Kleppen voor omgekeerde osmose systemen

Omgekeerde osmose is het proces van waterzuivering waarbij water onder druk door een semipermeabel (halfdoorlatend) membraan geperst wordt om verontreinigingen, ionen, grote deeltjes of andere onzuiverheden te verwijderen. Voor de goede werking van een omgekeerd osmosesysteem wordt een grote verscheidenheid aan kleppen gebruikt. Dit artikel onderzoekt de werking van een omgekeerd osmose systeem en de rol die kleppen spelen bij een succesvolle werking van deze systemen.

Osmose

Osmose is een natuurlijk proces, waarbij we twee oplossingen hebben met verschillende concentraties, die door een halfdoorlatend of semipermeabel membraan gescheiden zijn. Een halfdoorlatend membraan is een membraan dat alleen kleine moleculen doorlaat, zoals bijvoorbeeld water. Grotere moleculen zoals van opgeloste stoffen worden niet doorgelaten.

De U-vormige buis in Figuur 2 (links) heeft twee oplossingen die gescheiden worden door een semipermeabel membraan. Er is zoet water met een lage zoutconcentratie (oplosmiddel) aan de ene kant en zout water met een hoge zoutconcentratie (oplosmiddel) aan de andere kant van het membraan. Het water met de lagere zoutconcentratie zal zich beginnen te bewegen naar de kant met de hogere zoutconcentratie omdat de natuur streeft naar een evenwicht van vrije oplosmiddelmoleculen. Hierdoor stijgt het waterpeil aan de kant met de hogere zoutconcentratie. Het wordt door het zuiverder water "opgestuwd" tot de osmotische druk hoog genoeg is. Osmotische druk is de druk die nodig is om osmose van moleculen van oplosmiddelen over het membraan te voorkomen.

Omgekeerde osmose

Zoals gezegd, is omgekeerde osmose "osmose in omgekeerde richting"; het is geen natuurlijk proces. Omgekeerde osmose kan dus alleen plaatsvinden als er druk wordt uitgeoefend op de oplossing met de hogere concentratie opgeloste stoffen. Dit leidt tot de passage van watermoleculen door een semipermeabel membraan naar het gebied met lagere concentraties van opgeloste stoffen. Deze druk moet hoger zijn dan de natuurlijke osmotische druk om zuiver water te laten passeren en een oplossing achter te laten met hoofdzakelijk verontreinigingen of zouten.

Figuur 2 (rechts) toont een U-vormige buis met omgekeerde osmose in actie. De druk die wordt uitgeoefend op het water met de hogere zoutconcentratie leidt ertoe dat watermoleculen over het membraan bewegen, waardoor het water wordt gezuiverd.

Omgekeerde osmosesystemen

Een eenvoudig omgekeerd osmosesysteem bestaat uit een hogedrukpomp (figuur 3 met opschrift B) die de druk verhoogt van voedingswater met zouten, ionen of onzuiverheden (figuur 3 met opschrift A). Hierdoor wordt het water over een semipermeabel RO-membraan (omgekeerde osmose) geperst (figuur 3, label C), waarbij alle opgeloste zouten worden achtergelaten. Hoe hoger de concentratie, hoe hoger de druk moet zijn om de natuurlijke osmotische druk te overwinnen.

Het RO-membraan laat het schonere water, permeaatwater genoemd, door (figuur 3 met E). Het zout en de andere onzuiverheden die door het membraan gestopt worden, worden afgevoerd (figuur 3 met etiket D). Dit kan om water te besparen afgetapt worden of gerecycled door het omgekeerde osmosesysteem. Omgekeerde osmosesystemen verwijderen tot op 99% opgeloste stoffen zoals zouten (ionen), deeltjes, pathogenen (ziekteverwekkers) en bacteriën van het toevoerwater.

Ventielen gebruikt in omgekeerde osmosesystemen

Magneetventiel voor RO waterzuiveringsinstallatie

Normaal gesproken zijn magneetventielen voor RO-waterzuiveraars 2/2-weg (1 inlaat, 1 uitlaat van het open/dicht type), ideaal voor het regelen van water AAN/UIT. Er zijn 3 typen magneetventielen:

Direct gestuurde vloeistofmagneetventielen

Direct werkende magneetventielen hebben een compact ontwerp. Figuur 4 laat zien dat de plunjer van het magneetventiel direct de vloeistofstroom blokkeert door de doorstroomopening af te sluiten. Omdat er geen diafragma gebruikt wordt, wordt de vloeistofstroom alleen door de grootte van de doorstroomopening beperkt.

