Как да обезсолите морска вода с помощта на RO: Подробно ръководство

Обратната осмоза се е превърнала в спасение за крайбрежните райони, които имат проблеми с набавянето на достатъчно вода. Инсталации за обезсоляване с обратна осмоза използвайте високи технологии мембрана филтри за отстраняване на сол и други примеси от океанската вода, което я прави годна за пиене. Високо налягане се използва за прекарване на солената вода през полупропускливи бариери, които отделят разтворените соли от други вещества. Съвременната RO технология е изминала дълъг път и сега има енергийно ефективни опции, които позволяват на бизнеса, градовете и морските дейности по целия свят да произвеждат прясна вода.

Разбиране на науката зад обратната осмоза за пречистване на морска вода

Когато RO технологията се използва за пречистване на вода, основната идея е изборът на мембрана. Естествената осмоза премества водата от места с малко разтворени вещества към места с много. Използването на голямо налягане – обикновено от 55 до 80 бара за морска вода – надвишава осмотичното налягане и изтласква водните молекули през специални мембрани. Това прави обратната осмоза.

Отворите в тези мембрани за обратна осмоза са много малки, достигайки около 0.0001 микрона. Водните капчици с този размер могат да преминат през тях, но 99.4–99.7% от разтворените соли, микроби и други замърсители не могат. Тънкослойната хибридна структура на мембраната има слоеве от полиамид, които са много добри в отстраняването на сол, и слоеве от структурна опора, които гарантират нейната дълготрайност.

Температурата, нивата на сол и работното налягане оказват голямо влияние върху това колко добре работи една система. Морската вода обикновено има между 35 000 и 45 000 ppm общо разтворени твърди вещества, което изисква здрави бариерни материали и внимателно проектиране на системата. По-високите температури обикновено ускоряват процеса на възстановяване на водата, но могат също така да съкратят живота на мембраната, така че работниците трябва да внимават да поддържат баланса.

Основни стъпки за предварителна обработка преди RO обработка

Процесът на подготовка определя колко надеждна и ефективна ще бъде системата в дългосрочен план. Ако не я подготвите правилно ro мембранаОрганичната материя, бактериите и образуващите котлен камък вещества в суровата морска вода могат бързо да повредят скъпите.

Първо, едрото пресяване премахва големи частици като водорасли и морски обитатели. След това, финото пресяване премахва по-малките частици. Използването на слоеве пясък, антрацит и гранат в мултимедийната филтрация може да улови твърди частици във водата с размер от 10 до 20 микрона. Ултрафилтрацията се използва от много обекти като подобрен метод за почистване, защото намалява мътността по-добре и предотвратява бактериалното замърсяване на RO мембраните.

Правилното дозиране на химикалите е много важна част от контрола на замърсяването. Натриевият хипохлорит спира биологичния растеж, но операторите трябва внимателно да отстранят хлора преди RO процесите, тъй като хлорът уврежда полиамидните мембрани. Антискалантните лекарства спират натрупването на калциев карбонат, калциев сулфат и силициев диоксид, които в противен случай биха запушили повърхностите на мембраните. Чрез промяна на нивата на pH, инжектирането на киселина подобрява действието на антискалантите и намалява вероятността от образуване на котлен камък.

Преди водата да попадне във високонапорните помпи, картриджните филтри осигуряват окончателно полиране, премахвайки частици с размер до 5 микрона. Този многобариерен подход осигурява дълготрайност на мембраната и поддържа оптимални нива на производство на вода през целия жизнен цикъл на... инсталации за обезсоляване с обратна осмоза.

Обяснение на процеса на обезсоляване на Core RO

След правилно почистване, солената вода постъпва в резервоари под налягане, които имат спирално навити мембранни части. Помпи за високо налягане повишават налягането на захранващата вода до 60–70 бара, което е причината солта да се извлече от водата. Всяка напорна артерия обикновено има шест до осем мембранни части, свързани във верига. Това прави пречистването по-ефективно.

Когато солената вода под налягане преминава през бариерни повърхности, преминава само чиста вода, оставяйки концентриран саламура от страната на захранването. Системата непрекъснато промива този поток от концентрат, така че твърде много сол да не се натрупва и да не поврежда мембраните или да намалява ефективността на системата.

Устройствата за рекуперация на енергия в съвременните технологии за обезсоляване поемат налягането от концентрирания поток и връщат 95–98% от тази енергия обратно в захранващия поток. Тази нова идея промени икономиката на обезсоляването, като намали необходимото количество енергия от над 20 kWh на кубичен метър в миналото до около 3–4 kWh на кубичен метър в големите инсталации сега.

