In deze opdracht bekijken we nader hoe omgekeerde osmose werkt en hoe u het proces om energie te besparen in ontziltingssystemen kunt optimaliseren. Maar eerst een snelle definitie:

Osmose is een natuurlijk proces, waarbij een vloeistof een halfdoorlatende barrière passeert tot er een evenwicht is bereikt. Dit kan vers water zijn dat in zeewater sijpelt totdat het aantal watermoleculen aan beide zijden van de barrière gelijk is.

Omgekeerde osmose is een ontziltingstechnologie die dit proces omkeert.

Met hogedrukpompen wordt zeewater door een membraan geperst om de watermoleculen te scheiden van mineralen, bacteriën en andere verontreinigingen. Het resultaat is perfect schoon, drinkbaar water.

Voor het realiseren van omgekeerde osmose, moet de pomp krachtig genoeg zijn om de osmotische druk het hoofd te bieden, een eigenschap die afhangt van de samenstelling van het water en de hoeveelheid druk weergeeft die nodig is om osmose te voorkomen. Dit kost veel energie en in het verleden was omgekeerde osmose dan ook een kostbare aangelegenheid.

Om van ontzilting een economisch haalbare oplossing voor de waterschaarste in de wereld te maken, moet het omgekeerde osmosesysteem geoptimaliseerd worden. De beste manier om dit te doen is de energie van het geconcentreerde brijn die onder hoge druk wordt uitgestoten uit de membranen te verzamelen en deze energie tijdens het proces te hergebruiken.

Laten we eens twee opties bekijken:

De eerste methode omvat het installeren van een pomp met turbine-aandrijving ter ondersteuning van de hogedrukpompen. De turbine-pomp wordt uitsluitend door het brijn aangedreven en verbruikt geen extra energie. Op die manier kunt u echter het vermogen naar de hoofdpompen aanzienlijk verlagen en de energiekosten met wel 33 % verminderen.

In de drukwisselaar drijft het brijn onder hoge druk een rotor aan, die vervolgens de druk van het instromende zeewater verhoogt. Omdat de drukwisseling hydraulisch in plaats van mechanisch is, net als bij de turbines, is het drukverlies slechts 2 %, zodat er 98% pure energie overblijft ter ondersteuning van het omgekeerde osmoseproces.

Dit vermindert de belasting van de hogedrukpompen aanzienlijk. In feite levert in een systeem met een waterterugwinpercentage van 40% de drukwisselaar 60% van de benodigde energie, waardoor de bedrijfskosten drastisch lager zijn. Afhankelijk van de plaats waar het gebruikt wordt, is de terugverdientijd voor een dergelijk systeem ongeveer 6 maanden.

Laten we het nog even samenvatten.

Omgekeerde osmose van zeewater was in het verleden een kostbare manier om zeewater om te zetten in drinkwater, omdat het proces afhankelijk is van hogedrukpompen om de osmotische druk te overwinnen. Tijdens dit proces wordt een grote hoeveelheid energie verbruikt.
 
De hydraulische energie in het resterende brijn onder hoge druk kan worden hergebruikt met behulp van apparaten voor energieterugwinning, zoals door turbines aangedreven pompen of drukwisselaars. Hierdoor wordt het energieverbruik aanzienlijk vermindert.

Een drukwisselaar is veruit de meest efficiënte methode. Deze brengt 98% van de energie van het brijn onder hoge druk over op het instromende zeewater, waarbij maar liefst 60% van de voor het proces benodigde energie wordt teruggewonnen.