Normaal is dit tussen 1 mm en 5 mm. Omdat deze magneetventielen van het direct gestuurde type zijn, zijn ze onafhankelijk van de systeemdrukverschillen. Dit maakt ze uitermate geschikt voor systemen met een lage stroomsnelheid en een lage, middelgrote of hogedruk tot 150 bar. Poortopeningen variëren van 1/8” tot 3/8”.

Semi-direct gestuurde magneetventielen

Het semi-directe ontwerp maakt gebruik van een opgehangen membraan en wordt op proef bediend zoals getoond in Figuur 5. Het interne membraan is bevestigd aan de ventielbehuizing. De bekrachtigde plunjer opent een ‘pilot’ poort zodat de vloeistofdruk het openen van het membraan ondersteunt. Tegelijkertijd opent de plunjer een pilot opening. Hierdoor ondersteunt de druk van het medium de opening van het membraan. Dit type magneetventiel werkt dus zonder drukverschil tussen de inlaat en de uitlaat. Hij is ideaal voor lagedruk-, gesloten lus-, zwaartekracht- en waterzuigsystemen.

Indirecte magneetventielen

Indirecte magneetventielen (Afbeelding 6) gebruiken een membraan dat niet aan de plunjer van het magneetventiel is bevestigd. Het membraan blijft dus zweven en gebruikt een drukverschil tussen inlaat en uitlaat om te werken. Dit drukverschil wordt geregeld door een magneetventielbediend stuurcircuit. De magneetspoel/plunjer is gemonteerd boven de poort van het uitlaatkanaal die de uitlaat en het gebied boven het membraan verbindt. Wanneer deze onder stroom staat, wordt de druk boven het membraan via dit pilotkanaal afgegeven aan de uitlaatpoort. Dit veroorzaakt een drukverschil dat het membraan optilt en medium door de klep laat stromen. Wanneer het pilotcircuit gesloten is, bouwt de inlaatdruk zich op boven het membraan waardoor het membraan zich sluit en de doorstroming van het medium stopt.

Hij is ideaal voor systemen met gemiddelde tot hoge druk, open voor atmosfeer en pompgevoede systemen.

Terugslagkleppen

Terugslagkleppen voor omgekeerde osmose worden aangesloten op de waterbuizen van het RO-membraan of de permeaatuitlaatpoort van de membraanbehuizing. Deze kleppen voorkomen terugstroming naar het membraan. Wanneer er tegendruk is in het systeem, bijvoorbeeld wanneer de tank vol is, wordt de veerbediende klep ingeschakeld en stopt de watertoevoer. De stroming wordt pas hervat wanneer de tegendruk tot onder de toevoerdruk is gedaald. Deze kleppen zijn vereist voor systemen die werken met tanks onder druk en/of automatische afsluitkleppen.

Toevoerkleppen

Toevoerventielen worden gebruikt om de toevoer van voedingswater naar RO-systemen te regelen. Ze hebben een AAN/UIT-functie. Vaak zijn het magneetventielen. Ze worden aangeboden in verschillende stijlen en zijn geschikt voor vele loodgieterijen.

Kogelkranen

Tweewegkogelkleppen sluiten de watertoevoer van en naar apparatuur af met een kwartslag van de hendel. Deze kleppen kunnen handmatig, pneumatisch of elektrisch worden bediend. Ze kunnen in tussenposities worden gebruikt om de watertoevoer naar een systeem, tank of onderdelen te stoppen voor eenvoudiger onderhoud en langere perioden zonder gebruik. Afhankelijk van het materiaal zijn ze meestal robuuster dan magneetventielen.

Automatische afsluitkleppen

Automatische afsluitkleppen sluiten af of schakelen in afhankelijk van het tankniveau. Dit zijn membraanbediende kleppen die werken in combinatie met tanks met voordruk. Ze werken ook met vlotterafsluiters om de toevoer naar het RO-systeem automatisch uit te schakelen als de tank vol is en weer in te schakelen als het tankniveau onder een bepaald vooraf ingesteld punt zakt. Ze helpen water te besparen en te behouden. Ze werken mechanisch en er is geen elektriciteit nodig.

Vlotterventielen (-afsluiters)

Vlotterafsluiters hebben een vlotter die het waterniveau in een tank of reservoir detecteert en automatisch de watertoevoer naar de tank of het reservoir stopt als het waterniveau boven een bepaald punt stijgt. Wanneer het waterpeil de vlotterstand bereikt, zorgt het drijfvermogen van de vlotter ervoor dat de arm van de klep omhoog gaat, waardoor de klep sluit. Bij gebruik in combinatie met een automatische membraanafsluiter zal de tegendruk die ontstaat door het sluiten van de tankklep de afsluiter activeren om het voedingswater dat in het RO-systeem stroomt af te sluiten. Als er water wordt gebruikt en het niveau daalt, gaat de klep open, waardoor de afsluitklep wordt uitgeschakeld en het voedingswater weer naar het RO-systeem kan stromen.

