Systemdesign
Die Entsalzungsanlage ist ein komplettes System mit Speisewassereingang und separaten Abflussrohren für Konzentrat und Permeat. Die Daten der Ein- und Ausgangsleitungen sollten immer mit Wasseranalyse, Speisewasserdruck und Salzrückhaltung.
Der Konstrukteur einer Umkehrosmoseanlage strebt einen möglichst geringen Membrandruck und möglichst geringe Installationskosten an maximale Rückgewinnung und Salzrückhaltung.
Die Rückgewinnung einer Entsalzungsanlage für Brackwasser beträgt ca. 85 %. Sie hängt von der Löslichkeit der im Speisewasser enthaltenen Schwebstoffe ab. Bei der Meerwasserentsalzung ist eine Rückgewinnung von vierzig bis fünfzig Prozent wünschenswert. Die Ausbeute der Meerwasserentsalzung hängt vom osmotischen Druck des Speisewassers und den verwendeten Membrantypen während des Entsalzungsprozesses ab.
Kontinuierlicher Prozess
Ein Membranfiltrationssystem ist normalerweise für einen kontinuierlichen Prozess ausgelegt. Die Wahl für einen kontinuierlichen Prozess kann getroffen werden, weil die Prozessbedingungen, wie Speisewasserfluss und Permeatfluss, kontinuierlich sind.
Schematische Darstellung eines kontinuierlichen Prozesses
Dasselbe gilt für Umkehrosmoseanlagen. Diese sind auch für einen kontinuierlichen Prozess mit kontinuierlichem Permeatfluss und einer stetigen Systemrückgewinnung ausgelegt.
Schwankungen der Wassertemperatur und des Verschmutzungsgrades des Speisewassers werden durch Anpassungen des Speisedrucks ausgeglichen.
Mehrstufiges System
Systeme, die aus mehr als einer Stufe bestehen, werden mehrstufige Systeme genannt. Diese Systeme können höhere Systemausbeuten erreichen, ohne die Einzelelementausbeutegrenzen zu überschreiten. Um eine Rückgewinnung von bis zu 70 % zu erreichen, müssen zwei Stufen im Speisewasseraufbereitungssystem implementiert werden.
Schematische Darstellung eines zweistufigen Systems
Für höhere Ausbeuten müssen drei Stufen verwendet werden. Diese Werte basieren auf der Annahme, dass Standarddruckbehälter mit sechs Elementen verwendet werden. Bei kürzeren Behältern muss die Stufenzahl verdoppelt werden.
Bei einer höheren Systemausbeute müssen mehr Membranelemente in Reihe geschaltet werden. Ein typisches zweistufiges System verwendet ein Stufenverhältnis von 2:1 für die Entsalzung von Meerwasser mit hohem Gehalt an gelösten Feststoffen.
Plug-Flow und Konzentratrückführung
Das Plug-Flow-Konzept ist das Standard-Umkehrosmose-Systemdesign für Wasserentsalzungsanwendungen.
Das Speisewasser wird nur einmal durch ein Plug-Flow-System geleitet. Ein Teil des Speisewassers passiert eine Membran, um Permeat zu erzeugen. Der Rest des Speisewassers besteht nicht aus Salzen und wird immer konzentrierter.
Wenn die Anzahl der Membranelemente in einem Plug-Flow-System zu gering ist, um eine ausreichend hohe Systemrückgewinnung zu erreichen, Konzentratrezirkulation kann impliziert sein. Während der Rezirkulation wird ein Teil des Konzentrats zurück zur Speisewasserseite des Moduls geleitet. Das zurückgeführte Konzentrat vermischt sich mit dem Speisewasser und wird erneut aufbereitet.
Schematische Darstellung einer Anlage mit Konzentratumwälzungsmöglichkeiten
Die Anzahl der Elemente in jedem Druckbehälter
Umkehrosmoseanlagen sind in der Regel auf einen bestimmten Permeatfluss ausgelegt. Um diese Strömung zu erreichen, ist eine Reihe von Membranelementen erforderlich. Die Anzahl der Membranelemente, die innerhalb der Anlage platziert werden, hängt vom ausgelegten Fluss ab.
Für die Meerwasserentsalzung ist der begrenzende Faktor der maximale Zufuhrdruck; dieser darf 69 bar nicht überschreiten.
Anhand des ausgelegten Flusses lässt sich die Produktion pro Membraneinheit ermitteln:
Produktion pro Element = Fluss * Elementoberfläche< br />
Anzahl Elemente = Permeatfluss / Produktion pro Element
Anzahl Druckbehälter = Anzahl Elemente / Anzahl Elemente pro Behälter
Anhand des Permeatflusses und der erforderlichen Rückgewinnung wird der Speisewasserfluss berechnet:
Speisewasserfluss = Permeatfluss / Rückgewinnung
Speisewasserdruck
Je nach Systemauslegung ist ein gewisser Förderdruck erforderlich. Der Fluss, der Energieverlust im System und der osmotische Druck bestimmen den Zufuhrdruck, den das System benötigt. Der erforderliche Zulaufdruck erhöht sich, wenn die Membranelemente im Laufe der Jahre verschmutzen. Eine Speisepumpe, die einen höheren Durchfluss als den theoretisch erforderlichen Durchfluss ermöglicht, wird dann impliziert, den Speisedruck konstant zu halten. In der Praxis genügt eine Speisepumpe, die den Speisedruck um 25 % erhöht.
