Поиск по сайту
Авторизация
Логин:
Пароль:
Забыли свой пароль?

Краткий обзор процесса и применения обратного осмоса

Обратный осмос (RO) представляет собой технологическую технологию на основе мембран для очистки воды путем отделения растворенных твердых веществ от потока сырья, что приводит к потоку пермеата и отбраковке для широкого спектра применений как в быту, так и в промышленности. Из обзора литературы видно, что технология RO используется для удаления растворенных твердых веществ, цвета, органических загрязнителей и нитрата из исходного потока. Следовательно, технология RO используется для обработки воды и опасных отходов, процессов разделения в пищевой, пищевой и бумажной промышленности, а также для восстановления органических и неорганических материалов из химических процессов в качестве альтернативного метода. Настоящий документ предусматривает общее видение технологии RO как альтернативного метода обработки сточных вод в различных промышленных приложениях. В настоящем кратком обзоре показана применимость системы RO для обработки сточных вод из индустрии напитков, отработанной промывки, обработки грунтовых вод, извлечения фенольных соединений и рекультивации обработки обратного осмоса сточных вод и морской воды (SWRO), указывающих эффективность и применимость технологии RO.

Вступление

Обратный осмос (RO) представляет собой процесс, который использует полупроницаемые спирально-навитые мембраны для отделения и удаления из воды растворенных твердых веществ, органических, пирогенов, субмикронного коллоидного вещества, цвета, нитрата и бактерий. Подаваемая вода подается под давлением через полупроницаемую мембрану, где вода пропитывает мельчайшие поры мембраны и поставляется в виде очищенной воды, называемой пермеатной водой. Примеси в воде концентрируются в отбракованном потоке и промываются в слив, называются отброшенной водой. Эти мембраны являются полупроницаемыми и отбрасывают соли, одновременно пропуская молекулы воды. Материалы, используемые для мембран RO, изготовлены из ацетата целлюлозы, полиамидов и других полимеров. Мембрана состоит из половолоконного, спирально-раневого, используемого для лечения; зависят от состава питательной воды и рабочих параметров установки. Обратный осмос (RO) - это технологическая технология на основе мембран, используемая для опреснения. Мембранное опреснение морской воды и повторное использование сточных вод широко рассматриваются в качестве перспективных решений по увеличению водоснабжения и уменьшению дефицита воды (S. Lee et al., 2010). Наиболее распространенными мембранными процессами являются обратный осмос (RO) и электродиализ (ED), используемый для опреснения солоноватой воды, но только RO конкурирует с процессами дистилляции при опреснении морской воды (Kalogirou, 2005).

1.1 Объем обратного осмоса

Этот процесс также применяется для очистки городских сточных вод. Поскольку обычные методы муниципальной обработки не удаляют растворенные твердые вещества, но процесс RO используется для удаления растворенных твердых веществ. RO все чаще используется в качестве метода разделения в химической и экологической технике для удаления органических веществ и органических загрязнителей, присутствующих в сточных водах. Из обзора литературы видно, что процессы обратного осмоса (РО) широко используются для разделения и концентрации (восстановления) растворенных веществ во многих областях.

Использование RO при обработке различных стоков химического вещества (Bodalo-Santoyo et al., 2004; BodaloSantoyo et al., 2003), нефтехимической, электрохимической, пищевой, бумажной и кожевенной промышленности, а также в обработке городских сточных вод были зарегистрированы в литературе и изучены многими исследователями (Schutte et al., 2003). Удаление органических загрязнителей методами RO впервые было продемонстрировано Chian et al. (1975). Наличие отдельных загрязнителей может вызвать проблемы, поэтому удаление отдельных загрязняющих веществ с помощью RO изучено очень немногими исследователями (Murthy et al., 1999; Moresi et al., 2002; Arsuaga et al., 2006). Murthy и Choudhari (2008) изучили статью "Лечение отгонной промывки ликеро-водочным раствором, где мембраны UF и RO, используемые для очистки сточных вод, удаляют цвет и загрязняющие вещества". Ряд исследований (Kimura et al., 2003; Bellona et al., 2004; Xu et al., 2005) сообщалось о применении RO для удаления органических веществ, таких как эндокринные разрушающие химические вещества, пластические добавки, пестициды, фармацевтически активные соединения (PhaC), бензол и толуол. Ацетат целлюлозы и полиамидная мембрана имеют хорошее отверждение солей для неорганических солей, таких как NaCl, Na2SO4. Однако для органических веществ отклонение, как сообщается, является более низким и широко варьируется в диапазоне 0,3-0,96 (Pozderivic et al., 2006; Senthilmurugan and Gupta, (2006). Процесс RO удаляет пропорционально, если TDS находится на допустимом уровне и содержание фторида является высоким, тогда можно использовать специальный фильтр из квасцово-полимерной смолы, работающий под действием силы тяжести (Krishnan S. et al., 2005).

