Was istUmkehrosmosereiniger Der Artikel richtet sich an Personen, die wenig oder keine Erfahrung damit habenUmkehrosmosereiniger Wasser und wird versuchen, die Grundlagen in einfachen Worten zu erklären, die dem Leser ein besseres Gesamtverständnis vermitteln sollenUmkehrosmosereiniger Wassertechnologie und ihre Anwendungen.

VerständnisUmkehrosmosereiniger

Umkehrosmose-Reiniger (RO) ist eine membranbasierte Entmineralisierungstechnik, die zur Trennung gelöster Feststoffe, wie z. B. Ionen, aus Lösungen verwendet wird (bei den meisten Anwendungen handelt es sich um Lösungen auf Wasserbasis, die im Mittelpunkt dieser Arbeit stehen). UmkehrosmosereinigerMembranenIm Allgemeinen fungieren sie als dauerwellenselektive Barrieren, d. h. Barrieren, die es bestimmten Spezies (z. B. Wasser) ermöglichen, selektiv durch sie hindurchzudringen, während andere gelöste Spezies (z. B. Ionen) selektiv zurückgehalten werden. Abbildung 1.1 zeigt, wie die RO-Dauerwellenselektivität im Vergleich zu vielen anderen membranbasierten und herkömmlichen Filtrationstechniken abschneidet. Wie in der Abbildung dargestellt, bietet Umkehrosmose (RO) die beste Filterung, die derzeit verfügbar ist, und weist die meisten gelösten und suspendierten Feststoffe zurück. (Beachten Sie jedoch, dassRO-Membranenentfernt suspendierte Feststoffe. Diese Feststoffe sammeln sich, wenn sie im Umkehrosmose-Speisewasser vorhanden sind, auf der Membranoberfläche und verschmutzen die Membran.

Abbildung 1.1 Membranselektivität

Osmose

Osmose ist der Prozess wo Wasser durch a fließt Semipermeable Membran von einer Lösung mit einer geringen 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 dargestellt. Diese Membran lässt Wasser und einige Ionen durch, ist jedoch für die meisten gelösten Feststoffe undurchlässig. Eine Kammer in der Zelle enthält eine Lösung mit einer hohen Konzentration an gelösten Feststoffen, während die andere Kammer eine Lösung mit einer niedrigen Konzentration an gelösten Feststoffen enthält. Osmose ist der natürliche Prozess, bei dem Wasser von der Kammer mit der geringen Konzentration an gelösten Feststoffen in die Kammer mit der hohen Konzentration an gelösten Feststoffen fließt. Wasser fließt weiterhin durch die Membran, bis die Konzentration auf beiden Seiten der Membran ausgeglichen ist.

Abbildung 1.2 Ablaufdiagramm des Osmose-Prozesses

Im Gleichgewicht ist die Konzentration gelöster Feststoffe in beiden Kompartimenten gleich (Abbildung 1.2); Es gibt keinen Nettofluss mehr von einem Kompartiment zum anderen. Allerdings weist das Fach, das einst die höher konzentrierte Lösung enthielt, jetzt einen höheren Wasserstand auf als das andere Fach.

Der Höhenunterschied zwischen den beiden Kompartimenten entspricht dem osmotischen Druck der Lösung, die sich nun im Gleichgewicht befindet.

Umkehrosmosereiniger

Umkehrosmose-Reiniger ist der Prozess der umgekehrten Osmose. Während Osmose auf natürliche Weise ohne Energiebedarf abläuft, müssen Sie zur Umkehrung des Osmoseprozesses Energie auf die salzhaltigere Lösung anwenden. Eine Umkehrosmose-Reinigungsmembran ist eine semipermeable Membran, die den Durchgang von Wasser ermöglichtWassermoleküleaber nicht die Mehrheit der gelösten Salze, organischen Stoffe, Bakterien und Pyrogene. Allerdings müssen Sie das Wasser durch die Umkehrosmose-Reinigungsmembran „drücken“, indem Sie einen Druck anwenden, der größer ist als der natürlich vorkommende osmotische Druck, um das Wasser in diesem Prozess zu entsalzen (entmineralisieren oder entionisieren), sodass reines Wasser durchgelassen werden kann, während a zurückgehalten wird die meisten Schadstoffe.

Abbildung 1.3 Ablaufdiagramm des Umkehrosmose-Prozesses

Wie funktioniertUmkehrosmosereiniger Arbeiten?

Umkehrosmosereiniger ist ein Wasseraufbereitungstechnik mit kontinuierlichem Betrieb, der Druck nutzt, um die Quelle zu passieren Wasser durch Membran, es ist Zinn und trennt dadurch Verunreinigungen vom Wasser.

