Cosa èpurificatore ad osmosi inversa l'articolo è rivolto a persone con cui ha poca o nessuna esperienzapurificatore ad osmosi inversa acqua e tenterà di spiegare le nozioni di base in termini semplici che dovrebbero lasciare al lettore una migliore comprensione generalepurificatore ad osmosi inversa tecnologia dell'acqua e sue applicazioni.

Comprensionepurificatore ad osmosi inversa

Il purificatore a osmosi inversa (RO) è una tecnica di demineralizzazione a membrana utilizzata per separare i solidi disciolti, come gli ioni, dalla soluzione (la maggior parte delle applicazioni coinvolge soluzioni a base acquosa, che è il focus di questo lavoro). purificatore ad osmosi inversaMembranein generale agiscono come barriere perm-selettive, barriere che consentono ad alcune specie (come l'acqua) di permeare selettivamente attraverso di esse trattenendo selettivamente altre specie disciolte (come gli ioni). La Figura 1.1 mostra come la selettività permanente RO si confronta con molte altre tecniche di filtrazione convenzionali e basate su membrana. Come mostrato nella figura, RO offre la migliore filtrazione attualmente disponibile, rifiutando la maggior parte dei solidi disciolti e dei solidi sospesi. (Nota che sebbeneMembrane ROrimuoverà i solidi sospesi, questi solidi, se presenti nell'acqua di alimentazione RO, si raccoglieranno sulla superficie della membrana e sporcheranno la membrana.

Figura 1.1 Selettività della membrana

Osmosi

L'osmosi è il processo dove l'acqua scorre attraverso a membrana semipermeabile da una soluzione con una bassa concentrazione di solidi disciolti ad una soluzione con un'alta concentrazione di solidi disciolti.

Immaginate una cellula divisa in 2 compartimenti da una membrana semipermeabile, come mostrato nella Figura 1.2. Questa membrana consente il passaggio dell'acqua e di alcuni ioni, ma è impermeabile alla maggior parte dei solidi disciolti. Un compartimento della cella contiene una soluzione con un'alta concentrazione di solidi disciolti mentre l'altro compartimento contiene una soluzione con una bassa concentrazione di solidi disciolti. L'osmosi è il processo naturale in cui l'acqua scorre dal compartimento con la bassa concentrazione di solidi disciolti al compartimento con l'alta concentrazione di solidi disciolti. L'acqua continuerà a fluire attraverso la membrana finché la concentrazione non sarà equalizzata su entrambi i lati della membrana.

Figura 1.2 Diagramma di flusso del processo di osmosi

All'equilibrio, la concentrazione dei solidi disciolti è la stessa in entrambi i compartimenti (Figura 1.2); non c'è più flusso netto da un compartimento all'altro. Tuttavia, il compartimento che una volta conteneva la soluzione a concentrazione più elevata ora ha un livello d’acqua più elevato rispetto all’altro compartimento.

La differenza di altezza tra i 2 compartimenti corrisponde alla pressione osmotica della soluzione che ora è all'equilibrio.

Purificatore ad osmosi inversa

Il purificatore ad osmosi inversa è il processo di osmosi inversa. Mentre l'osmosi avviene naturalmente senza bisogno di energia, per invertire il processo di osmosi è necessario applicare energia alla soluzione più salina. Una membrana purificatrice ad osmosi inversa è una membrana semipermeabile che consente il passaggio dimolecole d'acquama non la maggior parte dei sali disciolti, delle sostanze organiche, dei batteri e dei pirogeni. Tuttavia, è necessario "spingere" l'acqua attraverso la membrana del purificatore a osmosi inversa applicando una pressione maggiore della pressione osmotica naturale per desalinizzare (demineralizzare o deionizzare) l'acqua nel processo, consentendo il passaggio dell'acqua pura trattenendo un maggioranza dei contaminanti.

Figura 1.3 Diagramma di flusso del processo di osmosi inversa

Come fapurificatore ad osmosi inversa Lavoro?

Purificatore ad osmosi inversa è un tecnologia di trattamento dell'acqua con funzionamento continuo che utilizza la pressione per passare la sorgente acqua attraverso la membrana, è stagno e quindi separa le impurità dall'acqua.

Purificatore ad osmosi inversa(RO) funzionainvertendo il principio dell'osmosi, la tendenza naturale dell'acqua con i sali disciolti a fluire attraverso una membrana da una concentrazione salina più bassa a una più alta. Questo processo si trova in tutta la natura. Le piante lo usano per assorbire acqua e sostanze nutritive dal terreno. Negli esseri umani e in altri animali, i reni utilizzano l’osmosi per assorbire l’acqua dal sangue.

Il principio del purificatore ad osmosi inversa inverte questo processo. In unSistema RO, la pressione, solitamente esercitata da una pompa, viene utilizzata per superare la pressione osmotica naturale, forzando l'acqua di alimentazione con il suo carico di sali disciolti e altre impurità attraverso una membrana semipermeabile altamente sofisticata che rimuove un'alta percentuale di impurità. Il prodotto di questo processo è acqua altamente purificata.

I sali e le impurità scartati si concentrano e si raccolgono sopra la membrana e vengono passati dal sistema allo scarico o ad altri processi. Pertanto, in una tipica applicazione commerciale o industriale, il 75% dell'acqua di alimentazione viene purificata. Nelle applicazioni in cui la conservazione dell'acqua è importante, lo è l'85% dell'acqua di alimentazione acqua purificata.

