Progettazione del sistema
L'impianto di desalinizzazione è un sistema completo, con ingresso dell'acqua di alimentazione e tubi di scarico separati per concentrato e permeato. I dati dei tubi di ingresso e di uscita devono essere sempre confrontati con analisi dell'acqua, pressione dell'acqua di alimentazione e ritenzione salina.
Il progettista di un sistema di osmosi inversa mirerà alla pressione della membrana e ai costi di installazione più bassi possibili e massimo recupero e ritenzione salina.
Il recupero di un impianto di desalinizzazione per acqua salmastra è di circa l'85%. Dipende dalla solubilità dei solidi sospesi presenti nell'acqua di alimento. Durante la desalinizzazione dell'acqua di mare è auspicabile un recupero dal quaranta al cinquanta per cento. Il recupero della desalinizzazione dell'acqua di mare dipende dalla pressione osmotica dell'acqua di alimentazione e dai tipi di membrana applicata durante il processo di desalinizzazione.
Processo continuo
Un sistema di filtrazione a membrana è solitamente progettato per assistere a un processo continuo. La scelta per un processo continuo può essere fatta, perché le condizioni del processo, come il flusso dell'acqua di alimentazione e il flusso del permeato, sono continue.
Rappresentazione schematica di un processo continuo
Lo stesso vale per i sistemi ad osmosi inversa. Questi sono inoltre progettati per assistere a un processo continuo con un flusso continuo di permeato e un recupero dell'impianto costante.
Le variazioni della temperatura dell'acqua e del grado di incrostazione dell'acqua di alimentazione sono compensate dalle regolazioni della pressione di alimentazione.
Sistema multistadio
I sistemi costituiti da più di uno stadio sono chiamati sistemi a più stadi. Questi sistemi possono raggiungere ripristini di sistema più elevati, senza superare i limiti di ripristino del singolo elemento. Per ottenere un recupero fino al 70%, è necessario implementare due fasi nel sistema di trattamento dell'acqua di alimentazione.
Rappresentazione schematica di un sistema a due stadi
Per recuperi più elevati, è necessario utilizzare tre fasi. Questi valori si basano sul presupposto che vengano utilizzati recipienti a pressione standard con sei elementi. Per vasi più corti il numero di stadi deve essere raddoppiato.
Quando il recupero dell'impianto è maggiore, è necessario collegare in serie più elementi a membrana. Un tipico sistema a due stadi utilizza un rapporto di stadi di 2:1 per la desalinizzazione dell'acqua di mare con un elevato contenuto di solidi disciolti.
Ricircolo plug-flow e concentrato
Il concetto di flusso a pistone è il design standard del sistema a osmosi inversa per le applicazioni di desalinizzazione dell'acqua.
L'acqua di alimentazione viene fatta passare attraverso un sistema a flusso a pistone solo una volta. Una frazione dell'acqua di alimentazione passa attraverso una membrana per produrre permeato. Il resto dell'acqua di alimentazione non è derivato da sali e diventerà sempre più concentrato.
Quando il numero di elementi della membrana in un sistema di flusso a pistone è troppo basso per ottenere un recupero del sistema sufficientemente elevato, può essere implicato il ricircolo del concentrato. Durante il ricircolo parte del concentrato viene ricondotto al lato dell'acqua di alimentazione del modulo. Il concentrato riciclato si mescola con l'acqua di alimentazione e sarà trattato ancora una volta.
Rappresentazione schematica di un impianto con opzioni di ricircolo del concentrato
Il numero di elementi in ogni recipiente a pressione
I sistemi ad osmosi inversa sono generalmente progettati per uno specifico flusso di permeato. Per ottenere questo flusso, è necessario un certo numero di elementi a membrana. Il numero di elementi di membrana che viene posizionato all'interno dell'impianto dipende dal flusso progettato.
Per la desalinizzazione dell'acqua di mare il fattore limitante è la pressione massima di alimentazione; questo non può superare i 69 bar.
In base al flusso progettato, è possibile determinare la produzione per unità di membrana:
Produzione per elemento = flusso * superficie elemento< br />
Numero di elementi = flusso permeato / produzione per elemento
Numero di recipienti a pressione = numero di elementi / numero di elementi per recipiente
In base alla portata del permeato e al recupero richiesto, si calcola la portata dell'acqua di alimento:
Portata dell'acqua di alimento = portata del permeato / recupero
Pressione dell'acqua di alimentazione
È necessaria una certa pressione di alimentazione, a seconda del design del sistema. Il flusso, la perdita di energia nel sistema e la pressione osmotica determinano la pressione di alimentazione che il sistema richiede. La pressione di alimentazione richiesta aumenterà quando gli elementi della membrana vengono contaminati nel corso degli anni. Una pompa di alimentazione che consenta un flusso superiore a quello teoricamente richiesto sarà quindi coinvolta nel mantenere continua la pressione di alimentazione. Una pompa di alimentazione che aumenta la pressione di alimentazione del 25% sarà soddisfacente in pratica.