Umkehrosmosereiniger(RO) funktioniertdurch Umkehrung des Prinzips der Osmose, der natürlichen Tendenz von Wasser mit gelösten Salzen, durch eine Membran von niedrigerer zu höherer Salzkonzentration zu fließen. Dieser Prozess findet sich überall in der Natur. Pflanzen nutzen es, um Wasser und Nährstoffe aus dem Boden aufzunehmen. Bei Menschen und anderen Tieren nutzen die Nieren Osmose, um Wasser aus dem Blut aufzunehmen.

Das Umkehrosmose-Reinigungsprinzip kehrt diesen Prozess um. In einemRO-System, Druck – normalerweise von einer Pumpe – wird verwendet, um den natürlichen osmotischen Druck zu überwinden und Speisewasser mit seiner Ladung gelöster Salze und anderer Verunreinigungen durch eine hochentwickelte, semipermeable Membran zu drücken, die einen hohen Prozentsatz der Verunreinigungen entfernt. Das Produkt dieses Prozesses ist hochreines Wasser.

Die zurückgewiesenen Salze und Verunreinigungen konzentrieren sich und sammeln sich oberhalb der Membran und werden vom System zum Abfluss oder an andere Prozesse weitergeleitet. In einer typischen kommerziellen oder industriellen Anwendung werden also 75 % des Speisewassers gereinigt. Bei Anwendungen, bei denen die Wassereinsparung wichtig ist, sind es 85 % des Speisewassers gereinigtes Wasser.

Ein RO-System nutzt die Kreuzfiltration, bei der die Lösung den Filter mit zwei Auslässen durchquert: Das gefilterte Wasser fließt in eine Richtung und das verunreinigte Wasser in eine andere Richtung. Um die Ansammlung von Verunreinigungen zu vermeiden, sorgt die Querstromfiltration dafür, dass Wasser die Ansammlung von Verunreinigungen wegfegt und genügend Turbulenzen erzeugt, um die Oberfläche der Membran sauber zu halten.

Was Schadstoffe bewirkenUmkehrosmosereiniger (RO) Entfernen?

• Umkehrosmosereiniger 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, Salmonellen, Shigellen, E. coli);

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

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

  
  

Leistungs- und Designberechnungen fürUmkehrosmosereiniger (RO) Systeme

Wenn wir ein entwerfen Umkehrosmosereiniger 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 erhalten Sie diese Informationen, um die Leistung eines RO-Systems genau zu messen Wasserversorgung Sie benötigen mindestens die folgenden Betriebsparameter Wasserversorgung:

· Speisedruck

· Permeatdruck

· Konzentratdruck

· Leitfähigkeit des Futters

· Leitfähigkeit des Permeats

· Futterfluss

· Permeatfluss

· Temperatur

Erholung

Rückgewinnung (manchmal auch als „Umwandlung“ bezeichnet) ist ein Begriff, der beschreibt, welcher Volumenprozentsatz des Zulaufwassers als Permeat „wiedergewonnen“ wird. Im Allgemeinen liegen die Rückgewinnungsraten von RO-Systemen zwischen etwa 50 % und 85 %, wobei die meisten Systeme für eine Rückgewinnung 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 in Permeat umgewandelt werdenUmkehrosmosewasser und 25 gpm bleiben als Konzentrat erhalten konzentrierte Lösung.

Die Wiederherstellung wird anhand der folgenden Gleichung berechnet:

% Rückgewinnung = (Permeatfluss / Feedfluss) * 100

Bei einer Rückgewinnung von 75 % beträgt das Konzentratvolumen ein Viertel des Zuflussvolumens. Geht man davon aus, dass die Membran alle gelösten Feststoffe zurückhält, wären diese in einem Viertel des Volumens des einströmenden 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 Näherung). Dies wird als „Konzentrationsfaktor“ bezeichnet. Bei einer Rückgewinnung von 50 % wäre das Konzentratvolumen halb so groß wie das des Zulaufwassers. In diesem Fall würden die gelösten Feststoffe um den Faktor zwei konzentriert, sodass der Konzentrationsfaktor 2 wäre. Die Tabelle zeigt den Konzentrationsfaktor als Funktion der Rückgewinnung. Es ist wichtig, die Rejektkonzentration zu verstehen, da die Konzentratseite der Membran der Bereich ist, in dem es entsprechend zu Verschmutzung und Ablagerungen kommt.

Ablehnung

Der Begriff „Abstoßung“ beschreibt, wie viel Prozent einer einströmenden Spezies von einer Membran zurückgehalten werden. Beispielsweise bedeutet eine 98-prozentige Rückhaltung von Kieselsäure, dass die Membran 98 % der einströmenden Kieselsäure zurückhält. Dies bedeutet auch, dass 2 % der einströmenden Kieselsäure durch die Membran in das Permeat gelangen (bekannt als „Salzdurchgang“).

