Чем точнее предлагаемая заказчику концепция учитывает преобладающие обстоятельства, тем проще будет удовлетворить потребности заказчика. Чтобы добиться еще большей эффективности и успешности проектирования систем обратного осмоса в будущем, концерн специальной химии LANXESS непрерывно осуществляет научные исследования и разработки в области технологий очистки воды.
На третьей международной конференции по опреснению воды с помощью мембранных технологий, состоявшейся на испанском острове Гран-Канария 2-5 апреля 2017 года, эксперты компании представили новейшие результаты своих разработок, позволяющие еще точнее описывать разделяющую способность мембран обратного осмоса в реальных условиях применения.
Понимание комплексных корреляций
В реальных условиях эксплуатации поведение мембран обратного осмоса определяется большим числом параметров. В частности, особое значение имеет состав очищаемой воды. На практике помимо хлорида натрия, обычно используемого во время испытаний обратноосмотических мембранных элементов, во входящей воде также присутствуют и другие соли. И селективность по этим различным солям или ионам может различаться весьма и весьма значительно. Значение pH и температура раствора для каждой соли или иона по-разному влияют на эффективность разделения.
Для получения лучшего понимания всех этих взаимозависимостей, эксперты LANXESS запустили новый научно-исследовательский проект, в котором используются современные методы планирования и проведения экспериментов (Design of Experiments, DoE). Только таким образом можно снизить количество различных тестов и проверок до разумного уровня даже при решении сложных задач. Цель данных тестов заключалась, в частности, в получении более глубокого понимания поведения высокосшитых мембран Lewabrane® при обработке солоноватых вод. Высокая степень сшивки мембран обуславливает меньший эффективный размер пор, что, в свою очередь, обеспечивает высокую селективность мембранных элементов. Кроме того, такие мембраны отличаются более высокой стабильностью даже при экстремальных значениях pH и температурах.
Испытания на многокомпонентных растворах
Экспертам было особенно интересно изучить разделяющую спрособность мембран при работе с различными растворенными солями. Поэтому для испытаний использовался экспериментальный раствор, в котором помимо хлорида натрия (2000 мг/л) содержались нитраты (200 мг/л), ион аммония (35 мг/л), бор (6 мг/л) и силикаты (75 мг/л). Подобные составы можно встретить, например, в промышленных или бытовых сточных водах, а некоторые его компоненты встречаются в сельском хозяйстве, грунтовых водах и морской воде.
Разделяющие свойства изучались как на отдельных мембранах, так и на собранных элементах обратного осмоса. Тесты проводились при давлении 10,3 бар и 15,5 бар (низконапорные элементы и элементы стандартного давления) и 15 %-ным извлечением при pH в диапазоне от 3 до 11 и температурах от 15 °C до 35 °C.
Чтобы точно оценить разделяющую способность при различных исходных параметрах и с минимальным числом экспериментов, в проекте использовалась методология DoE (Design of Experiments). За основу был взят метод эксперимента на поверхности отклика RSD (Response Surface Design) в комбинации с центральным композиционным планированием CCD (Central Composite Design). Оценка экспериментальных результатов осуществлялась корректировкой измеренных данных к модели квадрата.
Среди выбранных целевых значений модели были общая селективность, селективность по отдельным растворенным компонентам и поток пермеата.
Поверхности отклика для различных сценариев применения
Поверхности отклика, полученные по итогам проведенных экспериментов, описывают поведение мембран в отношении отдельных солей или ионов во всем диапазоне значений pH и температуры. Для нитратов, к примеру, наблюдалась отчетливая зависимость селективности от значений pH, при этом наибольшая селективность достигалась при pH на уровне 7–8, а зависимость от температуры была низкой. В то же самое время для бора, например, результаты были совершенно другими – помимо зависимости от pH наблюдалась также четкая зависимость селективности от температуры.
Результаты позволяют подбирать параметры обратноосмотических элементов таким образом, чтобы добиваться наиболее оптимальной разделяющей способности мембран для каждого конкретного применения. «Для того, чтобы наши клиенты могли, не теряя времени, использовать потенциал, полученный в результате проведенных экспериментов, все полученные функциональные зависимости были сразу же встроены в нашу расчетного программного обеспечения LewaPlus», – говорит Жулиен Огиер (Julien Ogier), руководитель технической лаборатории обратного осмоса отдела Технологии очистки жидкостей (LPT) концерна LANXESS. «В текущей версии программы LewaPlus мы продолжили работать над повышением удобства ее использования. Например, при проектировании системы обратного осмоса мы можем непосредственно увидеть, сколько именно моделей было создано для прямого сравнения. Кроме того, мы улучшили дизайн pdf-отчета проекта в модуле конденсатоочистки, в результате чего теперь в отчет можно включать такие показатели прогрессивной регенерации, как объем регенеранта и его концентрацию», – добавляет Огиер.
Программное обеспечение LewaPlus доступно для бесплатной загрузки со страницы http://lpt.lanxess.com/en/home/. Подробную информацию о продуктах бизнес-подразделения LPT концерна LANXESS также можно получить на этой странице.
Информация о компании LANXESS
LANXESS является ведущим концерном специальной химии, достигшим в 2016 году оборота 7,7 миллиардов евро. Штат сотрудников концерна насчитывает около 16 700 человек в 25 странах мира. В настоящее время в состав концерна входят 54 производственных предприятия. Основными сферами деятельности LANXESS являются разработка, производство и сбыт специальных химикатов, промежуточных продуктов и пластиков. Посредством деятельности ARLANXEO, совместного предприятия с компанией Saudi Aramco, концерн LANXESS также является ведущим производителем синтетических каучуков. Концерн включен в списки ведущих мировых индексов устойчивого развития: Мирового индекса устойчивости Доу-Джонса (DJSI World) и FTSE4Good.
© 2024 ООО "Мегасофт"
