ระบบออสโมซิสย้อนกลับสามารถใช้พลังงานแสงอาทิตย์ได้หรือไม่?

1. พื้นหลัง

เนื่องจากเป็นเทคโนโลยีการบำบัดน้ำขั้นสูง การออสโมซิสย้อนกลับจึงใช้กันอย่างแพร่หลายในการกำจัดเกลือออกจากน้ำทะเล การผลิตเครื่องกรองน้ำ และการบำบัดน้ำเติมหม้อไอน้ำ ในปัจจุบัน แรงดันใช้งานของปั๊มใน ระบบออสโมซิสย้อนกลับ มีค่าสูงมาก โดยปกติจะสูงกว่า 1.8 MPa และใช้พลังงานมาก ดังนั้นการลดการใช้พลังงานของระบบออสโมซิสย้อนกลับจึงมีความสำคัญอย่างยิ่ง

บริษัท NEWater เปิดเผยระบบบำบัด RO ประหยัดพลังงาน ซึ่งใช้เงื่อนไขการทำงานที่มีแรงดันสูงของระบบบำบัดแบบออสโมซิสย้อนกลับ เพื่อกู้คืนและใช้ประโยชน์จากพลังงานแรงดันตกค้างของน้ำที่เข้มข้นจากการออสโมซิสย้อนกลับภายใต้เงื่อนไขแรงดันสูงอย่างเต็มที่ เพื่อประหยัดพลังงานและเพิ่มประสิทธิภาพ

นอกเหนือจากเทคโนโลยีประหยัดพลังงานในการกู้คืนพลังงานความดันตกค้างของน้ำเข้มข้นที่ผ่านการกรองแบบออสโมซิสย้อนกลับแล้ว การใช้พลังงานแสงอาทิตย์เพื่อลดการใช้พลังงานยังมีข้อดีในการประหยัดพลังงานและปกป้องสิ่งแวดล้อม อีกทั้งยังมีแนวโน้มการใช้งานที่กว้างขวางอีกด้วย

เพื่อให้เข้าใจเทคโนโลยีที่เกี่ยวข้องกับการผสมผสานพลังงานแสงอาทิตย์และการออสโมซิสย้อนกลับได้อย่างเป็นระบบและครอบคลุมยิ่งขึ้น NEWater จะแนะนำการใช้งานพลังงานแสงอาทิตย์ทั้งสามแบบในระบบออสโมซิสย้อนกลับ

2. ระบบ Reverse Osmosis ที่ใช้พลังงานแสงอาทิตย์

2.1 การขยายขอบเขตทางเทคนิค

เทคโนโลยี RO เป็นวิธีการแยกเกลือออกจากน้ำทะเลที่ใช้กันทั่วไปที่สุด ยกเว้นวิธีการกลั่น เทคโนโลยีนี้มีข้อดีคือลงทุนน้อย ดำเนินการสะดวก และระยะเวลาก่อสร้างสั้น อย่างไรก็ตาม เงื่อนไขที่จำเป็นอย่างหนึ่งในการดำเนินการ การแยกเกลือออกจากน้ำทะเลด้วยระบบออสโมซิสย้อนกลับ คือพลังในการขับเคลื่อน ปั๊มแรงดันสูงโดยทั่วไปการใช้พลังงานของปั๊มแรงดันสูงคิดเป็นประมาณ 30% ของต้นทุนการดำเนินการระบบ ซึ่งเป็นหนึ่งในปัจจัยหลักที่มีผลต่อต้นทุนการแยกเกลือออกจากน้ำทะเล

ระบบกลั่นเมมเบรนพลังงานแสงอาทิตย์ใช้สำหรับการแยกเกลือออกจากน้ำทะเลหรือใช้ร่วมกับระบบออสโมซิสย้อนกลับเพื่อปรับปรุงอัตราการแยกเกลือออกจากน้ำทะเล ซึ่งประหยัดพลังงานและเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม สอดคล้องกับแนวทางการอนุรักษ์พลังงาน การลดการปล่อยก๊าซ และการลดการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ในระดับสากล เหมาะมากสำหรับเกาะหรือเกาะที่มีระบบจ่ายไฟไม่เพียงพอ