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 Salzzurückweisung. Dies ist also die Anzahl der Salze, ausgedrückt als Prozentsatz, die das RO-System passieren. Je niedriger also der Salzdurchgang ist, desto besser ist die Leistung des Systems. Ein hoher Salzdurchgang kann dazu führen, dass die Membranen gereinigt oder ausgetauscht werden müssen.

Salzdurchgang % = (1 – Salzrückweisung %)

Fluss

Der Fluss ist definiert als der Volumenstrom einer Flüssigkeit durch einen bestimmten Bereich. Im Fall von RO ist die Flüssigkeit Wasser und die Fläche entspricht der der Membran. In der RO-Sprache wird der Fluss als Gallonen Wasser pro Quadratfuß Membranfläche pro Tag (gfd) ausgedrückt. Der Wasserfluss durch eine RO-Membran ist also proportional zur Nettodruckantriebskraft, die auf das Wasser ausgeübt wird.

J=K(ΔP-ΔP)

Wo:

J = Wasserfluss

K = Wassertransportkoeffizient = Permeabilität / Dicke der aktiven Membranschicht

ΔP = Druckdifferenz über der Membran

ΔΠ = osmotischer Druckunterschied über die Membran

Konzentrationspolarisation

Vereinfacht ausgedrückt ähnelt der Wasserfluss an einer RO-Membran vorbei dem Wasserfluss durch ein Rohr, Abbildung 1.4. Die Strömung in der Massenlösung ist also konvektiv, während die Strömung in der Grenzschicht diffusiv ist und senkrecht zur Konvektivströmung der Massenlösung verläuft. Es gibt dementsprechend keine konvektive Strömung in der Grenzschicht.

Abbildung 1.4 Hydraulische Grenzschicht, die sich bei der Flüssigkeitsströmung in einem Rohr bildet.

Je langsamer also die Geschwindigkeit des Wassers durch das Rohr ist, desto dicker wird die Grenzschicht. Betrachten Sie nun die Strömung entlang der Oberfläche einer Membran. Es bildet sich die gleiche Grenzschicht wie bei der Durchströmung eines Rohres. Bei einem Membransystem gibt es jedoch aufgrund der Nettoströmung nach außen durch die Membran eine konvektive Strömung zur Membran hin, aber nur eine Diffusionsströmung von der Membran weg. Da die Diffusion geringer ist als die Konvektion, neigen die von der Membran zurückgewiesenen gelösten Stoffe dazu, sich auf der Oberfläche und in der Grenzschicht anzusammeln. Daher ist die Konzentration der gelösten Stoffe an der Membranoberfläche höher als in der Hauptlösung.

Umkehrosmosereiniger (RO) System: Den Unterschied zwischen Pässen und Etappen in einem verstehenUmkehrosmosereiniger (RO)-System

Die Begriffe „Stufe“ und „Durchgang“ werden in einem RO-System oft mit demselben Begriff verwechselt und können für einen RO-Bediener zu verwirrenden Begriffen führen. Es ist wichtig, den Unterschied zwischen einer RO mit 1 und 2 Stufen und einer RO mit 1 und 2 Durchgängen zu verstehen.

Abbildung 1.5 1-stufige Umkehrosmoseanlage

Arrays

Ein RO-Array oder „Skid“ oder „Train“ besteht aus einer Reihe von Druckbehältern, die in spezifischen Mustern angeordnet sind. Abbildung 1.6 zeigt entsprechend eine Anordnung von 3 Druckbehältern.

Abbildung 1.6 2-stufiges Umkehrosmosesystem

Die Druckbehälter sind in 2 Sätzen angeordnet, mit 2 Druckbehältern parallel, gefolgt von einem einzelnen Druckbehälter. Die beiden Druckbehältersätze sind in Reihe geschaltet. Jeder Satz parallel geschalteter Druckbehälter (auch wenn nur ein Behälter vorhanden ist) wird als STAGE bezeichnet.

Das in Abbildung 1.6 dargestellte 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 über 2 Druckbehälter verfügt und die zweite Stufe über 1 Druckbehälter. Ein 10:5-Array hätte zwei Stufen; Die erste Stufe hätte 10 Druckbehälter, während die zweite Stufe 5 Druckbehälter hätte. Eine 4:2:1-Anordnung 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 Konzentrat-Recycling. Eine Konzentratrückführung wird im Allgemeinen in kleineren RO-Systemen verwendet, bei denen 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 verringert die Rückgewinnung einzelner Module, wodurch das Fouling-Risiko verringert wird.

Abbildung 1.7 Zwei-mal-eins-Array mit Konzentrat-Recycling.

Recycling hat auch einige Nachteile:

· Reduzierte allgemeine Produktqualität. Dies ist darauf zurückzuführen, dass relativ hochkonzentrierter Spuckstoff dem Zufluss mit niedrigerer Konzentration zugesetzt wird.