Beim Anfahren der Anlage wird die Ausgangssituation erfasst. Alle relevanten Parameter sollten registriert und in einem Protokoll vermerkt werden. Anhand dieser Daten kann nach Inbetriebnahme des Systems die Leistung der Anlage überprüft und geregelt werden.
Überwachung
Während der Überwachung des Systems werden Durchfluss, Druck und Leitfähigkeit des Wassers gemessen. Um die hydraulische Wirksamkeit des Systems zu überprüfen, müssen der Speisedruck pro Stufe und der Permeatfluss gemessen werden. Der Speisedruck hängt von der Temperatur des Speisewassers ab. Bei niedrigen Speisewassertemperaturen ist mehr Druck erforderlich, um die gleiche Rückgewinnung zu erreichen, die bei hohen Speisewassertemperaturen erreicht würde. Bei schwankenden Wassertemperaturen muss der Permeatfluss normiert werden, um einen Vergleich mit der Ausgangssituation zu ermöglichen.
Bei korrekt funktionierenden Anlagen ist die Leitfähigkeit des Permeats aufgrund der Entfernung von ein- und zweiwertigen gering Ionen. Wenn sich im Membranelement ein Leck befindet, steigt die Leitfähigkeit an. Deshalb werden Leitfähigkeitsmessungen eingesetzt.
Diese Messungen finden im Permeatsammelkanal statt. Messungen können für jeden einzelnen Stapel oder für alle vorhandenen Stapel durchgeführt werden.
Eine ausreichende Überwachung des Systems ermöglicht es dem Benutzer zu wissen, wann das System gereinigt werden muss.
Materialschutz
Innerhalb von Entsalzungsanlagen gibt es eine natürliche Umgebung, wenn es um Korrosion einzelner Teile des Systems geht. Aus diesem Grund muss das Material eine gewisse Korrosionsbeständigkeit aufweisen. Dies gilt sowohl für Außenteile, die einer salzhaltigen Atmosphäre (Verschütten, Leckagen) ausgesetzt sind, als auch für Innenteile. Korrosion von außen liegenden Anlagenteilen lässt sich in der Regel durch eine Oberflächenbeschichtung (Lackieren, Verzinken) sowie durch regelmäßige Wartung der Anlage und Schließen von Lecks verhindern.
Trotz der Tatsache, dass Materialien vor möglicher Korrosion geschützt sind, sind sie es auch müssen Druck, Vibrationen und wechselnden Temperaturen standhalten.
Um Korrosion und chemische Reaktionen in dem Teil des Systems zu verhindern, in dem niedriger Druck herrscht (PVC und Glasfaser werden häufig verwendet. Für Hochdruckteile (10 -70 bar), wie Pumpen, Abflüsse und Deckel, müssen Metalle verwendet werden, um ihnen den gleichen Schutz zu bieten.
PVC und einige Metalle können Korrosion nicht ausreichend widerstehen. Wenn sie anfangen zu korrodieren, können sie Membranen kontaminieren. Wenn Korrosionsschutz angebracht ist, müssen wir dies berücksichtigen.
Das Hauptmaterial der für Hochdruckteile verwendet wird, ist Edelstahl Nichtsdestotrotz ist Stahl beständig gegen Korrosion und Erosionskorrosion. Edelstahl wird selten von galvanischer Korrosion befallen.
Rohre und Teile der Installation sollten den Anforderungen des Unternehmens entsprechen, in dem sich die Installation befindet. Rohre und Komponenten der Installation werden normalerweise aus den folgenden Materialien gebaut:
Kerzenfilter und Druckbehälter: Polypropylen-Filter in PVC- oder Edelstahlbehälter
Pumpen: Edelstahl< br /> Niederdruckrohre: PVC
Hochdruckrohre: Edelstahl
Reinigungssystem: PVC oder anderes chemikalienbeständiges synthetisches Material
Energieeinsparung
In einer Entsalzungsanlage wird das Konzentrat unter hohem Druck freigesetzt, deshalb ist es wichtig, Energie aus dem Konzentratstrom zurückzugewinnen. Dies kann durch Anwendung eines Druckaustauschers erfolgen. Der Konzentratstrom aus den Membranen wird durch den Druckaustauscher geleitet, wo er Energie direkt und mit maximaler Wirkung auf einen Teil des einströmenden Speisewassers überträgt.
Der Speisewasserstrom hat jetzt das gleiche Volumen wie der Konzentratstrom. Es wird zu einer kleinen Druckerhöhungspumpe geleitet, die die hydraulischen Verluste des Flusses korrigiert.
Der verbesserte Speisewasserfluss wird mit dem Speisewasserfluss von der Hochdruckpumpe zusammengeführt.
In einer Installation, die a Drucktauscher gibt die Hochdruckpumpe 41 % der Energie ab, die Druckerhöhungspumpe 2 % der Energie und der Drucktauscher die restlichen 57 % der Energie. Der Drucktauscher verbraucht keine externe Energie, sodass die Gesamtenergieeinsparung 57 % beträgt.
Durch direktes Ausüben von Druck auf das einströmende Meerwasser in einem Membransystem ergibt sich eine Reduzierung der Größe des Hochs um 60 % -Druckpumpe erreicht werden kann. Das spart nicht nur Energie; es spart auch Anschaffungskosten von Hochdruckpumpen.
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