Was istUmkehrosmose-Reiniger Der Artikel richtet sich an Personen, die wenig oder keine Erfahrung mit habenUmkehrosmose-Reiniger Wasser und versuchen, die Grundlagen in einfachen Worten zu erklären, die dem Leser ein besseres Gesamtverständnis vermitteln sollenUmkehrosmose-Reiniger Wassertechnik und ihre Anwendungen.

VerständnisUmkehrosmose-Reiniger

Umkehrosmose-Reiniger (RO) ist eine membranbasierte Demineralisierungstechnik, die verwendet wird, um gelöste Feststoffe wie Ionen von Lösungen zu trennen (die meisten Anwendungen umfassen Lösungen auf Wasserbasis, was der Schwerpunkt dieser Arbeit ist). Umkehrosmose-ReinigerMembranenwirken im Allgemeinen als permselektive Barrieren, Barrieren, die es einigen Spezies (wie Wasser) ermöglichen, selektiv durch sie hindurchzudringen, während andere gelöste Spezies (wie Ionen) selektiv zurückgehalten werden. Abbildung 1.1 zeigt, wie die RO-Perm-Selektivität im Vergleich zu vielen anderen membranbasierten und konventionellen Filtrationstechniken abschneidet. Wie in der Abbildung gezeigt, bietet RO die derzeit feinste Filtration, die die meisten gelösten Feststoffe sowie suspendierte Feststoffe zurückweist. (Beachten Sie, dass obwohlRO-Membranensuspendierte Feststoffe entfernt, sammeln sich diese Feststoffe, wenn sie im RO-Speisewasser vorhanden sind, auf der Membranoberfläche und verschmutzen die Membran.

Abbildung 1.1 Membranselektivität

Osmose

Osmose ist der Prozess wo Wasser durchfließt a Semipermeable Membran von einer Lösung mit einer niedrigen Konzentration an gelösten Feststoffen zu einer Lösung mit einer hohen Konzentration an gelösten Feststoffen.

Stellen Sie sich eine Zelle vor, die durch eine semipermeable Membran in zwei Kompartimente unterteilt ist, wie in Abbildung 1.2 gezeigt. Diese Membran lässt Wasser und einige Ionen passieren, ist jedoch für die meisten gelösten Feststoffe undurchlässig. Ein Abteil in der Zelle enthält eine Lösung mit einer hohen Konzentration an gelösten Feststoffen, während das andere Abteil eine Lösung mit einer niedrigen Konzentration an gelösten Feststoffen enthält. Osmose ist der natürliche Prozess, bei dem Wasser aus der Kammer mit der geringen Konzentration an gelösten Feststoffen in die Kammer mit der hohen Konzentration an gelösten Feststoffen fließt. Wasser fließt weiter durch die Membran, bis die Konzentration auf beiden Seiten der Membran ausgeglichen ist.

Abbildung 1.2 Flussdiagramm des Osmoseprozesses

Im Gleichgewicht ist die Konzentration der gelösten Feststoffe in beiden Kompartimenten gleich (Abbildung 1.2); es gibt keinen Nettofluss mehr von einem Kompartiment zum anderen. Das Fach, das früher die höher konzentrierte Lösung enthielt, hat jetzt jedoch einen höheren Wasserstand als das andere Fach.

Der Höhenunterschied zwischen den beiden Kompartimenten entspricht dem osmotischen Druck der nun im Gleichgewicht befindlichen Lösung.

Umkehrosmose-Reiniger

Umkehrosmose-Reiniger ist der umgekehrte Prozess der Osmose. Während Osmose auf natürliche Weise auftritt, ohne dass Energie benötigt wird, müssen Sie Energie auf die salzhaltigere Lösung anwenden, um den Prozess der Osmose umzukehren. Eine Umkehrosmose-Reinigungsmembran ist eine halbdurchlässige Membran, die den Durchgang ermöglichtWassermoleküleaber nicht die Mehrheit der gelösten Salze, organischen Stoffe, Bakterien und Pyrogene. Sie müssen das Wasser jedoch durch die Umkehrosmose-Reinigungsmembran „drücken“, indem Sie einen Druck ausüben, der größer ist als der natürlich auftretende osmotische Druck, um das Wasser im Prozess zu entsalzen (entmineralisieren oder entionisieren), wodurch reines Wasser durchgelassen wird, während a zurückgehalten wird Großteil der Schadstoffe.

Abbildung 1.3 Flussdiagramm des Umkehrosmose-Prozesses

Wie funktioniertUmkehrosmose-Reiniger Arbeiten?

Umkehrosmose-Reiniger ist ein Technologie der Wasseraufbereitung mit kontinuierlichem Betrieb, der Druck verwendet, um die Quelle zu passieren Wasser durch Membran, es ist Zinn und trennt dadurch Verunreinigungen vom Wasser.

Umkehrosmose-Reiniger(RO) funktioniertdurch Umkehrung des Prinzips der Osmose, der natürlichen Tendenz von Wasser mit gelösten Salzen, durch eine Membran von einer niedrigeren zu einer höheren Salzkonzentration zu fließen. Dieser Prozess findet sich in der gesamten Natur. Pflanzen nehmen damit Wasser und Nährstoffe aus dem Boden auf. Bei Menschen und anderen Tieren verwenden die Nieren Osmose, um Wasser aus dem Blut zu absorbieren.

Das Prinzip des Umkehrosmose-Reinigers kehrt diesen Prozess um. In einemRO-System, Druck – normalerweise von einer Pumpe – wird verwendet, um den natürlichen osmotischen Druck zu überwinden, indem das Speisewasser mit seiner Ladung an gelösten Salzen und anderen Verunreinigungen durch eine hochentwickelte, halbdurchlässige Membran gedrückt wird, die einen hohen Prozentsatz der Verunreinigungen entfernt. Das Produkt dieses Prozesses ist hochreines Wasser.