Un sistema RO utilizza la filtrazione incrociata, in cui la soluzione attraversa il filtro con due uscite: l'acqua filtrata va in una direzione e l'acqua contaminata va in un'altra direzione. Pertanto, per evitare l'accumulo di contaminanti, la filtrazione a flusso incrociato consente all'acqua di spazzare via l'accumulo di contaminanti e una turbolenza sufficiente per mantenere pulita la superficie della membrana.

Cosa fanno i contaminantipurificatore ad osmosi inversa (RO) Rimuovere?

• Purificatore ad osmosi inversa I sistemi hanno un'efficacia molto elevata nella rimozione dei protozoi (ad esempio Cryptosporidium, Giardia);

• I sistemi RO hanno un'efficacia molto elevata nella rimozione dei batteri (ad esempio Campylobacter, Salmonella, Shigella, E. coli);

• Purificatore ad osmosi inversa I sistemi hanno un'efficacia molto elevata nella rimozione dei virus (ad esempio enterici, epatite A, norovirus, rotavirus);

• I sistemi ad osmosi rimuoveranno i contaminanti chimici comuni (ioni metallici, sali acquosi), inclusi sodio, cloruro, rame, cromo e piombo; può ridurre l'arsenico, il fluoro, il radio, il solfato, il calcio, il magnesio, il potassio, il nitrato e il fosforo.

  
  

Calcoli delle prestazioni e della progettazione perpurificatore ad osmosi inversa (RO) Sistemi

Quando progettiamo a purificatore ad osmosi inversa sistema in primo luogo, dobbiamo conoscere la fonte d'acqua, il rapporto di analisi dell'acqua e l'applicazione. Poiché queste tre sfide sono importanti per scegliere il materiale, applicando pressione e flusso. Nel frattempo, dopo aver ottenuto queste informazioni, è possibile misurare con precisione le prestazioni di un sistema RO trattamento delle acque sono necessari almeno i seguenti parametri operativi fornitura d'acqua:

· Pressione di alimentazione

· Pressione del permeato

· Pressione concentrata

· Conduttività dell'alimentazione

· Conducibilità del permeato

· Flusso di alimentazione

· Flusso del permeato

· Temperatura

Recupero

Recupero (a volte indicato come “conversione”) è un termine usato per descrivere la percentuale di volume dell'acqua influente che viene “recuperata” come permeato. Generalmente, i recuperi dei sistemi RO variano dal 50% all'85% circa, con la maggior parte dei sistemi progettati per un recupero del 75%. (I recuperi individuali dei moduli con membrana a spirale avvolta variano dal 10% al 15% circa. Un recupero del sistema del 75% significa che per ogni 100 gpm di affluente, 75 gpm diventeranno permeato come racqua ad osmosi inversa e 25 gpm verranno trattenute come concentrato, lo è soluzione concentrata.

Il recupero viene calcolato utilizzando la seguente equazione:

% Recupero = (flusso permeato/flusso di alimentazione) * 100

Con un recupero del 75%, il volume del concentrato è un quarto di quello del volume affluente. Se si assumesse che la membrana trattenga tutti i solidi disciolti, questi sarebbero contenuti in un quarto del volume dell'acqua in entrata. Pertanto, la concentrazione dei solidi disciolti trattenuti sarebbe quattro volte quella del flusso influente (poiché non tutti i solidi disciolti vengono trattenuti dalla membrana, questa diventa solo un'approssimazione). Questo è chiamato “fattore di concentrazione”. Con un recupero del 50%, il volume del concentrato sarebbe la metà di quello dell'acqua in entrata. In questo caso, i solidi disciolti sarebbero concentrati di un fattore due, quindi il fattore di concentrazione sarebbe 2. La tabella mostra il fattore di concentrazione in funzione del recupero. Comprendere la concentrazione degli scarti è importante poiché il lato concentrato della membrana è l'area in cui si verificano incrostazioni e incrostazioni.

Rifiuto

Il rigetto è un termine usato per descrivere la percentuale di una specie influente trattenuta da una membrana. Ad esempio, un rifiuto del 98% della silice significa che la membrana tratterrà il 98% della silice influente. Significa anche che il 2% della silice influente passerà attraverso la membrana nel permeato (noto come “passaggio del sale”).

Il rifiuto di una determinata specie viene calcolato utilizzando la seguente equazione:

% Rifiuto = [(Cf – Cp)/ Cf] * 100
Cf = concentrazione influente di un componente specifico
Cp = concentrazione nel permeato di un componente specifico

Passaggio del sale %

Questo è semplicemente l'inverso del rifiuto del sale descritto nell'equazione precedente. Quindi, questo è il numero di sali espressi in percentuale che passano attraverso il sistema RO. Quindi, minore è il passaggio del sale, migliore sarà la prestazione del sistema. Un passaggio di sale elevato può significare che le membrane richiedono pulizia o sostituzione.

Passaggio del sale% = (1 – Rifiuto del sale%)

Flusso

Il flusso è definito come la portata volumetrica di un fluido attraverso una determinata area. Nel caso dell'RO il fluido è l'acqua e l'area è quella della membrana. Nel linguaggio RO, il flusso è espresso in litri d'acqua per piede quadrato di superficie della membrana al giorno (gfd). Pertanto, il flusso d'acqua attraverso una membrana RO è proporzionale alla forza motrice della pressione netta applicata all'acqua.

