Osmose d\'inversion

L'osmose d'inversion de (RO) est un procédé de séparation qui emploie la pression de forcer un dissolvant par une membrane qui maintient le corps dissous d'un côté et permet au dissolvant pur de passer à l'autre côté. Plus formellement, c'est le processus de forcer un dissolvant d'une région de concentration élevée en corps dissous par une membrane à une région de basse concentration en corps dissous en appliquant une pression au-dessus de la pression osmotique . C'est l'inverse du processus normal de l'osmose , qui est le mouvement normal du dissolvant d'un secteur de basse concentration en corps dissous, par une membrane, à un secteur de concentration élevée en corps dissous quand aucune pression externe n'est appliquée. La membrane ici est le semi-perméable, signifiant qu'elle permet le passage du dissolvant mais pas du corps dissous.

Les membranes utilisées pour l'osmose d'inversion ont une couche-barrière dense dans la matrice de polymère où la plupart de séparation se produit. Dans la plupart des cas la membrane est conçue pour permettre seulement à l'eau de passer par cette couche dense tout en empêchant le passage des corps dissous (tels que des ions de sel). Ce processus exige qu'un à haute pression soit exercé du côté de concentration élevée de la membrane, habituellement 2-17 la barre (30-250 livre par pouce carré ) du pour l'eau fraîche et saumâtre, et la barre 40-70 (600-1000 livres par pouce carré) pour l'eau de mer, qui a environ 24 pressions osmotiques normales de la barre (350 livres par pouce carré) qui doit être surmontée.

Ce processus est le plus connu pour son usage dans le dessalement (enlevant le sel d'eau de mer pour obtenir à eau doux ), mais il a été également employé pour épurer l'eau doux pour des applications médicales, industrielles et domestiques depuis le début des années 70.

Méthode

Quand deux solutions avec différentes concentrations d'un corps dissous sont mélangées, le montant total de corps dissous dans les deux solutions sera également distribué dans le montant total du dissolvant de la solution deux.

Au lieu de mélanger les deux solutions ensemble, elles peuvent être mises en deux compartiments où elles sont séparées entre eux par une membrane semi-perméable . La membrane semi-perméable ne permet pas aux corps dissous de se déplacer d'un compartiment à l'autre, mais permet au dissolvant de se déplacer. Puisque l'équilibre ne peut pas être réalisé par le mouvement des corps dissous du compartiment avec la concentration élevée en corps dissous à celle avec la basse concentration en corps dissous, il est à la place réalisé par le mouvement du dissolvant des secteurs de basse concentration en corps dissous aux secteurs de la concentration élevée en corps dissous. Quand le dissolvant s'éloigne de bas secteurs de concentration, il fait devenir ces secteurs plus concentrés. De l'autre côté, quand le dissolvant entre dans des secteurs de concentration élevée, la concentration en corps dissous diminuera. Ce processus se nomme osmose. La tendance pour que du dissolvant traverse la membrane peut être exprimée comme " ; pressure" osmotique ; , puisqu'il est analogue à l'écoulement provoqué par une différence de pression.

À l'envers l'osmose, dans une installation semblable comme qui dans l'osmose, pression est appliquée au compartiment avec la concentration élevée. Dans ce cas-ci, il y a deux forces influençant le mouvement de l'eau : la pression provoquée par la différence dans la concentration en corps dissous entre les deux compartiments (la pression osmotique) et la pression extérieurement appliquée.

Applications

Purification d'eau potable potable

Aux Etats-Unis, les systèmes de la purification de l'eau potable potable de ménage, y compris une étape d'osmose d'inversion, sont utilisés généralement pour améliorer l'eau pour boire et faire cuire.

De tels systèmes incluent typiquement quatre ou cinq étapes :
un filtre de sédiment pour emprisonner des particules comprenant le carbonate de rouille et de calcium
sur option un deuxième filtre de sédiment avec de plus petits pores
un filtre par du charbon actif pour emprisonner les produits chimiques organiques, et le chlore qui attaquera et dégradera des membranes d'osmose d'inversion de TFC
un filtre d'osmose (RO) d'inversion qui est une membrane composée de la couche mince de (TFM ou TFC)
sur option un deuxième filtre de carbone pour capturer ces produits chimiques non enlevés par la membrane de RO.
sur option une lampe ultra-violette du est utilisée pour la désinfection de tous les microbes qui peuvent échapper au filtrage par la membrane d'osmose d'inversion.

