Unterschiede zwischen 1st pass RO und 2nd pass RO

Umkehrosmose-System (RO) ist hauptsächlich für die Entfernung aller Arten von Lösungsmittel-Feststoffen, Kolloiden und organischen Stoffen ausgelegt. Wie wählt man das richtige Membranelement aus? Die folgenden Fakten sollten berücksichtigt werden: Salzgehalt des Speisewassers, Rückweisungsrate, gute chemische Stabilität, höhere Verschmutzungsresistenz und gute mechanische Belastbarkeit.

Je nachdem, wie oft das Rohwasser die RO-Membran durchläuft, werden RO-Geräte in 1st-Pass-, 2nd-Pass- und sogar Multilevel-Pass-RO-Geräte unterteilt. 1. Pass und 2. Pass RO sind in der Regel verwendet, so was der Unterschied zwischen 1. und 2. Meerwasser-RO-Anlage.

1. unterschiedliche technologische Verfahren

Einstufiges RO-System: Verwendet eine Grundarchitektur "Vorbehandlung + einstufige Membrantrennung". Das Rohwasser durchläuft nacheinander Vorbehandlungseinheiten wie einen Multimedia-Filter (zur Entfernung von Schwebstoffen), einen Aktivkohlefilter (zur Adsorption von organischen Stoffen und Restchlor) und einen 5μm-Sicherheitsfilter (Feinfiltration), wird dann von einer Hochdruckpumpe unter Druck gesetzt (typischer Druck 1,5-2,5 MPa) und gelangt in das einstufige RO-Membranmodul. Während dieses Prozesses wird der Wasserstrom in zwei Ströme aufgeteilt: Produktwasser und Konzentrat. Das Produktwasser gelangt in den Lagertank, während das Konzentrat entweder direkt abgeleitet oder teilweise wiederverwendet wird.

Zweistufiges RO-System: Dieses System basiert auf einer Serienarchitektur von "Vorbehandlung + erste RO-Stufe + zweite RO-Stufe". Das Produktwasser aus der ersten RO-Stufe wird nicht direkt in den Lagertank geleitet, sondern durch eine Hochdruckpumpe der zweiten Stufe (typischer Betriebsdruck: 1,0-1,8 MPa) erneut unter Druck gesetzt und in das RO-Membranmodul der zweiten Stufe geleitet. Durch diese Konstruktion kann das Produktwasser der ersten Stufe einer zweiten Veredelung unterzogen werden, wodurch die Reinheit des Endprodukts erheblich verbessert wird. Es ist erwähnenswert, dass ein zwischengeschaltetes Alkalisierungssystem (z. B. ein NaOH-Einspritzsystem) in der Regel in der zweistufigen RO-Anlage installiert wird, um den pH-Wert des Produktwassers der ersten Stufe einzustellen und CO₂ in leicht entfernbare HCO₃-Ionen umzuwandeln, wodurch die Entsalzungseffizienz der zweiten Stufe erheblich verbessert wird.

2 pass ro

2. Unterschiedliche Konfiguration

In der Praxis unterscheiden sich die RO-Systeme der ersten und zweiten Stufe optisch deutlich voneinander:

Erste Stufe des RO-Systems: Ausgestattet mit einer einzigen vertikalen Hochdruckpumpe ist die Verrohrung relativ einfach, und das Steuerungssystem überwacht in erster Linie grundlegende Parameter wie den Speisewasserdruck, die Leitfähigkeit des Produktwassers und die Rückgewinnungsrate des Systems.

Zweistufiges RO-System: Ausgestattet mit zwei Hochdruckpumpen (Primär- und Sekundärdruckpumpen), einem Zwischenwassertank und einer Chemikaliendosieranlage. Das Instrumentierungssystem ist komplexer und erfordert die gleichzeitige Überwachung von Betriebsparametern und Leistungskennzahlen für beide Stufen.

