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Sistema de tratamento de água industrial de equipamentos de processo de planta de osmose reversa
Introdução ao Projeto
Princípio do sistema de osmose reversa
A uma determinada temperatura, uma membrana semipermeável é usada para separar a água doce da salina. A água doce passa para a solução salina através da membrana semipermeável. À medida que o nível do líquido no lado salino do ventrículo direito aumenta, uma certa pressão é gerada para evitar que a água doce do ventrículo esquerdo se mova para o lado salino e, finalmente, o equilíbrio é alcançado. A pressão de equilíbrio neste momento é chamada de pressão osmótica da solução, e esse fenômeno é chamado de osmose. Se uma pressão externa que exceda a pressão osmótica for aplicada ao lado salino do ventrículo direito, a água na solução salina do ventrículo direito se moverá para a água doce do ventrículo esquerdo através da membrana semipermeável, de modo que o fresco a água pode ser separada da água salgada. Este fenômeno é o oposto do fenômeno da permeabilidade, denominado fenômeno da permeabilidade reversa.
Assim, a base do sistema de dessalinização por osmose reversa é
(1) A permeabilidade seletiva da membrana semipermeável, ou seja, deixa passar seletivamente a água, mas não permite a passagem do sal;
(2) A pressão externa da câmara salina é maior que a pressão osmótica da câmara salina e da câmara de água doce, o que fornece a força motriz para a água se mover da câmara salina para a câmara de água doce. As pressões osmóticas típicas para algumas soluções são mostradas na tabela abaixo.
A membrana semipermeável acima, usada para separar a água doce da água salgada, é chamada de membrana de osmose reversa. A membrana de osmose reversa é feita principalmente de materiais poliméricos. Atualmente, a membrana de osmose reversa usada em usinas termelétricas é feita principalmente de materiais compósitos de poliamida aromática.
A tecnologia de osmose reversa RO (Osmose Reversa) é uma tecnologia de separação e filtração por membrana alimentada por diferença de pressão. Seu tamanho de poro é tão pequeno quanto um nanômetro (1 nanômetro = 10-9 metros). Sob uma certa pressão, as moléculas de H20 podem passar pela membrana RO, sais inorgânicos, íons de metais pesados, matéria orgânica, colóides, bactérias, vírus e outras impurezas na água da fonte não podem passar pela membrana RO, de modo que a água pura que pode passar através e a água concentrada que não pode passar pode ser estritamente distinguida.
Em aplicações industriais, as plantas de osmose reversa utilizam equipamentos especializados para facilitar o processo de osmose reversa. Os sistemas industriais de osmose reversa são projetados para tratar grandes volumes de água e são usados em vários setores, incluindo agricultura, produtos farmacêuticos e manufatura. O equipamento utilizado nestes sistemas é projetado especificamente para garantir que o processo de osmose reversa seja eficiente e eficaz na produção de água doce a partir de fontes de água salgada.
O processo de osmose reversa é uma tecnologia importante para a dessalinização da água do mar, que pode fornecer água doce para áreas onde a água é escassa ou onde as fontes tradicionais de água estão poluídas. À medida que os equipamentos e a tecnologia de osmose reversa avançam, o processo continua sendo uma solução fundamental para a escassez de água e problemas de qualidade em todo o mundo.
As principais características da membrana de osmose reversa:
Características de direcionalidade e separação da separação por membrana
A membrana prática de osmose reversa é uma membrana assimétrica, possui camada superficial e camada de suporte, tem direção e seletividade óbvias. A chamada diretividade é colocar a superfície da membrana em salmoura de alta pressão para dessalinização, a pressão aumenta a permeabilidade à água da membrana, a taxa de dessalinização também aumenta; Quando a camada de suporte da membrana é colocada em salmoura de alta pressão, a taxa de dessalinização é quase 0 com o aumento da pressão, mas a permeabilidade à água aumenta bastante. Devido a esta direcionalidade, não pode ser utilizado ao contrário quando aplicado.
As características de separação da osmose reversa para íons e matéria orgânica na água não são as mesmas, o que pode ser resumido da seguinte forma
(1) A matéria orgânica é mais fácil de separar do que a matéria inorgânica
(2) Os eletrólitos são mais fáceis de separar do que os não eletrólitos. Eletrólitos com altas cargas são mais fáceis de separar e suas taxas de remoção são geralmente na seguinte ordem. Fe3+> Ca2+> Na+ PO43-> S042-> C | - para o eletrólito, quanto maior a molécula, mais fácil de remover.