2.2 หลักการทางเทคนิค

พลังงานแสงอาทิตย์เป็นพลังงานสีเขียวที่ไม่มีวันหมดสิ้น โดยพื้นฐานแล้วมันคือการแปลงพลังงานแสงเป็นพลังงานไฟฟ้า มันเป็นวิธีการทางเทคโนโลยีขั้นสูงในการทำให้วัตถุปล่อยอิเล็กตรอนเพื่อสร้างกระแสไฟฟ้าภายใต้การแผ่รังสีของแสงอาทิตย์ตามหลักการของผลโฟโตวอลตาอิกของวัตถุบางชนิด ระบบรวบรวมความร้อนจากแสงอาทิตย์ปกติสามารถเข้าถึงอุณหภูมิที่จำเป็นสำหรับการดำเนินการกลั่นเมมเบรน

หลังจากนำทรัพยากรน้ำเข้าประมาณครึ่งหนึ่งแล้ว การแยกเกลือออกจากน้ำด้วยรีเวิร์สออสโมซิสเกลือที่เหลือจะไม่ทำให้มีความสมบูรณ์และปิดกั้น เมมเบรนรีเวิร์สออสโมซิสเมื่อใช้ร่วมกับพลังงานแสงอาทิตย์เพื่อให้พลังงานแก่ปั๊มน้ำ น้ำเกลือที่มีปริมาณเกลือมากกว่าน้ำทะเลสองเท่าก็สามารถแยกเกลือออกได้

หลักการคือมีฟิล์มพลาสติกที่มีรูพรุนอยู่ใน ระบบการแยกเกลือออกจากน้ำทะเลซึ่งสามารถให้ไอน้ำผ่านเข้าไปได้และปิดกั้นสารอื่นๆ ได้ในเวลาเดียวกัน ด้านหนึ่งของฟิล์มถูกปกคลุมด้วยอนุภาคคาร์บอนขนาดเล็กซึ่งสามารถดูดซับความร้อนจากแสงแดดและทำให้เกลือน้ำที่สัมผัสกับมันระเหยได้ง่ายขึ้น เมื่อผ่านฟิล์มไปแล้ว ไอน้ำจะควบแน่นเป็นน้ำจืดอีกด้านหนึ่ง

นอกจากนี้ เลนส์พลาสติกยังถูกใส่เข้าไปในฟิล์มซึ่งทำให้แสงแดดรวมตัวได้ดีขึ้นและสร้างความร้อนมากขึ้น ซึ่งช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพของระบบโดย 50%

2.3 เทคโนโลยีและอุปกรณ์การกลั่นเมมเบรน RO ที่ใช้พลังงานแสงอาทิตย์

การกลั่นด้วยเมมเบรนเป็นเทคโนโลยีการกลั่นหรือการแยกแบบใหม่ที่ผสมผสานกับวิธีเมมเบรนและวิธีการทางความร้อน มีลักษณะเด่นคือคุณภาพน้ำสูง โครงสร้างกะทัดรัด การออกแบบแบบแยกส่วน ความต้องการน้ำเข้าต่ำกว่าการออสโมซิสย้อนกลับ อุณหภูมิการทำงานต่ำ (50-80℃) ขับเคลื่อนด้วยพลังงานแสงอาทิตย์ใหม่ และทนทานต่อการกัดกร่อนและออกซิเดชันของไอออนคลอไรด์ คลอรีนอิสระ และสารอื่นๆ

แม้ว่าพลังงานไฟฟ้าที่แปลงจากพลังงานแสงอาทิตย์ผ่านแผงโซลาร์เซลล์สามารถขับเคลื่อนระบบออสโมซิสย้อนกลับได้เช่นกัน อัตราการแปลงไฟฟ้าจากแสงของแผงโซลาร์เซลล์อยู่ที่ 17% ถึง 25% เท่านั้น และอัตราการแปลงไฟฟ้าจากแสงของตัวเก็บความร้อนสามารถสูงถึง 80% ดังนั้น ระบบการแยกเกลือออกจากน้ำทะเลด้วยเมมเบรนที่ขับเคลื่อนด้วยพลังงานแสงอาทิตย์จึงประหยัดต้นทุนการดำเนินการและมีแนวโน้มที่ดี