· Größere Anforderungen an die Förderpumpe, da die RO-Förderpumpe nun sowohl den Zulaufstrom als auch den recycelten Ausschussstrom unter Druck setzen muss. Infolgedessen muss die RO-Förderpumpe größer sein, was möglicherweise ein höheres Kapital für das RO-System bedeutet.

· Höherer Energieverbrauch, wiederum weil die Ausschuss- und Zulaufströme zusammenkommen und erneut unter Druck gesetzt werden müssen. Dies führt zu höheren Betriebskosten der Anlage.

Doppelter Pass

Unter Double Pass (oder Two-Pass) versteht man die weitere Reinigung des Permeats aus einem RO, indem es durch einen anderen RO geleitet wird. Der erste RO, wie in Kapitel 5.1 beschrieben, wäre der erste Durchgang. Das Permeat aus dem ersten Durchgang wird dann zu einem anderen RO geleitet, dem sogenannten Zweitdurchlauf-RO. Die Umkehrosmose im zweiten Durchgang „poliert“ das Umkehrosmoseprodukt im ersten Durchgang, um Wasser mit höherer Qualität zu erhalten.

Abbildung 1.8 Doppeldurchlauf-Umkehrosmose

Abbildung 1.8 zeigt ein Double-Pass-RO-System. Die Gestaltungsprinzipien für den zweiten Durchgang sind im Allgemeinen dieselben wie für den ersten Durchgang. Aufgrund der geringen Konzentration an gelösten und suspendierten Feststoffen im Zulauf zum zweiten Durchgang können die Zulauf- und Konzentratströme jedoch höher bzw. niedriger ausfallen als beim RO-System des ersten Durchgangs.

Vorbehandlung fürUmkehrosmosereiniger

Die Leistung und der erfolgreiche Betrieb eines Umkehrosmosesystems hängen direkt von der Qualität des Wassers ab, das die Umkehrosmose versorgt. Die Beschaffenheit der Bestandteile des Speisewassers kann die Membranleistung beeinflussen, indem sie zu Ablagerungen, Verschmutzung oder einer Verschlechterung der Membran führt.

Wasserqualität Dies ist wichtig, bevor Wasser zu semipermeablen RO-Membranen geleitet wird. Eine Vorbehandlung ist wirksam, um Membranverschmutzung, Ablagerungen oder Abbauprobleme zu reduzieren.

Schwebstoffe

Schwebstoffe werden typischerweise anhand der Trübung gemessen. Die Trübung misst die Lichtstreufähigkeit von Partikeln im Wasser. Die Wasserqualitätsrichtlinien verlangen eine Trübung des Zuflusses von weniger als 1 Nephelometrischen Trübungseinheiten (NTU), was übrigens auch eine Garantieanforderung der Membranhersteller ist. Bei einer Überschreitung von 1 NTU erlischt die Membrangarantie. Je geringer die Trübung ist, desto geringer ist die Wahrscheinlichkeit, dass die Membranen durch suspendierte Feststoffe verunreinigt werden. RO-Best Practices erfordern eine Trübung des Speisewassers von weniger als 0,5 NTU.

Mikroben

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

Organische Produkte

Organische Stoffe adsorbieren an der Membranoberfläche, was zu einem Flussverlust führt, der in manchen Fällen dauerhaft sein kann.4 Die Adsorption wird bei einem pH-Wert unter 9 begünstigt, wenn die organischen Verbindungen positiv geladen sind. Besonders problematisch sind emulgierte organische Stoffe, die einen organischen Film auf der Membranoberfläche bilden können. Organischer Bewuchs verstärkt den mikrobiellen Bewuchs, da viele organische Stoffe Nährstoffe für Mikroben sind. Es wird empfohlen, dass die organische Konzentration, gemessen am gesamten organischen Kohlenstoff (TOC), weniger als 3 ppm beträgt, um das Fouling-Potenzial zu minimieren. Organische Verschmutzung der Membran verringert die Produktivität der Membran.

