Systeemontwerp
De ontziltingsinstallatie is een compleet systeem, met voedingswatertoevoer en aparte afvoerleidingen voor concentraat en permeaat. De gegevens van de aan- en afvoerleidingen moeten altijd worden vergeleken met wateranalyse, voedingswaterdruk en zoutretentie.
De ontwerper van een Omgekeerde Osmose installatie zal streven naar een zo laag mogelijke membraandruk en installatiekosten en maximale terugwinning en zoutretentie.
De terugwinning van een ontziltingsinstallatie voor brak water ligt rond de 85%. Het hangt af van de oplosbaarheid van zwevende stoffen die aanwezig zijn in het voedingswater. Bij zeewaterontzilting is een recovery van veertig tot vijftig procent wenselijk. Het herstel van zeewaterontzilting is afhankelijk van de osmotische druk van het voedingswater en de toegepaste membraantypes tijdens het ontziltingsproces.
Continu proces
Een membraanfiltratiesysteem is meestal ontworpen om een continu proces bij te wonen. De keuze voor een continu proces kan gemaakt worden, omdat de procescondities, zoals voedingswaterstroom en permeaatstroom, continu zijn.
Schematische weergave van een continu proces
Hetzelfde geldt voor omgekeerde osmosesystemen. Deze zijn ook ontworpen om een continu proces bij te wonen met een continue permeaatstroom en een stabiel systeemherstel.
Variaties in watertemperatuur en vervuilingsgraad van het voedingswater worden gecompenseerd door aanpassingen van de voedingsdruk.
Meertraps systeem
Systemen die uit meer dan één trap bestaan, worden meertrapssystemen genoemd. Deze systemen kunnen een hoger systeemherstel bereiken, zonder de herstellimieten voor één element te overschrijden. Om een herstel tot 70% te bereiken, moeten twee fasen worden geïmplementeerd in het voedingswaterbehandelingssysteem.
Schematische weergave van een tweetrapssysteem
Voor hogere recovery's moeten drie fasen worden gebruikt. Deze waarden zijn gebaseerd op de aanname dat standaard drukvaten met zes elementen worden gebruikt. Voor kortere vaten moet het aantal trappen worden verdubbeld.
Wanneer het systeemherstel hoger is, moeten meer membraanelementen in serie worden geschakeld. Een typisch tweetrapssysteem gebruikt een trapverhouding van 2:1 voor de ontzilting van zeewater met een hoog gehalte aan opgeloste vaste stoffen.
Plug-flow en concentraatrecirculatie
Het plug-flow-concept is het standaard omgekeerde osmose-systeemontwerp voor waterontziltingstoepassingen.
Het voedingswater wordt slechts één keer door een plug-flow-systeem geleid. Een fractie van het voedingswater passeert een membraan om permeaat te produceren. De rest van het voedingswater is niet afgeleid van zouten en zal meer en meer geconcentreerd worden.
Wanneer het aantal membraanelementen in een plug-flow systeem te laag is om een voldoende hoog systeemherstel te bereiken, recirculatie van concentraat kan hierbij betrokken zijn. Tijdens recirculatie wordt een deel van het concentraat teruggeleid naar de voedingswaterzijde van de module. Het gerecyclede concentraat vermengt zich met het voedingswater en wordt nogmaals behandeld.
Schematische weergave van een installatie met mogelijkheden voor concentraatrecirculatie
Het aantal elementen in elk drukvat
Omgekeerde osmosesystemen zijn meestal ontworpen voor een specifieke permeaatstroom. Om deze stroming te realiseren is een aantal membraanelementen nodig. Het aantal membraanelementen dat in de installatie wordt geplaatst is afhankelijk van de ontworpen flux.
Voor de ontzilting van zeewater is de maximale voedingsdruk de beperkende factor; deze mag niet hoger zijn dan 69 bar.
Op basis van de ontworpen flux kan de productie per eenheid membraan worden bepaald:
Productie per element = flux * elementoppervlak< br />
Aantal elementen = permeaatstroom / productie per element
Aantal drukvaten = aantal elementen / aantal elementen per vat
Aan de hand van de permeaatstroom en de benodigde terugwinning wordt de voedingswaterstroom berekend:
Voedingswaterstroom = permeaatstroom / terugwinning
Voedingswaterdruk
Afhankelijk van het systeemontwerp is een bepaalde voedingsdruk vereist. De flux, het energieverlies in het systeem en de osmotische druk bepalen de voedingsdruk die het systeem nodig heeft. De benodigde voedingsdruk zal toenemen wanneer de membraanelementen door de jaren heen vervuild raken. Een voedingspomp die een hoger debiet mogelijk maakt dan het theoretisch vereiste debiet, zal dan betrokken zijn om de voedingsdruk continu te houden. In de praktijk voldoet een voedingspomp die de voedingsdruk met 25% verhoogt.