การกลั่นเมมเบรนแบบสูญญากาศหลายผล NEWater เป็นเทคโนโลยีการกลั่นเมมเบรนเพียงชนิดเดียวในโลกที่นำไปใช้ในเชิงวิศวกรรมได้ นอกจากการประยุกต์ใช้ในเชิงวิศวกรรมในด้านกรดเสีย น้ำเกลือเข้มข้นในอุตสาหกรรม และการทำให้ความเข้มข้นและการลดน้ำซึมจากหลุมฝังกลบแล้ว เทคโนโลยีนี้ยังดำเนินการส่งเสริมและตรวจยืนยันมากมายในสาขาการแยกเกลือออกจากน้ำทะเลด้วยการกลั่นเมมเบรนด้วยพลังงานแสงอาทิตย์อีกด้วย

บริษัท NEWater เข้าร่วมโครงการนำร่องการแยกเกลือออกจากน้ำทะเลด้วยพลังงานแสงอาทิตย์บนเกาะแห่งหนึ่ง โครงการนี้ใช้การผสมผสานระหว่างการออสโมซิสย้อนกลับและการกลั่นด้วยเมมเบรนเพื่อปรับปรุงอัตราการแยกน้ำจืด แผงโซลาร์เซลล์ให้พลังงานไฟฟ้าสำหรับระบบการควบรวม และตัวรวบรวมพลังงานความร้อนสำหรับกลั่นด้วยเมมเบรน

อุปกรณ์กลั่นเมมเบรน NEWater ใช้ไอน้ำที่สร้างโดยเครื่องเก็บพลังงานแสงอาทิตย์เพื่อขับเคลื่อนปั๊มกังหันไอน้ำโดยตรงเพื่อให้ปริมาณน้ำเข้าและแรงดันของโมดูลออสโมซิสย้อนกลับ

ในระหว่างการทดสอบนำร่อง การทำงานของระบบกลั่นเมมเบรน NEWater มีเสถียรภาพ ฟลักซ์เฉลี่ยสามารถเข้าถึง 4.5L/(M2·h) และค่าการนำไฟฟ้าของน้ำที่ผลิตได้น้อยกว่า 90μS/cm รูปที่ 5 แสดงข้อมูลการทำงานต่อเนื่องเป็นเวลา 8 วัน ผลการทดสอบนำร่องยืนยันความเป็นไปได้ของระบบกลั่นเมมเบรนสูญญากาศหลายผลที่ขับเคลื่อนด้วยพลังงานแสงอาทิตย์ NEWater สำหรับการแยกเกลือออกจากน้ำทะเลหรือการแยกเกลือออกจากน้ำกร่อยในเกาะหรือพื้นที่เกาะที่อยู่ห่างไกล

แน่นอนว่าระบบกลั่นเมมเบรนที่ขับเคลื่อนด้วยพลังงานแสงอาทิตย์ของ NEWater ยังสามารถนำไปประยุกต์ใช้ในด้านอื่นๆ ที่เหมาะสำหรับการติดตั้งแผงโซลาร์เซลล์และเครื่องเก็บกัก และไม่จำกัดอยู่แค่การแยกเกลือออกจากน้ำทะเลเท่านั้น NEWater ยึดมั่นในแนวคิด "ใช้คนและสิ่งของให้เกิดประโยชน์สูงสุด" เสมอมา เพิ่มประสิทธิภาพและเพิ่มประสิทธิภาพการใช้งานเทคโนโลยีการกลั่นเมมเบรน และใช้ประโยชน์จากเทคโนโลยีการกลั่นเมมเบรนอย่างเต็มที่