1.2 Варианты лечения обратного осмоса

В Индии ликеро-водочный завод использует различные формы первичной, вторичной и третичной обработки сточных вод. Используемые процессы единиц - это скрининг и выравнивание, за которыми следует биометанизация. Наиболее распространенными вариантами удаления сточных вод (Ramana et al., 2002) являются фертиобразование и биокомпостирование с помощью прессования сахарным тростником. В случае ликероводочного завода на основе зерен обработка проводится путем разделения, сжигания и биомеханизации DWGS. Технологические потоки, которые могут быть переработаны, - это тонкий шлак и технологический конденсат. Поток, образующийся после удаления твердых веществ. Тонкий отстойник содержит высокие TDS, высокую температуру и содержит углеводы, органические кислоты, мертвые дрожжевые клетки и т.д., Которые могут влиять на процесс ферментации. Технологический конденсат из испарителя имеет высокую температуру, низкий уровень pH, органические кислоты и т.д. Это можно обработать системой RO и использовать в процессе или для использования в коммунальных службах.

1.3 Обратный процесс осмоса. Описание

Процесс RO прост в дизайне, состоящем из потока подачи, пермеата и отбраковки. Для питательной воды необходимо обеспечить предварительную обработку, чтобы удалить неорганические твердые вещества и взвешенное твердое вещество и с помощью насоса высокого давления, подаваемого через полупроницаемую мембрану. В зависимости от пермеата, где он используется, необходимо назначить последующее лечение. Принципиальная схема процесса RO показана на рисунке 1.

Краткий обзор процесса и применения обратного осмоса
Рисунок 1. Схематическая схема процесса RO

1.4 Обратный осмос. Реквизиты

Установка обессоливания RO по существу состоит из четырех основных систем: (a) системы предварительной обработки, (b) насосов высокого давления, (c) мембранных систем и (d) последующей обработки. Предусмотрена система предварительной обработки для удаления всех взвешенных твердых частиц, чтобы на мембранах не возникало осаждение соли или рост микроорганизмов. Предварительная обработка может включать в себя традиционные методы, такие как химический корм с последующей коагуляцией/флокуляцией/осаждением, фильтрацией песка или мембранными процессами, т.е. микрофильтрацией (МФ) и ультрафильтрацией (UF). Насосы высокого давления обеспечивают давление, необходимое для пропускания воды через мембрану и отклонения соли. Давление колеблется от 17 до 27 бар для солоноватой воды и от 52 до 69 бар для морской воды. Мембранные системы состоят из сосуда высокого давления и полупроницаемой мембраны внутри, что позволяет пропускать через нее питательную воду. RO мембраны для опреснения обычно бывают двух типов: спиральная и полые волокна. В зависимости от качества воды пермеата и использования пермеата; пост-лечение может состоять в корректировке рН и дезинфекции (Djebedjian et al, 2006).

1.5 Мембранные характеристики

Мембрана должна быть недорогой, иметь более длительный и стабильный срок службы. Мембрану следует легко изготовить с хорошим отслаиванием соли, то есть слегка проницаемым для соли. Они должны иметь высокий поток воды, который очень проницаем для воды и менее подвержен загрязнению. Они должны допускать поток больших количеств воды через мембрану относительно объема, который они занимают. Мембрана должна быть химически, физически и термически устойчивой в соленой воде. Они должны быть достаточно прочными, чтобы выдерживать высокие давления и качество подаваемой воды.