3. Unterschied in Wasserqualität, Effizienz und Betrieb

a. Unterschiedliche Qualität des produzierten Wassers

• Vergleich der Entsalzungseffizienz: tie Entfernungsrate der gesamten gelösten Feststoffe (TDS) im Wasser des primären RO-Systems beträgt normalerweise 95-97% unter den Standardbetriebsbedingungen, was bedeutet, dass die Leitfähigkeit des produzierten Wassers etwa 15-25μS/cm beträgt, wenn die Leitfähigkeit des Rohwassers 500μS/cm ist, während das sekundäre RO-System durch den zweistufigen Trennungsprozess die Entsalzungsrate auf mehr als 99% erhöhen kann und unter den gleichen Rohwasserbedingungen die Leitfähigkeit des produzierten Wassers auf weniger als 5μS/cm reduziert werden kann. Unter den gleichen Rohwasserbedingungen kann die Leitfähigkeit des produzierten Wassers auf unter 5μS/cm gesenkt werden. Diese Verbesserung der Wasserqualität ist in der Elektronikindustrie besonders wichtig, da die Leitfähigkeit von Chip-Reinigungswasser auf unter 10μS/cm kontrolliert werden muss, um den durch ionische Verunreinigungen verursachten Rückgang der Ausbeute zu vermeiden.
• Beseitigung besonderer Schadstoffe: Die sekundäre Umkehrosmoseanlage hat einen erheblichen Vorteil bei der Behandlung von Bor, Silizium und anderen schwer zu entfernenden Stoffen. Die Entfernungsrate von Bor durch die primäre Umkehrosmose beträgt normalerweise 70-85%, während das sekundäre System auf mehr als 95% aufgerüstet werden kann. Dies ist von entscheidender Bedeutung für die Photovoltaik- und die Nuklearindustrie, wo die Borgehalte extrem begrenzt sind (in der Regel <0,5 mg/L). Auch bei der Siliziumentfernung kann das sekundäre System den Siliziumgehalt von 0,1-0,5 mg/L im primär produzierten Wasser auf 0,01-0,05 mg/L senken und so die strengen Anforderungen für Hochdruckkesselzusatzwasser erfüllen.

b. Systemrückgewinnungsrate und Betriebsdruck

• Effizienz der Wassernutzung: Die typische Rückgewinnungsrate eines primären RO-Systems liegt zwischen 50-75%, was bedeutet, dass 25-50% des einfließenden Wassers in konzentriertes Wasser für die Einleitung umgewandelt werden. Die sekundäre Umkehrosmoseanlage kann durch die Rückführung von konzentriertem Wasser und ein optimiertes Design eine Systemrückgewinnung von 85-90% erreichen, wodurch die Abwassereinleitung erheblich reduziert wird. So kann z. B. im ZLD-Projekt (Zero Discharge of Wastewater) das konzentrierte Wasser der sekundären Umkehrosmoseanlage teilweise in das primäre Speisewasser zurückgeführt werden, wodurch sich die Gesamtrückgewinnungsrate auf über 90% erhöht und die Belastung der nachfolgenden Verdampfungs- und Kristallisationseinheit sowie die Behandlungskosten erheblich reduziert werden.
• Betriebsdruck und Energieverbrauchsmerkmale: die erste RO-System Hochdruckpumpen müssen den hohen osmotischen Druck des Speisewassers zu überwinden, ist der Betriebsdruck in der Regel 1,8-3,0 MPa, während die zweite RO-System aufgrund des Speisewassers ist bereits die erste Ebene des Wassers (TDS deutlich niedriger), hat seine osmotischen Druck drastisch gesunken, so dass die zweite Stufe der Betriebsdruck von nur 1,0-1.8 MPa Obwohl die zweite Ebene des Systems hat zwei Sätze von Hochdruck-Pumpen, aber aufgrund der zweiten Stufe des Arbeitsdrucks ist niedriger, seine Gesamtenergieverbrauch Obwohl das sekundäre System hat zwei Sätze von Hochdruck-Pumpen, aufgrund der zweiten Stufe des Arbeitsdrucks ist niedriger, der Anstieg des Energieverbrauchs ist begrenzt (ca. 15-25%), während die Qualität des produzierten Wassers hat einen qualitativen Sprung gewesen.