3. การประยุกต์ใช้ระบบออสโมซิสย้อนกลับพลังงานแสงอาทิตย์

3.1 บริการการแยกเกลือออกจากน้ำทะเลด้วยพลังงานแสงอาทิตย์แบบพกพาใหม่

ในปัจจุบัน เทคโนโลยีการกำจัดเกลือจากน้ำทะเลได้รับการพัฒนาจนเกือบสมบูรณ์แล้ว ตลาดการกำจัดเกลือจากน้ำทะเลอยู่ในช่วงการเพาะปลูกที่คึกคัก และอุปกรณ์และเทคโนโลยีการกำจัดเกลือได้รับการส่งเสริมอย่างแข็งขันในตลาดต่างประเทศ แต่ยังไม่มีการนำไปใช้ในระดับขนาดใหญ่

ในเวลาเดียวกัน เนื่องจากแรงดันการทำงานของอุปกรณ์ออสโมซิสย้อนกลับเกี่ยวข้องกับระดับความเค็ม ความเค็มเฉลี่ยของน้ำทะเลจึงอยู่ที่ 3.5% แรงดันออสโมซิสย้อนกลับจึงสูง อัตราการกู้คืนน้ำจืดต่ำ และความต้องการพลังงานค่อนข้างสูง นอกจากนี้ ยังมีการขาดแคลนพลังงานในสภาพแวดล้อมการทำงานในทะเล จึงมีความจำเป็นอย่างเร่งด่วนสำหรับอุปกรณ์กู้คืนพลังงานเพื่อแก้ปัญหาการใช้พลังงานของการแยกเกลือออกจากน้ำทะเลขนาดเล็ก

อุปกรณ์แยกเกลือออกจากน้ำทะเลขนาดเล็กเป็นอุปกรณ์สำหรับบำบัดน้ำทะเลหรือน้ำกร่อยให้เป็นน้ำจืดและน้ำดื่ม อุปกรณ์นี้มีข้อดีคือใช้พื้นที่น้อย เตรียมง่าย และเคลื่อนย้ายสะดวก อุปกรณ์แยกเกลือออกจากน้ำทะเลแบบพกพารุ่นใหม่ที่บริษัท NEWater กำลังศึกษาอยู่ในขณะนี้เป็นอุปกรณ์ที่สามารถแปลงพลังงานแสงเป็นพลังงานไฟฟ้าผ่านแผงโซลาร์เซลล์ของตัวเองและเก็บไว้ในแบตเตอรี่

อุปกรณ์การแยกเกลือออกจากน้ำทะเลที่ออกแบบโดย NEWater นั้นใช้แผงโซลาร์เซลล์แบบพับได้ แผงโซลาร์เซลล์นี้ติดตั้งระบบเซอร์โวติดตามพลังงานแสงอาทิตย์สูงสุด ซึ่งสามารถหมุนแผงโซลาร์เซลล์ให้เอียงไปในทิศทางตรงข้ามกับดวงอาทิตย์ เพื่อให้มีสถานะพลังงานไฟฟ้าสูงสุดตลอดเวลา แผงโซลาร์เซลล์จะแปลงพลังงานแสงอาทิตย์เป็นกระแสตรงและเก็บไว้ในแบตเตอรี่เพื่อให้พลังงานแก่ปั๊มบูสเตอร์ของอุปกรณ์ ปั๊มบูสเตอร์จะสูบน้ำเข้าไปในอุปกรณ์กรองน้ำและส่งน้ำสะอาดออกไปผ่านกระบวนการบำบัดต่างๆ เช่น การกรองและการฆ่าเชื้อ

กระบวนการไหลของ NEWater เครื่องแยกเกลือออกจากน้ำทะเลแบบพกพา:

น้ำทะเล→ถังเก็บน้ำ→ปั๊มน้ำพลังงานแสงอาทิตย์→ตัวกรองมัลติมีเดีย→ตัวกรองคาร์บอนกัมมันต์→เครื่องประมวลผลน้ำอ่อน→ตัวกรองแม่นยำ→ปั๊มแรงดันสูงที่ขับเคลื่อนด้วยพลังงานแสงอาทิตย์→การออสโมซิสย้อนกลับหลัก→ถังน้ำบริสุทธิ์→ปั๊มแรงดันสูงที่ขับเคลื่อนด้วยพลังงานแสงอาทิตย์→การออสโมซิสย้อนกลับรอง→อุปกรณ์ฆ่าเชื้อด้วยแสงอัลตราไวโอเลต→น้ำบริสุทธิ์