Die verworfenen Salze und Verunreinigungen konzentrieren sich und sammeln sich über der Membran und werden aus dem System zum Abfluss oder zu anderen Prozessen geleitet. In einer typischen kommerziellen oder industriellen Anwendung werden also 75 % des Speisewassers gereinigt. Bei Anwendungen, bei denen es auf Wassereinsparung ankommt, sind es 85 % des Speisewassers gereinigtes Wasser.

Ein RO-System verwendet eine Kreuzfiltration, bei der die Lösung den Filter mit zwei Ausgängen durchquert: Das gefilterte Wasser geht in die eine Richtung und das kontaminierte Wasser in die andere Richtung. Um die Ansammlung von Verunreinigungen zu vermeiden, ermöglicht die Cross-Flow-Filtration dem Wasser, die Ansammlung von Verunreinigungen wegzuspülen und genügend Turbulenzen zu erzeugen, um die Oberfläche der Membran sauber zu halten.

Was Schadstoffe tunUmkehrosmose-Reiniger (RO) Entfernen?

• Umkehrosmose-Reiniger Systeme haben eine sehr hohe Wirksamkeit bei der Entfernung von Protozoen (z. B. Cryptosporidium, Giardia);

• RO-Systeme haben eine sehr hohe Wirksamkeit bei der Entfernung von Bakterien (z. B. Campylobacter, Salmonella, Shigella, E. coli);

• Umkehrosmose-Reiniger Systeme haben eine sehr hohe Wirksamkeit bei der Entfernung von Viren (z. B. Enteric, Hepatitis A, Norovirus, Rotavirus);

• Osmosesysteme entfernen übliche chemische Verunreinigungen (Metallionen, wässrige Salze), einschließlich Natrium, Chlorid, Kupfer, Chrom und Blei; kann Arsen, Fluorid, Radium, Sulfat, Calcium, Magnesium, Kalium, Nitrat und Phosphor reduzieren.

  
  

Leistungs- und Auslegungsberechnungen fürUmkehrosmose-Reiniger (RO) Systeme

Wenn wir a entwerfen Umkehrosmose-Reiniger System Zuerst müssen wir die Wasserquelle, den Wasseranalysebericht und die Anwendung kennen. Da diese drei Herausforderungen bei der Materialauswahl wichtig sind, Druck ausüben und fließen. In der Zwischenzeit, nachdem Sie diese Informationen erhalten haben, um die Leistung eines RO-Systems genau zu messen Wasserversorgung Sie benötigen mindestens die folgenden Betriebsparameter für Wasserversorgung:

· Speisedruck

· Permeatdruck

· Konzentratdruck

· Leitfähigkeit des Futters

· Permeatleitfähigkeit

· Zufuhrfluss

· Permeatfluss

· Temperatur

Erholung

Die Rückgewinnung (manchmal auch als „Umwandlung“ bezeichnet) ist ein Begriff, der verwendet wird, um zu beschreiben, welcher Volumenprozentsatz des zufließenden Wassers als Permeat „zurückgewonnen“ wird. Im Allgemeinen reichen die Wiederherstellungen von RO-Systemen von etwa 50 % bis 85 %, wobei die meisten Systeme für eine Wiederherstellung von 75 % ausgelegt sind. (Die Rückgewinnung einzelner spiralförmig gewickelter Membranmodule variiert zwischen etwa 10 % und 15 %. Eine Systemrückgewinnung von 75 % bedeutet, dass pro 100 gpm Zufluss 75 gpm als rUmkehrosmosewasser und 25 gpm werden als Konzentrat zurückbehalten konzentrierte Lösung.

Die Erholung wird anhand der folgenden Gleichung berechnet:

% Rückgewinnung = (Permeatfluss / Zufuhrfluss) * 100

Bei 75 % Rückgewinnung beträgt das Konzentratvolumen ein Viertel des Zuflussvolumens. Wenn man davon ausgeht, dass die Membran alle gelösten Feststoffe zurückhält, wären sie in einem Viertel des Volumens des zufließenden Wassers enthalten. Daher wäre die Konzentration der zurückgehaltenen gelösten Feststoffe viermal so hoch wie die des Zuflussstroms (da nicht alle gelösten Feststoffe von der Membran zurückgehalten werden, ist dies nur eine Annäherung). Dies wird als „Konzentrationsfaktor“ bezeichnet. Bei einer Rückgewinnung von 50 % wäre das Konzentratvolumen die Hälfte des Zuflusswassers. In diesem Fall würden die gelösten Feststoffe um den Faktor zwei konzentriert, der Konzentrationsfaktor wäre also 2. Die Tabelle zeigt den Konzentrationsfaktor als Funktion der Wiederfindung.

Ablehnung

Zurückweisung ist ein Begriff, der verwendet wird, um zu beschreiben, wie viel Prozent einer einströmenden Spezies eine Membran zurückhält. Beispielsweise bedeutet 98 % Zurückweisung von Kieselsäure, dass die Membran 98 % der einströmenden Kieselsäure zurückhält. Dies bedeutet auch, dass 2 % des einströmenden Silikas durch die Membran in das Permeat gelangen (bekannt als „Salzpassage“).

Die Ablehnung einer bestimmten Art wird anhand der folgenden Gleichung berechnet:

% Ablehnung = [(Cf – Cp)/ Cf] * 100
Cf = Zuflusskonzentration einer bestimmten Komponente
Cp = Permeatkonzentration einer bestimmten Komponente

Salzdurchgang %

Dies ist einfach die Umkehrung der in der vorherigen Gleichung beschriebenen Salzabweisung. Dies ist also die Anzahl der Salze, ausgedrückt als Prozentsatz, die das RO-System passieren. Je niedriger also der Salzdurchgang ist, desto besser arbeitet das System. Ein hoher Salzdurchgang kann bedeuten, dass die Membranen gereinigt oder ausgetauscht werden müssen.

Salzdurchgang % = (1 – Salzabweisung %)

Fluss

Der Fluss ist definiert als die volumetrische Durchflussrate einer Flüssigkeit durch einen bestimmten Bereich. Im Fall von RO ist das Fluid Wasser und die Fläche die der Membran. In der Sprache von RO wird der Fluss in Gallonen Wasser pro Quadratfuß Membranfläche pro Tag (gfd) ausgedrückt. Der Wasserfluss durch eine RO-Membran ist also proportional zu der auf das Wasser ausgeübten Nettodruckantriebskraft.

