A taxa de utilização de um sistema de osmose reversa é geralmente determinada com base no desempenho dos módulos da membrana e da experiência operacional. A taxa de utilização geralmente pode ser expressa da seguinte maneira:
Sistemas de RO do primeiro estágio: Para sistemas pequenos e médios (menos de seis módulos de membrana), a taxa de utilização é fixada em 50% a 75%.
Sistemas de RO do primeiro estágio: Para sistemas de tamanho grande e médio, a taxa de utilização é fixada em 75%.
Sistemas de RO do segundo estágio: A taxa de utilização é estabelecida acima de 85%.
I. Visão geral breve da taxa de utilização, fator de extração e fator de polarização do eletrodo
Fórmula de cálculo da taxa de utilização:
R=(fp / ff) × 100%
Nesta fórmula, o FF representa a entrada de água para a membrana RO (sistema) (unidade: metros/hora).
FP - Taxa de produção de água da membrana de osmose reversa (RO) (sistema) (metros/hora)
R - Taxa de utilização da membrana de osmose reversa (RO) (sistema)
Fórmula de cálculo do fator de extração:
Cf=1 ÷ (1 - r)
CF na fórmula representa o fator de extração.
R - Taxa de utilização da membrana RO reversa (RO) (Sistema).
Fator de polarização de concentração
(para RO em estágio único) deve ser menor ou igual a 1,2; (para RO em dois estágios) deve ser menor ou igual a 1,4.
Nota: A taxa de utilização máxima de um único módulo de membrana RO em um sistema RO tradicional é de 15%, enquanto a taxa de utilização máxima é de 15% * 1.2=18%. No desenvolvimento do sistema RO, 15% é geralmente usado como padrão de design e um alarme será emitido quando esse valor for excedido.
Para pequenos sistemas de RO com menos de seis módulos de membrana, os limites da taxa de utilização máxima acima podem ser relaxados.
Ii. Quais fatores afetam a utilização do sistema RO?
Fatores que influenciam a utilização do sistema RO podem ser categorizados em quatro componentes principais: escala de sal com moderação solúvel, polarização do eletrodo, taxa de fluxo de salmoura com componentes de fim de linha e fluxo de membrana equilibrada. Os fatores relevantes para cada componente são os seguintes:
A estrutura dos sais com moderação solúvel está relacionada à qualidade da água da fonte e à sua taxa de reciclagem.
A polarização do eletrodo refere -se ao aumento da concentração de sal no lado da salmoura da superfície do módulo da membrana.
A saída de salmoura do componente de fim de linha deve ser suficiente para drenar efetivamente a salmoura com o aumento do teor de sal e reduzir o risco de escalar no lado da salmoura.
Fluxo da membrana: o fluxo equilibrado da membrana garante a eficiência uniforme entre os módulos dianteiro e traseiro, impedindo que a utilização excessiva ou o fluxo ocorra em qualquer módulo.
Os efeitos combinados ①, ② e ③ ocorrem no lado da salmoura do módulo de final de linha (o módulo final), onde o risco de escala de sal com moderação solúvel é maior. A constante do produto de solubilidade (KSP) para sais com moderação solúvel é igual à raiz quadrada do fator de extração de água da fonte multiplicado pelo fator de polarização do eletrodo (para sais com moderação com moderação do tipo AB, A²B e AB² são cubos). Taking a 75% calcium bicarbonate utilization rate as an example, the extraction factor is calculated as 1/(1-0.75)=4, and the electrode polarization factor is 1.2, resulting in CF* =4.8, and the Ksp is 23.04 times the source water (water supply and wastewater) Ksp.
Considerando que ② pode ser abordado através da limpeza de baixa tensão de curto prazo, e ③ e ④ podem ser ajustados através do alinhamento eficaz do módulo de membrana, em um sistema típico, a taxa geral de utilização de RO é afetada principalmente pelo problema da incrustação de sal insolúvel. Sua limitação são os efeitos combinados de ①, ② e ③, enquanto o valor final é determinado exclusivamente pela eficiência da extração do sistema. Neste exemplo, o máximo é de aproximadamente 23,04 vezes e o mínimo é 16 vezes.
