania wody przemysłowej system odwróconej osmozy może zapewnić wysokiej jakości wodę procesową, poprawić wydajność produkcji i jakość produktu. W dziedzinie oczyszczania wody pitnej system odwróconej osmozy może usuwać różne szkodliwe substancje z wody i zapewniać bezpieczną i zdrową wodę pitną. Krótko mówiąc, system odwróconej osmozy to wydajna i przyjazna dla środowiska technologia uzdatniania wody o szerokim spektrum zastosowań. Dzięki ciągłemu rozwojowi nauki i technologii system odwróconej osmozy będzie nadal udoskonalany i optymalizowany, aby zapewnić ludziom lepszą jakość wody pitnej i wody przemysłowej.