Bij het opstarten van het systeem wordt de beginsituatie vastgelegd. Alle relevante parameters moeten worden geregistreerd en genoteerd in een logboek. Op basis van deze gegevens kan de prestatie van de installatie worden onderzocht en geregeld nadat het systeem in werking is gesteld.
Toezicht
Tijdens de monitoring van het systeem vinden metingen plaats van de stroming, druk en geleidbaarheid van het water. Om de hydraulische werking van het systeem te controleren, moeten de voedingsdruk per trap en het permeaatdebiet worden gemeten. De voedingsdruk is afhankelijk van de temperatuur van het voedingswater. Wanneer de temperatuur van het voedingswater laag is, is er meer druk nodig om hetzelfde herstel te bereiken als wanneer de temperatuur van het voedingswater hoog is. Bij fluctuerende watertemperaturen dient men de permeaatstroom te normaliseren, om vergelijking met de uitgangssituatie mogelijk te maken.
Bij goed functionerende installaties is de geleidbaarheid van het permeaat laag, vanwege de verwijdering van univalent en bivalent ionen. Wanneer zich een lek in het membraanelement bevindt, zal de geleidbaarheid toenemen. Daarom worden geleidbaarheidsmetingen toegepast.
Deze metingen vinden plaats in de permeaatopvangdrain. Metingen kunnen worden uitgevoerd voor elke individuele stapel of voor alle aanwezige stapels.
Een voldoende monitoring van het systeem stelt de gebruiker in staat om te weten wanneer het systeem moet worden gereinigd.
Materiaalbescherming
Binnen ontziltingsinstallaties heerst er een natuurlijk klimaat als het gaat om corrosie van losse onderdelen van het systeem. Daarom moet het materiaal een zekere weerstand tegen corrosie hebben. Dit geldt zowel voor uitwendige delen, die worden blootgesteld aan een zoute atmosfeer (morsen, lekken), als voor inwendige delen. Corrosie van uitwendige systeemdelen kan meestal worden voorkomen door ze te voorzien van een oppervlaktelaag (lakken, verzinken) en door periodiek onderhoud aan het systeem en dichten van lekken. Ondanks dat materialen worden beschermd tegen mogelijke corrosie, zijn ze ook moeten bestand zijn tegen druk, trillingen en wisselende temperaturen.
Ter voorkoming van corrosie en chemische reacties in het deel van het systeem waar de druk laag is (PVC en glasvezel worden vaak toegepast. Voor hogedrukonderdelen (10 -70 bar), zoals pompen, afvoeren en deksels, moet men metalen gebruiken om ze dezelfde soort bescherming te bieden.
PVC en sommige metalen zijn niet voldoende bestand tegen corrosie. Als ze beginnen te corroderen, kunnen ze membranen verontreinigen. Als corrosiebescherming op orde is, moeten we hier rekening mee houden.
Het belangrijkste materiaal dat wordt gebruikt voor hogedrukonderdelen is roestvrij staal.Het voordeel van stai Onminder staal is dat het bestand is tegen corrosie en erosiecorrosie. Roestvast staal wordt zelden getroffen door galvanische corrosie.
Leidingen en onderdelen van de installatie dienen te voldoen aan de eisen van het bedrijf waar de installatie zich bevindt. Leidingen en onderdelen van de installatie worden meestal gebouwd met de volgende materialen:
Kaarsfilters en drukvat: polypropyleen filter in PVC of roestvrijstalen vat
Pompen: roestvrij staal< br /> Lagedrukleidingen: PVC
Hogedrukleidingen: roestvrij staal
Reinigingssysteem: PVC of ander chemisch bestendig synthetisch materiaal
Energiebesparing
In een ontziltingssysteem komt het concentraat onder hoge druk vrij, daarom is het belangrijk om energie terug te winnen uit de concentraatstroom. Dit kan door toepassing van een drukwisselaar. De concentraatstroom van de membranen wordt door de drukwisselaar geleid, waar het met maximale effectiviteit direct energie overdraagt aan een deel van het inkomende voedingswater.
De voedingswaterstroom heeft nu hetzelfde volume als de concentraatstroom. Het wordt naar een kleine boosterpomp geleid die de hydraulische verliezen van de stroming corrigeert.
De verbeterde voedingswaterstroom voegt zich bij de voedingswaterstroom van de hogedrukpomp.
In een installatie die gebruik maakt van een drukwisselaar zal de hogedrukpomp 41% van de energie afgeven, de boosterpomp zal 2% van de energie afgeven en de drukwisselaar zal de overige 57% afgeven. De drukwisselaar gebruikt geen externe energie, dus de totale energiebesparing zal 57% zijn.
Door direct druk uit te oefenen op binnenkomend zeewater in een membraansysteem, wordt een reductie van 60% van de hoge -drukpomp kan worden bereikt. Dit bespaart niet alleen energie; het bespaart ook aanschafkosten van hogedrukpompen.
Ontziltingsinstallaties
Ontzilting
Ontzilting met omgekeerde osmose
Ontzilting voorbehandeling
Membraantechnologie
Scaling en antiscalants
|