J=K(ΔP-ΔP)

Wo:

J = Wasserfluss

K = Wassertransportkoeffizient = Permeabilität / Dicke der aktiven Membranschicht

ΔP = Druckdifferenz über der Membran

ΔΠ = osmotische Druckdifferenz über der Membran

Konzentrationspolarisation

Einfach ausgedrückt ist der Wasserfluss an einer RO-Membran vorbei ähnlich dem Wasserfluss durch ein Rohr, Abbildung 1.4. Die Strömung in der Volumenlösung ist also konvektiv, während die Strömung in der Grenzschicht diffusiv ist und senkrecht zur konvektiven Strömung der Volumenlösung verläuft. Dementsprechend findet keine konvektive Strömung in der Grenzschicht statt.

Abbildung 1.4 Hydraulische Grenzschicht, gebildet durch Flüssigkeitsströmung in einem Rohr.

Je langsamer also das Wasser durch das Rohr fließt, desto dicker wird die Grenzschicht. Betrachten Sie nun die Strömung entlang der Oberfläche einer Membran. Es bildet sich die gleiche Grenzschicht wie bei der Strömung durch ein Rohr. Bei einem Membransystem gibt es jedoch, da es einen Nettofluss durch die Membran gibt, einen Konvektionsfluss zur Membran, aber nur einen Diffusionsfluss von der Membran weg. Da die Diffusion geringer ist als die Konvektion, neigen gelöste Stoffe, die von der Membran zurückgewiesen werden, dazu, sich auf der Oberfläche und in der Grenzschicht anzusammeln. Daher ist die Konzentration an gelösten Stoffen an der Membranoberfläche höher als in der Volumenlösung.

Umkehrosmose-Reiniger (RO)-System: Den Unterschied zwischen Durchgängen und Phasen verstehen in aUmkehrosmose-Reiniger (RO)-System

Die Begriffe Stufe und Durchgang werden in einem RO-System oft mit dem Gleichen verwechselt und können für einen RO-Betreiber zu einer verwirrenden Terminologie führen. Es ist wichtig, den Unterschied zwischen einer 1- und 2-Stufen-RO und einer 1- und 2-Pass-RO zu verstehen.

Abbildung 1.5 1-stufiges Umkehrosmosesystem

Arrays

Konzentriert man sich auf spiralförmig gewickelte Membranmodule als die heute in der Industrie am häufigsten verwendete Art von Membranmodulen, besteht ein RO-Array oder „Skid“ oder „Zug“ aus einer Reihe von Druckbehältern, die in bestimmten Mustern angeordnet sind. Abbildung 1.6 zeigt entsprechend eine Anordnung von 3 Druckbehältern.

Abbildung 1.6 Zweistufiges Umkehrosmosesystem

Die Druckbehälter sind in 2 Sätzen angeordnet, wobei 2 Druckbehälter parallel gefolgt von 1 Einzeldruckbehälter sind. Die 2 Druckbehältersätze sind in Reihe geschaltet. Jeder Satz paralleler Druckbehälter (auch wenn nur 1 Behälter vorhanden ist) wird STUFE genannt.

Das in Abbildung 1.6 gezeigte RO-System wird als 2-Stufen-Array oder 2:1-Array bezeichnet, was darauf hinweist, dass es 2 Stufen gibt (durch die 2 Zahlen), und die erste Stufe hat 2 Druckbehälter und die zweite Stufe hat 1 Druckbehälter. Ein 10:5-Array hätte 2 Stufen; Die erste Stufe hätte 10 Druckbehälter, während die zweite Stufe 5 Druckbehälter hätte. Ein 4:2:1-Array hätte 3 Stufen mit 4 Druckbehältern in der ersten Stufe, 2 Druckbehältern in der zweiten Stufe und 1 Druckbehälter in der dritten Stufe.

Recyceln

Abbildung 5.6 zeigt ein RO-Array mit Konzentratrückführung. Eine Konzentratrückführung wird im Allgemeinen in kleineren RO-Systemen verwendet, wo die Querstromgeschwindigkeit nicht hoch genug ist, um eine gute Reinigung der Membranoberfläche aufrechtzuerhalten. Die Rückführung eines Teils des Konzentrats in die Zufuhr erhöht die Querstromgeschwindigkeit und reduziert die Rückgewinnung einzelner Module, wodurch das Fouling-Risiko verringert wird.

Abbildung 1.7 Zwei-mal-eins-Array mit Konzentratrecycling.

Recycling hat auch einige Nachteile:

· Geringere Produktqualität insgesamt. Dies liegt daran, dass dem Zufluss mit niedrigerer Konzentration ein Spuckstoff mit relativ hoher Konzentration zugesetzt wird.

· Größere Speisepumpenanforderungen, weil die RO-Speisepumpe jetzt sowohl den Zulaufstrom als auch den zurückgeführten Abfallstrom unter Druck setzen muss. Folglich muss die RO-Speisepumpe größer sein, was höhere Kapitalkosten für das RO-System bedeuten kann.

· Höherer Energieverbrauch, wiederum aufgrund des Zusammentreffens von Abfall- und Zulaufströmen, die erneut unter Druck gesetzt werden müssen. Dies führt zu höheren Betriebskosten für das System.

Doppelpass

Double Pass (oder Two-Pass) bezieht sich auf die weitere Reinigung des Permeats von einer RO, indem es durch eine andere RO geleitet wird. Der erste RO, wie in Kapitel 5.1 beschrieben, wäre der erste Durchgang. Permeat aus dem ersten Durchgang wird dann zu einem anderen RO geleitet, der als RO des zweiten Durchgangs bekannt ist. Die RO des zweiten Durchgangs „poliert“ das RO-Produkt des ersten Durchgangs, um Wasser höherer Qualität zu erhalten.

