Macchina di desalinizzazione per i sistemi di desalinizzazione marina della barca Watermaker

I componenti principali del sistema di desalinizzazione marina

Osmosi inversa (RO) per applicazioni marine

La RO è la tecnologia moderna di desalinizzazione acquatica dominante, efficiente nell'eliminare i sali e gli inquinanti. Applica uno stress all'acqua salata, richiedendo l'acqua attraverso una membrana semipermeabile e respingendo i solidi disciolti. Ciò richiede una pressione significativa per superare la pressione osmotica.

Componenti segreti di un sistema RO acquatico:

• Prefiltrazione: Elimina i solidi sospesi e i bit per proteggere la membrana, di solito utilizzando filtri a cartuccia robusti e più fini (ad esempio, 20-micron, 5-micron). Una corretta prefiltrazione prolunga la durata dello strato di membrana.
• Pompa ad alta pressione: Fornisce pressione (800-1.180 psi per l'acqua di mare, 225-375 psi per quella salmastra) per far passare l'acqua attraverso lo strato di membrana. Le prestazioni della pompa influiscono sul consumo energetico.
• Membrana RO: L'aspetto della scissione del nucleo. I moderni strati di membrana avvolti a spirale raggiungono prezzi di negazione elevati (> 99% per gli ioni multicaricati, 90-96% per quelli monocaricati) [10] Il numero e le dimensioni delle membrane determinano la capacità.
• Vaso di sollecitazione: Alloggiamento robusto per i componenti dello strato di membrana RO, creato per le alte sollecitazioni.
• Dispositivi di guarigione energetica (ERD): Il recupero dell'energia idraulica dal flusso di acqua salata per pre-pressurizzare l'acqua di alimentazione, riducendo i lotti della pompa, è fondamentale per l'efficienza [6] I tipi più comuni includono scambiatori di pressione (PX) e turbocompressori. I dispositivi isobarici come PX e DWEER sono estremamente efficienti.

Flusso di processo regolare: Ingresso acqua salata -> purificazione grezza -> pre-filtri più fini -> pompa ad alta pressione -> serbatoio a membrana -> permeato (acqua dolce) e salamoia (scarico). Le soluzioni con ERD prevedono l'utilizzo di acqua salata ad alta pressione con l'ERD per pre-pressurizzare l'acqua di alimentazione in ingresso.

L'elemento di concentrazione, legato al prezzo di recupero (permeato % dell'alimentazione), è un parametro di layout vitale che influisce sulla pressione e sulla salinità della salamoia. I progressi si concentrano sull'efficienza energetica, sull'ingombro ridotto e sull'automazione.

Come scegliere il dimensionamento, la capacità e la combinazione del sistema in base al tipo di serbatoio?

La scelta di un sistema dipende dalle qualità del serbatoio e dalle esigenze idriche:

• Dimensione/tipo di nave: Le imbarcazioni più grandi (superyacht, navi commerciali) richiedono sistemi di maggiore capacità, spazio e potenza. Le imbarcazioni più piccole (navi da crociera costiere) richiedono dispositivi piccoli ed efficienti dal punto di vista energetico.
• Numero di individui: Autista primario di necessità. L'utilizzo giornaliero varia; determinare le richieste in base alle persone, alla durata del viaggio e alle attività.
• Uso previsto: Le esigenze di qualità dell'acqua sono diverse (consumo di alcol, pulizia, tecnica). Il consumo di acqua alcolica può richiedere un post-trattamento ed eventualmente un recupero ridotto per una migliore negazione del sale.
• Durata del viaggio/Località: I viaggi più lunghi richiedono una capacità ancora maggiore. L'alta salinità o l'acqua fredda influenzano l'efficienza e lo sfruttamento della potenza, rendendo potenzialmente necessario un sistema più grande.
• Spazio offerto/Struttura: I sistemi hanno bisogno di spazio per le parti (pompa, strati di membrana, filtri, controlli) e le tubazioni. Le dimensioni e il peso devono essere adatti al recipiente. L'impianto necessita di spazio per il consumo, lo scarico e lo stoccaggio. I sistemi azionati dal motore richiedono uno spazio per il vano motore.

Le capacità variano da carichi a innumerevoli litri all'ora. I sistemi modulari o dispersi si adattano a numerosi spazi. L'isolamento dalle vibrazioni è importante per i componenti.

Fabbisogno energetico, risorse energetiche e prestazioni

I sistemi RO marini sono ad alto consumo energetico, in particolare la pompa ad alta pressione. L'assimilazione e l'efficacia della fonte di energia sono fondamentali.

Fonte di alimentazione tipica:

• a/c Elettrica: Per imbarcazioni con generatori CA o inverter di grandi dimensioni. Comune sulle imbarcazioni più grandi (> 40 ft) con generatori.
• Elettrico DC: Si integra con i circuiti CC dell'imbarcazione, comprese le energie rinnovabili (solare, eolica). Preferibile per le imbarcazioni da crociera di medie dimensioni. Può affaticare i sistemi a 12/24 V, con potenziale necessità di aggiornamenti.
• Motore: Pompa ad alta pressione azionata dal motore primario tramite cinghia/puleggia. Molto efficace, può ridurre drasticamente la potenza assorbita (circa 80%). La maggior parte è affidabile quando il motore è in funzione.

L'apporto energetico è diverso. La moderna RO è di 2,5-4 kWh/m ³, ma gli ERD la riducono drasticamente. Gli ERD ad alta efficienza possono ridurre l'apporto energetico specifico (SEC) a 3 kWh/m TRE. Gli interventi di retrofit possono ridurre il SEC da 4,5 a 2,5 kWh/m QUATTRO. I costi dell'energia elettrica sono significativi (30-50% di spese generali), rendendo gli ERD essenziali.