Farbe

Farbe adsorbiert auch auf der Oberfläche der RO-Membran. Farbe besteht typischerweise aus natürlich vorkommenden Huminstoffen, die beim Zerfall organischer Substanzen wie Blätter entstehen. Huminstoffe bestehen ihrerseits aus drei verschiedenen Arten organischer Verbindungen. Huminsäure ist die Farbe, die bei der Ansäuerung ausfällt; Diese organischen Stoffe haben eine dunkelbraune bis schwarze Farbe. Fulvinsäure fällt beim Ansäuern nicht aus; diese Stoffe 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, das in einigen zur Entchlorung verwendeten Bisulfitlösungen enthalten ist) sind ebenfalls ein Problem für RO-Membranen. Diese Metalle katalysieren die Oxidation der RO-Membran, was zu einer Verschlechterung der Membran führt. Durch Senkung des pH-Wertes und Reduzierung 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 kommt typischerweise in Brunnenwasser vor, das keinen Sauerstoff enthält. Diese Verbindung oxidiert leicht und setzt elementaren Schwefel frei, der sehr klebrig ist und zu einer irreversiblen Verschmutzung der RO-Membranen führt. Es können auch Metallsulfide entstehen, die ausfallen können. Ablagerungen können rußig-schwarz oder pastös-grau sein. Verschmutzungen mit elementarem Schwefel oder metallischen Sulfiden führen zu einer Verringerung des Flusses und einem Anstieg des Salzdurchgangs.

Silizium

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

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

Kalziumkarbonat

Kalziumkarbonatablagerungen sind möglicherweise das häufigste Problem, das bei RO-Membranen auftritt, möglicherweise mit Ausnahme mikrobieller Verschmutzungen. Glücklicherweise ist es relativ einfach zu erkennen und zu handhaben. Grundsätzlich gilt: Wenn das Ionenprodukt (IP) von Calciumcarbonat im Umkehrosmose-Reststoff größer ist als die Löslichkeitskonstante (Ksp) unter Reject-Bedingungen, bildet sich Calciumcarbonat-Ablagerungen. Wenn IP < Ksp, ist eine Skalierung unwahrscheinlich.

Spurenmetalle – Barium und Strontium

Barium und Strontium bilden Sulfatablagerungen, die nicht leicht löslich sind. 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 erforderlich, um das Potenzial für eine Ablagerung bei diesen Spezies zu bestimmen. Wenn das Ionenprodukt (IP) für Bariumsulfat die Löslichkeitskonstante überschreitet, bildet sich Kesselstein. Beachten Sie, dass im Fall von Strontiumsulfat IP>Eine Skalierung von 0,8 Ksp ist wahrscheinlich. Allerdings ist die Induktionszeit (die Zeit, die zur Bildung von Ablagerungen benötigt wird) bei diesen Ablagerungen auf Sulfatbasis länger als bei Ablagerungen auf Kalziumkarbonatbasis.

Barium und Strontium können im RO-Speisewasser durch Natriumenthärtung reduziert werden. Antiscalant kann zur Kontrolle oder Hemmung der Ablagerungen verwendet werden, ohne die Konzentration einer der beiden Spezies zu verringern.

Chlor

Polyamid-Verbundmembranen sind sehr empfindlich gegenüber freiem Chlor (siehe Kapitel 4.2.1, dass Zelluloseacetatmembranen kontinuierlich bis zu 1 ppm freies Chlor vertragen). Der Abbau der Polyamid-Verbundmembran erfolgt fast unmittelbar nach der Einwirkung und kann nach 200 und 1.000 ppm Einwirkung von freiem Chlor (mit anderen Worten nach 200 bis 1.000 Stunden Einwirkung von 1 ppm freiem Chlor) zu einer erheblichen Verringerung des Ausschusses führen. Die Abbaugeschwindigkeit hängt von zwei wichtigen Faktoren ab:

1) der Abbau erfolgt 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 er Chlorbleiche ausgesetzt wird. Der Schaden ist irreversibel und bleibt bestehen, solange die Membran dem Oxidationsmittel ausgesetzt ist.

Vorbehandlungslösungen

Multimedia-Druckfilter

Multimedia-Druckfilter dienen zur Reduzierung von Trübungen und Kolloiden (gemessen als SDI) im Wasser. Diese Filter können Partikel entfernen bis zu einer Größe von etwa 10 Mikrometern. Wenn dem Filterzulaufstrom ein Koagulans zugesetzt wird, kann manchmal eine Reduzierung der Partikel auf 1–2 Mikrometer erreicht werden. Die typische Entfernungseffizienz für Multimedia-Druckfilter liegt bei etwa 50 % der Partikel im Größenbereich von 10 – 15 Mikrometern. Die Trübung des Zuflusses für die RO-Vorbehandlung ist auf etwa 10 NTU begrenzt. Bei einer Trübung von mehr als 10 NTU kann es sein, dass diese Filter zu häufig rückgespült werden, um bei angemessenen Lauflängen eine gleichbleibende Abwasserqualität zu gewährleisten.

Multimedia-Druckfilter enthalten abgestufte Schichten aus Anthrazit 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 den einzelnen Schichten; Es gibt einen allmählichen Übergang von einer Materialdichte und -grobheit zur nächsten. Andernfalls würde es an jeder Grenzfläche zu einer Ansammlung von Partikeln kommen. Anschließend werden die Partikel durch physikalischen Einschluss durch den Filter entfernt. Größere Partikel werden oben durch den Anthrazit entfernt, während kleinere Partikel anschließend durch den Sand und den Granat entfernt werden. Multimedia-Filter bieten aufgrund der relativ feinen Beschaffenheit des Granats eine feinere Filterung als Dual-Media-Filter (Anthrazit und Sand).