Abbildung 1.8 Double-Pass-Umkehrosmose

Abbildung 1.8 zeigt ein Double-Pass-RO-System. Die Konstruktionsprinzipien für den zweiten Durchgang sind im Allgemeinen die gleichen wie für den ersten Durchgang. Aufgrund der geringen Konzentration an gelösten und suspendierten Feststoffen im Zufluss zum zweiten Durchgang können die Zufluss- und Konzentratflüsse jedoch höher bzw. niedriger sein als für das RO-System des ersten Durchgangs.

Vorbehandlung fürUmkehrosmose-Reiniger

Die Leistung und der erfolgreiche Betrieb eines RO-Systems hängen direkt von der Qualität des Wassers ab, das die RO speist. Die Art der Speisewasserbestandteile kann die Membranleistung beeinflussen, indem sie Ablagerungen, Fouling oder Abbau der Membran verursacht.

Wasserqualität ist wichtig, bevor Wasser zu semipermeablen RO-Membranen geleitet wird, eine Vorbehandlung, die wirksam ist, um Membranfouling, Scaling oder Abbauprobleme zu reduzieren.

Schwebstoffe

Schwebstoffe werden typischerweise anhand der Trübung gemessen. Die Trübung misst die Lichtstreuungsfähigkeit von Partikeln in Wasser. Die Wasserqualitätsrichtlinien fordern eine Trübung des Zuflusses von weniger als 1 nephelometrischer Trübungseinheit (NTU), was auch eine Garantieanforderung der Membranhersteller ist. Überschreiten Sie 1 NTU und die Membrangarantie erlischt. Je geringer die Trübung, desto geringer ist die Wahrscheinlichkeit, dass die Membranen mit Schwebstoffen verschmutzen. Best Practices für RO erfordern eine Trübung des Speisewassers von weniger als 0,5 NTU.

Mikroben

Mikrobielles Fouling von RO-Membranen ist ein bedeutendes Problem. Bakterienkolonien wachsen praktisch überall im Membranmodul, wo die Bedingungen günstig sind. Die Konzentrationspolarisation stellt neben der Membranoberfläche eine Umgebung bereit, die mit Nährstoffen für Mikroben angereichert ist. Satellitenkolonien können abbrechen und an anderer Stelle innerhalb des Membranmoduls zu wachsen beginnen, wodurch die Oberfläche der Membran vergrößert wird, die mit Mikroben und dem damit verbundenen Biofilm bedeckt ist. Mikrobielle Verschmutzung verringert die Membranproduktivität, erhöht den Betriebsdruck und erhöht den Druckabfall.

Organische Stoffe

Organische Stoffe werden an der Membranoberfläche adsorbiert, was zu Flussverlusten führt, die in einigen Fällen dauerhaft sein können.4 Die Adsorption wird bei pH-Werten unter 9 und bei positiven Ladungen der organischen Verbindungen bevorzugt. Besonders störend sind emulgierte organische Stoffe, die auf der Membranoberfläche einen organischen Film bilden können. Organisches Fouling verschlimmert mikrobielles Fouling, da viele organische Stoffe Nährstoffe für Mikroben sind. Es wird empfohlen, dass die organische Konzentration, gemessen als gesamter organischer Kohlenstoff (TOC), weniger als 3 ppm beträgt, um das Fouling-Potenzial zu minimieren. Organisches Fouling der Membran verringert die Produktivität der Membran.

Farbe

Farbe wird auch auf der Oberfläche der RO-Membran adsorbiert. Farbe besteht typischerweise aus natürlich vorkommenden Huminstoffen, die entstehen, wenn organische Substanzen wie Blätter zerfallen. Huminstoffe selbst setzen sich aus drei verschiedenen Arten organischer Verbindungen zusammen. Huminsäure ist die Farbe, die beim Ansäuern ausfällt; Diese organischen Stoffe haben eine dunkelbraune bis schwarze Farbe. Fulvinsäure fällt während der Ansäuerung nicht aus; diese Substanzen haben eine gelbe bis gelbbraune Farbe. Schließlich ist Humin bei keinem pH-Wert löslich und hat eine schwarze Farbe.

Metalle

RO-Membranen verschmutzen leicht mit ausgefällten Metallen, einschließlich Eisen, Mangan und Aluminium. Lösliches Eisen und Mangan (und Kobalt in einigen Bisulfitlösungen, die zur Entchlorung verwendet werden) sind ebenfalls ein Problem für RO-Membranen. Diese Metalle katalysieren die Oxidation der RO-Membran, was zu einem Abbau der Membran führt. Durch Senken des pH-Werts und Reduzieren der Sauerstoffkonzentration können höhere Konzentrationen an löslichem Eisen toleriert werden. Metallverschmutzung erhöht den Druckabfall und verringert die Produktivität. Die Oxidation der Membran mit löslichen Metallen führt zu einer geringeren Salzabweisung und einer höheren Produktivität.

Schwefelwasserstoff

Schwefelwasserstoff wird typischerweise in sauerstofffreiem Brunnenwasser gefunden. Diese Verbindung oxidiert leicht und setzt elementaren Schwefel frei, der sehr klebrig ist und zu irreversiblem Fouling von RO-Membranen führt. Es können sich auch Metallsulfide bilden, die ausfallen können. Ablagerungen können rußschwarz oder pastösgrau sein. Fouling mit elementarem Schwefel oder Metallsulfiden führt zu einer Abnahme des Flusses und einer Zunahme des Salzdurchgangs.

Kieselsäure

Kieselsäure kann als unlösliche Silikate und als lösliche oder „reaktive“ Kieselsäure Probleme für ein RO-System verursachen. Wenn Kieselsäure ausfällt, bilden sich unlösliche Silikate. Wenn Eisen und Aluminium vorhanden sind, können sich Silikate dieser Metalle schnell und bei einer Kieselsäurekonzentration von weniger als der Sättigung bilden. Die Sättigung von löslicher Kieselsäure ist eine Funktion von Temperatur und pH-Wert. Kieselsäure ist bei höherer Temperatur und bei einem pH-Wert unter 7,0 und über 7,8 besser löslich.

