1. Antecedentes
Como tecnología avanzada de tratamiento de agua, la ósmosis inversa se utiliza ampliamente en la desalinización de agua de mar, la producción de purificadores de agua y el tratamiento de agua de reposición de calderas. Actualmente, la presión de funcionamiento de la bomba en el... sistema de ósmosis inversa La presión es muy alta, generalmente superior a 1,8 MPa, y el consumo de energía es elevado. Por lo tanto, es fundamental reducir el consumo de energía de la ósmosis inversa.
La empresa NEWater revela un sistema de tratamiento de ósmosis inversa que ahorra energía, que utiliza las condiciones de funcionamiento de alta presión del sistema de tratamiento de ósmosis inversa para recuperar y utilizar completamente la energía de presión residual del agua concentrada por ósmosis inversa en condiciones de alta presión, a fin de ahorrar energía y mejorar la eficiencia.
Además de la tecnología de ahorro de energía de recuperación de la energía de presión residual del agua concentrada por ósmosis inversa, el uso de energía solar para reducir el consumo de energía también tiene las ventajas del ahorro de energía y la protección del medio ambiente y tiene una amplia perspectiva de aplicación.
Para comprender de forma más sistemática y completa la tecnología relacionada con la combinación de energía solar y ósmosis inversa, NEWater presentará las tres aplicaciones de la energía solar en un sistema de ósmosis inversa.
2. Sistema de ósmosis inversa con energía solar
2.1 Extensión técnica
La tecnología de ósmosis inversa (OI) es el método de desalinización de agua de mar más utilizado, con la excepción del método de destilación. Ofrece las ventajas de una menor inversión, una operación sencilla y un corto plazo de construcción. Sin embargo, una de las condiciones necesarias para su funcionamiento... desalinización de agua de mar por ósmosis inversa es el poder de impulsar el bomba de alta presiónEn general, el consumo de energía de la bomba de alta presión representa aproximadamente 30% del costo de operación del sistema, lo que constituye uno de los principales factores que afectan el costo de la desalinización de agua de mar.
El sistema de destilación por membrana con energía solar se utiliza para la desalinización de agua de mar o, en combinación con ósmosis inversa, para mejorar la tasa de recuperación de agua dulce en la desalinización de agua de mar. Esto ahorra energía y es respetuoso con el medio ambiente, en línea con las directrices internacionales de conservación de energía y reducción de emisiones de dióxido de carbono. Es ideal para islas o islas con sistemas de suministro eléctrico insuficientes.
2.2 Principio Técnico.
La energía solar es una energía verde inagotable. En esencia, consiste en la conversión de la energía luminosa en energía eléctrica. Es un método de alta tecnología que permite que los objetos emitan electrones para generar corriente bajo la irradiación solar, según el principio del efecto fotovoltaico de algunos objetos. El sistema convencional de captación de calor solar puede alcanzar la temperatura necesaria para la destilación por membrana.
Después de que aproximadamente la mitad de los recursos hídricos se ingresan a través de desalinización por ósmosis inversa, la sal restante no enriquecerá y bloqueará el membrana de ósmosis inversaCombinada con energía solar para proporcionar energía a la bomba de agua, la salmuera con el doble de contenido de sal que el agua de mar se puede desalinizar.
El principio es que hay una película de plástico porosa en su sistema de desalinización de agua de mar, que permite el paso del vapor de agua y, al mismo tiempo, bloquea otras sustancias. Una cara de la película está recubierta de diminutas partículas de carbono, que absorben el calor de la luz solar y facilitan la evaporación del agua salada en contacto con ellas. Tras atravesar la película, el vapor de agua se condensa en agua dulce en la otra cara.
Además, se introduce la lente de plástico en la película, lo que hace que la luz solar se recoja mejor y genere más calor, lo que mejora la eficiencia del sistema mediante 50%.
2.3 Tecnología y equipos de destilación por membrana de ósmosis inversa con energía solar.
La destilación por membrana es una nueva tecnología de destilación o separación que combina el método de membrana y el método térmico. Se caracteriza por su alta calidad del agua, estructura compacta, diseño modular, menor consumo de agua que la ósmosis inversa, baja temperatura de funcionamiento (50-80 °C), capacidad de accionamiento mediante energía solar y resistencia a la corrosión y oxidación de iones de cloruro, cloro libre y otras sustancias.
