0102030405
Reverzní osmóza Zařízení pro zpracování průmyslové vody Systém úpravy vody
Úvod do projektu
Princip systému reverzní osmózy
Při určité teplotě se k oddělení sladké vody od slané používá polopropustná membrána. Sladká voda se přes polopropustnou membránu přesouvá do fyziologického roztoku. Když hladina kapaliny na solné straně pravé komory stoupá, vytváří se určitý tlak, aby se zabránilo přesunu čerstvé vody z levé komory na solnou stranu, a nakonec je dosaženo rovnováhy. Rovnovážný tlak v tomto okamžiku se nazývá osmotický tlak roztoku a tento jev se nazývá osmóza. Pokud je na solnou stranu pravé komory aplikován vnější tlak převyšující osmotický tlak, voda v solném roztoku pravé komory se přesune do sladké vody levé komory přes polopropustnou membránu, takže čerstvá vodu lze oddělit od slané vody. Tento jev je opakem jevu permeability, nazývaného jev obrácené permeability.
Základem systému reverzní osmózy je tedy odsolování
(1) Selektivní propustnost semipermeabilní membrány, tj. selektivně propouští vodu, ale nepropouští sůl;
(2) Vnější tlak solné komory je větší než osmotický tlak solné komory a komory se sladkou vodou, což poskytuje hnací sílu pro pohyb vody z solné komory do komory se sladkou vodou. Typické osmotické tlaky pro některé roztoky jsou uvedeny v tabulce níže.
Výše uvedená polopropustná membrána používaná k oddělení sladké vody od slané se nazývá membrána reverzní osmózy. Membrána reverzní osmózy je většinou vyrobena z polymerních materiálů. V současné době se membrána reverzní osmózy používaná v tepelných elektrárnách vyrábí převážně z aromatických polyamidových kompozitních materiálů.
Technologie reverzní osmózy RO (Reverse Osmosis) je membránová separační a filtrační technologie poháněná tlakovým rozdílem. Jeho velikost pórů je malá jako nanometr (1 nanometr = 10-9 metrů). Molekuly H20 mohou pod určitým tlakem procházet RO membránou, anorganické soli, ionty těžkých kovů, organické látky, koloidy, bakterie, viry a další nečistoty ve zdrojové vodě nemohou projít RO membránou, takže čistá voda, která může projít lze striktně rozlišit průchozí a koncentrovanou vodu, která neprojde.
V průmyslových aplikacích používají závody na reverzní osmózu specializované zařízení k usnadnění procesu reverzní osmózy. Průmyslové systémy reverzní osmózy jsou navrženy pro úpravu velkých objemů vody a používají se v různých průmyslových odvětvích včetně zemědělství, farmacie a výroby. Zařízení používané v těchto systémech je speciálně navrženo tak, aby zajistilo, že proces reverzní osmózy je účinný a efektivní při výrobě sladké vody ze zdrojů slané vody.
Proces reverzní osmózy je důležitou technologií pro odsolování mořské vody, která může poskytnout čerstvou vodu do oblastí, kde je vody málo nebo kde jsou tradiční vodní zdroje znečištěné. Vzhledem k tomu, že zařízení a technologie pro reverzní osmózu postupují, zůstává tento proces klíčovým řešením nedostatku vody a problémů s kvalitou na celém světě.
Hlavní vlastnosti membrány s reverzní osmózou:
Směrovost a separační charakteristiky membránové separace
Praktická membrána pro reverzní osmózu je asymetrická membrána, obsahuje povrchovou vrstvu a nosnou vrstvu, má zřejmý směr a selektivitu. Takzvaná směrovost je umístit povrch membrány do vysokotlaké solanky pro odsolení, tlak zvyšuje propustnost membrány pro vodu, zvyšuje se také rychlost odsolování; Když je nosná vrstva membrány umístěna do vysokotlaké solanky, je rychlost odsolování se zvyšováním tlaku téměř 0, ale propustnost vody se výrazně zvyšuje. Vzhledem k této směrovosti jej nelze při aplikaci použít obráceně.
Separační charakteristiky reverzní osmózy pro ionty a organické látky ve vodě nejsou stejné, což lze shrnout následovně
(1) Organická hmota se odděluje snadněji než anorganická hmota
(2) Elektrolyty se oddělují snadněji než neelektrolyty. Elektrolyty s vysokým nábojem se snáze oddělují a rychlosti jejich odstraňování jsou obecně v následujícím pořadí. Fe3+> Ca2+> Na+ PO43-> S042-> C | - u elektrolytu platí, že čím větší molekula, tím snáze se odstraňuje.
