Com dimensionar un sistema d'osmosi inversa industrial

Aquí teniu una guia pas a pas dels paràmetres i càlculs clau implicats en el dimensionament d'un sistema d'osmosi inversa industrial.

 

Pas 1: Definir els requisits bàsics (el "Què")

1. Cabal d'aigua del producte (Qp): Aquest és el vostre requisit principal. Quants galons per minut (GPM) o metres cúbics per hora (m³/h) d'aigua purificada necessiteu contínuament? (per exemple, 100 GPM per a una planta de fabricació).
2. Qualitat de l'aigua del producte: Defineix els sòlids totals dissolts (TDS) màxims permesos o concentracions d'ions específiques (per exemple, sílice, sodi, clorurs) a l'aigua permeada. Això determina el percentatge de rebuig de sal requerit.
3. Font i anàlisi de l'aigua d'alimentació: aquest és el conjunt de dades més important. Una anàlisi exhaustiva de l'aigua no és negociable. Paràmetres clau:

    ◦TDS, conductivitat

    ◦Índex de densitat del llim (IDS) o terbolesa (mesura el potencial d'incrustació)

    ◦Concentracions de: Calci, Magnesi (duresa), Bari, Estronci (formadors d'incrustació), Sílice, Ferro, Manganès

    ◦pH, Temperatura

    ◦Clor lliure (ha de ser zero per protegir les membranes)

4. Condicions de funcionament: Hores per dia, dies per setmana, disponibilitat requerida del sistema.

 

Pas 2: Càlculs clau del disseny (el "Quant")

Amb els requisits anteriors, feu aquests càlculs:

1. Taxa de recuperació del sistema (%R): el percentatge d'aigua d'alimentació convertida en aigua de producte.

    ◦Fórmula: R (%) = (Cabal de producte / Cabal d'alimentació) x 100

    ◦El factor limitant: La recuperació està limitada pel potencial d'incrustació de l'aigua d'alimentació. Una recuperació més alta significa que el corrent concentrat (rebutjat) es concentra més, amb risc de precipitació d'incrustacions a la membrana. S'utilitza programari (com ara ROSA de Dow/Chemours) per modelar la recuperació màxima admissible en funció de la química de l'aigua, la dosificació d'antiincrustació i l'ajust del pH.

2. Factor de concentració (FC): Relacionat amb la recuperació.

    ◦Fórmula: CF = 1 / (1 - R) o CF = TDS d'alimentació / TDS de concentrat

    ◦Exemple: Amb una recuperació del 75%, el concentrat és 4 vegades més concentrat que l'alimentació (CF = 1/(1-0,75) = 4).

3. Requisit de flux d'alimentació (Qf):

    ◦Fórmula: Qf = Qp / R

    ◦Exemple: Si necessiteu 100 GPM de producte (Qp) amb una recuperació del 75% (R), necessiteu un cabal d'alimentació de: 100 / 0,75 = 133,3 GPM.

4. Flux de concentrat (rebutjat) (Qc):

    ◦Fórmula: Qc = Qf - Qp

    ◦Exemple: 133,3 - 100 = 33,3 galons per minut.

5. Disseny de matriu de membranes:

    ◦Els sistemes industrials es construeixen en "matrius" (per exemple, matrius 2:1, 3:2:1) per mantenir una velocitat de flux creuat adequada a través de la superfície de la membrana, cosa que minimitza l'incrustació.

    ◦El nombre de recipients a pressió (carcasses) i membranes es determina pel cabal d'alimentació requerit i les especificacions del fabricant per al flux.

6. Flux (GPD/ft)² o LMH): El cabal de permeat per unitat de superfície de membrana.

    ◦Fórmula per a l'àrea total de membrana necessària: Àrea = Qp / Flux

    ◦Directrius de flux: escollides en funció de la qualitat de l'aigua d'alimentació (flux més baix per a aigua de mala qualitat per reduir l'incrustació).

