Odwrócona osmoza: membrany, zanieczyszczenia i konserwacja to opracowanie procesu membranowego napędzanego ciśnieniem, które wymusza przepływ wody przez półprzepuszczalną membranę, odrzucając rozpuszczone sole i większość zanieczyszczeń, oraz opis parametrów pracy, mechanizmów zanieczyszczania i procedur konserwacyjnych, które utrzymują tę membranę w wydajności.
Dla inżynierów utrzymania ruchu i niezawodności, ciąg RO to system pompa-obieg-plus-membrana, którego wydajność spada w sposób przewidywalny, co oznacza, że tryby uszkodzeń można śledzić, przewidywać i łagodzić, zamiast jedynie na nie reagować.
Osmoza przemieszcza wodę spontanicznie z roztworu rozcieńczonego do bardziej stężonego przez półprzepuszczalną membranę. Odwrócona osmoza odwraca ten przepływ, stosując ciśnienie zasilania większe niż ciśnienie osmotyczne koncentratu. Woda przenika przez gęstą warstwę poliamidową membrany kompozytowej cienkowarstwowej, podczas gdy jony rozpuszczone, substancje organiczne i koloidy są odrzucane i odprowadzane w strumieniu odrzutu (solanki).
Membrany są zwijane w elementy spiralne, zwykle o średnicy 8 cali i długości 40 cali, umieszczane po kilka sztuk w naczyniu ciśnieniowym i zaaranżowane etapowo w układzie.
System RO definiują cztery liczby. Odzysk to ułamek zasilania przekształcony w permeat, Y = Qp / Qf. Odrzucanie soli to R = (1 - Cp / Cf) x 100. Strumień (flux) to przepływ permeatu na jednostkę powierzchni membrany, wyrażany w litrach na metr kwadratowy na godzinę (LMH). Skuteczne ciśnienie napędowe to zastosowane ciśnienie minus ciśnienie osmotyczne, minus ciśnienie zwrotne permeatu, minus efekty polaryzacji koncentracji. Woda morska przy 35 g/L całkowitych rozpuszczonych substancji ma ciśnienie osmotyczne bliskie 28 bar, dlatego RO dla wody morskiej działa przy 55, 70 bar; RO dla wód słonawych pracuje przy znacznie niższym ciśnieniu.
| Parametr | RO dla wód słonawych | RO dla wód morskich |
|---|---|---|
| Ciśnienie dopływu (bar) | 10 do 25 | 55 do 70 |
| Odzysk systemu (%) | 75 do 85 | 40 do 50 |
| Odrzucanie soli (%) | 97 do 99,5 | 99,4 do 99,8 |
| Projektowy przepływ (LMH) | 20 do 30 | 12 do 17 |
Wydajność membrany spada z ograniczonego zestawu przyczyn, z których każda ma charakterystyczny przebieg. Zanieczyszczenia koloidalne i cząsteczkowe powodują wzrost różnicy ciśnień na elementach wiodących. Osad mineralny, zwykle węglan wapnia, siarczan wapnia lub krzemionka, tworzy się tam, gdzie odzysk koncentruje słabo rozpuszczalne sole ponad punkt nasycenia i pojawia się najpierw w elementach końcowych. Zanieczyszczanie organiczne i biofouling tworzą warstwę żelową lub biofilm, która obniża przepływ i zwiększa przenikanie soli. Biofouling w szczególności jest samopodtrzymujący się i ma podobną mikrobiologię do biologicznie indukowanej korozji obserwowanej w innych częściach systemów wodnych.
| Typ zanieczyszczenia | Typowy objaw | Złagodzenie |
|---|---|---|
| Koloidalne / cząsteczkowe (muł, ił, żelazo) | Wzrastająca różnica ciśnień na fazie czołowej, wyższy SDI w zasilaniu | Poprawa filtracji wstępnej, CIP przy wysokim pH, kontrola koagulacji |
| Osad mineralny (CaCO3, CaSO4, krzemionka) | Spadający przepływ permeatu, rosnące przenikanie soli w elementach końcowych | Dawkowanie antiscalantu, niższy odzysk, CIP w niskim pH (kwas) |
| Zanieczyszczenia organiczne (kwasy humusowe, olej) | Stopniowa utrata przepływu, podwyższone TOC w zasilaniu | Koagulacja, węgiel aktywny, alkaliczny CIP przy wysokim pH |
| Biofouling (biofilm) | Wzrastająca różnica ciśnień i przenikanie soli, ostry zapach podczas inspekcji | Biocyd nieutleniający, CIP przy wysokim pH, prawidłowa chloracja i dechloracja zasilania |
Żywotność membrany rozstrzyga się wcześniej w procesie. Wskaźnik gęstości mułu (SDI, ASTM D4189) powinien mieścić się poniżej 3, 5 przed membranami; zasilanie powinno być wolne od utleniaczy atakujących poliamid, dlatego resztkowy chlor usuwa się za pomocą węgla aktywnego lub bisulfitu sodu (dwusiarczyn sodu) przed elementami.