При океанските приложения, степента на възстановяване на водата, която представлява количеството захранваща вода, превърнато в продуктова вода, обикновено е между 35 и 50 процента. Ако процесът на възстановяване надвиши тези стойности, е възможно разрастване на мембраната и по-ниска ефективност. Операторите следят качеството на пермеата, като измерват неговата проводимост, за да се уверят, че тя остава в рамките на необходимия диапазон за отхвърляне на солта. Този процес обикновено води до вода с общо съдържание на разтворени твърди вещества под 500 ppm.

Съображения след лечение и реминерализация

Водата, която излиза от RO филтрите, е много чиста, но е необходимо да се регулира, преди да може да се разпределя. Нискоминерализираната вода е агресивна и може да повреди разпределителните тръби. Освен това, тя не съдържа минерали, които са полезни за пиене.

Добавянето на калций и магнезий чрез реминерализация подобрява вкуса на водата, придава ѝ по-висока хранителна стойност и поддържа стабилно pH. Това може да се постигне с контактори с варовик или директно дозиране на химикали, което балансира химичния състав на водата. Добавянето на вар или сода каустик за промяна на алкалността спира ръждата в конструкциите по-надолу по течението.

Дезинфекцията е последната линия на защита срещу бактериално замърсяване. Най-популярният метод все още е хлорирането, но UV стерилизацията и озоновата обработка също са опции, базирани на нуждите на продукта. За да отговорят на изискванията за ултрачиста вода, фармацевтичните и електронните предприятия често се нуждаят от допълнително почистване чрез йонен обмен със смесен слой или електродейонизация.

За да се предотврати повторното замърсяване, системите за съхранение и разпределение трябва да бъдат проектирани с подходящите материали и редовни проверки. Резервоарите и тръбите от неръждаема стомана, които не ръждясват, поддържат водата чиста от момента на приготвянето ѝ до употребата ѝ.

Управление на изпускането на саламура и въздействието върху околната среда

Изхвърлянето на концентрати е предизвикателство както за околната среда, така и за операторите на инсталациите. Потокът от саламура от инсталации за обезсоляване с обратна осмоза съдържа приблизително два пъти по-голяма концентрация на сол от изходната морска вода, заедно с химикали, добавени по време на предварителната обработка и почистването. Отговорното управление гарантира спазване на екологичните разпоредби и опазване на морските екосистеми.

Изпускането на повърхностни води все още е най-често срещано за обекти близо до брега, но собствениците трябва да се уверят, че има достатъчно отклонение, за да се сведат до минимум щетите върху околната среда. Дифузионните системи разпръскват концентрата върху големи площи, което му помага да се смеси бързо с вече наличната морска вода. Мониторингът на околната среда следи неща като сол, температура и количества химикали, за да се гарантира спазването на разрешителните за изпускане.

Системите за нулево изхвърляне на течности са на върха на устойчивостта. Те кристализират соли, така че те могат да бъдат изхвърлени или използвани по полезен начин. Тези системи имат много по-високи начални и текущи цени, но не създават проблеми със замърсяването на океана. В сухи райони с много земя и високи нива на изпарение, изпарителните басейни са по-малко високотехнологичен вариант.

Начинът, по който се управлява саламурата, има голямо влияние върху това колко добре работи инсталацията за обезсоляване като цяло и колко добре обществеността я приема. Съоръженията, които използват полезна повторна употреба, като например изпращане на концентрат към предприятия, произвеждащи сол, или към промишлени процеси, които се нуждаят от вода с висока соленост, показват принципите на кръговата икономика, които общностите и политиците ценят все повече.

Съображения за проектиране на системата за различни приложения

За да функционират промишлените процеси, качеството на водата трябва да бъде персонализирано, за да отговаря на нивата на производство. За захранване на горелките, електроцентралите се нуждаят от много чиста вода, а йонообменното почистване често се използва заедно с нея. За производството на полупроводници е необходима ултрачиста вода със съпротивление по-високо от 18 мегаома-см, което означава, че тя трябва да бъде третирана по много различни начини, след като бъде произведена. Производителите на храни и напитки поставят вкуса и безопасността на първо място, като се фокусират върху бактериалния контрол и химичния баланс.

Морските приложения имат специални нужди, когато става въпрос за движение и пространство. Корабите и отдалечените обекти се нуждаят от малки системи, които не изискват много поддръжка. Контейнерните дестилационни машини могат да бъдат поставени на различни места, което ги прави полезни за кризисна помощ и краткосрочни инсталации. Тези системи обикновено произвеждат от 10 до 100 кубически метра прясна вода всеки ден, съчетавайки нуждата от прясна вода с липсата на енергия и пространство на палубата.