J=K(ΔP-ΔP)

Dove:

J = flusso d'acqua

K = coefficiente di trasporto dell'acqua = permeabilità / spessore dello strato attivo della membrana

ΔP = differenza di pressione attraverso la membrana

ΔΠ = differenza di pressione osmotica attraverso la membrana

Polarizzazione della concentrazione

In termini più semplici, il flusso dell’acqua oltre una membrana RO è simile a quello del flusso dell’acqua attraverso un tubo, Figura 1.4. Pertanto, il flusso nella soluzione sfusa è convettivo, mentre il flusso nello strato limite è diffusivo ed è perpendicolare al flusso convettivo della soluzione sfusa. Di conseguenza non c'è flusso convettivo nello strato limite.

Figura 1.4 Strato limite idraulico formato con il flusso del fluido in un tubo.

Quindi, quanto più lenta è la velocità dell’acqua attraverso il tubo, tanto più spesso diventa lo strato limite. Consideriamo ora il flusso lungo la superficie di una membrana. Si forma lo stesso strato limite che si forma nel flusso attraverso un tubo. Tuttavia, con un sistema a membrana, poiché c'è un flusso netto in uscita attraverso la membrana, c'è un flusso convettivo verso la membrana, ma solo un flusso diffusivo in allontanamento dalla membrana. Poiché la diffusione è inferiore alla convezione, i soluti respinti dalla membrana tendono ad accumularsi sulla superficie e nello strato limite. Pertanto, la concentrazione di soluti sulla superficie della membrana è maggiore rispetto alla soluzione sfusa.

Purificatore ad osmosi inversa (RO) Sistema: comprendere la differenza tra passaggi e fasi in apurificatore ad osmosi inversa (RO) Sistema

I termini fase e passaggio vengono spesso scambiati per la stessa cosa in un sistema RO e possono creare confusione nella terminologia per un operatore RO. È importante comprendere la differenza tra un RO a 1 e 2 stadi e un RO a 1 e 2 passaggi.

Figura 1.5 Sistema ad osmosi inversa a 1 stadio

Array

Concentrandosi sui moduli a membrana avvolta a spirale come il tipo più comune di moduli a membrana utilizzati oggi nell'industria, un array RO o "skid" o "treno" è costituito da una serie di recipienti a pressione disposti secondo schemi specifici. La Figura 1.6 mostra di conseguenza una serie di 3 recipienti a pressione.

Figura 1.6 Sistema ad osmosi inversa a 2 stadi

I recipienti a pressione sono disposti in 2 set, con 2 recipienti a pressione in parallelo seguiti da 1 singolo recipiente a pressione. I 2 set di recipienti a pressione sono in serie. Ciascun insieme di recipienti a pressione in parallelo (anche se ce n'è solo 1) è chiamato STAGE.

Il sistema RO mostrato nella Figura 1.6 è chiamato array a 2 stadi, o array 2:1, a indicare che ci sono 2 stadi (secondo i 2 numeri), e il primo stadio ha 2 recipienti a pressione e il secondo stadio ha 1 recipiente a pressione. Un array 10:5 avrebbe 2 stadi; il primo stadio avrebbe 10 recipienti a pressione mentre il secondo stadio avrebbe 5 recipienti a pressione. Un array 4:2:1 avrebbe 3 stadi, con 4 recipienti a pressione nel primo stadio, 2 recipienti a pressione nel secondo stadio e 1 recipiente a pressione nel terzo stadio.

Riciclare

La Figura 5.6 mostra un array RO con riciclo del concentrato. Un riciclo concentrato viene generalmente utilizzato nei sistemi RO più piccoli, dove la velocità del flusso incrociato non è sufficientemente elevata da mantenere una buona pulizia della superficie della membrana. Il ritorno di parte del concentrato all'alimentazione aumenta la velocità del flusso trasversale e riduce il recupero dei singoli moduli, riducendo così il rischio di incrostazioni.

Figura 1.7 Array due per uno con riciclo del concentrato.

Il riciclo presenta anche alcuni svantaggi:

· Qualità complessiva del prodotto inferiore. Questo perché gli scarti a concentrazione relativamente alta vengono aggiunti agli affluenti a concentrazione più bassa.

· Maggiori requisiti della pompa di alimentazione, poiché la pompa di alimentazione RO deve ora pressurizzare sia il flusso influente che il flusso di scarto riciclato. Di conseguenza, la pompa di alimentazione RO deve essere più grande, il che può significare un capitale più elevato per il sistema RO.

· Maggiore consumo di energia, sempre a causa del fatto che i flussi di scarto e di affluente si uniscono e devono essere ripressurizzati. Ciò si traduce in maggiori costi operativi per il sistema.

Doppio passaggio

Il doppio passaggio (o due passaggi) si riferisce all'ulteriore purificazione del permeato da un RO facendolo passare attraverso un altro RO. Il primo RO, come descritto nel Capitolo 5.1, sarebbe il primo passaggio. Il permeato del primo passaggio viene quindi inviato a un altro RO noto come RO del secondo passaggio. L'RO di secondo passaggio "lucida" il prodotto RO di primo passaggio per produrre acqua di qualità superiore.

