Os sistemas de osmose reversa podem ser alimentados por energia solar?

1. Histórico

Como uma tecnologia avançada de tratamento de água, a osmose reversa é amplamente usada na dessalinização de água do mar, produção de purificadores de água e tratamento de água de reposição de caldeira. Atualmente, a pressão operacional da bomba no sistema de osmose reversa é muito alto, geralmente acima de 1,8 MPa, e o consumo de energia é grande. Portanto, é de grande importância reduzir o consumo de energia da osmose reversa.

A empresa NEWater divulga um sistema de tratamento de RO com economia de energia, que usa as condições operacionais de alta pressão do sistema de tratamento por osmose reversa para recuperar e utilizar totalmente a energia de pressão residual da água concentrada por osmose reversa sob condições de alta pressão, de modo a economizar energia e melhorar a eficiência.

Além da tecnologia de economia de energia de recuperação da energia de pressão residual da água concentrada por osmose reversa, o uso de energia solar para reduzir o consumo de energia também tem as vantagens de economia de energia e proteção ambiental e tem uma ampla perspectiva de aplicação.

Para entender de forma mais sistemática e abrangente a tecnologia relacionada à combinação de energia solar e osmose reversa, a NEWater apresentará as três aplicações da energia solar em um sistema de osmose reversa.

2. Sistema de osmose reversa alimentado por energia solar

2.1 Extensão Técnica

A tecnologia RO é o método de dessalinização de água do mar mais comumente usado, exceto o método de destilação. Ela tem as vantagens de menos investimento, operação conveniente e um curto período de construção. No entanto, uma das condições necessárias para a operação de dessalinização de água do mar por osmose reversa é o poder de conduzir o bomba de alta pressão. Geralmente, o consumo de energia da bomba de alta pressão é responsável por cerca de 30% do custo operacional do sistema, o que é um dos principais fatores que afetam o custo da dessalinização da água do mar.

O sistema de destilação de membrana alimentado por energia solar é usado para dessalinização de água do mar ou acoplado com osmose reversa para melhorar a taxa de recuperação de água doce da dessalinização de água do mar, que é econômica e ecologicamente correta, em linha com a direção internacional de conservação de energia, redução de emissões e redução de emissões de dióxido de carbono. É muito adequado para ilhas ou ilhas com sistemas de fornecimento de energia insuficientes.

2.2 Princípio Técnico.

Energia solar é energia verde inesgotável. Em essência, é a conversão de energia luminosa em energia elétrica. É um meio de alta tecnologia para fazer objetos emitirem elétrons para gerar corrente sob a irradiação da luz solar de acordo com o princípio do efeito fotovoltaico de alguns objetos. O sistema normal de coleta de calor solar pode atingir a temperatura necessária para a operação de destilação por membrana.

Após cerca de metade dos recursos hídricos serem introduzidos através dessalinização por osmose reversa, o sal restante não irá enriquecer e bloquear o membrana de osmose reversa. Combinada com energia solar para fornecer energia para a bomba de água, a salmoura com o dobro do teor de sal da água do mar pode ser dessalinizada.

O princípio é que existe uma película plástica porosa em seu sistema de dessalinização de água do mar, que pode deixar o vapor de água passar e bloquear outras substâncias ao mesmo tempo. Um lado do filme é coberto com pequenas partículas de carbono, que podem absorver o calor da luz solar e fazer com que a água salgada em contato com ele evapore mais facilmente. Depois de passar pelo filme, o vapor de água se condensará em água doce do outro lado.

Além disso, a lente de plástico é introduzida no filme, o que faz com que a luz solar seja melhor captada e gere mais calor, o que melhora a eficiência do sistema em 50%.

2.3 Tecnologia e equipamento de destilação por membrana de RO alimentado por energia solar.

A destilação por membrana é uma nova tecnologia de destilação ou separação combinada com o método de membrana e o método térmico. Ela tem as características de alta qualidade da água, estrutura compacta, design modular, menores requisitos de entrada de água do que a osmose reversa, baixa temperatura operacional (50-80℃), pode ser acionada por nova energia solar e é resistente à corrosão e oxidação de íons cloreto, cloro livre e outras substâncias.

Embora a energia elétrica convertida da energia solar por meio de painéis fotovoltaicos também possa acionar o sistema de osmose reversa, a taxa de conversão fotoelétrica dos painéis fotovoltaicos é de apenas 17% a 25%, e a taxa de conversão fototérmica dos coletores de calor pode atingir mais de 80%. Portanto, o sistema de dessalinização de água do mar por destilação de membrana acionado por energia solar tem mais economia em custo operacional e perspectivas brilhantes.