1.6 Преимущества процесса RO

Ниже приведены преимущества процесса RO, которые делают его привлекательным для разбавленных водных сточных вод, включают:

(1) системы RO просты в проектировании и эксплуатации, имеют низкие требования к обслуживанию и носят модульный характер, что упрощает расширение систем;

(2) Как неорганические, так и органические загрязнители могут быть удалены одновременно с помощью мембранных процессов RO;

(3) системы RO позволяют извлекать / рециркулировать потоки отходов, не влияя на извлеченный материал;

(4) системы RO требуют меньше энергии по сравнению с другими технологиями; а также

(5) Процессы RO могут значительно уменьшить объем потоков отходов, с тем чтобы их можно было обрабатывать более эффективно и экономично с помощью других процессов, таких как сжигание (Cartwright, 1985; Sinisgalli and McNutt, 1986; Cartwright, 1990; McCray et al., 1990; Cartwright, 1991; Williams et al. ., 1992).

(6) Установка RO обычно эксплуатируется при температуре окружающей среды, что снижает проблемы образования накипи и коррозии из-за использования антираспадных и биодисперсных материалов, что снижает затраты на техническое обслуживание.

(7) Модульная структура процесса RO повышает гибкость в строительстве опреснительных установок в широком диапазоне мощностей.

(8) Удельная потребность в энергии значительно ниже 39,4 кВт ч/м3 продукта.

(9) Процесс электрически управляется, поэтому он легко адаптируется к питанию солнечными батареями.

Кроме того, системы RO могут заменяться или использоваться в сочетании с другими процессами обработки, такими как окисление, адсорбция, десорбция или биологическая обработка (как и многие другие) для получения высококачественной воды для продуктов, которую можно повторно использовать или выгружать.

2.1 Применение обратного осмоса

Эта технология имеет преимущество мембранного процесса, в котором концентрация и разделение достигаются без изменения состояния и без использования химических веществ или тепловой энергии, что делает процесс энергоэффективным и идеально подходит для приложений восстановления. В библиографическом обзоре показана применимость системы RO для обработки сточных вод из индустрии напитков, отработанной промывки, обработки грунтовых вод, извлечения фенольных соединений и рекультивации обработки обратного осмоса сточных вод и морской воды, что указывает на эффективность и применимость технологии RO.

2.2. Перегоняемая промывка

Проводимая промывка в ликероводочной промышленности кислотная, имеющая pH 3,94-4.30, темно-коричневая жидкость с высоким БПК 45000-1000000 мг/л. и ХПК 90000 - 210000 мг/л. и испускает неприятный запах, но не содержит токсичных веществ, когда выгрузка в потоках воды дает немедленное обесцвечивание и истощение растворенного кислорода, серьезную угрозу водной флоре и фауне (Mane et al., 2006). Для обработки сточных вод ликероводочного завода применялись мембранные процессы разделения, такие как ультрафильтрация (UF), нанофильтрация (NF), обратный осмос (RO) и мембранный биореактор (MBR) (Nataraj et al., 2006; Couallier et al., 2006; Zhang et al., Murthy And Chaudhari, 2006). Murthy и Choudhari (2008) изучили статью «Лечение отгонной промывки ликеро-водочным раствором, где мембраны UF и RO на опытной установке используют тонкопленочную композитную мембрану для очистки сточных вод для удаления цвета и загрязнений. Полученный результат указывает на пригодность RO для сокращения потребления пресной воды за счет рециркуляции воды, что минимизирует затраты на удаление отходов и снижение регулирующего давления. Пилотная установка дает удаление полностью растворенных твердых веществ (TDS), химического спроса на кислород (ХПК), биохимического спроса на кислород (БПК), сульфата и калия с эффективностью отбраковки 97,9%, 96,8%, 97,9%, 99,7% и 94,65% соответственно. Вышеуказанные результаты были получены для потока подачи 15 л./мин. и давления подачи 20 атм. Они обнаружили, что TDS в пропитанной воде составляет менее 1000 ppm и COD 500 ppm, т.е. в пределах, установленных в соответствии с руководящими принципами Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) и Центрального комитета по контролю загрязнения (CPCB) Индии.