Figura 1.8 Osmosi inversa a doppio passaggio

La Figura 1.8 mostra un sistema RO a doppio passaggio. I principi di progettazione per il secondo passaggio sono generalmente gli stessi del primo passaggio. Tuttavia, a causa della bassa concentrazione di solidi disciolti e sospesi nell'affluente al secondo passaggio, i flussi influente e concentrato possono essere rispettivamente più alti e più bassi rispetto al sistema RO di primo passaggio.

Pretrattamento perpurificatore ad osmosi inversa

Le prestazioni e il buon funzionamento di un sistema RO dipendono direttamente dalla qualità dell'acqua che alimenta l'RO. La natura dei costituenti dell'acqua di alimentazione può influenzare le prestazioni della membrana provocando incrostazioni, incrostazioni o degradazione della membrana.

Qualità dell'acqua È importante prima di inviare acqua alle membrane RO semipermeabili, il pretrattamento è efficace per ridurre il problema di incrostazione, incrostazione o degrado della membrana.

Solidi sospesi

I solidi sospesi vengono generalmente misurati utilizzando la torbidità. La torbidità misura la capacità di diffusione della luce delle particelle nell'acqua. Le linee guida sulla qualità dell'acqua richiedono una torbidità in ingresso inferiore a 1 unità di torbidità nefelometrica (NTU), che è anche un requisito di garanzia dei produttori di membrane. Se si supera 1 NTU, la garanzia sulla membrana decade. Minore è la torbidità, minore è la probabilità che le membrane si sporchino con i solidi sospesi. Le migliori pratiche RO richiedono una torbidità dell'acqua di alimentazione inferiore a 0,5 NTU.

Microbi

Il fouling microbico delle membrane RO è un problema significativo. Le colonie batteriche cresceranno praticamente ovunque nel modulo a membrana dove le condizioni sono favorevoli. La polarizzazione della concentrazione fornisce un ambiente vicino alla superficie della membrana arricchito di nutrienti per i microbi. Le colonie satellite possono staccarsi e iniziare a crescere altrove all'interno del modulo membrana, aumentando la superficie della membrana ricoperta da microbi e dal biofilm associato. Le incrostazioni microbiche ridurranno la produttività della membrana, aumenteranno la pressione operativa e aumenteranno la caduta di pressione.

Organici

Le sostanze organiche vengono adsorbite sulla superficie della membrana provocando una perdita di flusso che in alcuni casi può essere permanente.4 L'adsorbimento è favorito a pH inferiore a 9 e dove i composti organici sono caricati positivamente. Particolarmente fastidiose sono le sostanze organiche emulsionate, che possono formare una pellicola organica sulla superficie della membrana. Le incrostazioni organiche aggravano le incrostazioni microbiche, poiché molte sostanze organiche sono nutrienti per i microbi. Si raccomanda che la concentrazione organica, misurata dal carbonio organico totale (TOC), sia inferiore a 3 ppm per ridurre al minimo il potenziale di incrostazione. L'incrostazione organica della membrana ne ridurrà la produttività.

Colore

Il colore viene adsorbito anche sulla superficie della membrana RO. Il colore è tipicamente costituito da sostanze umiche naturali che si formano quando sostanze organiche come le foglie decadono. Le sostanze umiche sono esse stesse composte da tre diversi tipi di composti organici. L'acido umico è quel colore che precipita durante l'acidificazione; queste sostanze organiche sono di colore da marrone scuro a nero. L'acido fulvico non precipita durante l'acidificazione; queste sostanze sono di colore dal giallo al giallo-marrone. Infine, l'umina non è solubile a nessun pH ed è di colore nero.

Metalli

Le membrane RO si sporcano facilmente con i metalli precipitati, inclusi ferro, manganese e alluminio. Anche il ferro e il manganese solubili (e il cobalto presente in alcune soluzioni di bisolfito utilizzate per la declorazione) rappresentano un problema per le membrane RO. Questi metalli catalizzeranno l'ossidazione della membrana RO con conseguente degradazione della membrana. Abbassando il pH e riducendo la concentrazione di ossigeno, possono essere tollerate concentrazioni più elevate di ferro solubile. Le incrostazioni metalliche aumenteranno la caduta di pressione e diminuiranno la produttività. L'ossidazione della membrana con metalli solubili comporterà una minore reiezione del sale e una maggiore produttività.

Idrogeno solforato

L'idrogeno solforato si trova tipicamente nell'acqua di pozzo priva di ossigeno. Questo composto si ossida facilmente e rilascia zolfo elementare, che è molto appiccicoso e provoca un'imbrattamento irreversibile delle membrane RO. Si possono formare anche solfuri metallici che possono precipitare. I depositi possono essere nero fuliggine o grigio pastoso. Incrostazioni con zolfo elementare o solfuri metallici causeranno una diminuzione del flusso e un aumento del passaggio del sale.

Silice

La silice, come silicati insolubili e come silice solubile o “reattiva”, può causare problemi a un sistema RO. I silicati insolubili si formano quando la silice precipita. Quando sono presenti ferro e alluminio, i silicati di questi metalli possono formarsi rapidamente e con una concentrazione di silice inferiore alla saturazione. La saturazione della silice solubile è una funzione della temperatura e del pH. La silice è più solubile a temperature più elevate e a pH inferiore a 7,0 e superiore a 7,8.