Lösliches Silica schränkt oft die Rückgewinnung eines RO-Systems ein, da Ablagerungen möglich sind und es schwierig ist, Silica-Ablagerungen von Membranen zu entfernen. Es sind Silica-Antiscalants erhältlich, die bis zu etwa 200 ppm Silica verarbeiten können (abhängig von den Bedingungen und dem Antiscalant-Hersteller).

Kalziumkarbonat

Calciumcarbonat-Scaling ist vielleicht die häufigste Art von Problem, mit der möglichen Ausnahme von mikrobieller Verschmutzung, die RO-Membranen erfahren. Glücklicherweise ist es ziemlich einfach zu erkennen und zu handhaben. Grundsätzlich gilt: Wenn das Ionenprodukt (IP) von Calciumcarbonat im RO-Abfall größer als die Löslichkeitskonstante (Ksp) unter Abstoßungsbedingungen ist, bildet sich Calciumcarbonat-Ablagerung. Wenn IP < Ksp ist, ist eine Skalierung unwahrscheinlich.

Spurenmetalle-Barium und Strontium

Barium und Strontium bilden schwer lösliche Sulfatablagerungen. Tatsächlich ist Barium das am wenigsten lösliche aller Erdalkalisulfate. Es kann als Katalysator für Strontium- und Calciumsulfatablagerungen wirken. Analysen des Ionenprodukts mit den Löslichkeitskonstanten für Barium- und Strontiumsulfate sind notwendig, um das Potential für Scaling mit diesen Spezies zu bestimmen. Wenn das Ionenprodukt (IP) für Bariumsulfat die Löslichkeitskonstante überschreitet, bildet sich Kesselstein. Beachten Sie, dass im Fall von Strontiumsulfat, wenn IP>Eine Skalierung von 0,8 Ksp ist wahrscheinlich. Allerdings ist die Induktionsperiode (die Zeit, die für die Bildung von Ablagerungen benötigt wird) für diese Ablagerungen auf Sulfatbasis länger als für Kalkablagerungen aus Calciumcarbonat.

Barium und Strontium können im RO-Speisewasser durch Natriumenthärtung reduziert werden. Antiscalant kann verwendet werden, um die Ablagerungen zu kontrollieren oder zu hemmen, ohne die Konzentration einer der beiden Arten zu verringern.

Chlor

Polyamid-Verbundmembranen sind sehr empfindlich gegenüber freiem Chlor (erinnern Sie sich an Kapitel 4.2.1, dass Celluloseacetat-Membranen kontinuierlich bis zu 1 ppm freies Chlor tolerieren können). Der Abbau der Polyamid-Verbundmembran erfolgt fast unmittelbar nach der Exposition und kann zu einer signifikanten Verringerung der Rückweisung nach 200 und 1.000 ppm Stunden Exposition gegenüber freiem Chlor führen (mit anderen Worten nach 200–1.000 Stunden Exposition gegenüber 1 ppm freiem Chlor). Die Abbaugeschwindigkeit hängt von zwei wichtigen Faktoren ab:

1) Abbau ist bei hohem pH-Wert schneller als bei neutralem oder niedrigem pH-Wert,
2) Das Vorhandensein von Übergangsmetallen wie Eisen katalysiert die Oxidation der Membran.

Der Abbaumechanismus ist der Verlust der Polymervernetzung. Dies führt dazu, dass sich das Membranpolymer auflöst, ähnlich wie bei einem Nylonstrumpf, wenn es einer Chlorbleiche ausgesetzt wird. Der Schaden ist irreversibel und hält an, solange die Membran dem Oxidationsmittel ausgesetzt ist.

Vorbehandlungslösungen

Multimedia-Druckfilter

Multimedia-Druckfilter wurden entwickelt, um Trübungen und Kolloide (gemessen als SDI) im Wasser zu reduzieren. Diese Filter können Partikel entfernen bis zu einer Größe von etwa 10 Mikron. Wenn dem Filterzufluss ein Gerinnungsmittel zugesetzt wird, kann manchmal eine Reduzierung der Partikel bis auf 1–2 Mikrometer erreicht werden. Die typische Abscheidungseffizienz für Multimedia-Druckfilter liegt bei etwa 50 % der Partikel im Größenbereich von 10 – 15 Mikron. Die Zulauftrübung für die RO-Vorbehandlung ist auf etwa 10 NTU begrenzt. Bei einer Trübung von mehr als 10 NTU können diese Filter zu häufig rückgespült werden, um eine konsistente Abwasserqualität bei angemessenen Lauflängen zu gewährleisten.

Multimedia-Druckfilter enthalten abgestufte Anthrazitschichten auf Sand auf Granat. Abbildung 1.9 zeigt einen Querschnitt eines Multimediafilters. Das feine Granatmaterial ist dichter als das grobe Anthrazitmaterial. Es gibt keine diskrete Grenze zwischen jeder der Schichten; es gibt einen allmählichen Übergang von einer Materialdichte und -grobheit zur nächsten. Andernfalls würden sich an jeder Grenzfläche Partikel ansammeln. Partikel werden anschließend durch den Filter unter Verwendung eines physikalischen Einschlusses entfernt. Größere Partikel werden oben durch das Anthrazit entfernt, während kleinere Partikel anschließend durch den Sand und Granat entfernt werden. Multimedia-Filter bieten aufgrund der relativ feinen Natur des Granats eine feinere Filterung als Dual-Media-Filter (Anthrazit und Sand).

Abbildung 1.9 Multimedia-Druckfilter mit groben, mittleren und feinen Medien, typischerweise Anthrazit, Sand bzw. Granat.

Kohlefilter

Aktivkohlefilter werden verwendet, um die Konzentration organischer Stoffe im RO-Speisewasser zu reduzieren. Diese Filter werden auch verwendet, um Oxidationsmittel wie freies Chlor aus zu entfernen RO-Speisewasser.