(3) Rychlost odstraňování anorganických iontů souvisí s hydrátem a poloměrem hydratovaných iontů ve stavu hydratace iontů. Čím větší je poloměr hydratovaného iontu, tím snazší je jeho odstranění. Pořadí míry odstraňování je následující:
Mg2+, Ca2+> Li+ > Na+ > K+; F-> C|-> Br-> NO3-
(4) Pravidla separace polární organické hmoty:
Aldehyd > Alkohol > Amin > Kyselina, terciární amin > Sekundární amin > Primární amin, kyselina citrónová > Kyselina vinná > Kyselina jablečná > Kyselina mléčná > Kyselina octová
Nedávné pokroky v čištění odpadních plynů představují významný pokrok v řešení environmentálních problémů a zároveň poskytují příležitost pro podniky, aby prosperovaly udržitelným způsobem šetrným k životnímu prostředí. Toto inovativní řešení bude mít pozitivní dopad v oblasti čištění odpadních plynů a ochrany životního prostředí s příslibem vysoké účinnosti, nízkých provozních nákladů a nulového sekundárního znečištění.
(5) Párové izomery: tert- > Různé (iso-) > Zhong (sec-) > Původní (pri-)
(6) Separace organické hmoty sodnou solí je dobrá, zatímco fenolové a fenolové řádkové organismy vykazují negativní separaci. Když jsou vodné roztoky polárních nebo nepolárních, disociovaných nebo nedisociovaných organických rozpuštěných látek odděleny membránou, interakční síly mezi rozpuštěnou látkou, rozpouštědlem a membránou určují selektivní permeabilitu membrány. Tyto účinky zahrnují elektrostatickou sílu, vazebnou sílu vodíkové vazby, hydrofobnost a přenos elektronů.
(7) Obecně mají rozpuštěné látky malý vliv na fyzikální vlastnosti nebo přenosové vlastnosti membrány. Pouze fenol nebo některé organické sloučeniny s nízkou molekulovou hmotností způsobí, že acetát celulózy expanduje ve vodném roztoku. Existence těchto složek obecně způsobí, že průtok vody membránou se sníží, někdy i hodně.
(8) Odstraňovací účinek dusičnanu, chloristanu, kyanidu a thiokyanátu není tak dobrý jako chlorid a odstraňování amonné soli není tak dobré jako sodné soli.
(9) Většinu složek s relativní molekulovou hmotností vyšší než 150, ať už jde o elektrolyt nebo neelektrolyt, lze dobře odstranit
Pořadí separace aromatických uhlovodíků, cykloalkanů, alkanů a chloridu sodného je navíc odlišné.
(2) Vysokotlaké čerpadlo
Při provozu membrány s reverzní osmózou je třeba vodu poslat na stanovený tlak vysokotlakým čerpadlem, aby se dokončil proces odsolování. V současné době má vysokotlaké čerpadlo používané v tepelných elektrárnách odstředivé, plunžrové a šroubové a další formy, mezi nimiž je nejpoužívanější vícestupňové odstředivé čerpadlo. To může dosáhnout více než 90 % a ušetřit spotřebu energie. Tento typ čerpadla se vyznačuje vysokou účinností.
(3) Ontologie reverzní osmózy
Těleso reverzní osmózy je kombinovaná jednotka na úpravu vody, která kombinuje a propojuje komponenty membrány reverzní osmózy s potrubím v určitém uspořádání. Jedna membrána reverzní osmózy se nazývá membránový prvek. Řada snímacích komponentů membrány pro reverzní osmózu je zapojena do série podle určitých technických požadavků a sestavena s jediným pláštěm membrány pro reverzní osmózu, aby vytvořila membránovou komponentu.
1. Membránový prvek
Membránový prvek pro reverzní osmózu Základní jednotka vyrobená z membrány pro reverzní osmózu a nosného materiálu s funkcí průmyslového využití. V současné době se v tepelných elektrárnách používají především spirálové membránové prvky.