La silice solubile spesso limita il recupero di un sistema RO a causa del rischio di incrostazioni e della difficoltà nel rimuovere le incrostazioni di silice dalle membrane. Sono disponibili antincrostanti alla silice in grado di gestire fino a circa 200 ppm di silice (a seconda delle condizioni e del produttore dell'antincrostante).

Carbonato di calcio

Le incrostazioni di carbonato di calcio sono forse il tipo di problema più comune, con la possibile eccezione dell'incrostazione microbica, riscontrato dalle membrane RO. Fortunatamente, è abbastanza facile da rilevare e gestire. Fondamentalmente, se il prodotto ionico (IP) del carbonato di calcio nello scarto RO è maggiore della costante di solubilità (Ksp) in condizioni di scarto, si formeranno incrostazioni di carbonato di calcio. Se IP < Ksp, il ridimensionamento è improbabile.

Tracce di metalli: bario e stronzio

Il bario e lo stronzio formano scaglie di solfato che non sono facilmente solubili. Infatti il ​​bario è il meno solubile tra tutti i solfati alcalino-terrosi. Può fungere da catalizzatore per le incrostazioni di stronzio e solfati di calcio. Le analisi del prodotto ionico con le costanti di solubilità per i solfati di bario e stronzio sono necessarie per determinare il potenziale di incrostazione con queste specie. Se il prodotto ionico (IP) del solfato di bario supera la costante di solubilità, si formeranno incrostazioni. Si noti che nel caso del solfato di stronzio, se IP>È probabile un ridimensionamento di 0,8 Ksp. Tuttavia, il periodo di induzione (il tempo necessario affinché si formino le incrostazioni) è più lungo per queste incrostazioni a base di solfato rispetto a quelle a base di carbonato di calcio.

Il bario e lo stronzio possono essere ridotti nell'acqua di alimentazione RO utilizzando l'addolcimento del sodio. L'antincrostante può essere utilizzato per controllare o inibire la formazione di incrostazioni senza ridurre la concentrazione di entrambe le specie.

Cloro

Le membrane composite in poliammide sono molto sensibili al cloro libero (ricordiamo dal capitolo 4.2.1 che le membrane in acetato di cellulosa possono tollerare fino a 1 ppm di cloro libero in modo continuo). La degradazione della membrana composita in poliammide avviene quasi immediatamente dopo l'esposizione e può comportare una significativa riduzione del rigetto dopo 200 e 1.000 ppm ore di esposizione al cloro libero (in altre parole dopo 200-1.000 ore di esposizione a 1 ppm di cloro libero). La velocità di degradazione dipende da due fattori importanti:

1) la degradazione è più rapida a pH elevato che a pH neutro o basso,
2) la presenza di metalli di transizione come il ferro, catalizzerà l'ossidazione della membrana.

Il meccanismo di degradazione è la perdita della reticolazione del polimero. Ciò provoca la dissoluzione del polimero della membrana, simile a una calza di nylon se esposta a candeggina a base di cloro. Il danno è irreversibile e continuerà finché la membrana sarà esposta all'ossidante.

Soluzioni di pretrattamento

Filtri a pressione multimediali

I filtri a pressione multimediali sono progettati per ridurre la torbidità e i colloidi (misurati come SDI) nell'acqua. Questi filtri possono rimuovere le particelle fino a circa 10 micron di dimensione. Se si aggiunge un coagulante al flusso influente del filtro, a volte è possibile ottenere una riduzione delle particelle fino a 1-2 micron. L'efficienza di rimozione tipica dei filtri a pressione multimediali è di circa il 50% delle particelle nella gamma di dimensioni 10 – 15 micron. La torbidità influente per il pretrattamento RO è limitata a circa 10 NTU. Con una torbidità superiore a 10 NTU, questi filtri potrebbero eseguire il controlavaggio troppo frequentemente per fornire una qualità costante dell'effluente a lunghezze di ciclo ragionevoli.

I filtri a pressione multimediali contengono strati graduati di antracite sopra sabbia sopra granato. La Figura 1.9 mostra una sezione trasversale di un filtro multimediale. Il materiale granato fine è più denso del materiale antracite grossolano. Non esiste un confine distinto tra ciascuno degli strati; c'è una transizione graduale da una densità e grossolanità del materiale a quella successiva. Altrimenti, ci sarebbe un accumulo di particelle su ciascuna interfaccia. Le particelle vengono successivamente rimosse attraverso il filtro mediante intrappolamento fisico. Le particelle più grandi vengono rimosse superiormente attraverso l'antracite, mentre le particelle più piccole vengono successivamente rimosse attraverso la sabbia e il granato. I filtri multimediali offrono una filtrazione più fine rispetto ai filtri a doppio supporto (antracite e sabbia) a causa della natura relativamente fine del granato.

Filtri al carbone

Filtri a carbone attivo sono utilizzati per ridurre la concentrazione di sostanze organiche nell'acqua di alimentazione RO. Questi filtri vengono utilizzati anche per rimuovere gli ossidanti come il cloro libero Acqua di alimentazione RO.