Dans quelques systèmes, le pré-filtre de carbone est omis et la membrane du triacétate de cellulose (CTA) est utilisée. La membrane de CTA est à décomposition encline à moins que protégé par l'eau chlorée, alors que la membrane de TFC est à décomposition encline sous l'influence du chlore. Dans des systèmes de CTA, un poteau-filtre de carbone est nécessaire pour enlever le chlore de l'eau de produits finis.

Des processeurs portatifs de l'eau (RO) d'osmose d'inversion sont vendus pour la purification d'eau personnelle dans divers endroits. Pour fonctionner effectivement, l'eau alimentant à ces unités devrait mieux être sous une certaine pression (40 livres par pouce carré ou plus grands sont la norme). Des processeurs portatifs de l'eau de RO peuvent être employés par les personnes qui vivent dans des secteurs ruraux sans eau propre, lointaines des conduites d'eau de ville. Les personnes rurales filtrent l'eau de fleuve ou d'océan elles-mêmes, car le dispositif est facile à utiliser (l'eau saline peut avoir besoin de membranes spéciales). Quelques voyageurs en longs voyages de canotage, pêche, île campant, ou dans les pays où l'approvisionnement en eau local est pollué ou inférieur, des processeurs de l'eau de RO d'utilisation ont ajouté à un ou plusieurs stérilisateurs UV. Des systèmes de RO sont maintenant intensivement employés également par les fervents marins d'aquarium. Dans la production de l'eau minérale mis en bouteille, l'eau traverse un processeur de l'eau de RO pour enlever des polluants et des micro-organismes. Dans les pays européens, bien que, on ne permette pas un tel traitement de l'eau minérale normale (comme défini par une directive européenne) en vertu de la loi européenne. (Dans la pratique, une fraction des bactéries vivantes peut et traverse des membranes de RO par des imperfections mineures, ou dévier la membrane entièrement par les fuites minuscules dans des joints environnants. Ainsi, les systèmes complets de RO peuvent inclure les étapes additionnelles de traitement de l'eau qui emploient l'ozone de la lumière UV ou de pour empêcher la contamination microbiologique.)

Dans l'industrie de traitement de l'eau il y a un diagramme des types de contaminants, leurs tailles et lesquels traversent les divers types de membranes. Les tailles de pore de membrane peuvent varier de 1 à 50.000 angströms selon à filtre. " ; Filtration" de particules ; enlève des particules de 10.000 angströms ou plus grand. La microfiltration enlève des particules de 500 angströms ou plus grand. " ; Ultrafiltration" ; enlève des particules d'approximativement 30 angströms ou plus grand. " ; Nanofiltration" ; enlève des particules de 10 angströms ou plus grand. L'osmose d'inversion est dans la catégorie finale de la filtration sur membrane, " ; Hyperfiltration, " ; et enlève des particules plus en grande partie que 1 angström.

Dans les militaires déliés d'états, R. (unité de purification d'eau d'osmose d'inversion) a prononcé ROW-PEW est employé sur le champ de bataille et dans la formation. Ils viennent s'étendant de 1500 GPD (gallons par jour) à 150.000 GPD et plus grand selon le besoin. Plus le terrain communal du sont les 600 GPH (gallons par heure) et les 3. Tous les deux peuvent épurer l'eau salée et l'eau souillées avec des agents de N.C (nucléaire, chimique et biologique) de l'eau. Pendant une normale pendant 24 périodes d'heure, une unité peut produire n'importe où de 12. Avec une fenêtre required d'entretien de 4 heures pour vérifier des systèmes, des pompes, des éléments de R.O et le générateur de moteur. Un ROWPU peut soutenir une force d'un élément de la taille d'un bataillon ou approximativement 1.

Purification de l'eau et d'eau usagée

L'eau de pluie recueillie des drains d'orage est épurée avec des processeurs de l'eau d'osmose d'inversion et employée pour l'irrigation de paysage et le refroidissement industriel à Los Angeles et d'autres villes, comme solution au problème des manques d'eau.