Vergleich der Leistungsparameter zwischen primärem RO- und sekundärem Umkehrosmosesystem

c. Differentialpolarisation und Systemstabilität

Das Phänomen der Konzentrationspolarisation ist ein Schlüsselfaktor, der den langfristig stabilen Betrieb von RO-Systemen beeinträchtigt. Der Konzentrationspolarisationskoeffizient (β) auf der Membranoberfläche ist aufgrund der hohen TDS-Konzentration im konzentrierten Wasser am Ende der primären Umkehrosmoseanlage normalerweise auf weniger als 1,2 begrenzt. Bei der sekundären Umkehrosmoseanlage kann dank der Vorbehandlung in der ersten Stufe und der Verbesserung der Reinheit des Speisewassers in der zweiten Stufe der Polarisationskoeffizient der Konzentrationsdifferenz auf 1,4 gesenkt werden, was die Verschmutzungsrate der Membran verringert und den chemischen Reinigungszyklus (CIP) verlängert.

Studien haben gezeigt, dass bei einem Konzentrationspolarisationskoeffizienten von 1,2 oder weniger die Leistung des Systems mit einer 1-2-minütigen Niederdruckspülung wiederhergestellt wird; wenn der β-Wert 1,2 übersteigt, erhöht sich die für die Wiederherstellung erforderliche Zeit erheblich. Durch die Optimierung der Durchflussmenge zwischen den Abschnitten und der Anordnung der Membranelemente kann das sekundäre Umkehrosmose-System den Konzentrationspolarisationseffekt besser kontrollieren, was auch eine wichtige Garantie für seinen stabilen Betrieb ist.

4. Unterschiedliche Anwendungen

RO technology is widely used in many applications, including electric power industry( boiler water); food & beverage industry (recipe water, production water and purified drinking water); pharmaceutical industry (process water, water for injection, medicine…); seawater desalination (marine, sea oil area, coastal water-deficient region, etc. ).

Wenn die Wasserqualität nicht sehr hoch sein muss, ist es kein Problem, ein 1st-Pass-RO-System zu verwenden, z. B. für die landwirtschaftliche Bewässerung, Haushaltswasser, die Wiederverwendung von recyceltem Wasser usw. Wenn die Wasserqualität sehr hoch sein muss, ist es besser, ein 2nd-Pass-RO-System zu entwickeln, zum Beispiel für pharmazeutisches und medizinisches Prozesswasser, Trinkwasseraufbereitung (abgefülltes Wasser) sowie Lebensmittel- und Trinkwasser werden in der Regel in mehrstufigen RO-Systemen aufbereitet.

5. Entladungsfreie und ressourcenschonende Verfahren

Im Bereich des Zero Liquid Discharge (ZLD) hat sich das Kombinationsverfahren "zweistufige Umkehrosmose + Verdampfungskristallisation" als technischer Ansatz durchgesetzt. Die zweistufige Umkehrosmoseanlage konzentriert das Abwasser auf einen TDS-Wert von 8-12% (ca. 80.000-120.000 mg/L), wodurch die Größe und der Energieverbrauch der anschließenden Verdampfungsanlage erheblich reduziert werden. Untersuchungen zeigen, dass bei einem Anstieg des TDS-Wertes des RO-Konzentrats von 6% auf 10% der Dampfverbrauch im Verdampfungssystem um 30% sinkt, wobei die Gesamtinvestition weitgehend unverändert bleibt; bei einer weiteren Erhöhung auf 15% steigt die Gesamtinvestition jedoch um 6%, da spezielle Hochdruckmembranen und Titanverdampfer erforderlich sind.

