La taxa d’utilització d’un sistema d’osmosi inversa es determina generalment en funció del rendiment dels mòduls de membrana i de l’experiència operativa. La taxa d’utilització es pot expressar generalment de la manera següent:
Sistemes RO de primera etapa: per a sistemes de mida petita i mitjana (menys de sis mòduls de membrana), la taxa d’utilització s’estableix entre el 50% i el 75%.
Sistemes RO de primera etapa: Per a sistemes de gran i mitjana, la taxa d’utilització s’estableix en el 75%.
Sistemes RO de segona etapa: la taxa d’utilització s’estableix per sobre del 85%.
I. Breu visió general de la taxa d’ús, el factor d’extracció i el factor de polarització dels elèctrodes
Fórmula de càlcul de la taxa d’ús:
R=(fp / ff) × 100%
En aquesta fórmula, FF representa l’entrada d’aigua a la membrana RO (sistema) (unitat: metres/hora).
FP - Taxa de producció d'aigua de la membrana Osmosi inversa (RO) (sistema) (metres/hora)
R - Taxa d’utilització de la membrana d’osmosi inversa RO (RO) (sistema)
Fórmula de càlcul del factor d’extracció:
Cf=1 ÷ (1 - r)
CF en la fórmula representa el factor d’extracció.
R - Taxa d’utilització de la membrana d’osmosi inversa (RO) (sistema).
Factor de polarització de concentració
(per a RO en fase) hauria de ser inferior o igual a 1,2; (per a RO en dues etapes) hauria de ser inferior o igual a 1,4.
Nota: la taxa màxima d’utilització d’un mòdul de membrana RO únic en un sistema RO tradicional és del 15%, mentre que la taxa d’utilització màxima és del 15% * 1.2=18%. En el desenvolupament del sistema RO, el 15% s’utilitza generalment com a estàndard de disseny i s’emetrà una alarma quan se superi aquest valor.
Per als sistemes de RO petits amb menys de sis mòduls de membrana, es poden relaxar els límits de velocitat màxima d’ús màxima.
II. Quins factors afecten la utilització del sistema RO?
Els factors que influeixen en la utilització del sistema RO es poden classificar en quatre components principals: escalada de sal soluble, polarització dels elèctrodes, cabal de salmorra de components de final de línia i flux de membrana equilibrada. Els factors rellevants per a cada component són els següents:
L’estructura de sals poc solubles està relacionada amb la qualitat de l’aigua de la font i la seva taxa de reciclatge.
La polarització dels elèctrodes es refereix a l’augment de la concentració de sal al costat de la salmorra de la superfície del mòdul de la membrana.
La sortida de salmorra del component de final de línia ha de ser suficient per drenar eficaçment la salmorra amb un augment del contingut de sal i reduir el risc d’escalar al costat de la salmorra.
Flux de membrana: el flux de membrana equilibrat garanteix una eficiència uniforme entre els mòduls frontals i posteriors, evitant que es produeixi una utilització o un flux excessiu en qualsevol mòdul.
Els efectes combinats ①, ② i ③ es produeixen al costat de la salmorra del mòdul de final de línia (el mòdul final), on el risc d’escalar de sal desmesuradament soluble és més gran. La constant del producte de solubilitat (KSP) per a sals solubles és igual a l’arrel quadrada del factor d’extracció d’aigua font multiplicat pel factor de polarització dels elèctrodes (per a sals solubles amb tipus AB, A²B i AB² són cubades). Prenent una taxa d’utilització de bicarbonat de calci del 75% com a exemple, el factor d’extracció es calcula com a 1/(1-0.75) =4, i el factor de polarització d’elèctrodes és 1,2, resultant en CF* =4.8, i el KSP és 23,04 vegades l’aigua font (subministrament d’aigua) KSP.
Tenint en compte que ② es pot abordar mitjançant una neteja de baixa tensió a curt termini i ③ i ④ es poden ajustar mitjançant l’alineació efectiva del mòdul de membrana, en un sistema típic, la taxa d’utilització general de RO es veu afectada principalment pel problema de la falla de sal insoluble. La seva limitació són els efectes combinats de ①, ② i ③, mentre que el valor final es determina únicament per l'eficiència d'extracció del sistema. En aquest exemple, el màxim és d'aproximadament 23,04 vegades i el mínim és de 16 vegades.
