1. Contesto
Come tecnologia avanzata di trattamento delle acque, l'osmosi inversa è ampiamente utilizzata nella desalinizzazione dell'acqua di mare, nella produzione di depuratori d'acqua e nel trattamento dell'acqua di reintegro delle caldaie. Attualmente, la pressione di esercizio della pompa nel sistema di osmosi inversa è molto alta, solitamente sopra 1,8 MPa, e il consumo di energia è elevato. Pertanto, è di grande importanza ridurre il consumo di energia dell'osmosi inversa.
La società NEWater presenta un sistema di trattamento RO a risparmio energetico, che sfrutta le condizioni operative ad alta pressione del sistema di trattamento ad osmosi inversa per recuperare e utilizzare completamente l'energia di pressione residua dell'acqua concentrata ad osmosi inversa in condizioni di alta pressione, in modo da risparmiare energia e migliorare l'efficienza.
Oltre alla tecnologia di risparmio energetico basata sul recupero dell'energia di pressione residua dell'acqua concentrata mediante osmosi inversa, l'uso dell'energia solare per ridurre il consumo di energia presenta anche i vantaggi del risparmio energetico e della tutela ambientale e ha un'ampia prospettiva di applicazione.
Per comprendere in modo più sistematico e completo la tecnologia legata alla combinazione di energia solare e osmosi inversa, NEWater presenterà le tre applicazioni dell'energia solare in un sistema di osmosi inversa.
2. Sistema di osmosi inversa alimentato ad energia solare
2.1 Estensione tecnica
La tecnologia RO è il metodo di desalinizzazione dell'acqua di mare più comunemente utilizzato, ad eccezione del metodo di distillazione. Presenta i vantaggi di un investimento inferiore, di un funzionamento conveniente e di un breve periodo di costruzione. Tuttavia, una delle condizioni necessarie per il funzionamento di dissalazione dell'acqua di mare mediante osmosi inversa è il potere di guidare il pompa ad alta pressioneIn genere, il consumo energetico della pompa ad alta pressione rappresenta circa il 30% del costo di funzionamento del sistema, che è uno dei principali fattori che incidono sul costo della dissalazione dell'acqua di mare.
Il sistema di distillazione a membrana alimentato a energia solare viene utilizzato per la desalinizzazione dell'acqua di mare o abbinato all'osmosi inversa per migliorare il tasso di recupero dell'acqua dolce della desalinizzazione dell'acqua di mare, che consente di risparmiare energia ed è rispettoso dell'ambiente, in linea con la direzione internazionale di risparmio energetico, riduzione delle emissioni e riduzione delle emissioni di anidride carbonica. È molto adatto per isole o isole con sistemi di alimentazione insufficienti.
2.2 Principio tecnico.
L'energia solare è energia verde inesauribile. In sostanza, è la conversione dell'energia luminosa in energia elettrica. È un mezzo ad alta tecnologia per far sì che gli oggetti emettano elettroni per generare corrente sotto l'irradiazione della luce solare secondo il principio dell'effetto fotovoltaico di alcuni oggetti. Il normale sistema di raccolta del calore solare può raggiungere la temperatura richiesta per il funzionamento della distillazione a membrana.
Dopo che circa la metà delle risorse idriche sono immesse attraverso dissalazione ad osmosi inversa, il sale rimanente non arricchirà e non bloccherà il membrana ad osmosi inversaCombinata con l'energia solare per fornire energia alla pompa dell'acqua, la salamoia con un contenuto di sale doppio rispetto all'acqua di mare può essere desalinizzata.
Il principio è che al suo interno è presente una pellicola di plastica porosa. sistema di dissalazione dell'acqua di mare, che può far passare il vapore acqueo e bloccare altre sostanze allo stesso tempo. Un lato della pellicola è ricoperto da minuscole particelle di carbonio, che possono assorbire il calore della luce solare e rendere più facile l'evaporazione dell'acqua salata a contatto con essa. Dopo aver attraversato la pellicola, il vapore acqueo si condenserà in acqua dolce sull'altro lato.
Inoltre, nella pellicola è stata inserita una lente di plastica che fa sì che la luce solare venga meglio convogliata e genera più calore, migliorando così l'efficienza del sistema di 50%.
2.3 Tecnologia e apparecchiature per la distillazione a membrana ad osmosi inversa alimentata ad energia solare.
La distillazione a membrana è una nuova tecnologia di distillazione o separazione combinata con il metodo a membrana e il metodo termico. Ha le caratteristiche di elevata qualità dell'acqua, struttura compatta, design modulare, bassi requisiti di ingresso dell'acqua rispetto all'osmosi inversa, bassa temperatura di esercizio (50-80℃), può essere azionata dalla nuova energia solare ed è resistente alla corrosione e all'ossidazione di ioni cloruro, cloro libero e altre sostanze.