Il carbone attivo deriva da materiali naturali come carbone bituminoso, lignite, legno, noccioli di frutta, ossa e gusci di cocco, solo per citarne alcuni. Le materie prime vengono cotte in un ambiente a basso contenuto di ossigeno per creare carbone, che viene poi attivato da vapore, anidride carbonica o ossigeno. Per la maggior parte delle applicazioni industriali viene utilizzato il carbonio bituminoso. Ciò è dovuto alla dimensione più piccola dei pori, alla maggiore area superficiale e alla maggiore densità rispetto ad altre forme di carbonio, conferendo al carbonio bituminoso una maggiore capacità di cloro. Il carbonio può anche presentarsi in 3 forme: in polvere (PAC), in blocchi estrusi (CB) e granulare (GAC).

La maggior parte delle applicazioni industriali utilizzava il GAC poiché questo è il costo più basso tra i 3 tipi di materiali di carbonio e questo tipo di carbonio può essere riutilizzato.

Tutto il carbonio è caratterizzato da un'elevata area superficiale. Un grammo di carbonio può avere una superficie superiore a 500 m2, con una possibilità di 1.500 m2. È necessaria un'elevata superficie per ridurre le sostanze organiche e il cloro entro un tempo di permanenza ragionevole.

Filtri in ferro

Molte acque di pozzo contengono ferro solubile, manganese e idrogeno solforato che si ossidano in presenza di ossigeno o cloro per formare idrossidi insolubili e zolfo elementare, che inquinano le membrane RO (nel caso dello zolfo elementare, l'incrostazione è irreversibile).

I mezzi di biossido di manganese vengono utilizzati per ossidare e filtrare i metalli ossidati. Nello specifico, la sabbia verde di manganese e alternative come BIRM (a volte chiamato migliore mezzo di rimozione del ferro) e Filox, sono tre tipi di mezzi contenenti biossido di manganese che vengono utilizzati per ossidare e filtrare ferro, manganese e simili (BIRM è un marchio registrato di Clack Corporation , Windsor, Wisconsin). Filox contiene la maggior quantità di biossido di manganese e ha l'aspettativa di vita più lunga dei tre media.

Addolcitori di sodio

Gli addolcitori di sodio vengono utilizzati per trattare l'acqua influente RO per rimuovere la durezza solubile (calcio, magnesio, bario e stronzio) che può formare incrostazioni sulle membrane RO. Un tempo note come ammorbidenti a base di zeolite di sodio, le zeoliti sono state sostituite con perle di resina plastica sintetica. Per gli addolcitori di sodio, queste perle di resina sono resina di polistirene cationica fortemente acida (SAC) sotto forma di sodio. Il gruppo attivo è l'acido benzensolfonico, nella forma sodica, non di acido libero.

Filtri in resina esauriti

La resina esaurita o esaurita è stata utilizzata occasionalmente per filtrare l'acqua in ingresso RO. Questi filtri sono progettati per rimuovere il limo e ridurre l'SDI dalle fonti d'acqua superficiali.

Irradiazione ultravioletta

L'irradiazione ultravioletta (UV) viene utilizzata per distruggere i batteri e ridurre i composti organici (misurati come TOC), nonché per distruggere il cloro e le clorammine. Questa tecnica prevede il passaggio dell'acqua su una lampada UV che funziona a una specifica lunghezza d'onda di energia.

I batteri richiedono una dose di radiazioni equivalente a circa 10.000 – 30.000 microwatt-secondo/centimetro quadrato. Ciò può essere ottenuto utilizzando una lunghezza d’onda di 254 nanometri. Questa lunghezza d'onda altera il DNA dei microbi, rendendoli incapaci di riprodursi, portandoli alla morte.

Pretrattamento chimico

Il pretrattamento chimico si concentra su batteri, incrostazioni di durezza e agenti ossidanti. I prodotti chimici vengono utilizzati per rimuovere, distruggere, inibire o ridurre chimicamente queste specie.

Ossidanti chimici per la disinfezione dipurificatore ad osmosi inversa Sistemi

Gli ossidanti chimici utilizzati per disinfettare i sistemi RO includono perossido di idrogeno (perossido), alogeni e ozono. Sebbene gli alogeni (e in particolare il cloro) siano gli ossidanti più diffusi utilizzati insieme al pretrattamento RO, non hanno il potenziale di ossido-riduzione (ORP) più elevato. Come mostra la tabella, l’ozono e il perossido hanno quasi il doppio della capacità ORP o di disinfezione del cloro.

Nonostante l'OW relativamente basso, il cloro è il disinfettante più comunemente utilizzato nel pretrattamento RO dell'acqua salmastra grazie alla sua facilità d'uso e alla sua capacità di fornire una disinfezione residua (per la desalinizzazione dell'acqua di mare utilizzando RO, viene utilizzato prevalentemente il bromo (come HOBr) perché l'alto contenuto di bromo concentrazione nell'acqua di mare tipica formerebbe rapidamente acido ipobromoso se venisse utilizzato acido ipocloroso).

Antincrostanti

Gli agenti sequestranti (noti anche come inibitori del calcare o antincrostanti) vengono utilizzati per ridurre al minimo il rischio di formazione di calcare sulla superficie di una membrana RO. Gli antincrostanti funzionano con uno dei tre metodi:

· Soglia di inibizione: la capacità di mantenere i sali sovrasaturi in soluzione

· Modificazione dei cristalli: la capacità di cambiare la forma dei cristalli, risultando in scaglie morbide e non aderenti

· Dispersione: la capacità di conferire una carica altamente negativa ai cristalli mantenendoli così separati e impedendone la propagazione.