Kohlefilter

Aktivkohlefilter werden verwendet, um die Konzentration organischer Stoffe im Umkehrosmose-Speisewasser zu reduzieren. Diese Filter werden auch zur Entfernung von Oxidationsmitteln wie freiem Chlor verwendet RO-Speisewasser.

Aktivkohle wird aus natürlichen Materialien wie Steinkohle, Braunkohle, Holz, Obstkernen, 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 bituminöser Kohlenstoff verwendet. Dies liegt an der kleineren Porengröße, der größeren Oberfläche und der höheren Dichte als bei anderen Kohlenstoffformen, was bituminösem Kohlenstoff eine höhere Kapazität für Chlor verleiht. Kohlenstoff kann auch in einer von drei Formen vorliegen: pulverisiert (PAC), extrudierter Block (CB) und körnig (GAC).

In den meisten industriellen Anwendungen wird GAC verwendet, da dies das kostengünstigste der drei Arten von Kohlenstoffmedien ist und diese Art von Kohlenstoff wiederverwendet werden kann.

Alle Kohlenstoffe zeichnen sich durch eine große Oberfläche aus. Ein Gramm Kohlenstoff kann eine Oberfläche von mehr als 500 m2 haben, wobei 1.500 m2 erreichbar sind. Zur Reduzierung organischer Stoffe 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 zu unlöslichen Hydroxiden und elementarem Schwefel oxidieren, die alle RO-Membranen verunreinigen (im Fall von elementarem Schwefel ist die Verunreinigung irreversibel).

Mangandioxid-Medien werden verwendet, um die oxidierten Metalle zu oxidieren und herauszufiltern. Insbesondere Mangangrünsand und Alternativen wie BIRM (manchmal auch als bessere Eisenentfernungsmedien bezeichnet) und Filox sind drei Arten von Medien, die Mangandioxid enthalten und 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 von den drei Medien die längste Lebenserwartung.

Natriumweichmacher

Natriumenthärter werden zur Aufbereitung von RO-Zulaufwasser verwendet, um lösliche Härte (Kalzium, Magnesium, Barium und Strontium) zu entfernen, die Ablagerungen auf RO-Membranen bilden kann. Früher als Natriumzeolith-Weichmacher bekannt, wurden Zeolithe durch synthetische Kunststoffharzkügelchen ersetzt. Bei Natriumweichmachern handelt es sich bei diesen Harzkügelchen um Polystyrolharz mit stark saurem Kation (SAC) in der Natriumform. Die aktive Gruppe ist Benzolsulfonsäure in der Natriumform, nicht in der freien Säureform.

Verbrauchte Harzfilter

Gelegentlich wurde verbrauchtes oder erschöpftes Harz zum Filtern von Umkehrosmose-Zulaufwasser verwendet. Diese Filter dienen der Entfernung von Schlamm und der Reduzierung von SDI aus Oberflächenwasserquellen.

Ultraviolette Strahlung

Ultraviolette (UV) Strahlung wird zur Zerstörung von Bakterien und zur Reduzierung organischer Verbindungen (gemessen als TOC) sowie zur Zerstörung von Chlor und Chloraminen eingesetzt. Bei dieser Technik wird Wasser über eine UV-Lampe geleitet, die mit einer bestimmten Energiewellenlänge arbeitet.

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

Chemische Vorbehandlung

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

Chemische Oxidationsmittel zur Desinfektion vonUmkehrosmosereiniger 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 am häufigsten in Verbindung mit der RO-Vorbehandlung verwendeten Oxidationsmittel sind, verfügen sie nicht über das höchste Oxidations-Reduktions-Potenzial (ORP). Wie die Tabelle zeigt, haben Ozon und Peroxid fast die doppelte ORP- bzw. Desinfektionsfähigkeit wie Chlor.

Trotz des relativ niedrigen OW ist Chlor aufgrund seiner einfachen Anwendung und seiner Fähigkeit, eine Restdesinfektion zu bewirken, das am häufigsten verwendete Desinfektionsmittel bei der RO-Vorbehandlung von Brackwasser (bei der Meerwasserentsalzung mit RO wird aufgrund des hohen Bromgehalts hauptsächlich Brom (als HOBr) verwendet Konzentration in typischem Meerwasser würde bei Verwendung von hypochloriger Säure schnell hypobromige Säure bilden).

