Como dimensionar un sistema de osmose inversa industrial

Aquí tes unha guía paso a paso dos parámetros e cálculos clave implicados no dimensionamento dun sistema de ósmose inversa industrial.

 

Paso 1: Definir os requisitos básicos (o "Que")

1. Caudal de auga produto (Qp): este é o seu requisito principal. Cantos galóns por minuto (GPM) ou metros cúbicos por hora (m³/h) de auga purificada necesitas continuamente? (por exemplo, 100 GPM para unha planta de fabricación).
2. Calidade da auga do produto: Define os sólidos totais disoltos (SDT) máximos permitidos ou concentracións específicas de ións (por exemplo, sílice, sodio, cloruros) na auga permeada. Isto determina a porcentaxe de rexeitamento de sal requirida.
3. Fonte e análise da auga de alimentación: este é o conxunto de datos máis importante. Unha análise exhaustiva da auga é innegociable. Parámetros clave:

    ◦TDS, condutividade

    ◦Índice de densidade do limo (IDS) ou turbidez (mide o potencial de ensuciamento)

    ◦Concentracións de: calcio, magnesio (dureza), bario, estroncio (formadores de incrustacións), sílice, ferro, manganeso

    ◦pH, Temperatura

    ◦Cloro libre (debe ser cero para protexer as membranas)

4. Condicións de funcionamento: horas ao día, días á semana, dispoñibilidade requirida do sistema.

 

Paso 2: Cálculos clave do deseño (o "cantidade")

Cos requisitos anteriores, realizas estes cálculos:

1. Taxa de recuperación do sistema (%R): a porcentaxe de auga de alimentación convertida en auga de produto.

    ◦Fórmula: R (%) = (Caudal do produto / Caudal de alimentación) x 100

    ◦O factor limitante: a recuperación está limitada polo potencial de incrustación da auga de alimentación. Unha maior recuperación significa que a corrente de concentrado (rexeitado) se concentra máis, o que corre o risco de precipitación de incrustacións na membrana. Úsase software (como ROSA de Dow/Chemours) para modelar a recuperación máxima permitida en función da química da auga, a dosificación de antiincrustacións e o axuste do pH.

2. Factor de concentración (FC): Relacionado coa recuperación.

    ◦Fórmula: CF = 1 / (1 - R) ou CF = TDS de alimentación / TDS de concentrado

    ◦Exemplo: Cunha recuperación do 75 %, o concentrado está 4 veces máis concentrado que a alimentación (CF = 1/(1-0,75) = 4).

3. Requisito de fluxo de alimentación (Qf):

    ◦Fórmula: Qf = Qp / R

    ◦Exemplo: Se precisa 100 GPM de produto (Qp) cun 75 % de recuperación (R), precisa un caudal de alimentación de: 100 / 0,75 = 133,3 GPM.

4. Fluxo de concentrado (rexeitado) (Qc):

    ◦Fórmula: Qc = Qf - Qp

    ◦Exemplo: 133,3 - 100 = 33,3 galóns por minuto.

5. Deseño de matriz de membranas:

    ◦Os sistemas industriais constrúense en "matrices" (por exemplo, matrices 2:1, 3:2:1) para manter unha velocidade de fluxo cruzado axeitada a través da superficie da membrana, o que minimiza a ensuciación.

    ◦O número de recipientes a presión (carcasas) e membranas determínase polo caudal de alimentación requirido e as especificacións do fabricante para o fluxo.

6. Fluxo (GPD/ft)² ou LMH): O caudal de permeado por unidade de área da membrana.

    ◦Fórmula para a área total da membrana necesaria: Área = Qp / Fluxo

    ◦Directrices de fluxo: escollidas en función da calidade da auga de alimentación (fluxo menor para auga de mala calidade para reducir a incrustación).