Anti impronta

L'incrostazione si verifica quando i contaminanti si accumulano sulla superficie della membrana ostruendola efficacemente. Ci sono molti contaminanti nell'acqua di alimentazione municipale che sono visibili all'occhio umano e innocui per il consumo umano, ma abbastanza grandi da intasare (o ostruire) rapidamente un sistema RO. Le incrostazioni si verificano tipicamente nella parte anteriore di un sistema RO e determinano una maggiore caduta di pressione attraverso il sistema RO e un flusso di permeato inferiore. Ciò si traduce in costi operativi più elevati e, infine, nella necessità di pulire o sostituire le membrane RO. In una certa misura, alla fine si verificheranno incrostazioni, data la dimensione estremamente fine dei pori di una membrana RO, indipendentemente dall'efficacia del programma di pretrattamento e pulizia. Tuttavia, adottando un pretrattamento adeguato, si ridurrà al minimo la necessità di affrontare regolarmente i problemi legati alle incrostazioni nell'acqua trattata.

Le incrostazioni possono essere causate da quanto segue:

· Materiale particolato o colloidale (sporcizia, limo, argilla, ecc.)

· Composti organici (acidi umici/fulvici, ecc.)

· Microrganismi (batteri, ecc.). I batteri rappresentano uno dei problemi di incrostazione più comuni poiché le membrane RO in uso oggi non possono tollerare un disinfettante come il cloro e quindi i microrganismi sono spesso in grado di prosperare e moltiplicarsi sulla superficie della membrana. Possono produrre biofilm che ricoprono la superficie della membrana e provocano gravi incrostazioni.

· Sfondamento del mezzo filtrante a monte dell'unità RO. I letti di carbonio GAC e i letti di addolcimento possono sviluppare una perdita sotto lo scarico e se non è presente un adeguato post-filtraggio, i mezzi possono intasare il sistema RO.

Metabisolfito di sodio

La declorazione dell'acqua di alimentazione delle membrane composite in poliammide è necessaria poiché un polimero di membrana in poliammide non può tollerare ossidanti di alcun tipo. Le opzioni per la declorazione includono carbone attivo, alimentazione chimica di metabisolfito di sodio e radiazioni UV. Il carbonio presenta una serie di difficoltà, come descritto in precedenza, e la radiazione UV può comportare un’elevata intensità di capitale. Il metabisolfito di sodio è la tecnica più comunemente utilizzata per declorare gli affluenti RO.

Purificatore ad osmosi inversa Sbandate

Uno skid RO comprende i recipienti a pressione in cui sono contenuti i moduli a membrana. Anche gli skid comunemente includono filtri a cartuccia in uno o più alloggiamenti e una pompa di alimentazione RO, sebbene esistano combinazioni solo con recipienti a pressione o recipienti a pressione con filtri a cartuccia. Infine, sullo skid sono inseriti la strumentazione ed i controlli del sistema. La figura mostra uno skid RO con questi componenti.

La figura mostra un diagramma di flusso del processo (PFD) dettagliato per un sistema RO con array 2:1. La figura mostra i componenti principali di un sistema RO tra cui strumentazione, interruttori di controllo e valvole.

I componenti di un sistema RO discussi in questo capitolo includono:

· Filtri a cartuccia

· Pompe di alimentazione RO (booster).

· Recipienti a pressione

· Materiali di costruzione del collettore

· Strumentazione

· Controlli

· Acquisizione e gestione dei dati

· Telaio scorrevole RO

· Equipaggiamento ausiliario

Filtri a cartuccia

I filtri a cartuccia vengono solitamente utilizzati per pretrattare direttamente l'acqua in ingresso appena prima delle membrane RO. I filtri a cartuccia sono progettati per impedire che la resina e i fluidi eventualmente trasportati dagli addolcitori e dai filtri a monte raggiungano la pompa di alimentazione RO e danneggino la girante, nonché raggiungano i moduli della membrana RO e blocchino i canali di alimentazione. Sono inoltre progettati per rimuovere le macroparticelle che potrebbero abradere fisicamente o penetrare nel sottile strato di membrana. I filtri a cartuccia non sono destinati alla rimozione di solidi sospesi, torbidità o SDI.

Purificatore ad osmosi inversa Pompe di alimentazione

Il tipo più comune di pompa di alimentazione RO industriale per acqua salmastra (a volte denominata pompa "booster") è una pompa centrifuga, sebbene alcune unità più vecchie utilizzino ancora pompe volumetriche. Le pompe centrifughe sono adatte all'acqua salmastra purificatore ad osmosi inversa Filtro applicazioni perché queste pompe funzionano favorevolmente a flussi medi (tipicamente inferiori a 1.000 gpm) a pressioni relativamente basse (fino a 400 psig). Le pompe volumetriche hanno efficienze idrauliche più elevate ma sono afflitte da requisiti di manutenzione più elevati rispetto alle pompe centrifughe.