ในกระบวนการนี้ ปั๊มน้ำจะขับเคลื่อนด้วยแหล่งจ่ายไฟแบตเตอรี่โดยไม่มีแรงดันน้ำประปาเพื่อดูดน้ำทะเลเข้าไปในอุปกรณ์สำหรับการกรองและการกลั่นเพื่อกำจัดสารอันตราย ในเวลาเดียวกัน ยังสามารถกรองเชื้อโรคแบคทีเรียได้อย่างมีประสิทธิภาพ เพื่อปรับปรุงความปลอดภัยของน้ำดื่มของผู้คนได้อย่างมีประสิทธิภาพ

3.2 อุปกรณ์ต้มน้ำพลังงานแสงอาทิตย์แบบออสโมซิสย้อนกลับ

ปัจจุบัน น้ำหม้อไอน้ำที่ใช้ในโรงพยาบาล โรงเรียน และสถานที่อาบน้ำส่วนใหญ่ใช้พลังงานที่ไม่สามารถหมุนเวียนได้ เช่น ก๊าซและถ่านหิน กระบวนการทั้งหมดใช้พลังงานจำนวนมาก เป็นอันตรายต่อสิ่งแวดล้อม และมีระดับการปกป้องสิ่งแวดล้อมต่ำ ในขณะเดียวกัน ระดับการฟอกน้ำหม้อไอน้ำแบบดั้งเดิมก็ต่ำ และยังมีอันตรายแอบแฝงบางประการต่อคุณภาพน้ำ หากใช้พลังงานแสงอาทิตย์และการออสโมซิสย้อนกลับร่วมกันและนำไปใช้ในการเตรียมน้ำหม้อไอน้ำ ไม่เพียงแต่จะประหยัดพลังงานและส่งเสริมการปกป้องสิ่งแวดล้อมเท่านั้น แต่ยังฟอกน้ำหม้อไอน้ำและรับรองคุณภาพน้ำได้อีกด้วย

อุปกรณ์หม้อน้ำแบบออสโมซิสย้อนกลับพลังงานแสงอาทิตย์ที่จัดทำโดยบริษัท NEWater ประกอบด้วยระบบการบำบัดเบื้องต้น เครื่องเก็บพลังงานแสงอาทิตย์ ถังเก็บน้ำฉนวนกันความร้อน ปั๊มน้ำ และเครื่องออสโมซิสย้อนกลับ

กระบวนการไหลของอุปกรณ์คือ น้ำดิบ→การให้ความร้อนด้วยแสงอาทิตย์ถึง 30 ~ 40℃→ปั๊มน้ำดิบพลังงานแสงอาทิตย์→ตัวกรองขนาดกลาง→ตัวกรองคาร์บอนกัมมันต์→ตัวกรองความแม่นยำ→ปั๊มแรงดันสูงขับเคลื่อนด้วยพลังงานแสงอาทิตย์→เครื่องออสโมซิสย้อนกลับ→แผงรับแสงอาทิตย์→ถังเก็บน้ำแบบมีฉนวน→ทางออกน้ำ