V současnosti různí výrobci membrán vyrábějí různé membránové komponenty pro různé průmyslové uživatele. Membránové prvky používané v tepelných elektrárnách lze zhruba rozdělit na: vysokotlaké odsolování mořské vody membránové prvky s reverzní osmózou; Prvky reverzní membrány odsolující nízkotlakou a ultranízkotlakou brakickou vodu; Membránový prvek proti znečištění.
Základní požadavky na membránové prvky jsou:
A. Hustota balení filmu co nejvyšší.
B. Není snadné soustředit polarizaci
C. Silná schopnost proti znečištění
D. Je vhodné vyčistit a vyměnit membránu
E. Cena je levná
2.Membránový plášť
Tlaková nádoba použitá k naložení membránového prvku pro reverzní osmózu v tělese zařízení na reverzní osmózu se nazývá membránový plášť, také známý jako "tlaková nádoba", výrobní jednotka je Haide energy, každá tlaková nádoba je dlouhá asi 7 metrů.
Plášť pláště filmu je obecně vyroben z epoxidové plastové tkaniny vyztužené skelnými vlákny a vnější kartáč je epoxidová barva. Existují také někteří výrobci produktů pro obal z nerezové fólie. Vzhledem k vysoké odolnosti FRP proti korozi většina tepelných elektráren volí plášť z FRP fólie. Materiál tlakové nádoby je FRP.
Faktory ovlivňující výkon systému úpravy vody s reverzní osmózou:
Pro specifické podmínky systému jsou tok vody a rychlost odsolování charakteristikami membrány reverzní osmózy a existuje mnoho faktorů, které ovlivňují tok vody a rychlost odsolování těla reverzní osmózy, zejména tlak, teplota, rychlost regenerace, přítoková slanost a hodnota pH.
(1) Tlakový efekt
Vstupní tlak membrány reverzní osmózy přímo ovlivňuje tok membrány a rychlost odsolování membrány reverzní osmózy. Nárůst membránového toku má lineární vztah se vstupním tlakem reverzní osmózy. Rychlost odsolování má lineární vztah s přítokovým tlakem, ale když tlak dosáhne určité hodnoty, křivka změny rychlosti odsolování má tendenci být plochá a rychlost odsolování se již nezvyšuje.
(2) Vliv teploty
Rychlost odsolování klesá se zvyšující se vstupní teplotou reverzní osmózy. Tok vydatnosti vody se však zvyšuje téměř lineárně. Hlavním důvodem je, že při zvýšení teploty klesá viskozita molekul vody a je silná difúzní schopnost, takže se zvyšuje tok vody. Se zvýšením teploty se zrychlí rychlost průchodu soli přes membránu reverzní osmózy, takže se sníží rychlost odsolování. Teplota surové vody je důležitým referenčním ukazatelem pro návrh systému reverzní osmózy. Například, když elektrárna prochází technickou transformací techniky reverzní osmózy, teplota vody surové vody v návrhu se vypočítá podle 25℃ a vypočítaný vstupní tlak je 1,6 MPa. Teplota vody ve skutečném provozu systému je však pouze 8 ℃ a vstupní tlak musí být zvýšen na 2,0 MPa, aby byl zajištěn projektovaný průtok čerstvé vody. V důsledku toho se zvyšuje spotřeba energie při provozu systému, zkracuje se životnost vnitřního těsnicího kroužku membránové součásti zařízení pro reverzní osmózu a zvyšuje se množství údržby zařízení.
(3) Vliv obsahu soli
Koncentrace soli ve vodě je důležitým ukazatelem ovlivňujícím membránový osmotický tlak a membránový osmotický tlak se zvyšuje s rostoucím obsahem soli. Za podmínky, že vstupní tlak reverzní osmózy zůstane nezměněn, se obsah solí ve vstupní vodě zvyšuje. Protože zvýšení osmotického tlaku kompenzuje část vstupní síly, klesá tok a také se snižuje rychlost odsolování.
(4) Vliv míry výtěžnosti
Zvýšení rychlosti regenerace systému reverzní osmózy povede k vyššímu obsahu solí ve vstupní vodě membránového prvku ve směru proudění, což má za následek zvýšení osmotického tlaku. Tím se vyrovná hnací účinek tlaku vstupní vody reverzní osmózy, čímž se sníží tok výtěžnosti vody. Zvýšení obsahu soli ve vstupní vodě membránového prvku vede ke zvýšení obsahu soli ve sladké vodě, čímž se sníží rychlost odsolování. Při návrhu systému nezávisí maximální rychlost regenerace systému reverzní osmózy na omezení osmotického tlaku, ale často závisí na složení a obsahu soli v surové vodě, protože se zlepšením rychlosti regenerace mikrorozpustné soli jako uhličitan vápenatý, síran vápenatý a křemík se v procesu koncentrace usazují.