A destilação por membrana multiefeito a vácuo NEWater é a única tecnologia de destilação por membrana no mundo a realizar aplicações de engenharia. Além de aplicações de engenharia nos campos de ácido residual, salmoura concentrada industrial e concentração e redução de lixiviado de aterro, ela também fez muito trabalho de promoção e verificação no campo de dessalinização de água do mar por destilação por membrana movida a energia solar.

A empresa NEWater participou de um projeto piloto de dessalinização de água do mar movida a energia solar em uma ilha. O projeto adota o acoplamento de osmose reversa e destilação por membrana para melhorar a taxa de recuperação de água doce. O painel fotovoltaico fornece energia elétrica para o sistema de acoplamento, e o coletor fornece energia térmica para destilação por membrana.

O equipamento de destilação por membrana NEWater usa o vapor gerado pelo coletor solar para acionar diretamente a bomba da turbina a vapor para fornecer o fluxo de entrada de água e a pressão do módulo de osmose reversa.

Durante o teste piloto, a operação do sistema de destilação por membrana NEWater é estável, o fluxo médio pode atingir 4,5 L/(M2·h), e a condutividade da água produzida é menor que 90 μS/cm, a Figura 5 mostra os dados de operação contínua por 8 dias. Os resultados do teste piloto verificam completamente a viabilidade de um sistema de destilação por membrana multiefeito a vácuo movido a energia solar NEWater para dessalinização de água do mar ou dessalinização de água salobra em ilhas periféricas ou áreas insulares.

Claro, o sistema de destilação por membrana movido a energia solar da NEWater também pode ser aplicado a outras áreas adequadas para instalação de painéis e coletores solares fotovoltaicos e não se limita à dessalinização de água do mar. A NEWater sempre adere ao conceito de "fazer o melhor uso de pessoas e coisas", maximiza e otimiza a aplicação da tecnologia de destilação por membrana e aproveita ao máximo as vantagens da tecnologia de destilação por membrana.

3. Aplicação de sistemas de osmose reversa alimentados por energia solar

3.1 Novo serviço de dessalinização solar portátil

Atualmente, a tecnologia de dessalinização de água do mar está basicamente madura, o mercado de dessalinização de água do mar está em um período de cultivo ativo, e os equipamentos e a tecnologia de dessalinização têm sido vigorosamente promovidos no mercado internacional, mas não foram aplicados em larga escala.

Ao mesmo tempo, como a pressão de trabalho do equipamento de osmose reversa está relacionada ao nível de salinidade, a salinidade média da água do mar é 3,5%, a pressão de osmose reversa é alta, a taxa de recuperação de água doce é baixa e a demanda de energia é relativamente alta. Além disso, há escassez de energia no ambiente de trabalho marinho. Há uma necessidade urgente de um dispositivo de recuperação de energia para resolver o problema de consumo de energia da dessalinização de água do mar em pequena escala.

Um pequeno dispositivo de dessalinização de água do mar é um dispositivo para tratar água do mar ou água salobra em água doce e potável. Ele tem as vantagens de uma pequena área de piso, fácil preparação e fácil realocação. O novo dispositivo de dessalinização solar portátil atualmente estudado pela empresa NEWater é um dispositivo que pode converter energia luminosa em energia elétrica por meio de seu próprio painel solar e armazená-la na bateria.

O dispositivo de dessalinização solar projetado pela NEWater adota painéis solares fotovoltaicos dobráveis. O painel fotovoltaico é equipado com o sistema servo de rastreamento de potência solar máxima, que pode girar o painel solar fotovoltaico com o deslocamento do sol, de modo a estar no status de potência elétrica máxima em todos os momentos. O painel solar fotovoltaico converte energia solar em corrente contínua e a armazena na bateria para fornecer energia para a bomba de reforço do dispositivo. A bomba de reforço bombeia a água para o dispositivo de purificação de água e envia a água limpa para fora por meio de uma série de processos de tratamento, como filtragem e desinfecção.

Fluxo de processo do NEWater unidade portátil de dessalinização de água do mar:

Água do mar→Tanque de água→Bomba de água movida a energia solar→Filtro Multimídia→Filtro de carvão ativado→Processador de água macia→Filtro de precisão→Bomba de alta pressão acionada por energia solar→Osmose reversa primária→Tanque de água purificada→Bomba de alta pressão acionada por energia solar→Osmose reversa secundária→Dispositivo de esterilização ultravioleta→Água pura.