(3) A taxa de remoção de íons inorgânicos está relacionada ao hidrato e ao raio dos íons hidratados no estado de hidratação iônica. Quanto maior for o raio do íon hidratado, mais fácil será sua remoção. A ordem da taxa de remoção é a seguinte:
Mg2+, Ca2+> Li+ > Na+ > K+; F-> C|-> Br-> NO3-
(4) Regras de separação da matéria orgânica polar:
Aldeído > Álcool > Amina > Ácido, amina terciária > Amina secundária > Amina primária, ácido cítrico > Ácido tartárico > Ácido málico > Ácido láctico > Ácido acético
Os recentes avanços no tratamento de gases residuais representam um progresso significativo na abordagem dos desafios ambientais, ao mesmo tempo que proporcionam oportunidades para as empresas prosperarem de uma forma sustentável e amiga do ambiente. Esta solução inovadora certamente terá um impacto positivo nas áreas de tratamento de gases residuais e proteção ambiental, com a sua promessa de alta eficiência, baixos custos operacionais e zero poluição secundária.
(5) Isômeros de pares: tert- > Diferente (iso-)> Zhong (sec-)> Original (pri-)
(6) O desempenho da separação do sal de sódio da matéria orgânica é bom, enquanto os organismos da linha do fenol e do fenol apresentam separação negativa. Quando soluções aquosas de solutos orgânicos polares ou não polares, dissociados ou não dissociados são separadas por membrana, as forças de interação entre soluto, solvente e membrana determinam a permeabilidade seletiva da membrana. Esses efeitos incluem força eletrostática, força de ligação de ligações de hidrogênio, hidrofobicidade e transferência de elétrons.
(7) Geralmente, os solutos têm pouca influência nas propriedades físicas ou nas propriedades de transferência da membrana. Somente o fenol ou alguns compostos orgânicos de baixo peso molecular farão com que o acetato de celulose se expanda em solução aquosa. A existência destes componentes geralmente fará com que o fluxo de água da membrana diminua, às vezes bastante.
(8) O efeito de remoção de nitrato, perclorato, cianeto e tiocianato não é tão bom quanto o do cloreto, e o efeito de remoção do sal de amônio não é tão bom quanto o do sal de sódio.
(9) A maioria dos componentes com massa molecular relativa superior a 150, sejam eletrólitos ou não eletrólitos, podem ser bem removidos
Além disso, a ordem de separação da membrana de osmose reversa para hidrocarbonetos aromáticos, cicloalcanos, alcanos e cloreto de sódio é diferente.
(2) Bomba de alta pressão
Na operação da membrana de osmose reversa, a água precisa ser enviada à pressão especificada por uma bomba de alta pressão para completar o processo de dessalinização. Atualmente, a bomba de alta pressão utilizada em usinas termelétricas possui formas centrífugas, de êmbolo e parafuso e outras formas, dentre as quais a bomba centrífuga multiestágio é a mais utilizada. Isso pode chegar a mais de 90% e economizar consumo de energia. Este tipo de bomba é caracterizado por alta eficiência.
(3) Ontologia de osmose reversa
O corpo de osmose reversa é uma unidade combinada de tratamento de água que combina e conecta os componentes da membrana de osmose reversa com tubos em um determinado arranjo. Uma única membrana de osmose reversa é chamada de elemento de membrana. Vários componentes de membrana de osmose reversa são conectados em série de acordo com certos requisitos técnicos e montados com um único invólucro de membrana de osmose reversa para formar um componente de membrana.
1. Elemento de membrana
Elemento de membrana de osmose reversa Uma unidade básica feita de membrana de osmose reversa e material de suporte com função de uso industrial. Atualmente, os elementos de membrana em bobina são usados principalmente em usinas termelétricas.
Atualmente, vários fabricantes de membranas produzem uma variedade de componentes de membrana para diferentes usuários da indústria. Os elementos de membrana aplicados em usinas termelétricas podem ser divididos em: elementos de membrana de dessalinização de água do mar de alta pressão e osmose reversa; Elementos de membrana reversa para dessalinização de água salobra de baixa pressão e ultrabaixa pressão; Elemento de membrana anti-incrustante.