Quando il sistema viene avviato, viene registrata la situazione iniziale. Tutti i parametri rilevanti devono essere registrati e annotati in un registro. Sulla base di questi dati è possibile esaminare e regolare le prestazioni dell'impianto dopo che il sistema è stato messo in funzione.
Monitoraggio
Durante il monitoraggio del sistema, verranno effettuate misurazioni del flusso, della pressione e della conducibilità dell'acqua. Per verificare l'efficacia idraulica del sistema è necessario misurare la pressione di alimentazione per stadio e il flusso di permeato. La pressione di alimentazione dipende dalla temperatura dell'acqua di alimentazione. Quando le temperature dell'acqua di alimentazione sono basse, è necessaria una maggiore pressione per ottenere lo stesso recupero che si avrebbe quando le temperature dell'acqua di alimentazione sono elevate. Quando le temperature dell'acqua oscillano, è necessario normalizzare il flusso del permeato, per consentire il confronto con la situazione di partenza.
Quando gli impianti funzionano correttamente la conducibilità del permeato è bassa, a causa della rimozione di monovalenti e bivalenti ioni. Quando si trova una perdita nell'elemento a membrana, la conducibilità aumenterà. Ecco perché vengono applicate le misurazioni della conducibilità.
Queste misurazioni vengono effettuate nello scarico di raccolta del permeato. Le misurazioni possono essere eseguite per ogni singola pila o per tutte le pile presenti.
Un monitoraggio sufficiente del sistema consentirà all'utente di sapere quando il sistema necessita di pulizia.
Protezione dei materiali
All'interno degli impianti di desalinizzazione, c'è un ambiente naturale quando si tratta di corrosione di parti separate del sistema. Per questo motivo, il materiale deve possedere una certa resistenza alla corrosione. Questo vale sia per le parti esterne, che sono esposte ad atmosfera salina (versamenti, perdite), che per le parti interne. La corrosione delle parti esterne del sistema può essere solitamente prevenuta dotandole di uno strato superficiale (verniciatura, zincatura) e mediante la manutenzione periodica del sistema e la chiusura delle perdite.
Nonostante i materiali siano protetti dalla potenziale corrosione, sono anche devono essere in grado di resistere alla pressione, alle vibrazioni e alle variazioni di temperatura.
Per prevenire la corrosione e le reazioni chimiche nella parte del sistema in cui le pressioni sono basse (vengono spesso applicati PVC e fibra di vetro). Per le parti ad alta pressione (10 -70 bar), come pompe, scarichi e coperchi, è necessario utilizzare metalli per fornire loro lo stesso tipo di protezione.
PVC e alcuni metalli non possono resistere sufficientemente alla corrosione. Quando iniziano a corrodersi possono contaminare le membrane. Quando la protezione dalla corrosione è in ordine, dobbiamo tenerlo a mente.
Il materiale principale che viene utilizzato per le parti ad alta pressione è l'acciaio inossidabile.Il vantaggio di stai nless acciaio è che è resistente alla corrosione e alla corrosione da erosione. L'acciaio inossidabile è raramente colpito dalla corrosione galvanica.
I tubi e le parti dell'impianto devono soddisfare le richieste dell'azienda in cui si trova l'impianto. I tubi e i componenti dell'impianto sono generalmente costruiti utilizzando i seguenti materiali:
Filtri a candela e recipienti a pressione: polipropilene in PVC o vaso in acciaio inox
Pompe: acciaio inox< br /> Tubi a bassa pressione: PVC
Tubi ad alta pressione: acciaio inossidabile
/> Sistema di pulizia: PVC o altro materiale sintetico resistente agli agenti chimici
Risparmio energetico
In un sistema di desalinizzazione il concentrato viene rilasciato ad alta pressione, ecco perché è importante recuperare energia dal flusso del concentrato. Questo può essere fatto mediante l'applicazione di uno scambiatore di pressione. Il flusso del concentrato dalle membrane viene diretto attraverso lo scambiatore di pressione, dove trasferisce direttamente energia a parte dell'acqua di alimentazione in ingresso con la massima efficacia.
Il flusso dell'acqua di alimentazione ora ha lo stesso volume del flusso del concentrato. Sarà diretto a una piccola pompa booster che corregge le perdite idrauliche del flusso.
Il flusso dell'acqua di alimentazione potenziato si unirà al flusso dell'acqua di alimentazione dalla pompa ad alta pressione.
In un impianto che utilizza un scambiatore di pressione, la pompa ad alta pressione emetterà il 41% dell'energia, la pompa booster emetterà il 2% dell'energia e lo scambiatore di pressione emetterà il restante 57%. Lo scambiatore di pressione non utilizza alcuna energia esterna, quindi il risparmio energetico totale sarà del 57%.
Praticando la pressione direttamente all'acqua di mare in ingresso in un sistema a membrana, una riduzione del 60% delle dimensioni dell'alto -pompa di pressione può essere raggiunta. Questo non solo fa risparmiare energia; consente inoltre di risparmiare sui costi di acquisto delle pompe ad alta pressione.
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