3.2.1 การวิเคราะห์ผลประโยชน์จากการอนุรักษ์พลังงานและการลดการปล่อยก๊าซ

การวิเคราะห์ต้นทุน

1. ก. สูตรพลังงานที่ต้องการสำหรับการดูดซับความร้อนของน้ำ: q=cm(tt₀) โดยที่ C คือ ความจุความร้อนจำเพาะของน้ำ ค่าเท่ากับ 4.2×103J/kg℃ M คือ มวลของน้ำ, กก. T คือ อุณหภูมิสุดท้ายของน้ำ ℃ T₀– อุณหภูมิเริ่มต้นของน้ำ ℃ เมื่ออุณหภูมิของน้ำเพิ่มขึ้นจาก 20℃ เป็น 30℃ ความร้อนที่ต้องดูดซับคือ Q₁: คิว₁ = 4.2×103×5×103×8×(30-20)=1.68×109J.
2. ข้อมูลจำเพาะที่เสนอของหลอดสุญญากาศของเครื่องเก็บพลังงานแสงอาทิตย์คือ Φ 70×2000 มม. Q แบบดูดความร้อน₂: คิว₂= 2.31×106จูล.
3. จำนวนท่อรับแสงอาทิตย์ที่ต้องการ n: n = Q₁/ คิว₂= 1.68×109/2.31×106≈728.
4. ตามการสำรวจตลาด ราคาของหลอดสุญญากาศพลังงานแสงอาทิตย์แต่ละหลอดอยู่ที่ประมาณ 60 หยวน และการลงทุนเริ่มต้นของเครื่องเก็บพลังงานแสงอาทิตย์จะเพิ่มขึ้นประมาณ 60,000 หยวน (รวมค่าติดตั้ง)

3.2.2 การวิเคราะห์การประหยัดพลังงาน

พลังงานแสงอาทิตย์จะทำให้น้ำร้อนที่ไหลเข้าหม้อไอน้ำร้อนขึ้น ข้อมูลการทดลองแสดงให้เห็นว่าการเพิ่มอุณหภูมิของน้ำที่ไหลเข้าจะช่วยลดแรงดันการทำงานของอุปกรณ์ออสโมซิสย้อนกลับ (1.8MPa ถึง 1.2MPa) ทำให้สามารถลดการใช้พลังงานของอุปกรณ์ออสโมซิสย้อนกลับได้ประมาณ 30%

เมื่ออุปกรณ์ออสโมซิสย้อนกลับทำงานเพียงลำพัง การใช้พลังงานต่อชั่วโมงคือ 4 กิโลวัตต์ชั่วโมง หลังจากใช้อุปกรณ์บำบัดน้ำออสโมซิสย้อนกลับที่ใช้พลังงานแสงอาทิตย์ การใช้พลังงานต่อชั่วโมงคือ 2.8 กิโลวัตต์ชั่วโมง ซึ่งสามารถประหยัดพลังงานได้ 1.2 กิโลวัตต์ชั่วโมงต่อชั่วโมง

ระหว่างเวลาการทำงานของอุปกรณ์ออสโมซิสย้อนกลับที่ช่วยด้วยพลังงานแสงอาทิตย์ อุปกรณ์ออสโมซิสย้อนกลับสามารถประหยัดพลังงานได้หนึ่งปี: W₁ =1.2×220×8 = 2112 กิโลวัตต์ชั่วโมง ประมาณ 0.52 หยวนต่อกิโลวัตต์ชั่วโมง จึงสามารถลดค่าใช้จ่ายไฟฟ้าได้ในหนึ่งปี: N₁ = 2112×0.52 = 1098.24 หยวน.

ข้อมูลข้างต้นแสดงให้เห็นว่าอุปกรณ์หม้อน้ำแบบออสโมซิสย้อนกลับพลังงานแสงอาทิตย์ที่จัดทำโดย NEWater สามารถประหยัดพลังงานและลดการปล่อยมลพิษได้เป็นอย่างมาก ซึ่งต้องตอบสนองต่อการปกป้องสิ่งแวดล้อมในยุคสมัยและตรงตามความต้องการการผลิตของผู้คน

 

หากคุณมีความต้องการหรือปัญหาใดๆ ในกระบวนการแยกเกลือออกจากน้ำทะเล การผลิตเครื่องกรองน้ำ การบำบัดน้ำเติมหม้อไอน้ำ ฯลฯ โปรดติดต่อ NEWater โดยตรง และวิศวกรด้านเทคนิคของเราจะจัดหาระบบบำบัดน้ำอันทรงพลังแบบตัวต่อตัวและการสนับสนุนด้านอุปกรณ์สำหรับระบบออสโมซิสย้อนกลับที่ใช้พลังงานแสงอาทิตย์ เพื่อที่จะประหยัดพลังงานและปกป้องสิ่งแวดล้อม และสร้างน้ำเพื่อชีวิตไปกับคุณ!