2.3 Обработка грунтовых вод

Belkacem et al. (2006), изучил обработку грунтовых вод, в которой использовался двухступенчатый модуль RO в индустрии напитков. Результаты физико-химического анализа показали, что сырая вода, взятая из подземных вод, содержала значительные количества растворенных веществ и взвешенных твердых веществ (TDS в диапазоне от 757 мг/л. до 964 мг/л.). Состав питательной воды показывает, что сырая вода была богата сульфатом, хлоридом и кальцием и сильно вымывается. Качество воды, полученное в результате предварительной обработки, демонстрирует, что мутность претерпела самые сильные сокращения на 87%, т.е. уменьшилась с 1,3 НТУ до 0,167 НТУ. Скорость отбраковки варьировала от 97% до 98% и оставалась стабильной во время операции РО, что означало, что качество пермеата было постоянным с общей проводимостью, уменьшилось с 1070 мкс/см до 33 мкс/см при более крупном отбраковывании ионов 95%. Эффективность удаления бактерий микроорганизмов снижалась от 90 UFC/100 мл. до 50 UFC/100 мл., что представляет собой полное устранение 44%. Однако отказ от нитрата был самым низким, т.е. около 88,18%. Следовательно, полученные результаты показали применимость RO для обработки грунтовых вод.

2.4. Восстановление фенольных соединений

Kurihara et al. (1981) использует композитную мембрану Toray PEC-1000 (полифуран) и обнаружил несколько органических отторжек с 97% для ацетона и 99% для фенола. Koyama et al. (1982) и Koyama et al. (1984) сообщают результаты разделения для нескольких полярных органических растворов (спиртов, фенолов, карбоновых кислот, аминов и кетонов) и различных фенольных производных для составной мембраны. Они обнаружили, что основными факторами, влияющими на отторжение, являются молекулярная масса, молекулярное разветвление, полярность и степень диссоциации для ионизируемых соединений.

Bhattacharyya et al. (1987) и Bhattacharyya and Madadi (1988) исследовали характеристики отторжения и флюса мембран FT30 для разделения различных загрязняющих веществ (ПАУ, хлорофенолы, нитрофенолы) и обнаруженные мембранные отторжения были более чем (> 98%) для органических веществ в ионизованных условиях. Они также обнаружили существенное снижение потока воды даже для разбавленных (<50 мг/л.) растворов неионизированных органических веществ и в некоторых случаях наблюдали значительную органическую адсорбцию на мембране. Pusch et al. (1989) сообщают результаты разделения для нескольких различных мембран (четырех композитных и двух асимметричных) для различных одно- и многокомпонентных органических растворов, включая многие органические загрязнители. Отклонения варьировались от 25% до > 99% в зависимости от растворенного вещества, но, как правило, отбраковка композитных мембран была выше.

Srinivasan et al. (2010), были проведены эксперименты по извлечению фенольных соединений в лабораторном масштабе на основе спирального полиамида и его модуля. В их исследовании использовалась полиамидная мембрана Perma-TFC в конфигурации спиральной намотки (поставляемая Permionics, Вадодара, Индия). Было обнаружено, что значение отклонения возрастает с увеличением приложенного давления. Максимальное количество отбраковки составляет около 90% для фенола.

2.5 Рекультивация сточных вод

Сточные воды содержат органические загрязнители, включая фармацевтические соединения, патогены, дезинфекционные побочные продукты и пестициды. Они менее подвержены влиянию биологической деградации бактериями в процессе активного ила. Из-за их водорастворимости они растворяются в воде и не удаляются в осадке, что создаст проблему для безопасности рекуперированной воды. Таким образом, использование процесса RO для разделения является ключевым шагом в безопасном извлечении воды из источника сточных вод. Недавнее использование RO в мелиорации сточных вод осуществляется в установке GWR в Orange County для косвенного использования в питьевой воде. Он используется для производства 280 000 м3/сут очищенных сточных вод, которые используются для увеличения подземных вод в регионе, который снабжает местные муниципалитеты питьевой водой. (Franks 2004). РО играет неотъемлемую роль в усовершенствованном процессе обработки, используемом на этом заводе. На этом растении мембраны с низким давлением, высоким уровнем отбраковки ESPA2 используются для получения проницаемости RO с менее чем 50 мг/л. TDS, что сделает воду с регенерированной водой безопасным для потенциального повторного использования в питьевой воде.