Sebbene l'energia elettrica convertita dall'energia solare tramite pannelli fotovoltaici possa anche azionare il sistema di osmosi inversa, il tasso di conversione fotoelettrica dei pannelli fotovoltaici è solo di 17% a 25% e il tasso di conversione fototermica dei collettori di calore può raggiungere più di 80%. Pertanto, il sistema di dissalazione dell'acqua di mare a distillazione a membrana azionato dall'energia solare ha una maggiore economia nei costi operativi e prospettive brillanti.
La distillazione a membrana multi-effetto sotto vuoto NEWater è l'unica tecnologia di distillazione a membrana al mondo a realizzare applicazioni ingegneristiche. Oltre alle applicazioni ingegneristiche nei campi dell'acido di scarto, della salamoia concentrata industriale e della concentrazione e riduzione del percolato di discarica, ha anche svolto molto lavoro di promozione e verifica nel campo della distillazione a membrana a energia solare e della desalinizzazione dell'acqua di mare.
La società NEWater ha partecipato a un progetto pilota di dissalazione dell'acqua di mare a energia solare su un'isola. Il progetto adotta l'accoppiamento di osmosi inversa e distillazione a membrana per migliorare il tasso di recupero dell'acqua dolce. Il pannello fotovoltaico fornisce energia elettrica per il sistema di accoppiamento e il collettore fornisce energia termica per la distillazione a membrana.
L'apparecchiatura di distillazione a membrana NEWater utilizza il vapore generato dal collettore solare per azionare direttamente la pompa della turbina a vapore, che fornisce il flusso di ingresso dell'acqua e la pressione del modulo di osmosi inversa.
Durante il test pilota, il funzionamento del sistema di distillazione a membrana NEWater è stabile, il flusso medio può raggiungere 4,5 L/(M2·h) e la conduttività dell'acqua prodotta è inferiore a 90 μS/cm, la Figura 5 mostra i dati di funzionamento continuo per 8 giorni. I risultati del test pilota verificano completamente la fattibilità di un sistema di distillazione a membrana multieffetto sottovuoto a energia solare NEWater per la desalinizzazione dell'acqua di mare o la desalinizzazione dell'acqua salmastra nelle isole periferiche o nelle aree insulari.
Naturalmente, il sistema di distillazione a membrana a energia solare NEWater può essere applicato anche ad altre aree adatte all'installazione di pannelli e collettori solari fotovoltaici e non si limita alla desalinizzazione dell'acqua di mare. NEWater aderisce sempre al concetto di "fare il miglior uso possibile di persone e cose", massimizza e ottimizza l'applicazione della tecnologia di distillazione a membrana e dà pieno gioco ai vantaggi della tecnologia di distillazione a membrana.
3. Applicazione di sistemi di osmosi inversa alimentati ad energia solare
3.1 Nuovo servizio di dissalazione solare portatile
Attualmente, la tecnologia di dissalazione dell'acqua di mare è sostanzialmente matura, il mercato della dissalazione dell'acqua di mare è in una fase di crescita attiva e le attrezzature e la tecnologia di dissalazione sono state vigorosamente promosse sul mercato internazionale, ma non sono state applicate su larga scala.
Allo stesso tempo, poiché la pressione di lavoro delle apparecchiature di osmosi inversa è correlata al livello di salinità, la salinità media dell'acqua di mare è 3,5%, la pressione di osmosi inversa è elevata, il tasso di recupero dell'acqua dolce è basso e la domanda di energia è relativamente elevata. Inoltre, c'è una carenza di energia nell'ambiente di lavoro marino. C'è un'urgente necessità di un dispositivo di recupero di energia per risolvere il problema del consumo energetico della desalinizzazione dell'acqua di mare su piccola scala.
Un piccolo dispositivo di desalinizzazione dell'acqua di mare è un dispositivo per il trattamento dell'acqua di mare o salmastra in acqua dolce e acqua potabile. Presenta i vantaggi di una piccola superficie, una facile preparazione e una facile ricollocazione. Il nuovo dispositivo di desalinizzazione solare portatile attualmente studiato dalla società NEWater è un dispositivo in grado di convertire l'energia luminosa in energia elettrica tramite il proprio pannello solare e di immagazzinarla nella batteria.
Il dispositivo di desalinizzazione solare progettato da NEWater adotta pannelli solari fotovoltaici pieghevoli. Il pannello fotovoltaico è dotato del sistema servo di inseguimento della massima potenza solare, che può ruotare il pannello solare fotovoltaico con l'offset del sole, in modo da essere sempre allo stato di massima potenza elettrica. Il pannello solare fotovoltaico converte l'energia solare in corrente continua e la immagazzina nella batteria per fornire energia alla pompa booster del dispositivo. La pompa booster pompa l'acqua nel dispositivo di purificazione dell'acqua e invia l'acqua pulita attraverso una serie di processi di trattamento come filtrazione e disinfezione.
Flusso di processo di NEWater unità di dissalazione portatile dell'acqua di mare:
Acqua di mare→Serbatoio d'acqua→Pompa ad energia solare→Filtro multimediale→Filtro a carbone attivo→Processore di acqua dolce→Filtro di precisione→Pompa ad alta pressione a energia solare→Osmosi inversa primaria→Serbatoio di acqua purificata→Pompa ad alta pressione a energia solare→Osmosi inversa secondaria→Dispositivo di sterilizzazione a raggi ultravioletti→Acqua pura.
