Les systèmes d’osmose inverse peuvent-ils être alimentés par l’énergie solaire ?

1. Contexte

En tant que technologie avancée de traitement de l'eau, l'osmose inverse est largement utilisée dans le dessalement de l'eau de mer, la production de purificateurs d'eau et le traitement de l'eau d'appoint des chaudières. Actuellement, la pression de service de la pompe dans le système d'osmose inverse La pression est très élevée, généralement supérieure à 1,8 MPa, et la consommation d'énergie est importante. Il est donc crucial de réduire la consommation d'énergie de l'osmose inverse.

La société NEWater présente un système de traitement RO à économie d'énergie, qui utilise les conditions de fonctionnement à haute pression du système de traitement par osmose inverse pour récupérer et utiliser pleinement l'énergie de pression résiduelle de l'eau concentrée par osmose inverse dans des conditions de haute pression, afin d'économiser de l'énergie et d'améliorer l'efficacité.

Outre la technologie d'économie d'énergie de récupération de l'énergie de pression résiduelle de l'eau concentrée par osmose inverse, l'utilisation de l'énergie solaire pour réduire la consommation d'énergie présente également les avantages d'économie d'énergie et de protection de l'environnement et a une large perspective d'application.

Afin de comprendre de manière plus systématique et plus complète la technologie liée à la combinaison de l’énergie solaire et de l’osmose inverse, NEWater présentera les trois applications de l’énergie solaire dans un système d’osmose inverse.

2. Système d'osmose inverse à énergie solaire

2.1 Extension technique

La technologie d'osmose inverse (OI) est la méthode de dessalement de l'eau de mer la plus couramment utilisée, après la distillation. Elle présente les avantages d'un investissement réduit, d'une utilisation pratique et d'une construction rapide. Cependant, l'une des conditions nécessaires à son fonctionnement est la suivante : dessalement de l'eau de mer par osmose inverse est le pouvoir de conduire le pompe haute pressionEn général, la consommation d'énergie de la pompe haute pression représente environ 30% du coût de fonctionnement du système, ce qui est l'un des principaux facteurs affectant le coût du dessalement de l'eau de mer.

Le système de distillation membranaire à énergie solaire est utilisé pour le dessalement de l'eau de mer ou, associé à l'osmose inverse, pour améliorer le taux de récupération d'eau douce. Il est économe en énergie et respectueux de l'environnement, conformément aux orientations internationales en matière d'économie d'énergie, de réduction des émissions et de réduction des émissions de dioxyde de carbone. Il est particulièrement adapté aux îles ou aux îles dont les réseaux d'alimentation électrique sont insuffisants.

2.2 Principe technique.

L'énergie solaire est une énergie verte inépuisable. Elle consiste essentiellement à convertir l'énergie lumineuse en énergie électrique. C'est un moyen de haute technologie permettant à des objets d'émettre des électrons pour générer du courant sous l'effet du rayonnement solaire, selon le principe de l'effet photovoltaïque de certains objets. Un système classique de captage de chaleur solaire peut atteindre la température requise pour la distillation membranaire.

Après qu'environ la moitié des ressources en eau soient injectées par dessalement par osmose inverse, le sel restant n'enrichira pas et bloquera le membrane d'osmose inverse. Combinée à l’énergie solaire pour alimenter la pompe à eau, la saumure, dont la teneur en sel est deux fois supérieure à celle de l’eau de mer, peut être dessalée.

Le principe est qu'il y a un film plastique poreux dans son système de dessalement de l'eau de mer, qui laisse passer la vapeur d'eau tout en bloquant d'autres substances. Une face du film est recouverte de minuscules particules de carbone, capables d'absorber la chaleur du soleil et de faciliter l'évaporation de l'eau salée en contact. Après avoir traversé le film, la vapeur d'eau se condense en eau douce de l'autre côté.

De plus, la lentille en plastique est introduite dans le film, ce qui permet à la lumière du soleil de mieux se rassembler et de générer plus de chaleur, ce qui améliore l'efficacité du système par 50%.

2.3 Technologie et équipement de distillation par membrane RO à énergie solaire.

La distillation membranaire est une nouvelle technologie de distillation ou de séparation combinant la méthode membranaire et la méthode thermique. Elle se caractérise par une eau de haute qualité, une structure compacte, une conception modulaire, des besoins en eau plus faibles que l'osmose inverse, une température de fonctionnement basse (50-80 °C), une alimentation par énergie solaire et une résistance à la corrosion et à l'oxydation des ions chlorure, du chlore libre et d'autres substances.