Dans l'industrie, l'osmose d'inversion enlève des minerais de l'eau de chaudière aux centrales que l'eau est bouillie et condensée maintes et maintes fois et doit être aussi pure que possible de sorte qu'elle ne laisse pas des dépôts sur les machines ou ne cause pas la corrosion. Il est également employé pour nettoyer les eaux souterraines effluentes et saumâtres.

Le produit d'osmose d'inversion peut être employé pour la production de l'eau désionisée par .

En juillet 2002, le Singapour a annoncé qu'un appelé de processus NEWater serait une partie significative de ses futurs plans de l'eau. Il implique d'employer l'osmose d'inversion pour traiter l'eau usagée domestique avant de décharger le NEWater de nouveau dans les réservoirs.

Ceci a été effectué, et est employé maintenant à Singapour.

Dialyse

L'osmose d'inversion est la technique utilisée dans la dialyse , qui est employée par des personnes avec l'échec du rein . Les reins filtrent le sang, enlevant les déchets (par exemple urée) et l'eau, qui est alors excrétée comme urine . Une machine de la dialyse imite la fonction des reins. Le sang sous pression où l'osmose d'inversion effectue le filtrage, et puis passe du corps par l'intermédiaire d'un cathéter à la machine de dialyse, à travers une membrane osmotique de nouveau au corps.

L'industrie alimentaire

En plus du dessalement, l'osmose d'inversion est une opération plus économique pour concentrer des liquides de nourriture (tels que des jus de fruit) que des procédés conventionnels de traitement thermique. La recherche a été faite sur la concentration du jus d'orange et du jus de tomates. Ses avantages incluent des frais d'exploitation du bas et la capacité d'éviter des procédés de traitement thermique, qui le rend approprié aux substances sensibles à la chaleur comme la protéine et les enzymes trouvées dans la plupart des produits alimentaires.

L'osmose d'inversion est intensivement employé dans l'industrie laitière pour la production des poudres de protéine de lactalbumine et pour la concentration du lait pour réduire des coûts d'expédition. Dans des applications de lait, le lait (rester liquide après que fabrication de fromage) est préconcentré avec le RO des solides totaux de 6% à 10-20% solides totaux avant le traitement d'uF (ultra-filtration). Le retentate d'uF peut alors être employé pour faire de diverses poudres de lait comprenant WPI (isolat de protéine de lactalbumine de ) utilisé dans des formulations de culturisme. En plus, l'imprégnation d'uF, qui contient le lactose, est concentrée par le RO des solides totaux de 5% à 18-22% solides totaux pour réduire la cristallisation et les coûts de séchage de la poudre de lactose.

Bien que l'utilisation du processus ait été par le passé froncée les sourcils au moment dans l'industrie vinicole, on le comprend maintenant et est largement répandu. Les 60 machines environ d'un osmose d'inversion étaient en service en Bordeaux , le France en 2002. Les utilisateurs connus incluent plusieurs des croissances classées par élite (Kramer) comme les cas de Château Léoville-Las de en Bordeaux .

L'osmose d'inversion est employé globalement dans toute l'industrie vinicole pour beaucoup de pratiques comprenant la concentration en vin et en jus, déplacement de traces ; comme l'acide acétique , les brettanomyces de traces et de de la fumée corrompent ; et enlèvement de l'alcool . Le titulaire de brevet pour ces processus, Vinovation, Inc., réclamations avoir servi dans le monde entier plus de 1000 établissements vinicoles, directement ou par un si ses associés autorisés, en 15 dernières années. Son utilisation est devenue tellement largement admise que les infringers de brevet ont pris naissance sur plusieurs continents.

Lavage de voiture

En raison de sa teneur en minéraux inférieure, l'eau d'osmose d'inversion est employée souvent dans des lavages de voiture pendant le rinçage final de véhicule pour empêcher la tache de l'eau sur le véhicule. L'eau d'osmose d'inversion déplace l'eau lourde minérale de récupération (l'eau municipale). L'eau d'osmose d'inversion permet également aux opérateurs de lavage de voiture de réduire les exigences vis-à-vis du matériel de séchage de véhicule tel que des ventilateurs.