Supondo que os módulos de membrana do sistema estejam alinhados na saturação, o fator primário que afeta a taxa de recuperação é a qualidade da água da fonte, particularmente o acúmulo de silicatos de cálcio e alumínio. O cálcio existe principalmente na forma de carbonato de cálcio e bicarbonato de cálcio. A acumulação de bicarbonato de cálcio geralmente desempenha um papel decisivo quando as concentrações de sulfato excedem significativamente o pH (uma ocorrência comum nas águas residuais de carvão e química). Caso contrário, o acúmulo de bicarbonato de cálcio predomina. O acúmulo de aluminossilicato é significativamente afetado pelos inibidores de temperatura e escala e corrosão e geralmente não afeta significativamente a utilização máxima do sistema (exceto em fontes de água ricas em cloreto de magnésio).
Abaixo está uma tabela que mostra o impacto do acúmulo de escala de sal insolúvel nos limites de utilização em várias águas da fonte, derivadas com base em cálculos puramente matemáticos (LSI e KSP). (Levando em consideração os efeitos da polarização do eletrodo, os limites reais de utilização podem ser um pouco mais altos que os valores na tabela.)
Na tabela acima, fica claro que, em muitos casos, o acúmulo de carbonato de cálcio é o principal fator que limita a utilização do sistema. A precipitação do aluminossilicato só se torna relevante em condições de temperaturas mais baixas e maior teor de cloreto de magnésio e, nessas condições, a eficácia dos inibidores de escala e corrosão também desempenha um papel significativo. Portanto, se o equipamento de amolecimento da água não for usado durante o pré-processamento de dados, é difícil alcançar uma taxa de utilização completa de 75% (mesmo com a adição de inibidores de escala e corrosão). No entanto, quando o equipamento de amolecimento da água é configurado corretamente (Ca 2+ <0,03 mmol/L), o risco de acúmulo de escala de cálcio é significativamente reduzido e o limite total da taxa de utilização geralmente excede 75%.
Iii. Conclusões e recomendações (sistema de osmose reversa primária)
A. Pequenos sistemas de osmose reversa de pequeno e médio porte (menos de seis módulos de membrana, com a utilização significativamente limitada pela arquitetura do sistema):
Recomenda-se uma boa qualidade da água da fonte (como água potável): uma taxa de utilização de 60-66,7% (com um fator de extração entre 2,5 e 3) é recomendado. Se necessário, o equipamento de amolecimento e anti-escala pode ser adicionado.
Para a qualidade da água da fonte fraca (como água reciclada e preenchimentos de ferro-carbono), recomenda-se uma taxa de utilização de 50-60%. Se o equipamento de amolecimento e anti-escala estiver instalado, a taxa de utilização poderá ser aumentada para 60-66,7%.
B. Sistemas de RO pequenos e médios (com módulos de 6 a 20 membranas, a utilização é um pouco limitada pelo sistema):
Para água fonte de alta qualidade (por exemplo, água potável): Recomenda-se uma taxa de utilização de 66,7% a 75% (com um fator de extração de 3-4). Equipamentos de amolecimento e inibição da escala podem ser adicionados, se necessário.
Para água fonte de baixa qualidade (por exemplo, preenchimentos de água reciclada e ferro-carbono): Recomenda-se uma taxa de utilização de 60-75% e é necessário um equipamento de inibição de amolecimento e escala.
C. sistemas de RO pequenos a médios e maiores (com 20 ou mais módulos de membrana, a utilização geralmente não é limitada pelo sistema, a menos que haja restrições no local).
Para água fonte de alta qualidade (por exemplo, água potável): É recomendada uma taxa de utilização de 75% (com um fator de extração de 4) e é necessário e é necessário um equipamento de amolecimento e inibição da escala.
Para água de baixa qualidade (por exemplo, água reciclada e preenchimentos de ferro-carbono), é recomendada uma taxa de utilização de 60% a 75% e é necessário um equipamento de inibição de amolecimento e escala.