Aktivkohle wird aus natürlichen Materialien wie Steinkohle, Braunkohle, Holz, Fruchtkernen, Knochen und Kokosnussschalen gewonnen, um nur einige zu nennen. Die Rohstoffe werden in einer sauerstoffarmen Umgebung gebrannt, um Holzkohle zu erzeugen, die dann durch Dampf, Kohlendioxid oder Sauerstoff aktiviert wird. Für die meisten industriellen Anwendungen wird bituminöse Kohle verwendet. Dies liegt an der kleineren Porengröße, der größeren Oberfläche und der höheren Dichte als bei anderen Formen von Kohlenstoff, wodurch bituminöser Kohlenstoff eine höhere Kapazität für Chlor erhält. Kohlenstoff kann auch in einer von 3 Formen vorliegen: als Pulver (PAC), als extrudierter Block (CB) und als Granulat (GAC).

Die meisten industriellen Anwendungen verwendeten GAC, da dies die niedrigsten Kosten der 3 Arten von Kohlenstoffmedien sind und diese Art von Kohlenstoff wiederverwendet werden kann.

Alle Kohlenstoffe zeichnen sich durch eine große Oberfläche aus. Ein Gramm Kohlenstoff kann eine Oberfläche von über 500 m2 haben, wobei 1.500 m2 erreichbar sind. Zur Reduktion von organischen Stoffen und Chlor innerhalb einer angemessenen Verweilzeit ist eine große Oberfläche erforderlich.

Eisenfilter

Viele Brunnenwässer enthalten lösliches Eisen, Mangan und Schwefelwasserstoff, die in Gegenwart von Sauerstoff oder Chlor oxidieren, um unlösliche Hydroxide und elementaren Schwefel zu bilden, die alle RO-Membranen verschmutzen (im Fall von elementarem Schwefel ist die Verschmutzung irreversibel).

Mangandioxid-Medien werden verwendet, um die oxidierten Metalle zu oxidieren und herauszufiltern. Insbesondere sind Mangangrünsand und Alternativen wie BIRM (manchmal als bessere Eisenentfernungsmedien bezeichnet) und Filox drei Arten von Medien, die Mangandioxid enthalten, die zum Oxidieren und Filtern von Eisen, Mangan und dergleichen verwendet werden (BIRM ist eine eingetragene Marke der Clack Corporation). , Windsor, Wisconsin). Filox enthält das meiste Mangandioxid und hat die längste Lebenserwartung der drei Medien.

Natriumweichmacher

Natriumenthärter werden verwendet, um RO-Zuflusswasser zu behandeln, um lösliche Härte (Kalzium, Magnesium, Barium und Strontium) zu entfernen, die Ablagerungen auf RO-Membranen bilden können. Einst als Natriumzeolith-Weichmacher bekannt, wurden Zeolithe durch Kunstharzkügelchen ersetzt. Für Natriumweichmacher sind diese Harzkügelchen Polystyrolharze mit stark sauren Kationen (SAC) in der Natriumform. Die aktive Gruppe ist Benzolsulfonsäure in Natriumform, nicht in Form der freien Säure.

Verbrauchte Harzfilter

Verbrauchtes oder erschöpftes Harz wurde gelegentlich verwendet, um RO-Zuflusswasser zu filtern. Diese Filter wurden entwickelt, um Schlick zu entfernen und SDI aus Oberflächenwasserquellen zu reduzieren.

Ultraviolette Bestrahlung

Ultraviolette (UV) Strahlung wird verwendet, um Bakterien zu zerstören und organische Verbindungen (gemessen als TOC) sowie Chlor und Chloramine zu zerstören. Bei dieser Technik wird Wasser über eine UV-Lampe geleitet, die mit einer bestimmten Energiewellenlänge arbeitet.

Bakterien benötigen eine Strahlungsdosis, die etwa 10.000 – 30.000 Mikrowattsekunden/Quadratzentimeter entspricht. Dies kann durch Verwendung einer Wellenlänge von 254 Nanometer erreicht werden. Diese Wellenlänge verändert die DNA von Mikroben, wodurch sie sich nicht mehr vermehren können, was zu ihrem Tod führt.

Chemische Vorbehandlung

Die chemische Vorbehandlung konzentriert sich auf Bakterien, Härtestein und Oxidationsmittel. Chemikalien werden verwendet, um diese Arten zu entfernen, zu zerstören, zu hemmen oder chemisch zu reduzieren.

Chemische Oxidationsmittel zur Desinfektion vonUmkehrosmose-Reiniger Systeme

Zu den chemischen Oxidationsmitteln, die zur Desinfektion von RO-Systemen verwendet werden, gehören Wasserstoffperoxid (Peroxid), Halogene und Ozon. Obwohl Halogene (und insbesondere Chlor) die beliebtesten Oxidationsmittel sind, die in Verbindung mit der RO-Vorbehandlung verwendet werden, haben sie nicht das höchste Oxidations-Reduktions-Potenzial (ORP). Wie die Tabelle zeigt, haben Ozon und Peroxid eine fast doppelt so hohe Redox- oder Desinfektionsfähigkeit wie Chlor.

Trotz des relativ niedrigen OW ist Chlor das am häufigsten verwendete Desinfektionsmittel in der RO-Vorbehandlung von Brackwasser aufgrund seiner einfachen Handhabung und seiner Fähigkeit, eine Restdesinfektion bereitzustellen (für die Meerwasserentsalzung mit RO wird wegen des hohen Bromgehalts überwiegend Brom (als HOBr) verwendet Konzentration in typischem Meerwasser würde schnell hypobromige Säure bilden, wenn hypochlorige Säure verwendet würde).

Antiscalants

Sequestriermittel (auch bekannt als Kesselsteinhemmer oder Kesselsteinverhütungsmittel) werden verwendet, um das Potenzial zur Bildung von Kesselstein auf der Oberfläche einer RO-Membran zu minimieren. Antiscalants wirken nach einer von drei Methoden:

· Schwellenhemmung – die Fähigkeit, übersättigte Salze in Lösung zu halten

· Kristallmodifikation – die Fähigkeit, Kristallformen zu verändern, was zu weichen, nicht haftenden Schuppen führt

· Dispersion – die Fähigkeit, dem Kristall eine stark negative Ladung zu verleihen, wodurch sie getrennt bleiben und eine Ausbreitung verhindert wird.