Inzwischen werden Technologien zur Rückgewinnung wertvoller Komponenten (wie Lithium und Rubidium) aus sekundärem Umkehrosmosekonzentrat rasch entwickelt. Die Kombination der selektiven Membrantrennung mit der Kristallisationskontrolltechnologie ermöglicht synergetische Vorteile bei der Ressourcenrückgewinnung und Abwasserbehandlung und treibt die Umwandlung von Umkehrosmoseanlagen von reinen Reinigungsanlagen in Plattformen zur Ressourcenrückgewinnung voran.
Auswahlempfehlungen und Handlungsrichtlinien: So bestimmen Sie die Konfiguration Ihres RO-Systems

6. Wie bestimmen Sie die Konfiguration Ihres RO-Systems?

a. Wichtige Entscheidungsparameter

Die Wahl eines ein- oder zweistufigen RO-Systems sollte auf den folgenden Schlüsselfaktoren beruhen:

• Anforderungen an die Wasserqualität: Wenn das Produktwasser eine Leitfähigkeit von 0,2 MΩ-cm) erfordert, muss ein zweistufiges RO-System verwendet werden. Hochwertige Anwendungen wie pharmazeutisches Injektionswasser und ultrareines Wasser für die Elektronik fallen unter diese Kategorie.
• Qualität des Rohwassers: Bei Quellen mit hohem TDS-Wert (>1000 mg/L), hohem Bor-/Siliziumgehalt oder hohem Gehalt an organischen Stoffen wird der Einsatz eines zweistufigen Systems empfohlen. Bei der Meerwasserentsalzung (TDS ≈ 35.000 mg/L) muss ein zweistufiges Verfahren eingesetzt werden: "Meerwasser-RO + zweistufige Brackwasser-RO".
• Anforderungen an die Verwertungsquote: Wenn das Projekt eine Gesamtwiedergewinnungsrate von >80% erfordert, bietet das zweistufige RO-System Vorteile durch die Konzentratrückführung, die besonders für wasserarme Regionen geeignet ist.
• Lebenszykluskosten: In der High-End-Fertigung hat das zweistufige RO-System zwar höhere Anfangsinvestitionskosten, führt aber aufgrund geringerer Produktfehlerraten und Ausfallzeiten zu niedrigeren langfristigen Gesamtkosten.

b. Empfehlungen für den Umsetzungspfad

• Testen Sie zunächst die Wasserqualität: Durchführung einer 15-Parameter-Analyse des Rohwassers (TDS, Härte, CSB, Silizium, Bor usw.), um Probleme bei der Aufbereitung zu ermitteln.
• Präzise Bedarfsermittlung: Bestimmen Sie das erforderliche Niveau der Umkehrosmoseanlage auf der Grundlage der endgültigen Wasserqualitätsnormen (z. B. Pharmakopöe, SEMI-Normen für die Elektronikindustrie), um Überinvestitionen oder eine unzureichende Behandlung zu vermeiden.
• Modularer Aufbau: Wählen Sie skalierbare Konfigurationen, wie z. B. die Reservierung einer sekundären RO-Schnittstelle in einem primären RO-System, um zukünftige Erhöhungen der Wasserqualitätsstandards zu ermöglichen.
• Professionelle Unterstützung bei der Wartung: Sekundäre Umkehrosmoseanlagen erfordern spezialisierte Wartungsteams; es wird empfohlen, einen jährlichen Wartungsvertrag abzuschließen, um eine langfristig stabile Membranleistung zu gewährleisten.

Aktuelle Fallstudien

• Meerwasser-Umkehrosmoseanlage zum Trinken 51m³
• Entsalzungsanlage für Inselhaushalte gebraucht 40m³
• Gewerbliche Brackwasserentsalzung 240 m3

• Containerisierte SWRO für den Arktischen Pol 
• BWRO in Containern zum Trinken bei Trockenheit
• Brackwasserentsalzungsanlage für die Bewässerung

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