Recipienti a pressione

Un recipiente a pressione è l'alloggiamento a pressione per i moduli a membrana e contiene l'acqua di alimentazione pressurizzata. Sono disponibili diversi valori di pressione a seconda dell'applicazione:

· Addolcimento dell'acqua: da 50 psig a 150 psig

· Acqua salmastrapurificatore ad osmosi inversa: 300 psig fino a 600 psig

· Acqua di marepurificatore ad osmosi inversa: da 1.000 psig fino a 1.500 psig

I recipienti a pressione sono realizzati appositamente per adattarsi a qualsiasi diametro del modulo a membrana utilizzato, che si tratti di un modulo a membrana per acqua di rubinetto con diametro di 2,5 pollici fino a un modulo a membrana industriale di diametro di 18 pollici. La lunghezza del recipiente a pressione può variare da un modulo a membrana fino a un massimo di sette moduli a membrana in serie.

Manifold-Materiali da costruzione

La tubazione a bassa pressione su uno skid RO è tipicamente in PVC schedula 80. Ciò include l'alimentazione, il concentrato a bassa pressione e le tubazioni del prodotto. Le tubazioni ad alta pressione sono generalmente in acciaio inossidabile schedulato da 10.316 litri (adatto per acque con flussi concentrati inferiori a 7.000 ppm TDS). Le applicazioni sanitarie (come quelle alimentari, farmaceutiche o biotecniche) sono generalmente tutte inossidabili per consentire la disinfezione del sistema.

Le considerazioni sulle tubazioni di distribuzione del permeato RO devono essere consapevoli del fatto che il permeato è altamente corrosivo. L'adeguamento di un sistema RO in una struttura con tubazioni del permeato in acciaio al carbonio è difficile, poiché le tubazioni si corrodono. Per le tubazioni di distribuzione dei prodotti RO a bassa pressione si consigliano materiali non metallici come plastica e fibra di vetro.

Strumentazione

La strumentazione è fondamentale per il funzionamento e il monitoraggio di un sistema RO. Sfortunatamente, c’è poca uniformità tra i fornitori di apparecchiature RO nella strumentazione fornita.

La maggior parte dei fornitori fornisce la strumentazione di afflusso, scarto e permeato elencata ad eccezione dei monitor di pH, temperatura e cloro o ORP, che a volte sono disponibili come opzioni. Tuttavia, molti fornitori non includono la strumentazione interstadio. Si tratta di un'omissione importante, poiché questa strumentazione è vitale per determinare se i problemi con un sistema RO sono dovuti a incrostazioni nella prima fase di un RO o incrostazioni nell'ultimo stadio di un RO.

Controlli

La maggior parte degli skid RO sono dotati di un microprocessore o di un controllore logico programmabile (PLC). Sia il microprocessore che il PLC sostituirono i pannelli relè meccanici, che erano di dimensioni molto grandi e tendevano a rendere difficile la risoluzione dei problemi. Fin dagli albori della produzione RO, i pannelli di controllo nella maggior parte dei casi erano abbastanza grandi da consentire il passaggio di un essere umano di media statura. La tecnologia odierna consente di montare i controlli direttamente sulle unità RO e di risparmiare molto spazio. Il PLC e il microprocessore offrono una tecnologia a relè digitale collegata all'interno di moduli di base, altrimenti noti come brick (o chipset). Questo è opposto al relè elettromeccanico.

I microprocessori si trovano solitamente su sistemi RO più piccoli o economici, mentre i controlli PLC vengono utilizzati per sistemi più grandi e complicati che richiedono un maggiore controllo sulle condizioni del processo. I principali fornitori di unità PLC per sistemi RO includono Allen-Bradley e Siemens.

Acquisizione e gestione dei dati

Un'interfaccia operatore viene utilizzata per registrare i dati raccolti dal PLC. L'interfaccia operatore è solitamente un altro computer (a volte chiamato interfaccia uomo-macchina o HMI). L'HMI utilizza visualizzazioni di processo con letture dei sensori in tempo reale in modo che l'operatore possa valutare rapidamente lo stato del sistema. L'operatore utilizza il pannello di controllo per regolare le impostazioni degli allarmi e per accendere e spegnere le apparecchiature di processo. Una volta in funzione, tuttavia, il PLC controlla e gestisce il sistema automaticamente, senza ulteriori input da parte dell'operatore. Gli indicatori di stato comuni dell'HMI sono elencati di seguito:

· Tutti gli allarmi di spegnimento

· Tempo di esecuzione totale

· Modalità operativa RO

· Recupero

· Flusso influente

· Rifiutare il flusso

· Flusso del permeato

· Stato della pompa

· Stato della valvola

Purificatore ad osmosi inversa Telaio antiscivolo

Purificatore ad osmosi inversa i pattini sono generalmente contenuti all'interno di un telaio in acciaio inossidabile 304, acciaio zincato o rivestito in uretano. Gli skid dovrebbero essere progettati per un facile accesso per il monitoraggio e la manutenzione. L'accesso a controlli, strumenti, valvole, pompa, motore e membrane è essenziale. L'accesso al permeato da ciascun recipiente a pressione viene spesso trascurato. Senza tale accesso, la profilazione e il sondaggio utilizzati per risolvere problemi di scarse prestazioni non sono possibili.

Sistema CIP pulito sul posto

Le membrane RO richiederanno inevitabilmente una pulizia periodica, da 1 a 4 volte l'anno a seconda della qualità dell'acqua di alimentazione. Come regola generale, se la caduta di pressione normalizzata o il passaggio normalizzato del sale sono aumentati del 15%, allora è il momento di pulire le membrane RO. Il sistema CIP esegue questo lavoro di pulizia automaticamente o manualmente filtrazione dell'acqua processi.

—— di Louisa@gzchunke.com