Antiscalantien

Sequestriermittel (auch bekannt als Kesselsteinhemmer oder Antikalkmittel) werden verwendet, um die Möglichkeit der Kesselsteinbildung 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, die Kristallform zu ändern, 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 entsteht, 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 Umkehrosmosesystem schnell zu verunreinigen (oder zu verstopfen). Verschmutzungen treten typischerweise am vorderen Ende eines Umkehrosmosesystems auf und führen zu einem höheren Druckabfall im Umkehrosmosesystem und einem geringeren Permeatfluss. Dies führt zu höheren Betriebskosten und schließlich dazu, dass die RO-Membranen gereinigt oder ausgetauscht werden müssen. Aufgrund der extrem feinen Porengröße einer RO-Membran kommt es irgendwann zu einem gewissen Grad zu Verschmutzung, unabhängig davon, wie effektiv Ihr Vorbehandlungs- und Reinigungsplan ist. Wenn Sie jedoch über eine ordnungsgemäße Vorbehandlung verfügen, minimieren Sie die Notwendigkeit, sich regelmäßig mit Verschmutzungsproblemen bei aufbereitetem Wasser zu befassen.

Verschmutzungen können folgende Ursachen haben:

· Partikelförmiges oder kolloidales Material (Schmutz, Schluff, Ton usw.)

· Organische Stoffe (Humin-/Fulvosäuren usw.)

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

· Durchbruch des Filtermediums vor der RO-Einheit. Bei GAC-Kohlenstoffbetten und Enthärterbetten kann es zu Undichtigkeiten unter dem Abfluss kommen, und wenn keine ausreichende Nachfiltration vorhanden ist, können die Medien das Umkehrosmosesystem verunreinigen.

Natriummetabisulfit

Die Entchlorung des Speisewassers für Polyamid-Verbundmembranen ist erforderlich, da ein Polyamid-Membranpolymer keinerlei Oxidationsmittel verträgt. Zu den Möglichkeiten der Entchlorung gehören Aktivkohle, chemische Zufuhr von Natriummetabisulfit und UV-Strahlung. Kohlenstoff bringt, wie bereits beschrieben, seine eigenen Schwierigkeiten mit sich und UV-Strahlung kann kapitalintensiv sein. Natriummetabisulfit ist die am häufigsten verwendete Technik zur Entchlorung von RO-Zufluss.

Umkehrosmosereiniger Kufen

Ein RO-Skid umfasst die Druckbehälter, in denen die Membranmodule enthalten sind. Zu den Kufen gehören üblicherweise auch Patronenfilter in einem oder mehreren Gehäusen und einer Umkehrosmose-Förderpumpe, es gibt jedoch auch Kombinationen mit nur Druckbehältern oder Druckbehältern mit Patronenfiltern. Schließlich sind auf dem Skid Instrumenten- und Steuerungselemente für das System integriert. Die Abbildung zeigt ein RO-Skid mit diesen Komponenten.

Die 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 (Boosterpumpen).

· Druckbehälter

· Verteilerbaustoffe

· Instrumentierung

· Kontrollen

· Datenerfassung und -verwaltung

· RO-Kufenrahmen

· Zusatzausrüstung

Patronenfilter

Patronenfilter werden normalerweise zur direkten Vorbehandlung des Zulaufwassers direkt vor den RO-Membranen verwendet. Patronenfilter sollen verhindern, dass Harz und Medien, die möglicherweise von vorgeschalteten Enthärtern und Filtern übertragen wurden, die RO-Förderpumpe erreichen und das Laufrad beschädigen sowie die RO-Membranmodule erreichen und die Förderkanäle blockieren. Sie sind außerdem darauf ausgelegt, Makropartikel zu entfernen, die physikalisch die dünne Membranschicht abreiben oder durchdringen könnten. Patronenfilter sind nicht für die Massenentfernung von Schwebstoffen, Trübungen oder SDI vorgesehen.

Umkehrosmosereiniger Förderpumpen

Der gebräuchlichste Typ industrieller Umkehrosmose-Speisepumpen für Brackwasser (manchmal auch als „Booster“-Pumpe bezeichnet) ist eine Kreiselpumpe, obwohl einige ältere Anlagen noch Verdrängerpumpen verwenden. Kreiselpumpen eignen sich gut für Brackwasser Umkehrosmosereiniger Filter Anwendungen, da diese Pumpen bei mittlerem Durchfluss (normalerweise weniger als 1.000 gpm) und relativ niedrigen Drücken (bis zu 400 psig) günstig arbeiten. Verdrängerpumpen haben einen höheren hydraulischen Wirkungsgrad, sind jedoch im Vergleich zu Kreiselpumpen mit einem höheren Wartungsaufwand verbunden.

