Perché i sistemi ad osmosi inversa sprecano così tanta acqua?
Essendo un'efficiente tecnologia di trattamento dell'acqua, i sistemi ad osmosi inversa (RO) sono ampiamente utilizzati nel trattamento delle acque domestiche, industriali e municipali. Tuttavia, molte persone incontrano un problema quando utilizzano i sistemi ad osmosi inversa: una grande quantità di acque reflue. Perché i sistemi ad osmosi inversa producono così tante acque reflue?
Questo articolo esaminerà in modo approfondito il principio di funzionamento disistemi ad osmosi inversa, le ragioni della produzione di acque reflue e i principi scientifici alla base di essa.
Come funziona un impianto ad osmosi inversa?
Per capire perchésistemi ad osmosi inversaprodurre acque reflue, è necessario prima comprenderne il principio di funzionamento di base. L'osmosi inversa è una tecnologia che utilizza membrane semipermeabili per separare soluti e solventi. Durante il processo di osmosi inversa, l'acqua grezza passa attraverso una membrana semipermeabile ad alta pressione e le molecole d'acqua passano attraverso la membrana nel lato dell'acqua pulita, mentre le impurità, gli ioni e i microrganismi disciolti nell'acqua vengono intrappolati sull'altro lato della membrana per formare acqua concentrata.
Il diametro dei micropori della membrana semipermeabile è molto piccolo, solo circa 0,0001 micron, il che le consente di bloccare efficacemente la maggior parte dei solidi e degli inquinanti disciolti e di consentire il passaggio solo delle molecole d'acqua. Questo processo non solo può rimuovere la materia sospesa, i batteri e i virus nell’acqua, ma anche rimuovere i sali solubili e la materia organica per generare acqua pulita di elevata purezza.
Qual è la causa della produzione di acque reflue?
Nel sistema ad osmosi inversa, la generazione di acque reflue è un risultato inevitabile. Ciò è dovuto principalmente ai seguenti motivi:
2.1 Maggiore concentrazione di impurità:
Mentre il processo di osmosi inversa procede, la membrana semipermeabile intercetta continuamente i soluti e gli inquinanti presenti nell'acqua sul lato dell'acqua concentrata. Nel tempo, la concentrazione di impurità nell'acqua concentrata aumenta gradualmente. Se non vi è scarico delle acque reflue, queste impurità si accumuleranno gradualmente e alla fine ostruiranno i micropori della membrana, causandone il cedimento. Pertanto, il sistema ad osmosi inversa deve scaricare le acque reflue per mantenere la concentrazione di impurità nell'acqua concentrata entro un intervallo controllabile per garantire il normale funzionamento del sistema e la lunga durata della membrana.
2.2 Requisiti di autopulizia della membrana:
La membrana semipermeabile accumulerà gradualmente impurità durante il funzionamento a lungo termine, determinando una diminuzione del flusso della membrana e una diminuzione della produzione di acqua pulita. Al fine di mantenere lo stato di funzionamento efficiente della membrana, ilimpianto ad osmosi inversanecessita di effettuare una regolare autopulizia della membrana. Questo processo viene solitamente ottenuto attraverso lo scarico delle acque reflue e il flusso delle acque reflue può rimuovere le impurità sulla superficie della membrana per impedirne l'intasamento e la contaminazione.
2.3 Limitazioni del tasso di recupero dell'acqua:
Il tasso di recupero dell'acqua di un sistema ad osmosi inversa si riferisce alla percentuale di acqua non depurata che viene convertita in acqua pulita. In generale, il tasso di recupero dell'acqua di un sistema domestico ad osmosi inversa è compreso tra il 20% e il 50%, il che significa che per ogni litro di acqua pulita prodotta vengono scaricati dai 2 ai 4 litri di acque reflue. Questo rapporto è limitato principalmente dalla tecnologia della membrana, dalla progettazione del sistema e dalle condizioni operative. Migliorare il tasso di recupero dell’acqua porta solitamente ad un aumento del rischio di incrostazione e intasamento della membrana, che a sua volta influisce sulla stabilità e sulla durata del sistema.
Quali fattori influenzano la quantità di acque reflue?