Production de sirop d'érable

Commençant dans les années 70, quelques producteurs du sirop d'érable ont commencé à employer l'osmose d'inversion pour enlever l'eau à partir de la sÃ¨ve avant d'être encore bouillie vers le bas sur le sirop . L'utilisation de l'osmose d'inversion permet approximativement à 75-80% de l'eau d'être enlevé de la sÃ¨ve, ramenant la consommation d'énergie et l'exposition du sirop aux températures. La contamination microbienne et la dégradation des membranes doit être surveillée.

Production d'hydrogène

Pour la production de à échelle réduite de l'hydrogène , l'osmose d'inversion est parfois employé pour empêcher la formation des minerais sur la surface des électrodes et pour enlever les produits organiques et le chlore de l'eau potable potable.

Aquariums de récif

Beaucoup de gardes d'aquarium de récif emploient l'osmose d'inversion pour leur mélange artificiel d'eau de mer. L'eau du robinet ordinaire peut souvent contenir le chlore excessif, les chloramines, le cuivre, l'azote, les phosphates, les silicates, ou beaucoup d'autres produits chimiques nuisibles aux organizations sensibles dans un environnement de récif. Les contaminants tels que des composés azotés et des phosphates peuvent mener à excessif, et à non désiré, croissance d'algues. Une combinaison efficace de l'osmose d'inversion et de la désionisation (RO/DI) de est la plus populaire parmi des gardes d'aquarium de récif et est preferred au-dessus d'autres processus de purification d'eau dus au coût bas de propriété et de coûts de fonctionnement minimaux.

Dessalement

Les secteurs qui ont le non ou l'eau de surface ou les eaux souterraines limitée peuvent choisir au dessalent l'eau de mer de ou l'eau saumâtre pour obtenir l'eau potable potable . L'osmose d'inversion est la méthode la plus commune de dessalement, bien que 85 pour cent de l'eau dessalée soient produits aux usines instantanées à plusieurs étages. Le grand osmose d'inversion et les usines de dessalement instantanées à plusieurs étages sont employés dans le Moyen-Orient , particulièrement Arabie Saoudite . Les besoins en énergie des usines sont grands, mais l'électricité peut être produite relativement à bon marché avec les réservations abondantes de l'huile dans la région. Les usines de dessalement sont souvent situées à côté des centrales qui réduit des déperditions d'énergie par transmission et permet à la chaleur résiduelle d'être employée dans le procédé de dessalement des usines instantanées à plusieurs étages, réduisant la quantité d'énergie requise pour dessaler l'eau et fournissant le refroidissement pour la centrale.

L'osmose d'inversion d'eau de mer de (SWRO) est un processus de membrane de dessalement d'osmose d'inversion qui a été commercialement employé depuis le début des années 70. Sa première démonstration pratique a été faite par Sidney Loeb et Srinivasa Sourirajan du UCLA dans le Coalinga , la Californie . Puisqu'aucun changement de chauffage ou de phase n'est nécessaire, les besoins en énergie sont bas par rapport à d'autres processus du dessalement, cependant toujours beaucoup plus haut que d'autres formes d'approvisionnement en eau (traitement y compris d'osmose d'inversion d'eau usagée).

Le système typique du passage simple SWRO comprend les composants suivants :
Prise de

Traitement préparatoire
Pompe à haute pression
Membrane
Remineralization et ajustement de pH
Désinfection

Traitement préparatoire

Le traitement préparatoire est important en travaillant avec le RO et les membranes (NF) de nanofiltration dues à la nature de leur blessure en spirale conçoivent. Le matériel est machiné d'une telle mode pour permettre seulement l'one-way traversent le système. En tant que tels la conception en spirale de blessure ne tient pas compte de backpulsing avec l'agitation de l'eau ou d'air pour récurer sa surface et pour enlever des solides. Puisque le matériel accumulé ne peut pas être enlevé des systèmes de surface de membrane ils sont fortement susceptibles de l'encrassement (perte de capacité productive). Par conséquent, le traitement préparatoire est une nécessité pour n'importe quel système de RO ou de N-F. Le traitement préparatoire dans le système de SWRO a quatre composants importants :

; Criblage des solides : Des solides dans l'eau doivent être enlevés et l'eau être traités pour empêcher l'encrassement des membranes par la particule fine ou la croissance biologique, et réduisent le risque de dommages aux éléments de pompe à haute pression.

