Demineralizacja wody metodą membranową

Zastosowanie:

W instalacjach przemysłowych do odsalania wody pozbawionej żelaza, manganu oraz pozbawionej zanieczyszczeń stałych. Stosowanie urządzeń do odwróconej osmozy posiada szereg zalet w stosunku do odsalania wody innymi metodami, m.in. nie wymaga stosowania kwasów i zasad. Woda podawana na membrany wymaga wcześniejszego przygotowania. Przygotowanie wody przed podaniem jej na RO polega na usunięciu z niej wszystkich substancji mogących zakłócić lub uniemożliwić pracę membran wskutek ich zablokowania.

Informacje ogólne:

Technologie membranowe, w tym technologię demineralizacji wody metodą odwróconej osmozy, coraz powszechniej stosuje się do uzdatniania wody przeznaczonej do różnych zastosowań. Woda zdemineralizowana używana jest m.in.:

  • do uzupełniania obiegów kotłowni parowych
  • do uzupełniania zamkniętych sieci ciepłowniczych
  • do uzupełniania obiegów instalacji chłodniczych i klimatyzacji
  • do przygotowania wody dla układów nawilżania powietrza
  • w przemyśle farmaceutycznym, spożywczym, elektronicznym, szklarskim itd.
  • do odsalania wody morskiej

Istotą technologii odwróconej osmozy jest przetłaczanie wody pod ciśnieniem przez specjalne membrany półprzepuszczalne. Cząsteczki wody przechodzą przez membranę, podczas gdy jony, substancje organiczne, bakterie i inne zanieczyszczenia koloidalne są zatrzymywane w koncentracie. Produkcja wody zdemineralizowanej stanowi około 75% wody doprowadzanej do urządzenia. Stopień usunięcia soli ze strumienia wody wynosi średnio ok. 99%, co zapewnia osiągnięcie przewodnictwa wody poniżej 20 μS/cm.

Stacja demineralizacji wody w systemie odwróconej osmozy dostarcza wodę w sposób ciągły. Wydajność jednostki zależy od temperatury, zasolenia ogólnego, zawartości koloidów w wodzie (SDI) oraz wielkości zastosowanej pompy. Aby zapewnić oczekiwaną wydajność stacji należy na wlot jednostki podać wodę w ilości ok. 33% większej pod ciśnieniem nie mniejszym niż 2,5 bar (przy pełnym obciążeniu).

Stacje odwróconej osmozy sterowane są elektronicznym sterownikiem, który jest odpowiedzialny m.in. za uruchomienie i zatrzymanie stacji wg. odpowiedniej procedury. W obrębie sterownika znajduje się także miernik przewodności wody, który stale wskazuje jakość demineralizowanej wody w μS/cm. W przypadku przekroczenia nastawionego na sterowniku dopuszczalnego progu przewodnictwa wody, stacja jest odstawiana od pracy i generowany jest sygnał alarmowy.

Wszystkie oferowane przez TECHWATER jednostki mają na swym wlocie zainstalowany odpowiedni filtr wstępny do zabezpieczenia membran przed zanieczyszczeniami mechanicznymi większymi 1 μm. Stacje są też wyposażone w rotametry do pomiaru przepływu wody zdemineralizowanej i koncentratu, a także układ regulacji stosunku tych przepływów. Jednostka powinna być sterowana z odpowiedniej szafy sterującej, w której musi być umieszczony układ styczników i zabezpieczeń pompy ciśnieniowej. W szafie tej mogą być umieszczone także inne elementy sterująco-pomiarowe uzgodnione z klientem (sterowanie pomp dozujących antyskalanty, pomiar i korekcja pH wody zdemineralizowanej itd.). Wykonania standardowe nie obejmują wspomnianych elementów.

Wstępne przygotowanie wody do celów R.O. :

Woda podawana na wlot jednostek RO powinna, pod rygorem utraty gwarancji, odpowiadać parametrom określanym przez producentów membran. Najważniejsze z nich to:

  • Twardość ogólna < 0,5 stopni niemieckich
  • Wolny chlor < 0,1 mg/l
  • Mętność < 1 NTU
  • SDI < 5
  • pH 3 -11
  • Temperatura max. 250C

Niespełnienie powyższych warunków może prowadzić albo do szybkiego spadku wydajności stacji i konieczności przeprowadzania częstych zabiegów chemicznych czyszczeń membran albo do nieodwracalnego zniszczenia membran. Dlatego zaleca się aby zawsze przed dokonaniem doboru właściwej jednostki RO wykonać pełną analizę wody surowej oraz wykonać pomiary zawartości koloidów w wodzie (SDI) a wyniki przekazać celem konsultacji do TECHWATER.