No processo, sem pressão de água da torneira, a bomba de água é acionada pela fonte de alimentação da bateria para sugar água do mar para o equipamento para filtragem e destilação para remover substâncias nocivas. Ao mesmo tempo, pode filtrar efetivamente patógenos bacterianos, de modo a melhorar efetivamente a segurança da água potável das pessoas.

3.2 Equipamento de água de caldeira de osmose reversa solar

Atualmente, a água da caldeira usada em hospitais, escolas e locais de banho adota basicamente energia não renovável, como gás e carvão. Todo o processo consome muita energia, é prejudicial ao meio ambiente e tem um baixo grau de proteção ambiental. Ao mesmo tempo, o grau de purificação da água da caldeira tradicional é baixo e há certos perigos ocultos na qualidade da água. Se a energia solar e a osmose reversa forem combinadas e aplicadas à preparação da água da caldeira, ela pode não apenas economizar energia e promover a proteção ambiental, mas também purificar a água da caldeira e garantir sua qualidade de água.

O equipamento de caldeira de água por osmose reversa solar preparado pela empresa NEWater é composto principalmente de um sistema de pré-tratamento, coletor solar, tanque de água com isolamento térmico, bomba de água e unidade de osmose reversa.

O fluxo do processo do equipamento é Água bruta → Aquecimento solar a 30 ~ 40 ℃ → Bomba solar de água bruta → Filtro médio →Filtro de carvão ativado→Filtro de precisão→Bomba de alta pressão movida a energia solar→Unidade de Osmose Reversa→Coletor solar→Tanque de água isolado→Saída de água.

3.2.1 Análise de benefícios da conservação de energia e redução de emissões.

Análise de custos.

1. a. Fórmula de energia necessária para absorção de calor pela água: q=cm(tt₀), onde C – capacidade térmica específica da água, o valor é 4,2×103J/kg℃. M – Massa de Água, kg; T – Temperatura Final da Água ℃; T₀– Temperatura Inicial da Água ℃. Quando a temperatura da água sobe de 20℃ para 30℃, o calor a ser absorvido é Q₁: P₁ = 4,2×103×5×103×8×(30-20)=1,68×109J.
2. A especificação proposta do tubo de vácuo do coletor solar é Φ 70×2000mm, Q endotérmico₂: P₂= 2,31×106J.
3. O número de tubos coletores solares necessários n: n = Q₁/ P₂= 1,68×109/2,31×106≈728.
4. De acordo com a pesquisa de mercado, o preço de cada tubo de vácuo solar é de cerca de 60 yuans, e o investimento inicial em coletores solares aumentará em cerca de 60.000 yuans (incluindo a taxa de instalação).

3.2.2 Análise de economia de energia.

A energia solar aquece a água que entra na caldeira. Os dados experimentais mostram que aumentar a temperatura da água de entrada reduzirá a pressão operacional do dispositivo de osmose reversa (1,8 MPa para 1,2 MPa), de modo que o consumo de energia do dispositivo de osmose reversa pode ser reduzido em cerca de 30%.

Quando o dispositivo de osmose reversa opera sozinho, o consumo de energia por hora é de 4kw·h. Após usar o dispositivo de tratamento de água por osmose reversa assistida por energia solar, o consumo de energia por hora é de 2,8KW·h, então 1,2kW·h pode ser economizado por hora.

Durante o tempo de operação do dispositivo de osmose reversa assistida por energia solar, o dispositivo de osmose reversa pode economizar energia em um ano: W₁ =1,2×220×8 = 2112kw·h, cerca de 0,52 yuans por quilowatt-hora, então o gasto com eletricidade pode ser reduzido em um ano: N₁ = 2112×0,52 = 1098,24 yuans.

Os dados acima mostram que o equipamento de caldeira de osmose reversa solar preparado pela NEWater pode economizar muito energia e reduzir emissões, o que exige uma resposta dos tempos à proteção ambiental e atende às necessidades de produção das pessoas.

 

Se você tiver alguma necessidade ou problema no processo de dessalinização de água do mar, produção de purificadores de água, tratamento de água de reposição de caldeiras, etc., entre em contato diretamente com a NEWater, e nossos engenheiros técnicos fornecerão um esquema de tratamento de água poderoso e individualizado e suporte de equipamento para sistema de osmose reversa solar aplicada, para realizar a conservação de energia e proteção ambiental e criar água para a vida com você!