Bien que l'énergie électrique convertie d'origine solaire par des panneaux photovoltaïques puisse également alimenter un système d'osmose inverse, le taux de conversion photoélectrique des panneaux photovoltaïques n'est que de 17% à 25%, tandis que celui des capteurs de chaleur peut dépasser 80%. Par conséquent, le système de dessalement de l'eau de mer par distillation membranaire à énergie solaire présente des coûts d'exploitation plus économiques et de belles perspectives.

La distillation membranaire multi-effets sous vide NEWater est la seule technologie de distillation membranaire au monde à offrir des applications techniques. Outre ses applications techniques dans les domaines de l'acide résiduaire, de la saumure concentrée industrielle et de la concentration et de la réduction des lixiviats de décharges, elle a également réalisé de nombreux travaux de promotion et de validation dans le domaine du dessalement de l'eau de mer par distillation membranaire solaire.

La société NEWater a participé à un projet pilote de dessalement d'eau de mer par énergie solaire sur une île. Ce projet combine osmose inverse et distillation membranaire pour améliorer le taux de récupération d'eau douce. Le panneau photovoltaïque fournit l'énergie électrique au système de couplage, tandis que le capteur fournit l'énergie thermique nécessaire à la distillation membranaire.

L'équipement de distillation à membrane NEWater utilise la vapeur générée par le capteur solaire pour entraîner directement la pompe à turbine à vapeur afin de fournir le débit d'entrée d'eau et la pression du module d'osmose inverse.

Lors de l'essai pilote, le système de distillation membranaire NEWater a fonctionné de manière stable : le flux moyen a atteint 4,5 L/(m²·h) et la conductivité de l'eau produite est inférieure à 90 μS/cm. La figure 5 présente les données de fonctionnement continu sur 8 jours. Les résultats de l'essai pilote confirment pleinement la faisabilité d'un système de distillation membranaire multi-effets sous vide à énergie solaire NEWater pour le dessalement de l'eau de mer ou de l'eau saumâtre dans les îles et les zones insulaires périphériques.

Bien entendu, le système de distillation membranaire à énergie solaire NEWater peut également être appliqué à d'autres domaines propices à l'installation de panneaux et de capteurs solaires photovoltaïques, et ne se limite pas au dessalement de l'eau de mer. NEWater adhère toujours au principe de « valoriser au mieux les ressources humaines et matérielles », optimise l'application de la technologie de distillation membranaire et exploite pleinement ses avantages.

3. Application des systèmes d'osmose inverse à énergie solaire

3.1 Nouveau service de dessalement solaire portable

À l'heure actuelle, la technologie de dessalement de l'eau de mer est fondamentalement mature, le marché du dessalement de l'eau de mer est dans une période de culture active et les équipements et technologies de dessalement ont été vigoureusement promus sur le marché international, mais ils n'ont pas été appliqués à grande échelle.

Parallèlement, la pression de service des équipements d'osmose inverse étant liée à la salinité, la salinité moyenne de l'eau de mer étant de 3,51 TP3T, la pression d'osmose inverse étant élevée, le taux de récupération d'eau douce étant faible et la demande énergétique relativement élevée. De plus, le secteur maritime souffre d'une pénurie d'énergie. Il est donc urgent de développer un dispositif de récupération d'énergie pour résoudre le problème de consommation énergétique du dessalement de l'eau de mer à petite échelle.

Un petit dessalement d'eau de mer est un appareil permettant de traiter l'eau de mer ou l'eau saumâtre pour la transformer en eau douce et en eau potable. Il présente les avantages d'un faible encombrement, d'une préparation et d'un déplacement aisés. Le nouveau dessalement solaire portable actuellement à l'étude par la société NEWater est capable de convertir l'énergie lumineuse en électricité grâce à son propre panneau solaire et de la stocker dans une batterie.

L'appareil de dessalement solaire conçu par NEWater utilise des panneaux solaires photovoltaïques pliables. Ce panneau est équipé d'un système d'asservissement de la puissance solaire maximale, qui permet de l'orienter en fonction du décalage du soleil, afin de maintenir une puissance électrique maximale en permanence. Le panneau solaire photovoltaïque convertit l'énergie solaire en courant continu et la stocke dans une batterie pour alimenter la pompe de surpression de l'appareil. Cette dernière pompe l'alimente en eau dans le purificateur d'eau et la récupère pour une série de traitements, tels que la filtration et la désinfection.

Flux de processus de NEWater unité portable de dessalement d'eau de mer:

Eau de mer→Réservoir d'eau→Pompe à eau solaire→Filtre multimédia→Filtre à charbon actif→Processeur d'eau douce→Filtre de précision→Pompe haute pression à énergie solaire→Osmose inverse primaire→Réservoir d'eau purifiée→Pompe haute pression à énergie solaire→Osmose inverse secondaire→Dispositif de stérilisation ultraviolette→Eau pure.