Os requisitos básicos para elementos de membrana são:
A. Densidade de embalagem do filme a mais alta possível.
B. Não é fácil polarização de concentração
C. Forte capacidade antipoluição
D. É conveniente limpar e substituir a membrana
E. O preço é barato
2. Casca de membrana
O vaso de pressão usado para carregar o elemento de membrana de osmose reversa no dispositivo corporal de osmose reversa é chamado de invólucro de membrana, também conhecido como unidade de fabricação de "vaso de pressão" é energia Haide, cada vaso de pressão tem cerca de 7 metros de comprimento.
O invólucro do filme é geralmente feito de tecido plástico reforçado com fibra de vidro epóxi e o pincel externo é de tinta epóxi. Existem também alguns fabricantes de produtos para películas de aço inoxidável. Devido à forte resistência à corrosão do FRP, a maioria das usinas termelétricas escolhe o invólucro de filme FRP. O material do vaso de pressão é FRP.
Os fatores que afetam o desempenho do sistema de tratamento de água por osmose reversa:
Para condições específicas do sistema, o fluxo de água e a taxa de dessalinização são as características da membrana de osmose reversa, e há muitos fatores que afetam o fluxo de água e a taxa de dessalinização do corpo de osmose reversa, incluindo principalmente pressão, temperatura, taxa de recuperação, salinidade influente e valor de pH
(1) Efeito de pressão
A pressão de entrada da membrana de osmose reversa afeta diretamente o fluxo da membrana e a taxa de dessalinização da membrana de osmose reversa. O aumento do fluxo da membrana tem uma relação linear com a pressão de entrada da osmose reversa. A taxa de dessalinização tem uma relação linear com a pressão influente, mas quando a pressão atinge um determinado valor, a curva de mudança da taxa de dessalinização tende a ser plana e a taxa de dessalinização não aumenta mais.
(2) Efeito da temperatura
A taxa de dessalinização diminui com o aumento da temperatura de entrada da osmose reversa. No entanto, o fluxo de produção de água aumenta quase linearmente. A principal razão é que quando a temperatura aumenta, a viscosidade das moléculas de água diminui e a capacidade de difusão é forte, então o fluxo de água aumenta. Com o aumento da temperatura, a taxa de passagem do sal através da membrana de osmose reversa será acelerada, portanto a taxa de dessalinização será reduzida. A temperatura da água bruta é um índice de referência importante para o projeto de sistemas de osmose reversa. Por exemplo, quando uma usina está passando por transformação técnica de engenharia de osmose reversa, a temperatura da água bruta no projeto é calculada de acordo com 25 ℃ e a pressão de entrada calculada é de 1,6 MPa. No entanto, a temperatura da água na operação real do sistema é de apenas 8 ℃, e a pressão de entrada deve ser aumentada para 2,0 MPa para garantir o fluxo projetado de água doce. Como resultado, o consumo de energia da operação do sistema aumenta, a vida útil do anel de vedação interno do componente da membrana do dispositivo de osmose reversa é reduzida e a quantidade de manutenção do equipamento é aumentada.
(3) Efeito do teor de sal
A concentração de sal na água é um índice importante que afeta a pressão osmótica da membrana, e a pressão osmótica da membrana aumenta com o aumento do teor de sal. Sob a condição de que a pressão de entrada da osmose reversa permaneça inalterada, o teor de sal da água de entrada aumenta. Como o aumento da pressão osmótica compensa parte da força de entrada, o fluxo diminui e a taxa de dessalinização também diminui.
(4) A influência da taxa de recuperação
O aumento na taxa de recuperação do sistema de osmose reversa levará a um maior teor de sal na água de entrada do elemento de membrana ao longo da direção do fluxo, resultando em um aumento na pressão osmótica. Isto compensará o efeito impulsionador da pressão da água de entrada da osmose reversa, reduzindo assim o fluxo de produção de água. O aumento do teor de sal na água de entrada do elemento de membrana leva ao aumento do teor de sal na água doce, reduzindo assim a taxa de dessalinização. No projeto do sistema, a taxa máxima de recuperação do sistema de osmose reversa não depende da limitação da pressão osmótica, mas muitas vezes depende da composição e do conteúdo de sal na água bruta, porque com a melhoria da taxa de recuperação, sais microssolúveis como carbonato de cálcio, sulfato de cálcio e silício irão escalar no processo de concentração.