Antifouling

Fouling tritt auf, wenn sich Verunreinigungen auf der Membranoberfläche ansammeln und die Membran effektiv verstopfen. Es gibt viele Verunreinigungen im kommunalen Speisewasser, die für das menschliche Auge sichtbar und für den menschlichen Verzehr harmlos sind, aber groß genug, um ein RO-System schnell zu verschmutzen (oder zu verstopfen). Fouling tritt typischerweise am vorderen Ende eines RO-Systems auf und führt zu einem höheren Druckabfall über das RO-System und einem geringeren Permeatfluss. Dies führt zu höheren Betriebskosten und schließlich zu der Notwendigkeit, die RO-Membranen zu reinigen oder auszutauschen. Angesichts der extrem feinen Porengröße einer Umkehrosmose-Membran findet schließlich bis zu einem gewissen Grad Fouling statt, unabhängig davon, wie effektiv Ihr Vorbehandlungs- und Reinigungsplan ist. Durch eine ordnungsgemäße Vorbehandlung minimieren Sie jedoch die Notwendigkeit, Probleme im Zusammenhang mit Fouling regelmäßig bei aufbereitetem Wasser anzugehen.

Verschmutzungen können folgende Ursachen haben:

· Partikuläre oder kolloidale Stoffe (Schmutz, Schluff, Ton usw.)

· Organische Stoffe (Humin-/Fulvinsäuren usw.)

· Mikroorganismen (Bakterien usw.). Bakterien stellen eines der häufigsten Fouling-Probleme dar, da die heute verwendeten RO-Membranen ein Desinfektionsmittel wie Chlor nicht vertragen und daher Mikroorganismen oft in der Lage sind, auf der Membranoberfläche zu gedeihen und sich zu vermehren. Sie können Biofilme erzeugen, die die Membranoberfläche bedecken und zu starkem Fouling führen.

· Durchbruch von Filtermedien vor der RO-Einheit. GAC-Kohlebetten und Weichmacherbetten können ein Leck unter dem Ablauf entwickeln, und wenn keine angemessene Nachfiltration vorhanden ist, können die Medien das RO-System verschmutzen.

Natriummetabisulfit

Die Entchlorung des Speisewassers für Polyamid-Verbundmembranen ist notwendig, da ein Polyamid-Membranpolymer keinerlei Oxidationsmittel vertragen kann. Die Optionen für die Entchlorung umfassen Aktivkohle, Natriummetabisulfit-Chemikalienzufuhr und UV-Strahlung. Kohlenstoff hat, wie zuvor beschrieben, seine eigenen Schwierigkeiten, und UV-Strahlung kann kapitalintensiv sein. Natriummetabisulfit ist die am häufigsten verwendete Technik zur Dechlorierung des RO-Zuflusses.

Umkehrosmose-Reiniger Kufen

Ein RO-Skid umfasst die Druckbehälter, in denen die Membranmodule enthalten sind. Skids umfassen auch häufig Patronenfilter in einem Gehäuse oder Gehäusen und einer Umkehrosmose-Förderpumpe, obwohl Kombinationen nur mit Druckbehältern oder Druckbehältern mit Patronenfiltern existieren. Schließlich sind auf dem Skid Instrumente und Steuerungen für das System enthalten. Abbildung zeigt einen RO-Skid mit diesen Komponenten.

Abbildung zeigt ein detailliertes Prozessflussdiagramm (PFD) für ein 2:1-Array-RO-System. Die Abbildung zeigt die Hauptkomponenten eines RO-Systems, einschließlich Instrumentierung, Steuerschalter und Ventile.

Zu den in diesem Kapitel behandelten Komponenten eines RO-Systems gehören:

· Patronenfilter

· RO-Speisepumpen (Booster).

· Druckbehälter

· Verteilerbaustoffe

· Instrumentierung

· Kontrollen

· Datenerfassung und -verwaltung

· RO-Kufenrahmen

· Zusatzausrüstung

Patronenfilter

Patronenfilter werden normalerweise verwendet, um das zufließende Wasser direkt vor den RO-Membranen vorzubehandeln. Patronenfilter sollen verhindern, dass Harz und Medien, die möglicherweise von vorgeschalteten Enthärtern und Filtern verschleppt wurden, die RO-Zufuhrpumpe erreichen und das Laufrad beschädigen sowie die RO-Membranmodule erreichen und die Zufuhrkanäle blockieren. Sie wurden auch entwickelt, um Makropartikel zu entfernen, die die dünne Membranschicht physikalisch abreiben oder durchdringen könnten. Patronenfilter sind nicht für die Massenentfernung von Schwebstoffen, Trübungen oder SDI vorgesehen.

Umkehrosmose-Reiniger Förderpumpen

Die gebräuchlichste Art von industrieller Brackwasser-RO-Speisepumpe (manchmal als „Booster“-Pumpe bezeichnet) ist eine Kreiselpumpe, obwohl einige ältere Einheiten noch Verdrängerpumpen verwenden. Kreiselpumpen sind für Brackwasser gut geeignet Umkehrosmose-Reiniger Filter Anwendungen, da diese Pumpen bei mittleren Durchflussraten (typischerweise weniger als 1.000 gpm) bei relativ niedrigen Drücken (bis zu 400 psig) günstig arbeiten. Verdrängerpumpen haben höhere hydraulische Wirkungsgrade, sind jedoch im Vergleich zu Zentrifugalpumpen mit höheren Wartungsanforderungen behaftet.