Vereiste kenmerken van magneetkleppen

Materiaalkeuze:

Aangezien osmose systeemkleppen water behandelen met een hoog gehalte aan zouten, is de kans groot dat klepmaterialen aangetast worden door corrosie. Dit komt door chloorrijk water en de gebruikte chemicaliën. Daarom worden gewoonlijk corrosiebestendige legeringen gebruikt. Kunststoffen zoals polyamide en roestvrij staal zijn een meer gebruikelijke keuze voor RO systemen om weerstand te bieden tegen put- en spleetcorrosie. Messing is ook een traditionele keuze, maar normaal messing kan niet worden gebruikt met chlorideoplossingen of met gezuiverd water als gevolg van het ontzinkingsproces.

Type klep:

• 2-weg direct bediende kleppen worden gebruikt voor lage debieten, kleine, middelgrote en hogedruksystemen tot 150 bar. Poortmaten van 1/8" tot 3/8". Ze zijn voor hun werking niet afhankelijk van drukverschillen tussen inlaat en uitlaat.
• 3-weg direct gestuurde kleppen worden gebruikt als er drie poorten nodig zijn om twee schakeltoestanden te bereiken. Deze zijn ideaal voor actuator- en cilinderbesturing of om stroming om te leiden.
• 2-weg indirect gestuurde magneetventielen zijn ideaal voor atmosferische of middelgrote druk en toepassingen met hoge stroomsnelheden. Het drukverschil dient groter te zijn dan 0,5 bar.
• 2-weg semi-direct gestuurde magneetventielen zijn ideaal voor lage druk en gesloten kringsystemen met hoge stroomsnelheden.

Modificaties

Normaal gesloten

2-wegkleppen zijn gesloten wanneer ze spanningsloos zijn en open wanneer ze onder spanning staan. Wanneer 3-wegkleppen spanningsloos zijn, is de drukpoort gesloten en is de cilinderpoort verbonden met de uitlaatpoort. Wanneer deze onder spanning staat, is de drukpoort verbonden met de cilinderpoort en is de uitlaatpoort gesloten.

Normaal open

2-wegkleppen zijn open wanneer ze spanningsloos zijn en gesloten wanneer ze onder spanning staan. Wanneer 3-wegkleppen spanningsloos zijn, is de drukpoort verbonden met de cilinderpoort. Wanneer de drukpoort onder spanning staat, is deze gesloten en is de cilinderpoort verbonden met de uitlaatpoort.

Universeel

Deze modificatie maakt het mogelijk het magneetventiel aan te sluiten zodat hij kan werken als Normaal Gesloten of als Normaal Geopend om een van twee vloeistoffen te selecteren of om vloeistof om te leiden van een poort naar een andere.

Voltage

Het is belangrijk de juiste spanning op te geven om er zeker van te zijn dat deze beschikbaar is op de plaats van installatie. Gebruikelijke spanningen zijn:

• 12 V DC
• 24 V DC/AC
• 120 V AC
• 220 V AC
• 230 V AC

Poortmaat & type schroefdraad

Door ervoor te zorgen dat het schroefdraadtype en de poortgrootte precies hetzelfde zijn, wordt gewaarborgd dat zij goed op elkaar aansluiten en een goede afdichting vormen, om lekkage te voorkomen. Veel voorkomende problemen ontstaan door verschillende draadnormen. Zo zal bijvoorbeeld een 1/4 inch BSPP water magneetventiel niet goed werken als de ingangspoort 1/4 inch NSP schroefdraad heeft.

Waterslag:

Waterslag kan optreden omdat magneetventielen snel werken. Daarom is het voor bepaalde toepassingen belangrijk een klep te nemen met een instelbare sluitingstijd, zoals langzaam sluitende watermagneetkleppen.

FAQs

Wat is een omgekeerde osmose klep?

Een omgekeerde osmose klep meet de druk in een tank en stopt de watertoevoer die door het membraan gaat wanneer de druk in de tank ongeveer tweederde is van die van het binnenkomende water.

Hebben alle osmose systemen een terugslagklep?

De permeaatleiding van elk omgekeerde osmose systeem heeft een omgekeerde osmose terugslagklep. De terugslagklep zorgt voor een goede afsluiting wanneer de tank vol raakt.