2.6 Морской реверс

В блоке SWRO (Sea water Reverse osmosis), условиях эксплуатации и производительности блока HFF SWRO, который получил продукт NF в качестве корма. Узел SWRO состоит из двух узлов судна, которые соединены последовательно. В течение испытательного периода рабочее давление поддерживалось на уровне 60 кг/см2, а температура колебалась от 23 до 34oC. Средний уровень проницаемости для первого и второго судов составил около 30 и 21 процента соответственно, а общее восстановление интегрированной системы SWRO составляло около 45%. Химический анализ показал, что большинство ионов твердости и других растворенных солей концентрировали в рассоле рассола. Исследование показало, что увеличение верхней температуры рассола от 1000 до 130oC приводит к увеличению производства воды на 48%. (Хамед, 2005).

3.0 Заключение

Подача Вода, содержащая взвешенные частицы, органическое вещество, а также неорганическая соль может осаждаться на мембране, а загрязнение происходит или повреждает мембрану из-за приложенного давления и размера частиц. Поэтому приоритет для их удаления путем предварительной обработки будет определять эффективность RO. Следовательно, характеристики мембраны RO можно проверить, чтобы избежать необратимых повреждений мембраны RO. Фактически успех системы RO зависит от эффективности предварительной обработки. Последующая обработка рассольных потоков представляет собой серьезную проблему с растущей опреснительной способностью для минимизации ущерба окружающей среде, который зависит от местоположения растения.

4.0 Сфера будущего

Использование предварительно нагретой питательной воды, работа при низком давлении, предварительная предварительная обработка исходной воды, усовершенствованные системы рекуперации энергии, оптимизация сайта и автоматические системы управления заводом в реальном времени - это возможная область, где необходимы исследования и разработки с разработкой мембранного материала для поддержания максимальная температура, которая повысит производительность растения, тем самым снижая стоимость лечения.

Использованные источники

1)  Arsuaga, J.M., M.J. Lopez Munoz, A. Sotto and G. del Rosario, (2006),” Retention of phenols and carboxylic acids by nanofiltration/reverse osmosis membranes: Sieving and membrane solute interaction effects“, Desalination, 731- 733.

2)  Bellona, C., J.E. Drewes, P. Xua and G. Amy,(2004):,”Factors affecting the rejection of organic solutes during NF/RO treatment-a literature review“, Water Res., 38: 2795-2809.

3)  Bhattacharyya, D., and Madadi, M.R., (1988): "Separation of Phenolic Compounds by Low Pressure Composite Membranes: Mathematical Model and Experimental Results", AIChE Symposium Series, 84, No. 261, 139.

4)  Bhattacharyya, D., Barranger, T., Jevtitch, M., and Greenleaf, S., (1987): "Separation of Dilute Hazardous Organics by Low Pressure Composite Membranes", EPA Report, EPA/600/87/053.

5)  Bodalo-Santoyo, A., J.L. Gomez-Carrasco, E. Gomez-Gomez, F.Maximo-Martin and A.M. Hidalgo-Montesinos,(2003):,”Application of reverse osmosis membrane to reduce pollutants present in industrial waste water , “Desalination, 155: 101-108.

6)  Bodalo-Santoyo, A., J.L. Gomez-Carrasco, E. Gomez-Gomez, M.F. Maximo-Martin and A.M. Hidalgo-Montesinos,(2004):”Spiral wound membrane reverse  osmosis and the  treatment of industrial effluents”, Desalination, 160: 151- 158.

7)  Chian, E., Bruce, W., and Fang, H., (1975): "Removal of Pesticides by Reverse Osmosis", Environmental Science and Technology, 9, 364.

8)  Couallier   E.M., Ruiz B.S., Lameloise M.L. and Decloux M., (2006):,”Usefulness of reverse osmosis in the treatment of condensates arising from the concentration of distillery vinasses”,Desalination, 196, 306-317.

9)  G. Srinivasan,,S. Sundaramoorthy and D.V.R. Murthy (2010):,”Spiral Wound Reverse Osmosis Membranes for the Recovery of Phenol Compounds-Experimental and Parameter Estimation Studies”, American J. of Engineering and Applied Sciences 3 (1): 31-36

10)   Koyama, K., Nishi, T., Hashida, I., and Nishimura, M.,(1982):, "The Rejection of Polar Organic Solutes in Aqueous Solution by an Interpolymer Anionic Composite Reverse Osmosis Membrane", Journal of Applied Polymer Science, 27, 28-45.