Druckbehälter

Ein Druckbehälter ist das Druckgehäuse für die Membranmodule und enthält das unter Druck stehende Speisewasser. Je nach Anwendung stehen verschiedene Druckstufen zur Verfügung:

· Wasserenthärtung: 50 psig bis 150 psig

· BrackwasserUmkehrosmose-Reiniger: 300 psig bis 600 psig

· MeerwasserUmkehrosmose-Reiniger: 1.000 psig bis 1.500 psig

Druckbehälter werden speziell für jeden Durchmesser des verwendeten Membranmoduls hergestellt, sei es ein Leitungswasser-Membranmodul mit einem Durchmesser von 2,5 Zoll bis zu einem industriellen Membranmodul mit einem Durchmesser von 18 Zoll. Die Länge des Druckbehälters kann so kurz sein wie ein Membranmodul in der Länge bis zu sieben Membranmodulen in Reihe.

Verteilerbaumaterialien

Die Niederdruckverrohrung auf einem RO-Skid besteht normalerweise aus Schedule 80 PVC. Dazu gehören die Zufuhr, das Niederdruckkonzentrat und die Produktleitungen. Hochdruckleitungen bestehen in der Regel aus Edelstahl 10.316L (geeignet für Wasser mit Konzentratströmen unter 7.000 ppm TDS). Sanitäre Anwendungen (wie Lebensmittel, pharmazeutische oder biotechnische Verarbeitung) sind im Allgemeinen alle rostfrei, um eine Desinfektion des Systems zu ermöglichen.

Überlegungen zur RO-Permeatverteilungsleitung müssen die Tatsache berücksichtigen, dass das Permeat stark korrosiv ist. Die Nachrüstung eines RO-Systems in einer Anlage mit Permeatleitungen aus Kohlenstoffstahl ist schwierig, da die Leitungen korrodieren. Nichtmetallische Materialien wie Kunststoffe und Fiberglas werden für Niederdruck-RO-Produktverteilungsleitungen empfohlen.

Instrumentierung

Die Instrumentierung ist der Schlüssel zum Betrieb und zur Überwachung eines RO-Systems. Leider gibt es unter den Anbietern von RO-Geräten wenig Einheitlichkeit in der von ihnen angebotenen Instrumentierung.

Die meisten Anbieter liefern die aufgeführten Instrumente für Zulauf, Ausscheidung und Permeat, mit Ausnahme der pH-, Temperatur- und Chlor- oder ORP-Monitore, die manchmal als Optionen erhältlich sind. Viele Anbieter schließen jedoch die Interstage-Instrumentierung nicht ein. Dies ist eine wichtige Unterlassung, da diese Instrumentierung entscheidend ist, um festzustellen, ob Probleme mit einem RO-System auf Fouling in der ersten Stufe einer RO oder Ablagerungen in der letzten Stufe einer RO zurückzuführen sind.

Kontrollen

Die meisten RO-Skids sind entweder mit einem Mikroprozessor oder einer speicherprogrammierbaren Steuerung (SPS) ausgestattet. Sowohl der Mikroprozessor als auch die SPS ersetzten mechanische Relaistafeln, die sehr groß waren und zu einer schwierigen Fehlersuche neigten. Von der frühen Zeit der RO-Herstellung an waren Bedienfelder in den meisten Fällen groß genug, dass ein durchschnittlich großer Mensch darin stehen konnte. Die heutige Technologie ermöglicht die direkte Montage von Steuerungen an den RO-Einheiten und spart viel Platz. Die SPS und der Mikroprozessor bieten digitale Relaistechnologie, die innerhalb eines Basismoduls verbunden sind, das auch als Bausteine ​​(oder Chipsätze) bekannt ist. Dies steht im Gegensatz zum elektromechanischen Relais.

Mikroprozessoren sind normalerweise in kleineren oder preisgünstigeren RO-Systemen zu finden, während SPS-Steuerungen für größere, kompliziertere Systeme verwendet werden, die eine bessere Kontrolle über die Prozessbedingungen erfordern. Zu den wichtigsten Anbietern von SPS-Einheiten für RO-Systeme gehören Allen-Bradley und Siemens.

Datenerfassung und -verwaltung

Eine Bedienerschnittstelle wird verwendet, um von der SPS gesammelte Daten aufzuzeichnen. Die Bedienerschnittstelle ist normalerweise ein anderer Computer (manchmal auch als Mensch-Maschine-Schnittstelle oder HMI bezeichnet). Das HMI verwendet Prozessanzeigen mit Echtzeit-Sensormesswerten, damit der Bediener den Status des Systems schnell beurteilen kann. Der Bediener verwendet das Bedienfeld, um die Alarmeinstellungen anzupassen und die Prozessausrüstung ein- und auszuschalten. Sobald es jedoch läuft, steuert und betreibt die SPS das System automatisch, ohne weitere Eingaben des Bedieners. Übliche HMI-Statusanzeigen sind unten aufgeführt:

· Alle Abschaltalarme

· Gesamtlaufzeit

· RO-Betriebsart

· Erholung

· Zufluss

· Durchfluss ablehnen

· Permeatfluss

· Pumpenstatus

· Ventilstatus

Umkehrosmose-Reiniger Gleitrahmen

Umkehrosmose-Reiniger Kufen sind typischerweise in einem Rahmen aus Edelstahl 304, verzinktem oder urethanbeschichtetem Stahl enthalten. Skids sollten so konstruiert sein, dass sie für Überwachung und Wartung leicht zugänglich sind. Der Zugang zu Bedienelementen, Instrumenten, Ventilen, Pumpe und Motor sowie Membranen ist unerlässlich. Der Zugang zum Permeat von jedem Druckbehälter wird oft übersehen. Ohne einen solchen Zugriff ist die Profilerstellung und Sondierung zur Fehlerbehebung bei schlechter Leistung nicht möglich.

Clean-in-Place-CIP-System

RO-Membranen müssen zwangsläufig regelmäßig gereinigt werden, je nach Qualität des Speisewassers zwischen 1 und 4 Mal pro Jahr. Wenn der normierte Druckabfall oder der normierte Salzdurchgang um 15 % gestiegen ist, ist es in der Regel an der Zeit, die RO-Membranen zu reinigen. Das CIP-System führt diese Reinigungsaufgabe automatisch oder manuell durch Wasserfiltration Verfahren.