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

· BrackwasserUmkehrosmosereiniger: 300 psig bis 600 psig

· MeerwasserUmkehrosmosereiniger: 1.000 psig bis 1.500 psig

Druckbehälter werden speziell für den Durchmesser des verwendeten Membranmoduls hergestellt, sei es ein Leitungswassermembranmodul mit 2,5 Zoll Durchmesser oder ein Industriemembranmodul mit 18 Zoll Durchmesser. Die Länge des Druckbehälters kann zwischen einem Membranmodul und bis zu sieben Membranmodulen in Reihe liegen.

Verteilerbaustoffe

Die Niederdruckrohre auf einem Umkehrosmose-Schlitten bestehen normalerweise aus PVC der Norm 80. Dazu gehören die Zufuhr, das Niederdruckkonzentrat und die Produktleitungen. Hochdruckrohre bestehen in der Regel aus Edelstahl der Güteklasse 10.316L (geeignet für Gewässer mit Konzentratströmen unter 7.000 ppm TDS). Sanitäranwendungen (z. B. Lebensmittel-, Pharma- oder biotechnische Verarbeitung) sind im Allgemeinen vollständig aus Edelstahl, um eine Desinfektion des Systems zu ermöglichen.

Bei Überlegungen zur RO-Permeatverteilungsleitung muss berücksichtigt werden, dass das Permeat stark korrosiv ist. Die Nachrüstung eines RO-Systems in einer Anlage mit Permeatleitungen aus Kohlenstoffstahl ist schwierig, da die Leitungen korrodieren. Für Niederdruck-RO-Produktverteilungsleitungen werden nichtmetallische Materialien wie Kunststoffe und Glasfaser empfohlen.

Instrumentierung

Die Instrumentierung ist der Schlüssel zum Betrieb und zur Überwachung eines RO-Systems. Leider gibt es unter den RO-Ausrüstungsanbietern wenig Einheitlichkeit hinsichtlich der von ihnen bereitgestellten Instrumentierung.

Die meisten Anbieter liefern die aufgeführten Zufluss-, Ausschuss- und Permeatinstrumente mit Ausnahme der pH-, Temperatur- und Chlor- oder ORP-Monitore, die manchmal als Option erhältlich sind. Viele Anbieter bieten jedoch keine Interstage-Instrumentierung an. Dies ist ein wichtiges Versäumnis, da diese Instrumentierung von entscheidender Bedeutung ist, um festzustellen, ob Probleme mit einem RO-System auf Verschmutzung 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 eine schwierige Fehlerbehebung aufwiesen. Seit den Anfängen der RO-Herstellung waren die Bedienfelder in den meisten Fällen groß genug, dass ein durchschnittlich großer Mensch darauf stehen konnte. Die heutige Technologie ermöglicht die direkte Montage der Bedienelemente an den RO-Einheiten und spart so viel Platz. Die SPS und der Mikroprozessor bieten digitale Relaistechnologie, die innerhalb eines Basismoduls, auch Bricks (oder Chipsätze) genannt, verbunden sind. 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 zum Aufzeichnen der von der SPS erfassten Daten verwendet. Bei der Bedienerschnittstelle handelt es sich normalerweise um einen anderen Computer (manchmal auch als Mensch-Maschine-Schnittstelle oder HMI bezeichnet). Das HMI nutzt Prozessanzeigen mit Echtzeit-Sensorwerten, sodass der Bediener schnell den Status des Systems beurteilen kann. Der Bediener verwendet das Bedienfeld, um Alarmeinstellungen anzupassen und Prozessgeräte ein- und auszuschalten. Sobald es jedoch läuft, steuert und betreibt die SPS das System automatisch, ohne weitere Eingaben des Bedieners. Gängige HMI-Statusanzeigen sind unten aufgeführt:

· Alle Abschaltalarme

· Gesamtlaufzeit

· RO-Betriebsart

· Erholung

· Zufluss

· Fluss ablehnen

· Permeatfluss

· Pumpenstatus

· Ventilstatus

Umkehrosmosereiniger Kufenrahmen

Umkehrosmosereiniger Kufen sind typischerweise in einem Rahmen aus Edelstahl 304, verzinktem oder urethanbeschichtetem Stahl enthalten. Die Kufen sollten so konstruiert sein, dass sie für Überwachungs- und Wartungszwecke leicht zugänglich sind. Der Zugang zu Bedienelementen, Instrumenten, Ventilen, Pumpe und Motor sowie Membranen ist unerlässlich. Der Zugang zum Permeat aus jedem Druckbehälter wird oft übersehen. Ohne einen solchen Zugriff sind Profiling 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 ein- bis viermal im Jahr. Als allgemeine Regel gilt: Wenn der normalisierte Druckabfall oder der normalisierte Salzdurchgang um 15 % zugenommen hat, ist es an der Zeit, die RO-Membranen zu reinigen. Das CIP-System führt diese Reinigungsaufgabe automatisch oder manuell durch Wasserfiltration Verfahren.

—— von Louisa@gzchunke.com