Introductie tot omgekeerde osmose technologie
Omgekeerde osmose (RO) is een membraan-gebaseerde scheidingstechnologie die druk gebruikt als drijvende kracht om opgeloste stoffen, ionen en andere onzuiverheden uit water te verwijderen. Door een druk toe te passen die groter is dan de osmotische druk van het voedingswater, worden watermoleculen door een semi-permeabel membraan geperst, terwijl verontreinigingen worden afgewezen en geconcentreerd in de pekelstroom. Dit proces vermindert effectief de zoutgehalte, hardheid, organische stoffen en micro-organismen, waardoor hoogzuiver permeaatwater wordt geproduceerd.
RO-systemen worden veel gebruikt bij ontzilting van zeewater en brak water, hergebruik van industrieel afvalwater, zuivering van drinkwater en diverse industriële processen die water van hoge kwaliteit vereisen. De prestaties en efficiëntie van RO zijn afhankelijk van factoren zoals membraanmateriaal, kwaliteit van het voedingswater, werkdruk en systeemontwerp.
Onder evenwichtsomstandigheden komt het hoogteverschil tussen de twee compartimenten overeen met het osmotische drukverschil (meestal aangeduid als π) van de oplossing bij evenwichtsconcentratie. Osmotische druk is een functie van het type en de concentratie van opgeloste stoffen in de oplossing. Over het algemeen varieert de osmotische druk π van 0,04 tot 0,075 bar voor elke 100 ppm totale opgeloste stoffen (TDS) concentratie.
π = nRT = MM RT
V
n = de hoeveelheid opgeloste stof in mol
R = de ideale gasconstante
T = temperatuur in Kelvin
V = het volume van de oplossing
MM = de molaire massa van de opgeloste stof
Bijvoorbeeld:
Een brakwateroplossing met een TDS van 1.500 ppm heeft een osmotische druk van ongeveer 1,02 bar;
Een zeewateroplossing met een TDS van 32.000 ppm heeft een osmotische druk van ongeveer 21,8 bar.
Osmose | Evenwicht | Omgekeerde Osmose
Natuurlijke Osmose
Lage opgeloste stofconcentratie → Hoge opgeloste stofconcentratie
Semi-permeabel membraan
Externe toegepaste druk
Omgekeerde osmose (RO) verwijst naar het proces waarbij water in de tegenovergestelde richting van natuurlijke osmose stroomt—van een geconcentreerde oplossing naar een verdunde oplossing. Dit proces moet worden aangedreven door extern toegepaste druk. De omgekeerde waterstroom wordt belemmerd door drie hoofdfactoren: de osmotische druk aan beide zijden van het semi-permeabele membraan, de interne weerstand van het membraan zelf en de weerstand veroorzaakt door vervuiling op het membraanoppervlak en in de poriën tijdens de werking. Daarom moet de druk die bij omgekeerde osmose wordt toegepast, de osmotische drukverschil van de oplossing aanzienlijk overschrijden.
Bijvoorbeeld:
-
In brakwater RO-systemen wordt de werkdruk doorgaans ingesteld op 15,5 bar (of hoger), terwijl het osmotische drukverschil van een 2.000 ppm brakwateroplossing minder dan 2 bar is.
-
Voor zeewater met een osmotisch drukverschil van ongeveer 22 bar (bij 32.000 ppm) is de toegepaste werkdruk meestal rond de 55 bar.
-
1.2 Omgekeerde osmose membranen
Het omgekeerde osmose systeem vertrouwt op omgekeerde osmose membranen (d.w.z. de hierboven genoemde semi-permeabele membranen) om scheiding tussen oplosmiddelen en opgeloste stoffen te bereiken. Deze membranen laten de passage van oplosmiddelen toe en wijzen andere opgeloste stoffen af. Momenteel hebben de meeste omgekeerde osmose membranen een meerlaagse composiet polymeerstructuur met polyamide als scheidingslaag. Deze membranen leveren uitstekende scheidingsprestaties en duurzaamheid op lange termijn onder conventionele voedingswateromstandigheden.
1.3 Belangrijkste prestatieparameters
1. Terugwinningspercentage
Het terugwinningspercentage verwijst naar het percentage voedingswater dat wordt omgezet in permeaatwater. Een terugwinningspercentage van 75% betekent bijvoorbeeld dat voor elke 100 m³/d voedingswater de permeaatwateropbrengst 75 m³/d is.
- Voor een enkel industrieel omgekeerde osmose membraanelement varieert het terugwinningspercentage bij prestatietests doorgaans van 8% tot 15%. Voor een full-scale omgekeerde osmose waterzuiveringssysteem varieert het terugwinningspercentage tussen 40% en 90%, afhankelijk van factoren zoals de kenmerken van het voedingswater (bijv. zoutconcentratie, verontreinigingen), systeemconfiguratie en operationele omstandigheden.
- 2. Afwijzingspercentage
Het afwijzingspercentage definieert het percentage van een specifieke opgeloste stof dat door het omgekeerde osmose membraan wordt vastgehouden na filtratie, in verhouding tot de concentratie ervan in het voedingswater.
-
-
Valenties van opgeloste stoffen: Opgeloste stoffen met een hogere valentie vertonen hogere afwijzingspercentages. Ca²⁺ heeft bijvoorbeeld een hoger afwijzingspercentage dan Na⁺.
-
Graad van hydratatie: Ionen met grotere gehydrateerde afmetingen bereiken hogere afwijzingspercentages. Chloride-ionen (Cl⁻) worden bijvoorbeeld effectiever afgewezen dan nitraat-ionen (NO³⁻).
-
Molecuulgewicht: Over het algemeen worden opgeloste stoffen met hogere molecuulgewichten efficiënter afgewezen dan die met lagere molecuulgewichten.
-
Polariteit van opgeloste stoffen: Niet-polaire opgeloste stoffen vertonen doorgaans lagere afwijzingspercentages. Benzeen heeft bijvoorbeeld, ondanks zijn relatief hoge molecuulgewicht, een afwijzingspercentage van slechts ongeveer 25% vanwege zijn niet-polaire structuur.
-
Toestand van opgeloste stoffen: Gasvormige opgeloste stoffen worden niet afgewezen door omgekeerde osmose membranen. Ammoniakgas (NH₃) wordt bijvoorbeeld niet afgewezen, terwijl ammoniumionen (NH₄⁺) in oplossingen met een lage pH effectief kunnen worden vastgehouden.
-
Graad van vertakking: Sterk vertakte moleculen vertonen hogere afwijzingspercentages. Isopropanol heeft bijvoorbeeld een hoger afwijzingspercentage dan n-propanol.
-
Andere factoren: Extra invloeden zijn onder meer de omstandigheden van het voedingswater (bijv. pH, ionische sterkte, hardheid) en membraaneigenschappen (bijv. oppervlakte lading gekenmerkt door zetapotentiaal, hydrofiliteit en oppervlaktemorfologie).
De afwijzingsprestaties van praktische omgekeerde osmose membranen, met name nanofiltratiemembranen, zijn afhankelijk van een combinatie van bovenstaande factoren in plaats van een enkele variabele. Voor nauwkeurigere gegevens bieden producthandleidingen en laboratoriumsimulatietests slechts voorlopige referentie-informatie. We raden gebruikers aan om pilot tests uit te voeren onder werkelijke veldomstandigheden om de prestaties te valideren.
Uw bericht moet tussen de 20-3.000 tekens bevatten!