11)   Krishnan S., Kampman, D., Kumar S. and S. Nagar, Groundwater and well water quality in alluvial aquifer of central Gujarat, in Proceedings of IWMI-Tata Water Policy Programme Annual Partner’s Meet, Anand, Gujarat,2005

12)   Kurihara,  M.,  Harumiya,  N.,  Kanamaru,  N., Tonomura, T., and Nakasatomi, M.(1981):”,Development    of    the    PEC-1000 Composite Membrane for Single-Stage Seawater Desalination and the Concentration of Dilute Aqueous Solutions Containing Valuable Materials, “Desalination, 38: 449.

13)   Mane J.D., Modi S., Nagawade S., Phadnis S.P. and Bhandari V.M., (2006): ”,Treatment of spentwash using modified bagasse and colour removal studies,” Bioresource Technology, 97, 1752-1755.

14)   Mohamed, B., Saida ,B. and Kensa Bensadok (2006): Groundwater treatment by  reverse osmosis,  Desalination, 206: 100–106.

15)   Moresi, M., B. Ceccantoni and S. Lo Presti, (2002):,”Modeling of ammonium fumarate recovery from model solutions by nanofiltration and reverse osmosis“, J. Membr. Sci., 209: 405- 420.

16)   Murthy,G.V.P,   and   Choudhari,L.B, (2009):, ”Treatment Of Distillery  Spent Wash By Combined Uf And Ro Processes“,Global NEST Journal, Vol 11, 2:235-240.

17)   Nataraj S.K., Hosamani K.M. and Aminabhavi T.M., (2006): Distillery wastewater treatment by the membrane-based nanofiltration and reverse osmosis processes, Water Research, 40:2349- 2356.

18)   Osman A.Hamed, Ata M.Hassan, Khalid Al-Shail and Mohammed A.Farooque (2005):, “Performance Analysis Of A Trihybrid Nf/Ro/MsfDesalination Plant“,International Desalination Association (IDA) World Congress Conference held at Singapore in 2005. Osmosis , Separation Science and Technology, 22: 745.

19)   Pozderivic, A., T. Moslavac and A. Pichler,(2006):,”Concentration of aqueous solutions of organic components by reverse osmosis II. Influence of transmembrane pressure and membrane type on concentration of different alcohol solutions by reverse osmosis“, J. Food Eng., 77: 810-817.

20)   Pusch, W., Yu, Y., and Zheng, L., (1989): "Solute- Solute and Solute-Membrane Interactions in Hyperfiltration of Binary and Ternary Aqueous Organic Feed Solutions", Desalination, 75, 3.

21)   Ramana S., Biswas A.K. and Singh A.B., (2002):,”Effect of distillery effluents on some physiological aspects in maize“, Bioresource Technology, 84, 295-297.

22)   S.  Lee,  M.  Elimelech,  C.Booa,  S.  Honga, (2010):,” Comparison of fouling behavior in forward osmosis  (FO)  and  reverse  osmosis (RO)”, Journal of Membrane Science,365, 34–39

23)  Schutte, F.C.,(2003):,”The rejection of specific organic compounds by reverse osmosis membranes“, Desalination, 158: 285-294.

24)   Senthilmurugan, S. and S.K. Gupta,(2006):,”Separation of inorganic and organic compounds by using a radial flow hollow fiber reverse module”, Desalination, 196: 221-236.

25)   Xu, P., J.E. Drewes, C. Bellona, G. Amy and T.U. Kim et al.,(2005):, ”Rejection  of  Emerging Organic micro pollutants in nanofiltration- reverse osmosis membrane applications”, Water Environ. Res., 77: 40-48.

26)   Zhang S., Yang F., Liu Y., Zhang X., Yamada Y. and Furukawa K., (2006):. Performance of a metallic membrane bioreactor treating simulated distillery wastewater at temperatures of 30 to 45 ºC, Desalination, 194, 146-155.


A Short Review on Process and Applications of Reverse Osmosis

Garud R. M., Kore S. V., Kore V. S., Kulkarni G. S.