Aunque la energía eléctrica convertida a partir de energía solar mediante paneles fotovoltaicos también puede impulsar el sistema de ósmosis inversa, la tasa de conversión fotoeléctrica de los paneles fotovoltaicos es de tan solo 171TP³T a 251TP³T, mientras que la tasa de conversión fototérmica de los colectores de calor puede superar los 801TP³T. Por lo tanto, el sistema de desalinización de agua de mar por destilación por membrana con energía solar ofrece un mayor ahorro de costos de operación y un futuro prometedor.
La destilación por membrana multiefecto al vacío de NEWater es la única tecnología de destilación por membrana del mundo con aplicaciones de ingeniería. Además de sus aplicaciones en los campos de la acidificación de residuos, la salmuera industrial concentrada y la concentración y reducción de lixiviados de vertederos, también ha realizado una importante labor de promoción y verificación en el campo de la desalinización de agua de mar mediante destilación por membrana con energía solar.
La empresa NEWater participó en un proyecto piloto de desalinización de agua de mar con energía solar en una isla. El proyecto utiliza la combinación de ósmosis inversa y destilación por membrana para mejorar la tasa de recuperación de agua dulce. El panel fotovoltaico proporciona energía eléctrica al sistema de combinación, y el colector proporciona energía térmica para la destilación por membrana.
El equipo de destilación por membrana NEWater utiliza el vapor generado por el colector solar para impulsar directamente la bomba de turbina de vapor para proporcionar el caudal de entrada de agua y la presión del módulo de ósmosis inversa.
Durante la prueba piloto, el sistema de destilación por membrana NEWater opera de manera estable, con un flujo promedio de 4,5 L/(M²·h) y una conductividad del agua producida inferior a 90 μS/cm. La Figura 5 muestra los datos de operación continua durante 8 días. Los resultados de la prueba piloto confirman plenamente la viabilidad de un sistema de destilación por membrana de efecto múltiple al vacío con energía solar NEWater para la desalinización de agua de mar o salobre en islas periféricas o zonas insulares.
Por supuesto, el sistema de destilación por membranas con energía solar de NEWater también se puede aplicar a otras áreas aptas para la instalación de paneles y colectores solares fotovoltaicos, y no se limita a la desalinización de agua de mar. NEWater siempre se adhiere al principio de "optimizar el uso de las personas y las cosas", maximiza y optimiza la aplicación de la tecnología de destilación por membranas y aprovecha al máximo sus ventajas.
3. Aplicación de sistemas de ósmosis inversa alimentados con energía solar
3.1 Nuevo servicio de desalinización solar portátil
En la actualidad, la tecnología de desalinización de agua de mar ha alcanzado una madurez básica, el mercado de desalinización de agua de mar se encuentra en un período de cultivo activo y los equipos y la tecnología de desalinización se han promovido vigorosamente en el mercado internacional, pero no se han aplicado a gran escala.
Al mismo tiempo, debido a que la presión de trabajo de los equipos de ósmosis inversa está relacionada con el nivel de salinidad, la salinidad promedio del agua de mar es de 3,51 TP³T, la presión de ósmosis inversa es alta, la tasa de recuperación de agua dulce es baja y la demanda energética es relativamente alta. Además, existe escasez de energía en el entorno marino. Existe una necesidad urgente de un dispositivo de recuperación de energía para resolver el problema del consumo energético en la desalinización de agua de mar a pequeña escala.
Un pequeño dispositivo de desalinización de agua de mar permite transformar agua de mar o salobre en agua dulce y potable. Ofrece las ventajas de ocupar poco espacio, ser fácil de preparar y reubicar. El nuevo dispositivo portátil de desalinización solar, actualmente en estudio por la empresa NEWater, convierte la energía lumínica en energía eléctrica mediante su propio panel solar y la almacena en una batería.
El dispositivo de desalinización solar diseñado por NEWater utiliza paneles solares fotovoltaicos plegables. El panel fotovoltaico está equipado con un servosistema de seguimiento de máxima potencia solar, que gira el panel en la dirección del sol para mantener la máxima potencia eléctrica en todo momento. El panel solar fotovoltaico convierte la energía solar en corriente continua y la almacena en la batería para alimentar la bomba de refuerzo del dispositivo. Esta bomba bombea el agua al dispositivo de purificación y la expulsa mediante procesos de tratamiento como filtración y desinfección.
Flujo de proceso de NEWater unidad portátil de desalinización de agua de mar:
Agua de mar→Tanque de agua→Bomba de agua solar→Filtro multimedia→Filtro de carbón activado→Procesador de agua blanda→Filtro de precisión→Bomba de alta presión accionada por energía solar→Ósmosis inversa primaria→Tanque de agua purificada→Bomba de alta presión accionada por energía solar→Ósmosis inversa secundaria→Dispositivo de esterilización ultravioleta→Agua pura.