Jednym z podstawowych jest wymóg, by woda nie miała zdolności do tworzenia osadów pochodzących z zawartych w wodzie jonów wapnia i magnezu co prowadziłoby do zatykania mikroporów membrany RO, a w konsekwencji ograniczania przepływów. Dlatego limituje się twardość ogólną wody do poziomu poniżej 0,5 odH (stopnia niemieckiego). Spełnienie tego warunku wymaga zainstalowania przed jednostką RO zmiękczacza o odpowiedniej wydajności. Skutkuje to – szczególnie w przypadku stacji o wyższych wydajnościach – znacznym podwyższeniem kosztu inwestycyjnego.

Alternatywą do zmiękczania wody jest chemiczne pozbawienie jej zdolności do tworzenia osadów poprzez dozowanie specjalnych środków chemicznych tzw. antyskalantów. Rozwiązanie takie znajduje uzasadnienie ekonomiczne przy wydajnościach stacji powyżej 8 m3/h. Dodatek antyskalanta nie pozbawia wody jonów stanowiących twardość ogólną ale zapobiega odkładaniu się ich w formie zwartych osadów w przestrzeniach membranowych urządzenia RO. Dozowanie antyskalanta odbywa się automatycznie za pomocą jednego lub dwóch zestawów dozujących. Stosowane dwóch zestawów (podstawowy + rezerwowy) zaleca się stosować w instalacjach wymagających podwyższonej pewności ruchowej gdyż daje możliwość nieprzerwanej produkcji wody w przypadku awarii lub opróżnienia zbiornika roboczego zestawu aktualnie pracującego.

Sterowanie pracą zestawu odbywa się automatycznie z szafy sterującej. Zestaw jest uruchamiany równocześnie z otwarciem zaworu wlotowego jednostki RO. W przypadku opróżnienia zbiornika roboczego zestawu następuje blokada pompy dozującej, zatrzymanie pracy jednostki RO i sygnalizacja alarmu.

TECHWATER oferuje system dozowania antyskalanta jako opcję wyposażenia jednostek RO. Drugim z podstawowych ograniczeń jest zawartość wolnego chloru w wodzie. Przekroczenie limitu 0,1 mg/l może prowadzić do nieodwracalnego uszkodzenia membran. Dlatego jeśli nie ma pewności, czy w wodzie na wlocie jednostki nie pojawi się wolny chlor np. w wyniku dezynfekcyjnego chlorowania wody przez zakład wodociągowy, przed urządzeniem należy zamontować filtr węglowy.

Wyposażenie dodatkowe:

Urządzenie do pomiaru SDI.

Jednym z podstawowych parametrów jakości wody podawanej na wlot jednostek RO jest tzw. współczynnik SDI (Silit Density Index), który mówi o poziomie zawartości koloidów w wodzie. Wartość tego współczynnika nie może przekraczać liczby 5. Jeśli jest wyższy to woda wymaga dodatkowego wstępnego uzdatniania np. mikrofiltracji lub koagulacji i filtracji.

W zależności od wartości współczynnika SDI w zakresie od 0 do 5, dobiera się i ustawia na jednostce RO wartość stopnia odzysku czyli ilości uzyskiwanej wody zdemineralizowanej w stosunku do ilości wody podawanej na wlot urządzenia. Pomiar SDI musi być przeprowadzony przed doborem i uruchomieniem jednostki. Zaleca się też jego okresową kontrolę podczas eksploatacji.

Zasada pomiaru opiera się na filtracji badanej wody za pomocą sączka o wielkości mikroporów równych 0,45 m m. Do obliczenia współczynnika SDI potrzebne jest wyznaczenie czasu napełnienia menzurki o pojemności 100 ml przy czystym sączku oraz czasu napełniania tej samej menzurki po czasie 15 minut stałego filtrowania wody przez sączek. Ciśnienie podawane na wlot sączka powinno wynosić 2,1 bar i być stałe podczas próby. Do ustawienia wartości tego ciśnienia służy reduktor będący jednym z podstawowych elementów urządzenia.

Zestawy do chemicznego czyszczenia membran.

W trakcie pracy jednostki RO, na jej membranach gromadzą się osady powodujące wzrost oporów hydraulicznych i spadek wydajności pracy. Szybkość tego procesu zależy od wielu czynników – głównie od sposobu i jakości wstępnego uzdatniania wody, ilości bakterii w wodzie surowej tworzących kolonie itd. Miarą ilości osadów odłożonych w przestrzeniach śródmembranowych jest różnica ciśnień rejestrowanych na manometrach wlotu i wylotu jednostki oraz zauważalny na rotametrze permeatu spadek wydajności pracy.

Aby przeciwdziałać temu procesowi należy okresowo przeprowadzać proces chemicznego czyszczenia i dezynfekcji membran. Służy do tego odpowiedni zestaw wyposażony w zbiornik na chemikalia oraz pompę zapewniającą cyrkulację kąpieli w obiegu zamkniętym.