(5) A influência do valor do pH
A faixa de pH aplicável a diferentes tipos de elementos de membrana varia muito. Por exemplo, o fluxo de água e a taxa de dessalinização da membrana de acetato tendem a ser estáveis na faixa de valor de pH 4-8 e são grandemente afetados na faixa de valor de pH abaixo de 4 ou superior a 8. Atualmente, a grande maioria dos os materiais de membrana usados no tratamento de água industrial são materiais compósitos, que se adaptam a uma ampla faixa de valores de pH (o valor de pH pode ser controlado na faixa de 3 ~ 10 em operação contínua, e o fluxo da membrana e a taxa de dessalinização nesta faixa são relativamente estáveis .
Método de pré-tratamento com membrana de osmose reversa:
A filtração por membrana de osmose reversa é diferente da filtração do filtro do leito filtrante, o leito filtrante é uma filtração completa, ou seja, água bruta em toda a camada do filtro. A filtração por membrana de osmose reversa é um método de filtração de fluxo cruzado, ou seja, parte da água da água bruta passa através da membrana na direção vertical com a membrana. Neste momento, sais e diversos poluentes são interceptados pela membrana e transportados pelo restante da água bruta que flui paralelamente à superfície da membrana, mas os poluentes não podem ser completamente retirados. Com o passar do tempo, os poluentes residuais tornarão a poluição do elemento de membrana mais grave. E quanto maiores os poluentes da água bruta e a taxa de recuperação, mais rápida será a poluição da membrana.
1. Controle de escala
Quando os sais insolúveis na água bruta estão continuamente concentrados no elemento de membrana e excedem seu limite de solubilidade, eles precipitarão na superfície da membrana de osmose reversa, o que é chamado de "incrustação". Quando a fonte de água é determinada, à medida que a taxa de recuperação do sistema de osmose reversa aumenta, o risco de incrustação aumenta. Actualmente, é habitual aumentar as taxas de reciclagem devido à escassez de água ou aos impactos ambientais da descarga de águas residuais. Neste caso, medidas bem pensadas de controle de escala são particularmente importantes. No sistema de osmose reversa, os sais refratários comuns são CaCO3, CaSO4 e Si02, e outros compostos que podem produzir incrustações são CaF2, BaS04, SrS04 e Ca3(PO4)2. O método comum de inibição de incrustações é adicionar inibidor de incrustações. Os inibidores de incrustação usados em minha oficina são Nalco PC191 e Europe and America NP200.
2.Controle de contaminação por partículas coloidais e sólidas
A incrustação de colóides e partículas pode afetar seriamente o desempenho dos elementos da membrana de osmose reversa, como uma redução significativa na produção de água doce, às vezes também reduz a taxa de dessalinização, o sintoma inicial da incrustação de colóides e partículas é o aumento na diferença de pressão entre a entrada e saída dos componentes da membrana de osmose reversa.
A maneira mais comum de avaliar o colóide e as partículas da água nos elementos da membrana de osmose reversa é medir o valor SDI da água, às vezes chamado de valor F (índice de poluição), que é um dos indicadores importantes para monitorar a operação do sistema de pré-tratamento de osmose reversa. .
SDI (índice de densidade de lodo) é a mudança na velocidade de filtração da água por unidade de tempo para indicar a poluição da qualidade da água. A quantidade de colóide e material particulado na água afetará o tamanho do SDI. O valor SDI pode ser determinado pelo instrumento SDI.
3. Controle da contaminação microbiana da membrana
Os microrganismos na água bruta incluem principalmente bactérias, algas, fungos, vírus e outros organismos superiores. No processo de osmose reversa, microrganismos e nutrientes dissolvidos na água serão continuamente concentrados e enriquecidos no elemento membrana, que se torna o ambiente e processo ideal para a formação do biofilme. A contaminação biológica dos componentes da membrana de osmose reversa afetará seriamente o desempenho do sistema de osmose reversa. A diferença de pressão entre a entrada e a saída dos componentes da osmose reversa aumenta rapidamente, resultando na diminuição do rendimento de água dos componentes da membrana. Às vezes, a contaminação biológica ocorrerá no lado da produção de água, resultando na contaminação da água produzida. Por exemplo, na manutenção de dispositivos de osmose reversa em algumas usinas termelétricas, é encontrado musgo verde nos elementos da membrana e nas tubulações de água doce, o que é uma poluição microbiana típica.