Au cours de ce processus, sans pression d'eau du robinet, la pompe à eau, alimentée par batterie, aspire l'eau de mer dans l'équipement pour la filtration et la distillation afin d'éliminer les substances nocives. Parallèlement, elle filtre efficacement les bactéries pathogènes, améliorant ainsi la qualité de l'eau potable.

3.2 Équipement de traitement de l'eau par osmose inverse solaire

Actuellement, l'eau de chaudière utilisée dans les hôpitaux, les écoles et les établissements de bains utilise principalement des énergies non renouvelables comme le gaz et le charbon. Ce processus est très énergivore, nocif pour l'environnement et peu respectueux de l'environnement. De plus, le degré de purification de l'eau de chaudière traditionnelle est faible et la qualité de l'eau présente des dangers cachés. L'association de l'énergie solaire et de l'osmose inverse à la préparation de l'eau de chaudière permet non seulement d'économiser de l'énergie et de contribuer à la protection de l'environnement, mais aussi de purifier l'eau de chaudière et d'en garantir la qualité.

L'équipement d'eau de chaudière à osmose inverse solaire préparé par la société NEWater est principalement composé d'un système de prétraitement, d'un capteur solaire, d'un réservoir d'eau d'isolation thermique, d'une pompe à eau et d'une unité d'osmose inverse.

Le flux de processus de l'équipement est Eau brute → Chauffage solaire à 30 ~ 40 ℃ → Pompe à eau brute solaire → Filtre moyen →Filtre à charbon actif→Filtre de précision→Pompe haute pression à énergie solaire→Unité d'osmose inverse→Capteur solaire→Réservoir d'eau isolé→Sortie d'eau.

3.2.1 Analyse des avantages de la conservation de l’énergie et de la réduction des émissions.

Analyse des coûts.

1. a. Formule énergétique requise pour l'absorption de chaleur de l'eau : q=cm(tt₀), où C – capacité thermique massique de l'eau, la valeur est de 4,2 × 103 J/kg℃. M – Masse de l'eau, kg ; T – Température finale de l'eau ℃ ; T₀– Température initiale de l'eau ℃. Lorsque la température de l'eau passe de 20 ℃ à 30 ℃, la chaleur absorbée est Q₁: Q₁ = 4,2×103×5×103×8×(30-20)=1,68×109J.
2. La spécification proposée du tube à vide du capteur solaire est Φ 70 × 2000 mm, Q endothermique₂: Q₂= 2,31×106J.
3. Le nombre de tuyaux de capteurs solaires requis n : n = Q₁/ Q₂= 1,68×109/2,31×106≈728.
4. Selon l'étude de marché, le prix de chaque tube à vide solaire est d'environ 60 yuans et l'investissement initial des capteurs solaires augmentera d'environ 60 000 yuans (frais d'installation inclus).

3.2.2 Analyse des économies d’énergie.

L'énergie solaire chauffe l'eau entrant dans la chaudière. Les données expérimentales montrent qu'une augmentation de la température de l'eau d'entrée réduit la pression de fonctionnement de l'osmoseur inverse (de 1,8 MPa à 1,2 MPa), ce qui permet de réduire la consommation électrique de l'osmoseur inverse d'environ 301 TP3T.

Lorsque l'osmoseur inverse fonctionne seul, la consommation horaire est de 4 kWh. Avec l'osmoseur solaire, la consommation horaire est de 2,8 kWh, soit une économie de 1,2 kWh.

Pendant la durée de fonctionnement du dispositif d'osmose inverse assistée par énergie solaire, le dispositif d'osmose inverse peut économiser de l'énergie en un an : W₁ =1,2×220×8 = 2112 kW·h, soit environ 0,52 yuan par kilowattheure, alors les dépenses d'électricité peuvent être réduites en un an : N₁ = 2112×0,52 = 1098,24 yuans.

Les données ci-dessus montrent que l'équipement d'eau de chaudière à osmose inverse solaire préparé par NEWater peut considérablement économiser de l'énergie et réduire les émissions, ce qui appelle à la réponse de l'époque à la protection de l'environnement et répond aux besoins de production des gens.

 

Si vous avez des besoins ou des problèmes dans le processus de dessalement de l'eau de mer, de production de purificateur d'eau, de traitement de l'eau d'appoint de chaudière, etc., contactez directement NEWater, et nos ingénieurs techniques vous fourniront un système de traitement de l'eau puissant et un support d'équipement pour le système d'osmose inverse appliqué à l'énergie solaire, afin de réaliser la conservation de l'énergie et la protection de l'environnement et de créer de l'eau pour la vie avec vous !