        ▪Permeado de RO (2.ª pasada): 20-30 GFD

        ▪Auga de pozo: 12-18 GFD

        ▪Auga superficial: 8-14 GFD

        ▪Augas residuais: 7-12 GFD

 

Paso 3: Dimensionamento previo e posterior ao tratamento (o "sistema de soporte")

A RO non pode funcionar soa. O seu tamaño determina o tamaño de todo o equipo de apoio.

1. Pretratamento (DEBE deseñarse en función da análise da auga de alimentación):

    ◦Filtro multimedia: Para eliminar sólidos en suspensión. Dimensionado para o caudal de alimentación (Qf) a un caudal de servizo típico de 5-10 GPM/ft.².

    ◦Inxección de suavizante ou antiincrustante: para controlar a incrustación. O suavizante está dimensionado para o caudal de alimentación (Qf) e a carga de dureza.

    ◦Filtro de carbono ou inxección de bisulfito de sodio: para a eliminación de cloro. Dimensionado para Qf.

    ◦Filtro de cartucho (5µ filtros de seguridade): Dimensionados para Qf.

2. Selección de bombas de alta presión:

    ◦Debe subministrar Qf á presión requirida para superar a presión osmótica da alimentación concentrada e as perdas de presión do sistema.

    ◦A presión adoita oscilar entre 150 e 300 psi para auga salobre e entre 800 e 1200 psi para auga de mar.

3. Despois do tratamento:

    ◦Desgasificador ou contactor de membrana: para eliminar o CO2₂ se se axustou o pH.

◦Pulidor de leito mixto (CEDI/EDI): Para auga de pureza ultra alta. Dimensionado para Qp.

 

Paso 4: Deseño e posta en escena do sistema

• Paso único vs. dobre (dúas) pasos: Un só paso pode ser suficiente. Se se necesita un TDS moi baixo (por exemplo, para caldeiras de alta presión, semicondutores), o permeado do primeiro paso convértese na alimentación dun segundo sistema de osmose inversa.
• Etapas de concentrado: Para aumentar a recuperación xeral, o concentrado do primeiro banco de membranas convértese na alimentación dun segundo banco. Este é o concepto de "matriz 2:1".

Resumo: A lista de verificación de tamaño

Símbolo do parámetro Como se determina

 

Requisito do proceso do usuario final Qp do fluxo de produtos

Análise da auga de alimentación: proba de laboratorio. A base do deseño.

Recuperación do sistema R Limitada polo potencial de escalabilidade (mediante modelado de software)

Fluxo de alimentación Qf Qp / R

Fluxo de concentrado Qc Qf - Qp

Caudal J Baseado na calidade da fonte de auga de alimentación (directrices)

Área da membrana Am Qp / J

Nº de membranas N Am / Área por membrana (por exemplo, 400 pés)²)

Nº de recipientes a presión - N / (membranas por recipiente, normalmente 6-7)

Matriz, por exemplo, 4:2:1 Deseñada para equilibrar o fluxo e a velocidade

Bomba de alta presión: debe subministrar Qf á presión requirida

Aviso e recomendación críticos

• Non improvises. Un pretratamento de tamaño insuficiente ou unha taxa de recuperación demasiado ambiciosa provocará unha rápida ensuciación ou descamación da membrana, o que resultará en tempos de inactividade crónicos e custos operativos elevados.
• Empregar software profesional. Os fabricantes de membranas (DuPont, Hydranautics, LG) ofrecen software de deseño gratuíto (por exemplo, ROSA, IMSDesign) que modela todas as interaccións entre a química da auga, a recuperación, o fluxo e a escala.
• Consulta cun experto. Para calquera aplicación industrial real (> 50 GPM), é práctica habitual involucrar a un enxeñeiro de sistemas de tratamento de auga ou a un integrador. Realizarán unha proba piloto na auga de alimentación real, que é o estándar de ouro para reducir o risco do deseño e garantir un dimensionamento óptimo. HID é un fabricante profesional de membranas e sistemas de ósmose inversa. Consulta con HID para obter unha solución profesional ou suxestións.