La quantità di acque reflue generate da un sistema ad osmosi inversa non è solo legata al suo principio di funzionamento, ma è influenzata anche da molteplici fattori:
3.1 Qualità dell'acqua non depurata:
La qualità dell'acqua non depurata ha un impatto importante sulla quantità di acque reflue provenienti da un sistema ad osmosi inversa. Quanto maggiori sono i solidi disciolti, i contaminanti e la durezza nell'acqua non depurata, tanto più frequentemente il sistema dovrà scaricare le acque reflue per evitare l'intasamento della membrana. Pertanto, quanto peggiore è la qualità dell'acqua non depurata, maggiore è solitamente la quantità di acque reflue.
3.2 Progettazione e configurazione del sistema:
Anche la progettazione e la configurazione del sistema ad osmosi inversa influiscono sulla quantità di acque reflue. Ad esempio, l'area della membrana del sistema, la pressione della pompa, il metodo di scarico dell'acqua concentrata, ecc. influenzeranno la quantità di acque reflue generate. Una progettazione efficiente del sistema può ridurre la quantità di acque reflue in una certa misura e migliorare il tasso di recupero dell’acqua.
3.3 Condizioni operative:
Anche le condizioni operative come la pressione di ingresso dell'acqua, la temperatura e la portata influiscono sulla quantità di acque reflue. In generale, una pressione di ingresso dell’acqua più elevata e una temperatura di ingresso dell’acqua più bassa possono migliorare il tasso di recupero dell’acqua del sistema e ridurre la quantità di acque reflue. Tuttavia, l'adeguamento di queste condizioni deve essere effettuato con la premessa di garantire la sicurezza della membrana e la stabilità del sistema.
Come trattare e utilizzare le acque reflue?
Sebbene il sistema ad osmosi inversa produca una grande quantità di acque reflue, queste non sono inutili. Un trattamento e un utilizzo ragionevoli delle acque reflue possono ridurre i rifiuti in una certa misura e migliorare l’efficienza nell’utilizzo delle risorse.
4.1 Riciclaggio delle acque reflue:
Sebbene le acque reflue contengano un’elevata concentrazione di impurità, in molti casi possono comunque essere utilizzate come acqua non potabile. Ad esempio, le acque reflue possono essere utilizzate per l'acqua domestica come lo sciacquone dei WC, l'irrigazione di fiori e piante, la pulizia, ecc., riducendo il consumo di acqua del rubinetto. In campo industriale, le acque reflue possono essere utilizzate per raffreddare l'acqua circolante, pulire l'acqua, ecc., riducendo così i costi dell'acqua.
4.2 Trattamento delle acque reflue:
Prima dello scarico, le acque reflue possono essere trattate mediante semplici processi di trattamento come sedimentazione e filtrazione per rimuovere alcune impurità prima del riutilizzo. Per scenari applicativi con grandi volumi di acque reflue, è possibile utilizzare anche l'ossidazione avanzata, il bioreattore a membrana e altre tecnologie per il trattamento profondo per soddisfare gli standard di riutilizzo.
4.3 Ottimizzazione del sistema:
Ottimizzando il design e le condizioni operative delimpianto ad osmosi inversa, la quantità di acque reflue può essere ridotta in una certa misura. Ad esempio, un sistema a osmosi inversa multistadio può essere utilizzato per recuperare più volte l’acqua concentrata per migliorare il tasso di recupero complessivo dell’acqua e ridurre la quantità di acque reflue. Inoltre, anche la manutenzione e la pulizia regolari dei componenti della membrana per mantenere un funzionamento efficiente del sistema possono contribuire a ridurre la quantità di acque reflue.
Riepilogo
Il sistema ad osmosi inversa occupa una posizione importante nel moderno processo di trattamento dell'acqua grazie alla sua efficiente capacità di purificazione dell'acqua. Tuttavia, l’elevato volume di acque reflue è sempre stato al centro dell’attenzione. La generazione di acque reflue è il risultato del principio di funzionamento e dei limiti tecnici del sistema ad osmosi inversa ed è correlata a molti fattori come la qualità dell'acqua non depurata, la progettazione del sistema e le condizioni operative.
Quando si seleziona e si utilizza un sistema ad osmosi inversa, gli utenti dovrebbero considerare in modo esaustivo la qualità dell'acqua, le prestazioni del sistema e i costi economici, regolare ragionevolmente le condizioni operative e adottare misure efficaci di trattamento delle acque reflue per raggiungere obiettivi di trattamento dell'acqua efficienti, di risparmio energetico e rispettosi dell'ambiente.