Drinkbaar zeewater maken
Drinken uit de zee
Een mens is niet gemaakt om zeewater te drinken, zodoende moeten we oplossingen vinden om drinkbaar water te maken, zeker als we op zee varen.
Met de opkomst van de stoommachines ontstond de vraag naar zeer schoonwater zonder zout. Nu is dat op het land niet zo’n groot probleem, water uit rivieren of kanalen voldoet, maar op zee is het niet mogelijk zeewater te gebruiken voor de stoommachines, hiervoor is een verdamper bedacht.
Een verdamper werkt mbv de restwarmte van bijvoorbeeld de hoofdmotor en het vat waar het zeewater in komt vacuüm te maken.
Door de onderdruk in het vat kookt het zeewater bij een lagere temperatuur, door het zeewater te verwarmen met de restwarmte van de hoofdmotor gaat het zeewater eerder koken. Vervolgens koelt men het water af en het resultaat is schoon drinkwater.
Ook op moderne schepen wordt deze techniek nog steeds toegepast, de rest warmte komt van de (hoofd)motor en is min of meer gratis.
Een andere mogelijkheid is reverse osmose.
Bij reverse osmose perst men onder druk het zeewater door een membraan. Door dit membraan kan alleen een deel van het zeewater in de vorm van H2O, water. Het zout en andere opgeloste stoffen worden uitgespoeld.
Bij een toepassing in zeewater is een druk van ca 60 tot 70 bar nodig dat betekent dat er veel energie nodig is in de vorm van sterke hoge druk pompen.
Wat is reverse osmose
Kort gezegd is Reverse Osmose zeewater onder druk langs een semipermeabele wand laten stromen waardoor een gedeelte van dit water door het membraan gaat en o.a. zout achter blijft en met het langsstromende water uit gespoeld wordt.
Om te begrijpen hoe dit kan kijken we eerst hoe osmose werkt.
Situatie A is de uitgangssituatie.
Links is de vloeistof zouter als aan de rechterkant van de buis.
Omdat de natuur altijd naar evenwicht streeft ontstaat situatie B. De zoutoplossing is aan beide kanten gelijk en er ontstaat een druk verschil uitgedrukt in Ϫ Hoogte, meter waterkolom is een eenheid voor druk.
Dat de osmose druk hoog kan zijn kennen we o.a. uit de jachtbouw waarbij er blazen ontstaan in het laminaat van een polyester romp. Bij omgekeerde osmose zetten we de kant met het hoge zoutgehalte onder druk waardoor er zuiver water, H2O, door het membraan stroomt naar de druklosse kant van het membraan.
De benodigde druk is afhankelijk van het zoutgehalte en temperatuur van het zeewater en uiteraard van de eigenschappen van het membraan. Bij zeewater is de gebruikelijk druk ca 64 bar, met een maximaal toelaatbare druk van 70 bar voor het membraan.
Membranen zijn grofweg in drie groepen in te delen. De hiervoor besproken zeewatermembranen met een werkdruk van ca 64 bar, brakwatermembranen met een werkdruk van maximaal 30 bar en schoonwatermembranen, de membranen die we in de keuken gebruiken om bijvoorbeeld medicijnresten uit het drinkwater te filteren. Deze membranen hebben een werkdruk van ca 2 á 3 bar, waterleiding druk.
Wat is het verschil tussen
filtratie en Reverse osmose.
Het doel van zowel filtratie en reverse osmose is dat ongewenste stoffen uit het water gefilterd worden, waarbij wij met reverse osmose ook de opgelost zouten uit het water filteren, dit is met een filter niet mogelijk.
Bij filtratie gaat het hele volume water door het filter en het sediment blijft achter in het filter, na verloop van tijd zit het filter vol en moet vervangen worden.
Bij Reverse osmose spoelen we het raw-water onder druk langs een osmose wand, een semipermeabele wand, door de druk gaat een deel van het water, permeaat, door de wand en de opgeloste zouten en sediment blijven achter, deze verontreinigen worden vervolgens met het overgebleven water, concentraat, uitgespoeld.
Bij reverse osmose spreken we van een membraan. Door dit membraan op een bepaalde manier te construeren is het mogelijk ook opgeloste zouten uit het voedingswater te verwijderen.
Een hybride filtersysteem, cross-flow maakt gebruik van filteren en het uitspoelen van de verontreinigen. Dit wordt met name toegepast bij nano-filtratie.
In deze tabel is te zien voor welke toepassing de verschillende filtratie technieken zijn toe te passen.
Meltblown filterkaarsen
Reverse osmose membraan
Wat is het energieverbruik van een RO installatie, kan je met een roeiboot de oceaan over?
Uitgaande van een eenvoudige RO installatie dan is het energie verbruik ongeveer 12 Watt per ltr geproduceerd water. Als we als voorbeeld een installatie nemen die 100 ltr per uur produceert dan is het energieverbruik 1200 watt, een flinke stofzuiger.
In de basis is een RO installatie een hogedrukpomp en 1 of meerdere RO-membranen. De hogedrukpomp is het beste te vergelijken met de pomp van een hogedrukreiniger. In plaats dat het water direct uit de spuit komt gaat het eerst door de membranen en wordt de uitgaande stroom afgeknepen door een kraan.
Bij een basis samenstelling van een watermaker met hogedrukpomp is de opbrengst ca 100 ltr/uur. Energie is aan boord van schepen altijd al een issue, zeker op zeiljachten en oceaanroeiboten.
Om het probleem met hoog energie verbruik op te lossen zijn er aantal merken gestart met energie terugwinning. Bij een conventionele watermaker zoals hierboven maakt men gebruik van recirculatie van het voedingswater, dit kan een aardige besparing opleveren in energie.
Een andere mogelijkheid is om gebruik te maken van een drukverhoger. Met deze drukverhoger verkrijgt men de benodigde druk door de natuurkundige wet: Volume x druk = constant.
Met deze drukverhoger is het mogelijk met een kleine pomp en laag energie verbruik toch de benodigde druk van 64 bar te creëren terwijl het energie verbruik slechts een kwart of nog minder is.
Bij deze systemen is slechts 400 Watt nodig voor de productie van 100 ltr/uur. De twee belangrijkste merken met deze drukverhogers zijn Schenker met de ERS en Spectra met de Clark pomp.
- Membranen
- Besturingskast
- Hogedrukpomp
4. Flow meter productie water
5. Hogedruk manometer
6. Regelkraan
Bij systemen met een drukverhoger is geen regelkraan nodig voor het instellen van de druk. Door het natuurkundig principe van deze gebeurt de drukregeling automatisch.
Met name de systemen van Schenker zijn ligt in gewicht, compact, hebben een laag energie verbruik en zijn vanaf 30 ltr/uur verkrijgbaar. Hierdoor zijn deze systemen uitermate geschikt voor toepassingen op oceaanroeiboten met ook op zeiljachten waarbij de watermakers op zonnepanelen hun werk doen.