Nel processo, senza la pressione dell'acqua del rubinetto, la pompa dell'acqua è azionata dall'alimentazione a batteria per aspirare l'acqua di mare nell'apparecchiatura per la filtrazione e la distillazione per rimuovere le sostanze nocive. Allo stesso tempo, può filtrare efficacemente i patogeni batterici, in modo da migliorare efficacemente la sicurezza dell'acqua potabile delle persone.
3.2 Attrezzatura per caldaia ad osmosi inversa solare
Attualmente, l'acqua della caldaia utilizzata in ospedali, scuole e luoghi di balneazione adotta fondamentalmente energia non rinnovabile come gas e carbone. L'intero processo consuma molta energia, è dannoso per l'ambiente e ha un basso grado di protezione ambientale. Allo stesso tempo, il grado di purificazione dell'acqua della caldaia tradizionale è basso e ci sono alcuni pericoli nascosti nella qualità dell'acqua. Se l'energia solare e l'osmosi inversa vengono combinate e applicate alla preparazione dell'acqua della caldaia, non solo possono risparmiare energia e promuovere la protezione ambientale, ma anche purificare l'acqua della caldaia e garantirne la qualità.
L'attrezzatura per la caldaia ad osmosi inversa solare realizzata dalla società NEWater è composta principalmente da un sistema di pretrattamento, un collettore solare, un serbatoio d'acqua con isolamento termico, una pompa dell'acqua e un'unità di osmosi inversa.
Il flusso di processo dell'attrezzatura è Acqua grezza → Riscaldamento solare a 30 ~ 40 ℃ → Pompa solare per acqua grezza → Filtro medio →Filtro a carbone attivo→Filtro di precisione→Pompa ad alta pressione azionata da energia solare→Unità di osmosi inversa→Collettore solare→Serbatoio dell'acqua isolato→Uscita dell'acqua.
3.2.1 Analisi dei benefici del risparmio energetico e della riduzione delle emissioni.
Analisi dei costi.
- a. Formula dell'energia richiesta per l'assorbimento del calore dell'acqua: q=cm(tt0), dove C – capacità termica specifica dell'acqua, il valore è 4,2×103J/kg℃. M – Massa dell'acqua, kg; T – Temperatura finale dell'acqua ℃; T0– Temperatura iniziale dell'acqua ℃. Quando la temperatura dell'acqua sale da 20℃ a 30℃, il calore da assorbire è Q1: Q1 = 4,2×103×5×103×8×(30-20)=1,68×109J.
- La specifica proposta del tubo a vuoto del collettore solare è Φ 70×2000mm, endotermico Q2: Q2= 2,31×106J.
- Numero di tubi del collettore solare richiesti n: n = Q1/ Q2= 1,68×109/2,31×106≈728.
- Secondo l'indagine di mercato, il prezzo di ogni tubo solare a vuoto è di circa 60 yuan e l'investimento iniziale dei collettori solari aumenterà di circa 60.000 yuan (inclusa la quota di installazione).
3.2.2 Analisi del risparmio energetico.
L'energia solare riscalda l'acqua che entra nella caldaia. I dati sperimentali mostrano che aumentando la temperatura dell'acqua in ingresso si ridurrà la pressione di esercizio del dispositivo a osmosi inversa (da 1,8 MPa a 1,2 MPa) in modo che il consumo di energia del dispositivo a osmosi inversa possa essere ridotto di circa 30%.
Quando il dispositivo a osmosi inversa funziona da solo, il consumo di energia all'ora è di 4kw·h. Dopo aver utilizzato il dispositivo di trattamento dell'acqua a osmosi inversa assistito dall'energia solare, il consumo di energia all'ora è di 2,8KW·h, quindi è possibile risparmiare 1,2kW·h all'ora.
Durante il tempo di funzionamento del dispositivo ad osmosi inversa assistito dall'energia solare, il dispositivo ad osmosi inversa può risparmiare energia in un anno: W1 =1,2×220×8 = 2112kw·h, circa 0,52 yuan per kilowattora, quindi la spesa elettrica può essere ridotta in un anno: N1 = 2112×0,52 = 1098,24 yuan.
I dati sopra riportati dimostrano che l'impianto di caldaia ad osmosi inversa solare realizzato da NEWater consente di risparmiare notevolmente energia e ridurre le emissioni, il che rappresenta la risposta dei tempi alla tutela dell'ambiente e soddisfa le esigenze produttive delle persone.
Se hai esigenze o problemi nel processo di desalinizzazione dell'acqua di mare, produzione di depuratori d'acqua, trattamento dell'acqua di reintegro della caldaia, ecc., contatta direttamente NEWater e i nostri ingegneri tecnici ti forniranno un potente schema di trattamento dell'acqua e supporto per le apparecchiature per il sistema di osmosi inversa applicata all'energia solare, in modo da realizzare risparmio energetico e protezione ambientale e creare acqua per la vita insieme a te!
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