Uma vez que o elemento de membrana é contaminado por microorganismos e produz biofilme, a limpeza do elemento de membrana é muito difícil. Além disso, os biofilmes que não são completamente removidos causarão novamente o rápido crescimento de microrganismos. Portanto, o controle de microrganismos também é uma das tarefas mais importantes do pré-tratamento, especialmente para sistemas de pré-tratamento por osmose reversa que utilizam água do mar, águas superficiais e águas residuais como fontes de água.
Os principais métodos de prevenção de microrganismos de membrana são: tratamento com cloro, microfiltração ou ultrafiltração, oxidação com ozônio, esterilização ultravioleta, adição de bissulfito de sódio. Os métodos comumente usados no sistema de tratamento de água de usinas termelétricas são a esterilização por cloração e a tecnologia de tratamento de água por ultrafiltração antes da osmose reversa.
Como agente esterilizante, o cloro é capaz de inativar rapidamente muitos microrganismos patogênicos. A eficiência do cloro depende da concentração de cloro, do pH da água e do tempo de contato. Em aplicações de engenharia, o cloro residual na água é geralmente controlado em mais de 0,5 ~ 1,0 mg e o tempo de reação é controlado em 20 ~ 30 minutos. A dosagem de cloro precisa ser determinada por depuração, pois a matéria orgânica da água também consumirá cloro. O cloro é usado para esterilização e o melhor valor prático de pH é 4~6.
O uso de cloração em sistemas de água do mar é diferente daquele em água salobra. Normalmente há cerca de 65mg de bromo na água do mar. Quando a água do mar é tratada quimicamente com hidrogênio, ela primeiro reage com o ácido hipocloroso para formar o ácido hipobromoso, de modo que seu efeito bactericida é o ácido hipoúmido em vez do ácido hipocloroso, e o ácido hipobromoso não se decompõe em um valor de pH mais alto. Portanto, o efeito da cloração é melhor do que na água salobra.
Como o elemento de membrana de material compósito possui certos requisitos quanto ao cloro residual na água, é necessário realizar o tratamento de redução da descloração após a esterilização com cloro.
4. Controle da poluição orgânica
A adsorção de matéria orgânica na superfície da membrana causará a diminuição do fluxo da membrana e, em casos graves, causará perda irreversível do fluxo da membrana e afetará a vida prática da membrana.
Para águas superficiais, a maior parte da água é composta por produtos naturais, por meio de clarificação de coagulação, filtração de coagulação DC e processo de tratamento combinado de filtração de carvão ativado, pode reduzir significativamente a matéria orgânica na água, para atender aos requisitos da água de osmose reversa.
5. Controle de polarização de concentração
No processo de osmose reversa, às vezes há um alto gradiente de concentração entre a água concentrada na superfície da membrana e a água influente, que é chamada de polarização de concentração. Quando este fenômeno ocorre, uma camada de concentração relativamente alta e relativamente estável, a chamada "camada crítica", será formada na superfície da membrana, o que dificulta a implementação eficaz do processo de osmose reversa. Isso ocorre porque a polarização da concentração aumentará a pressão permeável à solução na superfície da membrana e a força motriz do processo de osmose reversa será reduzida, resultando na redução do rendimento de água e da taxa de dessalinização. Quando a polarização da concentração é grave, alguns sais ligeiramente dissolvidos precipitarão e escalarão na superfície da membrana. Para evitar a polarização da concentração, o método eficaz é fazer com que o fluxo de água concentrada mantenha sempre um estado turbulento, ou seja, aumentando a vazão de entrada para aumentar a vazão de água concentrada, de modo que a concentração de micro-dissolvido o sal na superfície da membrana é reduzido ao valor mais baixo; Além disso, após o desligamento do dispositivo de tratamento de água por osmose reversa, a água concentrada ao lado da água concentrada substituída deve ser lavada a tempo.
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