Gli ERD specifici come Danfoss iSave (pompa PX/booster incorporata) sono ottimizzati per l'uso acquatico e raggiungono circa 94% di prestazioni. La collezione iERD (PX, booster e motore 3-in-1) raggiunge un recupero di 92%. Gli ERD sono essenziali per la decarbonizzazione di SWRO.

Approcci di ottimizzazione dell'efficienza:

• Utilizzo delle ERD.
• Scegliere pompe/motori affidabili.
• Miglioramento del layout (strato di membrana, pressione, recupero).
• Preservare i componenti (pulire i filtri/membrane).
• Tenendo conto dell'ambiente (l'acqua più fredda/salata aumenta il consumo).

Alcuni sistemi sono realizzati per potenze bassissime (ad esempio, Sea Recovery Ultra Whisper dichiara la riduzione 75%). I sistemi a corrente continua sono in genere più efficaci con ERS integrato. Gli ERD comportano una spesa iniziale, ma consentono di risparmiare a lungo termine. Esistono opzioni incrociate AC/DC.

Qualità dell'acqua, post-trattamento e vitalità per l'uso previsto

L'acqua RO è pura con pochi sali/minerali liquefatti. È priva di batteri/virus, ma potrebbe richiedere una terapia aggiuntiva.

Attributi dell'acqua desalinizzata: Basso TDS, demineralizzata, leggermente acida.

Il post-trattamento necessario dipende dall'uso:

• Sterilizzazione UV: Fondamentale per l'acqua potabile per uccidere i germi dopo la RO.
• Mineralizzazione: Include minerali (calcio, magnesio) per il gusto/salute dell'acqua potabile.
• Modifica del pH: Aumenta il pH se acido (ad esempio, con il carbonato di calcio), favorendo la rimineralizzazione e riducendo la ruggine.
• Carbonio innescato: Elimina gli odori e i sapori ricorrenti.

Il monitoraggio dei TDS con un conduttivimetro garantisce l'efficienza. Per l'acqua potabile può essere necessario uno screening batterico.

Vitalità per gli usi:

• Bere: Necessita di post-trattamento (UV, mineralizzazione, pH).
• Lavaggio/Doccia: Normalmente è sufficiente la sanificazione a raggi UV. I minerali ridotti riducono i residui di sapone.
• Uso tecnico (raffreddamento del motore): Il basso contenuto di sabbia minerale previene l'incrostazione; in genere non è necessario alcun post-trattamento.

Lo scarico di acqua salata è un fattore ambientale da considerare. La salamoia è concentrata (due volte la salinità dell'acqua di mare) e può includere sostanze chimiche per la terapia. Il rilascio può aumentare la salinità/temperatura locale, ridurre l'ossigeno e creare “zone morte” Sulle navi, l'acqua salata viene scaricata troppo lontano. L'effetto dipende dalla posizione/velocità; l'acqua aperta consente una rapida diluizione. Il recupero delle risorse dalla salamoia è stato esplorato, ma è molto meno adatto a piccoli sistemi acquatici.

Impostazione, procedura e manutenzione in ambiente marino

I sistemi marini richiedono metodi di installazione, procedura e manutenzione dettagliati.

Impostazione: .

• Luogo: Accessibile, protetto dagli estremi, consente un corretto funzionamento dell'impianto idraulico.
• Isolamento dalle vibrazioni: Montare i componenti in luoghi umidi.
• Tubi: Utilizzare materiali resistenti alla corrosione (tubi flessibili rinforzati, tubi ad alta pressione). Collegamenti sicuri. Aspirare lontano dalla contaminazione; rilasciare lontano dall'aspirazione.
• Elettrico: Cablaggio/fusibile appropriato secondo i requisiti.
• Scafi passanti: Raccordi robusti e resistenti alla corrosione per l'aspirazione e lo scarico.

Operazione: .

• Indicazioni: Seguire l'avvio/spegnimento del maker.
• Tracciamento: Esaminare lo stress, i tassi di circolazione (alimentazione, penetrazione, acqua salata), i TDS di penetrazione.
• Acqua di alimentazione: Rimanere lontani dai luoghi contaminati (porti, fioriture) per evitare di sporcare.
• Tempo di esecuzione: Funziona per un tempo sufficiente a soddisfare i requisiti, riducendo al minimo i cicli di avvio/arresto.

Manutenzione: .

• Sostituto del prefiltro: Compito frequente; cambiare per orario o quando lo stress diminuisce.
• Pulizia della membrana: La pulizia chimica è necessaria quando le incrostazioni riducono la produzione/la qualità. La frequenza dipende dall'acqua di alimentazione/utilizzo.
• Sostituto della membrana: Le membrane hanno una durata limitata (molti anni). Sostituirle quando la pulizia è insufficiente o la qualità è inferiore.
• Esame dell'elemento: Esaminare la pompa, il motore elettrico e così via per verificare la presenza di perdite, ruggine e rumori. I prodotti di alta qualità (duplex/super-duplex) sono utilizzati per le parti vitali.
• Conservazione (Layup): Risciacquare con acqua dolce, con opzione di conservazione per il non utilizzo prolungato.
• Evitare la ruggine: Valutare e trattare tempestivamente la corrosione.
• Risoluzione dei problemi: Affrontare la riduzione della produzione (filtri, membrane, pressione), la bassa qualità (membrane, perdite), i problemi della pompa. Utilizzare il diagramma di circolazione e la guida.