(5) Vliv hodnoty pH
Rozsah pH použitelný pro různé typy membránových prvků se velmi liší. Například tok vody a rychlost odsolování acetátové membrány bývají stabilní v rozmezí hodnoty pH 4-8 a jsou značně ovlivněny v rozmezí hodnoty pH nižší než 4 nebo vyšší než 8. V současné době převážná většina membránové materiály používané v průmyslové úpravě vody jsou kompozitní materiály, které se přizpůsobují širokému rozsahu hodnot pH (hodnotu pH lze regulovat v rozsahu 3~10 v nepřetržitém provozu a membránový tok a rychlost odsolování v tomto rozsahu jsou relativně stabilní .
Metoda předběžného ošetření membránou s reverzní osmózou:
Membránová filtrace s reverzní osmózou se liší od filtrace na filtračním loži, filtrační lože je plná filtrace, to znamená surová voda přes filtrační vrstvu. Membránová filtrace s reverzní osmózou je metoda cross-flow filtrace, to znamená, že část vody v surové vodě prochází membránou ve vertikálním směru s membránou. V této době jsou soli a různé znečišťující látky zachycovány membránou a vynášeny zbývající částí surové vody proudící rovnoběžně s povrchem membrány, ale znečišťující látky nemohou být zcela odstraněny. Postupem času zbytkové znečišťující látky způsobí, že znečištění membránových prvků bude závažnější. A čím vyšší jsou znečištění surové vody a míra regenerace, tím rychlejší je znečištění membrány.
1. Kontrola měřítka
Když se nerozpustné soli v surové vodě kontinuálně koncentrují v membránovém prvku a překročí svou mez rozpustnosti, budou se vysrážet na povrchu membrány reverzní osmózy, což se nazývá "usazování". Když je určen zdroj vody, zvyšuje se rychlost regenerace systému reverzní osmózy, zvyšuje se riziko tvorby vodního kamene. V současnosti je zvykem zvyšovat míru recyklace kvůli nedostatku vody nebo ekologickým dopadům vypouštění odpadních vod. V tomto případě jsou zvláště důležitá promyšlená opatření pro kontrolu škálování. V systému reverzní osmózy jsou běžnými žáruvzdornými solemi CaC03, CaSO4 a Si02 a další sloučeniny, které mohou produkovat kotel, jsou CaF2, BaS04, SrS04 a Ca3(PO4)2. Obvyklou metodou inhibice vodního kamene je přidání inhibitoru vodního kamene. Inhibitory vodního kamene používané v mé dílně jsou Nalco PC191 a Evropa a Amerika NP200.
2.Kontrola kontaminace koloidními a pevnými částicemi
Zanášení koloidy a částicemi může vážně ovlivnit výkon membránových prvků pro reverzní osmózu, jako je výrazné snížení výkonu sladké vody, někdy také snížení rychlosti odsolování, počátečním příznakem zanášení koloidy a částicemi je zvýšení tlakového rozdílu mezi vstupem a výstup komponent membrány reverzní osmózy.
Nejběžnějším způsobem posouzení vodního koloidu a částic v membránových prvcích reverzní osmózy je měření hodnoty SDI vody, někdy nazývané F hodnota (index znečištění), což je jeden z důležitých ukazatelů pro sledování provozu systému předúpravy reverzní osmózou. .
SDI (index hustoty bahna) je změna rychlosti filtrace vody za jednotku času, která označuje znečištění kvality vody. Množství koloidu a částic ve vodě ovlivní velikost SDI. Hodnotu SDI lze určit pomocí přístroje SDI.
3. Kontrola mikrobiální kontaminace membrány
Mezi mikroorganismy v surové vodě patří především bakterie, řasy, plísně, viry a další vyšší organismy. V procesu reverzní osmózy budou mikroorganismy a rozpuštěné živiny ve vodě průběžně koncentrovány a obohacovány v membránovém prvku, který se stává ideálním prostředím a procesem pro tvorbu biofilmu. Biologická kontaminace komponent reverzní osmózy vážně ovlivní výkon systému reverzní osmózy. Tlakový rozdíl mezi vstupem a výstupem komponent reverzní osmózy se rychle zvyšuje, což má za následek snížení výtěžnosti vody membránových komponent. Někdy dojde k biologické kontaminaci na straně výroby vody, což má za následek kontaminaci vody produktu. Například při údržbě zařízení na reverzní osmózu v některých tepelných elektrárnách se na membránových prvcích a potrubích sladké vody vyskytuje zelený mech, což je typické mikrobiální znečištění.