Durante el proceso, sin presión de agua corriente, la bomba de agua funciona con la batería para succionar agua de mar hacia el equipo para su filtración y destilación, eliminando así sustancias nocivas. Al mismo tiempo, filtra eficazmente los patógenos bacterianos, mejorando así la seguridad del agua potable.
3.2 Equipo de agua para calderas de ósmosis inversa solar
Actualmente, el agua de caldera utilizada en hospitales, escuelas y balnearios utiliza principalmente energías no renovables como el gas y el carbón. Todo este proceso consume mucha energía, es perjudicial para el medio ambiente y presenta un bajo nivel de protección ambiental. Además, el grado de purificación del agua de caldera tradicional es bajo y conlleva ciertos riesgos ocultos para la calidad del agua. Si se combinan la energía solar y la ósmosis inversa para la preparación del agua de caldera, no solo se puede ahorrar energía y promover la protección del medio ambiente, sino también purificar el agua de caldera y garantizar su calidad.
El equipo de caldera de agua por ósmosis inversa solar preparado por la empresa NEWater se compone principalmente de un sistema de pretratamiento, un colector solar, un tanque de agua con aislamiento térmico, una bomba de agua y una unidad de ósmosis inversa.
El flujo del proceso del equipo es Agua cruda → Calentamiento solar a 30 ~ 40 ℃ → Bomba solar de agua cruda → Filtro medio →Filtro de carbón activado→Filtro de precisión→Bomba de alta presión accionada por energía solar→Unidad de ósmosis inversa→Colector solar→Tanque de agua aislado→Salida de agua.
3.2.1 Análisis de beneficios de la conservación de energía y la reducción de emisiones.
Análisis de costos.
- a. Fórmula energética necesaria para la absorción de calor del agua: q=cm(tt0), donde C es el calor específico del agua, cuyo valor es 4,2 × 10³ J/kg℃. M es la masa del agua (kg); T es la temperatura final del agua (℃); T0Temperatura inicial del agua ℃. Cuando la temperatura del agua sube de 20 ℃ a 30 ℃, el calor a absorber es Q1:Q1 = 4,2×103×5×103×8×(30-20)=1,68×109J.
- La especificación propuesta del tubo de vacío del colector solar es Φ 70×2000 mm, Q endotérmico2:Q2= 2,31×106J.
- El número de tubos colectores solares necesarios n: n = Q1/ Q2= 1,68×109/2,31×106≈728.
- Según un estudio de mercado, el precio de cada tubo de vacío solar es de unos 60 yuanes y la inversión inicial de los colectores solares aumentará en unos 60.000 yuanes (incluida la tarifa de instalación).
3.2.2 Análisis de ahorro de energía.
La energía solar calienta el agua que entra en la caldera. Los datos experimentales muestran que aumentar la temperatura del agua de entrada reduce la presión de funcionamiento del dispositivo de ósmosis inversa (de 1,8 MPa a 1,2 MPa), lo que permite reducir el consumo de energía en aproximadamente 301 TP³T.
Cuando el dispositivo de ósmosis inversa funciona solo, el consumo de energía por hora es de 4 kWh. Con el dispositivo de tratamiento de agua por ósmosis inversa con asistencia solar, el consumo de energía por hora es de 2,8 kWh, lo que permite un ahorro de 1,2 kWh por hora.
Durante el tiempo de funcionamiento del dispositivo de ósmosis inversa asistido por energía solar, el dispositivo de ósmosis inversa puede ahorrar energía en un año: W1 =1,2×220×8 = 2112kW·h, aproximadamente 0,52 yuanes por kilovatio-hora, entonces el gasto de electricidad se puede reducir en un año: N1 = 2112×0,52 = 1098,24 yuanes.
Los datos anteriores muestran que los equipos de caldera de agua con ósmosis inversa solar preparados por NEWater pueden ahorrar en gran medida energía y reducir las emisiones, lo que exige la respuesta de los tiempos a la protección del medio ambiente y satisface las necesidades de producción de las personas.
Si tiene alguna necesidad o problema en el proceso de desalinización de agua de mar, producción de purificadores de agua, tratamiento de agua de reposición de calderas, etc., comuníquese directamente con NEWater y nuestros ingenieros técnicos le brindarán un esquema de tratamiento de agua poderoso uno a uno y soporte de equipos para el sistema de ósmosis inversa aplicado con energía solar, a fin de lograr la conservación de energía y la protección del medio ambiente y crear agua para la vida con usted.
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