Общинските проекти помагат на цели общности, така че те се нуждаят от солидни планове, които гарантират, че проектите са налични 95% или повече от времето. С излишни почистващи влакове, ремонтът може да се извършва без спиране на услугата. Автоматизираните системи за проследяване следят факторите на производителност и уведомяват работниците за проблеми, преди да възникнат. Интегрирането на обезсолена вода със съществуващите водоснабдителни системи изисква внимателно планиране, съчетаване с вода от редовни източници, за да се получи най-добрата стойност и надеждност.

При избора на капацитет, настоящото търсене се преценява спрямо очаквания растеж в бъдеще. Модулните планове ви позволяват да добавяте капацитет на етапи, така че не е нужно да харчите твърде много пари предварително и да сте сигурни, че ще имате достатъчно място в дългосрочен план. За малките градове средният размер на инсталацията е 1,000 кубически метра на ден. За големите градове средният размер на инсталацията е 500 000 кубически метра на ден.

Оперативна поддръжка и оптимизиране на производителността

Редовната грижа поддържа мембраната да работи добре и удължава живота на системата. Операторите следят нормализирани фактори като дебит, налягане и отхвърляне на сол, които се променят при промени в температурата и качеството на захранващата вода. Това им помага да открият проблеми с производителността, преди да се влошат твърде много.

Мембранното почистване премахва натрупаните замърсявания, възстановявайки производствения капацитет. За котлен камък и биозамърсявания, циклите на химическо почистване се редуват между алкални разтвори за органични и биологични отлагания и киселинни разтвори за неорганичен котлен камък. Честотата на почистване зависи от качеството на захранващата вода и ефективността на предварителната обработка, като обикновено се извършва на всеки един до три месеца. инсталации за обезсоляване с обратна осмоза.

Когато почистването не възстанови първоначалните характеристики на мембраната, тя трябва да бъде сменена. Елементите, които пропускат твърде много сол или имат ниски дебити, се подменят, но полезните елементи остават в употреба. Бариерата трябва да издържи между 3 и 7 години, но това зависи от качеството на захранващата вода, начина, по който се използва, и честотата на поддръжка.

Оптимизирането на потреблението на енергия намалява значително текущите разходи. Помпите за високо налягане с честотни регулатори регулират количеството енергия, което използват, въз основа на промените в търсенето. Устройствата за рекуперация на енергия трябва да бъдат внимателно избрани и поддържани, тъй като тяхната ефективност има пряко влияние върху това колко енергия се използва като цяло. Проследяването на точното потребление на енергия (в киловатчасове на кубичен метър произведена енергия) определя ясни цели за производителност, които позволяват постоянен растеж.

Икономически анализ и възвръщаемост на инвестициите

Капиталовите разходи включват закупуване на неща като инструменти, строителни конструкции, инсталиране на електрически системи и други. 15–25% от общата стойност на проекта отива за мембранни части и резервоари под налягане. Други 20 до 30 процента идват от помпи за високо налягане и устройства за връщане на енергия. Останалата част се състои от баланса на инсталацията, който включва тръби, инструменти, системи за управление и сгради.

Разходите за правене на бизнес включват неща като енергия, химикали, труд, подмяна на мембрани и редовна поддръжка. Разходите за електроенергия обикновено съставляват от 40 до 60 процента от оперативните разходи, така че пестенето на енергия е много важно. Следващите 15–25% отиват за подмяна на мембраната, а последните 10–15% отиват за лекарства и труд.

Цената на обезсоляването намалява в сравнение с други водоизточници, което показва, че то става все по-конкурентно. Обезсоляването често е добър начин за спестяване на пари на места, където водата е труднодостъпна, въпреки че струва повече от други опции. Цената на водата трябва да се основава на това колко реално струва производството ѝ. Това ще насърчи спестяванията, като същевременно ще гарантира, че бизнесът може да остане отворен.

Съществуват различни видове финансиране на проекти, вариращи от публични средства за градски услуги до частни инвестиции в промишлени цели. Споразуменията за закупуване на електроенергия и договорите за водоснабдяване помагат за финансирането на проекти, като гарантират постоянен поток от парични средства. Анализът на разходите за жизнения цикъл, който разглежда 20 до 30 години разходи, помага за избора на технологии и създаването на най-добри проекти.

Бъдещи иновации в технологията за обезсоляване

Изследователите все още работят за подобряване на бариерните материали, така че да могат да пропускат повече неща и да избират по-малко. Екраните от графен и въглеродни нанотръбички биха могли значително да намалят необходимото количество енергия, но все още не са готови за употреба в реалния свят. Биомиметичните бариери, базирани на аквапоринови протеини, са друга нова област, която би могла напълно да промени скоростта на възстановяване на водата.