Si suposem que els mòduls de membrana del sistema estan alineats a la saturació, el factor primari que afecta la taxa de recuperació és la qualitat de l’aigua de la font, particularment l’acumulació de calci i silicats d’alumini. El calci existeix principalment en forma de carbonat de calci i bicarbonat de calci. L’acumulació de bicarbonat de calci té normalment un paper decisiu quan les concentracions de sulfat superen significativament el pH (una aparició comuna en el carbó i les aigües residuals químiques). En cas contrari, predomina l’acumulació de bicarbonat de calci. L’acumulació d’aluminosilicat es veu afectada significativament pels inhibidors de la temperatura i l’escala i la corrosió i, en general, no afecta significativament la màxima utilització del sistema (excepte en fonts d’aigua riques en clorur de magnesi).
A continuació, es mostra una taula que mostra l'impacte de l'acumulació insoluble a l'escala de sal en els límits d'utilització en diverses aigües font, derivades en funció de càlculs purament matemàtics (LSI i KSP). (Tenint en compte els efectes de la polarització dels elèctrodes, els límits d'utilització reals poden ser lleugerament superiors als valors de la taula.)
A partir de la taula anterior, és clar que, en molts casos, l’acumulació de carbonat de calci és l’ús del sistema de limitació del factor principal. La precipitació aluminosilicat només esdevé rellevant en les condicions de temperatures més baixes i un contingut més gran del clorur de magnesi, i en aquestes condicions, l'efectivitat de l'escala i els inhibidors de la corrosió també té un paper important. Per tant, si no s’utilitzen equips de suavització d’aigua durant el pre-processament de dades, és difícil aconseguir una taxa d’utilització completa del 75% (fins i tot amb l’addició d’inhibidors d’escala i corrosió). Tanmateix, quan l’equip de suavització d’aigua es configura correctament (Ca 2+ <0,03 mmol/L), el risc d’acumulació d’escala de calci es redueix significativament i el límit de taxa d’utilització completa supera el 75%.
Iii. Conclusions i recomanacions (sistema d’osmosi inversa primària)
A. Sistemes d’osmosi inversa de mida petita i mitjana (menys de sis mòduls de membrana, amb l’ús significativament limitat per l’arquitectura del sistema):
Es recomana una bona qualitat de l’aigua (com l’aigua potable): una taxa d’utilització del 60-66,7% (amb un factor d’extracció entre 2,5 i 3). Si cal, es pot afegir equips de suavització i anti-escala.
Per a la qualitat de l’aigua de la font feble (com ara l’aigua reciclada i els farcits de carboni de ferro), es recomana una taxa d’utilització del 50-60%. Si s’instal·la equipament de suavització i anti-escala, la taxa d’utilització es pot augmentar fins al 60-66,7%.
B. Sistemes de RO de mida petita a mitjana (amb mòduls de membrana de 6 a 20 anys, la utilització és una mica limitada pel sistema):
Per a l’aigua de font d’alta qualitat (per exemple, aigua potable): es recomana una taxa d’utilització del 66,7% -75% (amb un factor d’extracció de 3-4). Si cal, es pot afegir equips de suavització i inhibició a escala.
Per a l’aigua de font de baixa qualitat (per exemple, l’aigua reciclada i els farcits de carboni de ferro): es recomana una taxa d’utilització del 60-75% i es requereix un equipament de suavització i inhibició de l’escala.
C. Sistemes de RO de mida petita a mitjana i més grans (amb 20 o més mòduls de membrana, la utilització no es limita generalment al sistema, tret que hi hagi restriccions del lloc).
Per a l’aigua de font d’alta qualitat (per exemple, aigua potable): es recomana una taxa d’utilització del 75% (amb un factor d’extracció de 4) i es requereix un equipament de suavització i inhibició de l’escala.
Per a l’aigua de font de baixa qualitat (per exemple, les carreteres d’aigua reciclada i els carbonis de ferro), es recomana una taxa d’utilització del 60% -75% i es requereix un equipament de suavització i inhibició de l’escala.