Jakmile je membránový prvek kontaminován mikroorganismy a vytváří biofilm, čištění membránového prvku je velmi obtížné. Biofilmy, které nejsou zcela odstraněny, navíc způsobí opět rychlý růst mikroorganismů. Proto je kontrola mikroorganismů také jedním z nejdůležitějších úkolů předúpravy, zejména u systémů předúpravy reverzní osmózou využívajících jako zdroje vody mořskou, povrchovou a odpadní vodu.
Hlavní metody prevence membránových mikroorganismů jsou: chlór, mikrofiltrace nebo ultrafiltrace, oxidace ozonem, ultrafialová sterilizace, přidání hydrogensiřičitanu sodného. Běžně používané metody v systému úpravy vody v tepelných elektrárnách jsou chlorační sterilizace a technologie úpravy vody ultrafiltrací před reverzní osmózou.
Jako sterilizační činidlo je chlor schopen rychle inaktivovat mnoho patogenních mikroorganismů. Účinnost chlóru závisí na koncentraci chlóru, pH vody a době kontaktu. V technických aplikacích je zbytkový chlor ve vodě obecně regulován na více než 0,5 až 1,0 mg a reakční doba je regulována na 20 až 30 minut. Dávkování chlóru je třeba určit odladěním, protože organické látky ve vodě také spotřebují chlór. Ke sterilizaci se používá chlór a nejlepší praktická hodnota pH je 4~6.
Použití chlorace v systémech mořské vody se liší od použití v brakické vodě. Obvykle je v mořské vodě asi 65 mg bromu. Když je mořská voda chemicky ošetřena vodíkem, bude nejprve reagovat s kyselinou chlornou za vzniku kyseliny bromné, takže její baktericidní účinek je spíše hypomokrá než kyselina chlorná a kyselina bromná se nebude rozkládat při vyšší hodnotě pH. Proto je účinek chlorace lepší než v brakické vodě.
Protože membránový prvek kompozitního materiálu má určité požadavky na zbytkový chlór ve vodě, je nutné po sterilizaci chlórem provést dechlorační redukční úpravu.
4. Kontrola organického znečištění
Adsorpce organické hmoty na povrchu membrány způsobí pokles membránového toku a v závažných případech způsobí nevratnou ztrátu membránového toku a ovlivní praktickou životnost membrány.
U povrchové vody je většina vody přírodními produkty, díky koagulačnímu čiření, DC koagulační filtraci a kombinovanému procesu úpravy filtrace aktivním uhlím může výrazně snížit organickou hmotu ve vodě, aby byly splněny požadavky na vodu s reverzní osmózou.
5. Řízení polarizace koncentrace
V procesu reverzní osmózy někdy dochází k vysokému koncentračnímu gradientu mezi koncentrovanou vodou na povrchu membrány a přitékající vodou, což se nazývá koncentrační polarizace. Když k tomuto jevu dojde, vytvoří se na povrchu membrány vrstva relativně vysoké koncentrace a relativně stabilní tzv. "kritická vrstva", která brání účinnému provedení procesu reverzní osmózy. Je to proto, že koncentrační polarizace zvýší propustný tlak roztoku na povrchu membrány a hnací síla procesu reverzní osmózy se sníží, což povede ke snížení výtěžku vody a rychlosti odsolování. Když je koncentrační polarizace vážná, některé mírně rozpuštěné soli se vysrážejí a usazují se na povrchu membrány. Aby se zabránilo koncentrační polarizaci, je účinnou metodou zajistit, aby proud koncentrované vody vždy udržoval turbulentní stav, to znamená zvýšením vstupního průtoku, aby se zvýšil průtok koncentrované vody, takže koncentrace mikrorozpuštěné vody sůl na povrchu membrány je snížena na nejnižší hodnotu; Po odstavení zařízení na úpravu vody s reverzní osmózou by navíc měla být koncentrovaná voda na straně nahrazené koncentrované vody včas vymyta.
popis2