; Criblage des biologicals

; Ajustement de la préfiltration pH : Si le pH du salinwater ascendant est au-dessus de 5.8 dans la balance acide-alkaline de mesure, l'acide sulfurique ou toute autre solution acide est employé pour ajuster le pH de l'eau à 5.

; Filtration de cartouche

Pompe à haute pression

Le la pompe assure la pression requise pour pousser l'eau par la membrane, même pendant que la membrane rejette le passage du sel par lui. Les pressions typiques pour l'eau saumâtre s'étendent de 225 au ² de 375 lbf/in (1. Dans le cas de l'eau de mer, elles s'étendent de 800 au ² de 1.180 lbf/in (6 à MPA 8).

Membrane

La membrane se compose d'un récipient à pression avec une membrane qui permet à l'eau d'alimentation d'être pressée contre lui. La membrane doit être assez forte pour résister quelque pression soit appliquée contre elle. Des membranes de RO sont faites dans une série de configurations, avec les deux configurations les plus communes étant la spirale-blessure et une creux-fibre .

Remineralisation et ajustement de pH

L'eau dessalée est très corrosif et est " ; stabilized" ; pour protéger les canalisations descendant et les stockages habituellement en ajoutant la chaux et l'anhydride carbonique pour empêcher la corrosion du béton ou du ciment a rayé des surfaces. Le chaulage du matériel est employé afin d'ajuster le pH à 6.1 pour répondre aux caractéristiques d'eau potable, principalement à la désinfection efficace et à la commande de corrosion.

Désinfection

Après traitement se compose stabiliser l'eau et se préparer à la distribution. Les procédés de dessalement sont les barrières très efficaces aux organizations pathogènes, comment jamais la désinfection est employée pour assurer un " ; safe" ; approvisionnement en eau. La désinfection (parfois appelée germicide ou bactéricide) est utilisée pour tuer les n'importe quels protozoaires et virus de bactéries qui ont dévié le procédé de dessalement dans l'eau de produit. La désinfection peut être au moyen de rayonnement ultraviolet , using les lampes UV directement sur le produit, ou par chloruration ou chloramination (chlore et ammoniaque). Dans beaucoup de pays la chloruration ou le chloramination est employée pour fournir un " ; residual" ; agent de désinfection dans le système d'approvisionnement en eau à protéger contre l'infection de l'approvisionnement en eau par la contamination entrant dans le système.

Inconvénients

Les unités d'osmose d'inversion se sont vendues pour la filtration résidentielle de l'eau d'offre de buts au coût de grandes quantités des eaux usées résiduaires. Pour tous les 5 gallons de rendement, un filtre résidentiel typique d'osmose d'inversion enverra environ 10 - 20 gallons de l'eau - en bas du drain (bien que beaucoup de personnes le capturent et l'emploient pour des usines et des pelouses d'arrosage).

Nouveautés

La préfiltration des hautes eaux de encrassement avec des autres, membrane de grand-pore avec le besoin en énergie moins hydraulique, a été évaluée et parfois employée depuis les années 70. Cependant, ceci signifie les passages de l'eau par deux membranes et est souvent repressurisé, qui exige plus d'absorption d'énergie dans le système, augmentant le coût.

L'autre travail de développement récent s'est concentré sur intégrer le RO avec l'électrodialyse afin d'améliorer le rétablissement des produits désionisés valables ou réduire au minimum le volume de concentré exigeant la décharge ou la disposition.

Voir également

Production d'hydrogène de
Microfiltration
Hypoxie (environnemental)
Zone en angle mort de (écologie)
Particule de (écologie)
Pollution de bateau de
Pollution de l'eau
Qualité de l'eau

Sources

Kramer, Matt. semblant raisonnable du vin . Philadelphie : Presse courante, 2003.

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