Реверсний Осмоз - Десолінізація: Змушуючи Воду Вгору

Зворотній процес осмосу

Самостійні, два розчини різної солоності, розділені напівпроникною мембраною, призведуть до переміщення води з менш соленого боку на більш солений, розбавляючи її — звичайний осмоз, який відбувається під дією різниці в осмотичному тиску π. Зворотній осмоз (ЗО) робить це навмисно: застосовується механічний тиск на солоний бік, що перевищує π, і чисте переміщення води змінюється, змушуючи воду проходити через мембрану, а мікропори мембрани (приблизно розмір іона гідратованого солі, під нанометру) майже повністю відхиляють розчинені іони, концентруючи їх у поточному відхиленні.

Як визначити необхідний тиск

Осмотичний тиск для розчину з низькою концентрацією відповідає співвідношенню, як ідеальний газ:

π = i · M · R · T i = коефіцієнт Геншберга (іонів на формульну одиницю; ≈2 для NaCl) M = молярна концентрація розчиненої речовини R = газова стала T = абсолютна температура Чистий тиск, що діє: ΔP_застосований − π повинен бути > 0 для протікання мембрани Сеча на рівні близько 35 г/л солоності має осмотичний тиск приблизно 27-28 бар, тому RO установки для опрекування зазвичай працюють з поданим тиском від 55 до 80 бар — значно вище осмотичного тиску, як для забезпечення потоку на придатний рівень, так і через те, що π також зростає, коли вода видобувається та залишається солона бризгає вздовж довжини модуля мембрани.

π = i · M · R · T

i = van't Hoff factor (ions per formula unit; ≈2 for NaCl)
M = molar concentration of the solute
R = gas constant
T = absolute temperature

Net driving pressure:  ΔP_applied − π  must be > 0  for permeate to flow

Відновлювана швидкість проти енергії: реальна компромісна схема

Відновлювана швидкість – це частка води з резервуару, яка перетворюється на корисний пермеат замість концентрованого відхиленого солодового розсолу. Збільшення відновлюваної швидкості призводить до того, що залишковий розсіл стає солонішим у міру його проходження, що підвищує його місцеве осмотичний тиск і, відповідно, необхідний тиск (і, отже, енергію прокачки), щоб підтримувати потік пермеату через останній відрізок мембрани – і збільшує ризик утворення накипу, коли розчинені солі (вуглекислий калій, сульфат кальцію, кремнезем) перевищують їхню межу розчинності та випадають у вигляді осаду на поверхні мембрани, що призводить до її забруднення. Робочі установки для зворотного осмосів морської води зазвичай обертаються навколо відновлюваної швидкості 40-50% як економічно вигідна та операційно оптимальна точка, тоді як установка для зворотного осмосів солоної води, яка починається з значно нижчої солоності та осмотичного тиску, може досягти відновлюваної швидкості 75-90%.

Площа мембрани та потік

Потік води через мембрану (літри на квадратний метр за годину) зростає приблизно лінійно з мережевим тиском (ΔP − π) для заданої проникності мембрани, тому рослина може обмінювати площу мембрани проти мережевого тиску: більша площа мембрани дозволяє досягти цільової швидкості виробництва при меншому мережевому тиску (повільніший потік на модуль, менше відкладень та нижча специфічна енергія), тоді як менша площа вимагає більшого тиску та потоку для досягнення тієї ж продуктивності, що призводить до збільшення енергії перекачування та швидшого утворення відкладень. Реальні конструкції використовують кілька резервуарів під тиском послідовно, щоб солона вода, що виходить з одного етапу, все ще мала достатній мережевий тиск для продуктивної подачі в наступний.

Збереження енергії при опреженні морської води

Надходження морської води під тиском 55-80 бар є основним витратним елементом для RO-опреження, історично становить близько 3-4 кВт/год на кубічний метр продуктової води для сучасних морських установок (термічне випаровування зазвичай коштує кілька разів більше на кубічний метр). Велика частина цієї енергії втрачається, коли концентрований, все ще під тиском, солоний розчин покидає систему, тому сучасні установки збирають значну її частину за допомогою пристроїв для відновлення енергії — теплообмінників, які безпосередньо передають залишковий тиск соленого розчину у вхідну воду, що призводить до різкого зниження загальної специфічної споживання енергії порівняно з ранніми RO-установками, які просто викидали під тиском відкиданий потік.

Часті запитання

Спробуйте наживо

Усе, що вище, працює прямо у вашому браузері — відкрийте Desalination і змінюйте параметри під час роботи. Нічого не встановлюється, нічого не завантажується на сервер, уся модель живе в одній вкладці.