Antiscalant jest dawkowany, aby hamować wytrącanie węglanów i siarczanów, a filtry kasetowe o nominale 5 mikron zatrzymują luźne cząstki. Słaba wstępna obróbka jest najczęstszą przyczyną przedwczesnej wymiany elementów. Ta sama logika, która rządzi otwartymi obiegami recyrkulacyjnymi w uzdatnianiu wody chłodzącej, obowiązuje tutaj: kontroluj chemię wody, a sprzęt zadba o siebie.
Gdy znormalizowany przepływ spadnie o około 10, 15%, lub różnica ciśnień bądź przenikanie soli wzrosną o podobny zakres, elementy są czyszczone na miejscu.
Czyszczenie w niskim pH (kwas cytrynowy lub solny, pH 2, 4) rozpuszcza osady mineralne i tlenki metali; czyszczenie w wysokim pH (wodorotlenek sodu z detergentem, pH 10, 12) usuwa substancje organiczne i biofilm. Kolejność ma znaczenie: gdy dominuje biofouling, najpierw czyścić w wysokim pH, ponieważ materia organiczna może wiązać osady mineralne.
Temperaturę utrzymuje się w okolicach 35°C i nigdy nie przekracza granicy dopuszczalnej dla membrany, a czyszczenie przeprowadza się etapami, aby nie wtłoczyć zanieczyszczeń głębiej w układ.
RO to urządzenie bogate w dane, a normalizacja sprawia, że dane są rzetelne. Zgodnie z ASTM D4516, przepływ permeatu, przenikanie soli i różnica ciśnień są korygowane do referencyjnej temperatury i ciśnienia, tak aby sezonowe wahania składu zasilania nie były mylone z zanieczyszczeniem.
Trzy krzywe opowiadają historię: malejący znormalizowany przepływ permeatu wskazuje na zanieczyszczenie lub skalowanie, rosnące znormalizowane przenikanie soli wskazuje na uszkodzenie membrany lub obecność biofilmu, a rosnąca różnica ciśnień wskazuje na zatkanie cząsteczkami lub biologiczne.
Rejestrowanie tych parametrów wraz z drganiami pomp i zużyciem energii na metr sześcienny pozwala zespołowi zaplanować CIP i wymianę elementów zanim jakość zostanie utracona, ta sama dyscyplina predykcyjna, która stosowana jest przeciwko zabrudzeniom wymienników ciepła. Platforma utrzymaniowa taka jak Fabrico może przechowywać znormalizowane trendy, historię czyszczeń i numery seryjne elementów w jednym rekordzie. Zarezerwuj demo Fabrico , aby zobaczyć przebieg pracy.
W miarę usuwania permeatu, koncentrat staje się bardziej zasolony, a jego ciśnienie osmotyczne rośnie. Powyżej mniej więcej 45, 50% odzysku w przypadku wody morskiej ciśnienie osmotyczne solanki zbliża się do praktycznego limitu pompy, a ryzyko skalowania gwałtownie rośnie, dlatego odzysk w jednym przebiegu jest tam ograniczony.
Wolny chlor i inne utleniacze. Cienkowarstwowy kompozyt poliamidowy ma bardzo niską tolerancję na chlor, więc nawet krótkotrwałe narażenie na resztkowy chlor trwale pogarsza odrzucanie soli. Niezawodna dechloracja przed membranami jest niezbędna.
Przy odpowiednim wstępnym uzdatnianiu i zdyscyplinowanym czyszczeniu elementy spiralne zazwyczaj wytrzymują pięć do siedmiu lat. Wymiana jest sterowana trendami znormalizowanego przenikania soli i przepływu, a nie stałym harmonogramem, dlatego trendowanie ma większe znaczenie niż kalendarzowy okres konserwacji.
To lokalne nagromadzenie odrzuconych soli w warstwie granicznej przy powierzchni membrany, które zwiększa efektywne ciśnienie osmotyczne, które pompa musi pokonać, i sprzyja skalowaniu. Odpowiednia prędkość przepływu w poprzek (crossflow) utrzymuje współczynnik polaryzacji w granicach około 1,1, 1,2 i ogranicza karę wydajnościową.
Zaloguj
Blog