        ▪Permeat d'osmosi inversa (2a passada): 20-30 GFD

        ▪Aigua de pou: 12-18 GFD

        ▪Aigua superficial: 8-14 GFD

        ▪Aigües residuals: 7-12 GFD

 

Pas 3: Dimensionament previ i posterior al tractament (el "sistema de suport")

L'osmosi inversa no pot funcionar sola. La seva mida determina la mida de tot l'equip de suport.

1. Pretractament (HA DE ser dissenyat en funció de l'anàlisi de l'aigua d'alimentació):

    ◦Filtre multimèdia: Per eliminar sòlids en suspensió. Dimensionat per al cabal d'alimentació (Qf) a un cabal de servei típic de 5-10 GPM/ft.².

    ◦Injecció de suavitzant o antiincrustant: Per controlar l'incrustació. El suavitzant es dimensiona per al cabal d'alimentació (Qf) i la càrrega de duresa.

    ◦Filtre de carboni o injecció de bisulfit de sodi: per a l'eliminació de clor. Dimensionat per a Qf.

    ◦Filtre de cartutx (5µ filtres de seguretat): Dimensionats per a Qf.

2. Selecció de bombes d'alta pressió:

    ◦Ha de subministrar Qf a la pressió necessària per superar la pressió osmòtica de l'alimentació concentrada i les pèrdues de pressió del sistema.

    ◦La pressió normalment oscil·la entre 150 i 300 psi per a aigua salobre i entre 800 i 1200 psi per a aigua de mar.

3. Posttractament:

    ◦Desgasificador o contactor de membrana: per eliminar el CO2₂ si s'ha ajustat el pH.

◦Polidor de llit mixt (CEDI/EDI): Per a aigua d'ultra alta puresa. Dimensionat per a Qp.

 

Pas 4: Disseny i posada en escena del sistema

• Pas únic vs. doble (dues) passades: Un sol pas pot ser suficient. Si es necessita un TDS molt baix (per exemple, per a calderes d'alta pressió, semiconductors), el permeat del primer pas es converteix en l'alimentació d'un segon sistema d'osmosi inversa.
• Etapes de concentrat: Per augmentar la recuperació general, el concentrat del primer banc de membranes es converteix en l'alimentació d'un segon banc. Aquest és el concepte de "matriu 2:1".

Resum: La llista de comprovació de mida

Paràmetre Símbol Com es determina

 

Requisit del procés de l'usuari final Qp del flux de productes

Anàlisi d'aigua d'alimentació - Prova de laboratori. La base del disseny.

Recuperació del sistema R Limitada pel potencial d'escalat (mitjançant modelització de programari)

Flux d'alimentació Qf Qp / R

Flux de concentrat Qc Qf - Qp

Flux J Basat en la qualitat de la font d'aigua d'alimentació (directrius)

Àrea de membrana Am Qp / J

# de membranes N Am / Àrea per membrana (per exemple, 400 peus)²)

# de recipients a pressió - N / (membranes per recipient, normalment 6-7)

Matriu, p. ex., 4:2:1 Dissenyada per equilibrar el flux i la velocitat

Bomba d'alta pressió: ha de subministrar Qf a la pressió requerida

Avís i recomanació crítics

• No ho improvisis. Un pretractament de mida insuficient o una taxa de recuperació massa ambiciosa comportaran una ràpida incrustació o descamació de la membrana, cosa que provocarà temps d'inactivitat crònics i costos operatius elevats.
• Feu servir programari professional. Els fabricants de membranes (DuPont, Hydranautics, LG) ofereixen programari de disseny gratuït (per exemple, ROSA, IMSDesign) que modela totes les interaccions entre la química de l'aigua, la recuperació, el flux i l'escalat.
• Consulteu un expert. Per a qualsevol aplicació industrial real (> 50 GPM), és una pràctica habitual involucrar un enginyer de sistemes de tractament d'aigua o un integrador. Realitzaran una prova pilot sobre l'aigua d'alimentació real, que és l'estàndard d'or per reduir el risc del disseny i garantir un dimensionament òptim. HID és un fabricant professional de membranes i sistemes d'osmosi inversa. Us convidem a consultar HID per obtenir una solució o suggeriments professionals.