Използването на повече възобновяема енергия помага както за екологични проблеми, така и за текущите разходи. Пречистването на водата, захранвано от слънчева енергия, работи добре в селските райони, които нямат достъп до електрическата мрежа. Крайбрежните обекти също имат възможност да използват вятърна енергия. Системите за съхранение на батерии изглаждат неравномерното производство на зелена енергия, като гарантират, че дебитът на вода остава постоянен.

В някои ситуации, хибридните системи, които комбинират мембранни методи с обезсоляване с пара или капацитивна дейонизация, може да са по-добри. Когато многоефективната дестилация се комбинира с RO, може да се използва отпадна топлина, което прави целия процес по-енергийно ефективен. Проучване на директната осмоза разглежда различни методи, които биха могли да използват по-малко енергия от настоящите стандарти за RO.

Прогнозният ремонт, автоматичното планиране и дистанционното проследяване са някои от начините, по които дигитализацията променя начина, по който работят инсталациите. Алгоритмите, които използват изкуствен интелект, разглеждат данните за производителността и предлагат промени, които ще направят операциите по-ефективни. Проследяването на качеството на водата в реално време гарантира, че продуктът е винаги един и същ и че химикалите се използват възможно най-малко.

Заключение

Обезсоляването на морска вода чрез технология за обратна осмоза предлага доказани решения за глобалните предизвикателства, свързани с недостига на вода. Разбирането на целия процес – от предварителната обработка до последващата обработка и управлението на концентрата – позволява информирано вземане на решения относно проектирането и експлоатацията на системата. Успехът зависи от съчетаването на технологията с изискванията на приложението, като същевременно се управлява внимателно потреблението на енергия, въздействието върху околната среда и разходите за целия жизнен цикъл. С напредването на мембранните технологии и разширяването на интеграцията на възобновяема енергия, обезсоляването става все по-устойчиво и икономически жизнеспособно. Организациите, изправени пред ограничения във водоснабдяването, трябва да оценят обезсоляването чрез обратна осмоза като надеждно и мащабируемо решение, осигуряващо дългосрочна водна сигурност за промишлени, общински и специализирани приложения.

Партнирайте с Guangdong Morui за цялостни решения за обезсоляване

Технологиите за околната среда Гуандун Моруи доставят „до ключ“ инсталации за обезсоляване с обратна осмоза подкрепени от задълбочен инженерен опит и доказани производствени възможности. Нашият екип от 500 души включва 20 специализирани инженери, които проектират персонализирани системи, отговарящи на вашите точни спецификации, независимо дали управлявате крайбрежна община, морски флот или промишлено съоръжение. Ние управляваме всичко - от първоначални проучвания за осъществимост през производството на оборудване, монтажа, въвеждането в експлоатация и текущата поддръжка, осигурявайки оптимална производителност през целия жизнен цикъл на вашата система. Като утвърден производител на инсталации за обезсоляване с обратна осмоза със собствено производство на мембрани и множество съоръжения, ние предлагаме конкурентни цени без компромис с качеството. Свържете се с нас benson@guangdongmorui.com да обсъдим вашите специфични водни предизвикателства и да получим подробно техническо предложение.

Източници

1. Грийнли, Л. Ф., Лоулър, Д. Ф., Фрийман, Б. Д., Маро, Б. и Мулен, П. (2009). „Обезсоляване чрез обратна осмоза: Източници на вода, технологии и днешни предизвикателства.“ Water Research, 43(9), 2317-2348.

2. Елимелех, М. и Филип, Вашингтон (2011). „Бъдещето на обезсоляването на морска вода: енергия, технологии и околна среда.“ Science, 333(6043), 712-717.

3. Вучков, Н. (2018). „Използване на енергия за мембранно обезсоляване на морска вода – текущо състояние и тенденции.“ Desalination, 431, 2-14.

4. Lattemann, S., & Höpner, T. (2008). „Въздействие върху околната среда и оценка на въздействието на обезсоляването на морска вода.“ Desalination, 220(1-3), 1-15.

5. Ghaffour, N., Missimer, TM, & Amy, GL (2013). „Технически преглед и оценка на икономиката на обезсоляването на вода: настоящи и бъдещи предизвикателства за по-добра устойчивост на водоснабдяването.“ Desalination, 309, 197-207.

6. Зарзо, Д. и Пратс, Д. (2018). „Обезсоляване и потребление на енергия: Какво можем да очакваме в близко бъдеще?“, Desalination, 427, 1-9.