Юг Аква Системы
ОБОРУДОВАНИЕ
ДЛЯ ВОДОПОДГОТОВКИ
ТЕЛ./ ФАКС:
+7(905)402-11-48
E-MAIL:
  
  

Обратный осмос, очистка обратным осмосом

Обратный осмос это: процесс, в котором с помощью давления принуждают воду проходить через мембрану, При этом мембрана пропускает воду, но не пропускает некоторые растворённые в ней вещества.

Чтобы детально понять принцип обратного осмоса, необходимо рассмотреть процесс осмоса.

Осмос – процесс перехода растворителя (воды) через полупроницаемую перегородку (мембрану) под действием перепада концентрации вещества по разные стороны от мембраны. Вода (растворитель) при этом переходит из области с меньшей концентрацией в область с большей концентрацией. Пусть имеется мембрана (перегородка), разделяющая растворы одного вещества с разной концентрацией. Условно выделим внешнюю и внутреннюю стороны мембраны. Пусть концентрация вещества с внешней стороны больше, а с внутренней меньше. Можно наблюдать переход растворителя (воды) через мембрану с внутренней стороны в сторону внешней.

Движущей силой процесса осмоса является разность так называемого осмотического давления ?? по разные стороны от мембраны:

?? = RT?c = RT (свнеш – свнутр),где

свнеш – концентрация вещества с внешней стороны мембраны,
свнутр - концентрация вещества с внутренней стороны мембраны.

Однако, теперь приложить давление с внешней стороны мембраны большее, чем осмотическое, то вода будет переходить в обратном направлении – с внешней стороны на внутреннюю. Этот процесс получил название обратного осмоса.

Таким образом, обратный осмос – баромембранный процесс перехода растворителя (воды) через полупроницаемую перегородку (мембрану) под действием разности внешнего давления, создаваемого с одной стороны мембраны и осмотического давления.

Применительно к системам водоподготовки, где растворителем является вода, процесс обратного осмоса можно представить следующим образом: если со стороны протекающей через аппарат исходной воды с некоторым содержанием примесей приложить давление, превышающее осмотическое, то вода будет просачиваться через мембрану и скапливаться по другую ее сторону, а примеси вместе с исходной водой протекать вдоль внешней поверхности мембраны, причем их концентрация будет увеличиваться. Растворенные в воде компоненты и примеси (взвеси, органические вещества, бактерии, вирусы, цисты простейших и даже неорганические соли) остаются с внешней стороны мембраны, и только незначительное количество солей (0,5-3% от начального количества) способны проходить через мембрану вместе с растворителем. Размер отделяемых этим методом частиц лежит в пределах 0,01-0,0005 мкм.

Важным понятием для процесса обратного осмоса является так называемая селективность.

Селективность – количество вещества (солей, ионов, молекул), задерживаемых мембраной (выражаемое обычно в процентах) и определяемое выражением:

? = [1 – (свнутр / свнешн)] x 100%

Для большинства веществ селективность мембран колеблется в пределах 97-99,5%. Воображаемая мембрана, задерживающая все вещества, имеет селективность 100% и называется идеально селективной. На практике идеально селективных мембран не существует.

Впервые метод обратного осмоса был предложен для разделения молекул или ионов Манегольдом в 1929 году, затем в 1953 г. Рейдом и Бретоном (США) были открыты полупроницаемые свойства ацетатцеллюлозных мембран, с 1962 г. метод получил применение в промышленности после того, как Лоэб и Сурираджан создали асимметричные ацетилцеллюлозные мембраны. Технология производства полупроницаемых мембран была усовершенствована Маникяном (США).

Процесс обратного осмоса осуществляют под давлением от 7 до 50 бар. Рабочее давление зависит от содержания компонентов (в том числе минеральных солей) в исходной воде, так как от их суммарной концентрации зависит осмотическое давление. Так, например, рабочее давление в установках по обессоливанию подземных вод – 7-16 бар (осмотическое давление 3,5-8 бар), для опреснения морской воды – 35-50 бар (осмотическое давление 15-25 бар). Энергозатраты составляют порядка 0,8-5 кВт/м3 в пересчете на очищенную воду.

Наиболее актуальными на сегодняшний день применениями фильтра обратного осмоса считаются:

  • обессоливание воды, снижение минерализации (опреснение) подземных вод;
  • опреснение морской воды;
  • приготовление технологических растворов специального применения в промышленности;
  • отделение ценных компонентов из растворов (концентрирование).

С развитием технологий выросли перспективы применения метода для получения дистиллированной воды для медицины (мембранные дистилляторы).

В качестве мембран для обратного осмоса используют кроме ацетилцеллюлозных также полиамидные, полисульфоновые, полимидные мембраны. Из мембран для компактности делают рулоны, формируют из них полые волокна, что существенно увеличивает удельную площадь рабочей поверхности, и, соответственно, производительность мембранных установок. Для обратного осмоса наибольшее распространение получили рулонные (спиральные) мембранные элементы.

Основными достоинствами обратноосмотических систем по праву можно считать:

  • высокую степень очистки воды от коллоидных и растворенных компонентов;
  • стабильное качество очищенной воды независимо от качества исходной воды;
  • универсальность метода;
  • низкие массогабаритные характеристики установок;
  • длительный срок службы мембранных элементов;

На сегодняшний день используемые в мировой практике водоподготовки рулонные обратноосмотические модули имеют унифицированные типоразмеры. Наиболее часто применяемые для промышленных целей модули – диаметром 4 и 8 дюймов и длиной 40 дюймов. Ведущие мировые производители – FILMTEC (Filmtec, Dow Chemical) - США, DESAL (GE Osmonics) – США, HYDRONAUTICS (США), TARAYRА (Япония) и так далее. Выпускаются также модули других размеров для бытового и полукоммерческого применения.

Каждый модуль обратного осмоса имеет один вход (исходная вода) и два выхода – выход концентрата и выход фильтрата (пермеата или очищенной воды). В практике водоподготовки применяют различные схемы соединения обратноосмотических модулей в зависимости от степени обессоливания воды, которую хотят достичь и от необходимого сброса концентрата. При этом возможно параллельное или последовательное соединение отдельных модулей по концентрату, по пермеату (фильтрату), возможен также возврат части концентрата с целью увеличения полезного использования воды.

В процессе длительной работы производительность мембранных аппаратов постепенно уменьшается, так как на турбулизаторной сетке, на поверхности и на стенках пор мембран сорбируются различные вещества и отлагаются частички загрязнений, увеличивающие общее гидравлическое сопротивление мембранных аппаратов. Для восстановления первоначальной производительности несколько раз в год проводится химическая промывка (мойка) мембранных аппаратов специальными кислотными, щелочными и комплексообразующими реагентами для удаления накопленных загрязнений.

Многолетняя практика убедительно доказала, что для установок обратного осмоса одним из главных факторов, от которого зависят показатели надежности и уровень затрат при эксплуатации, является качество исходной воды. Вредное воздействие компонентов, содержащихся в воде, поступающей на установки обратного осмоса, проявляется в засорении активной поверхности мембран, образованию на них отложений, а также к химической деградации селективного барьерного слоя мембраны под влиянием окислителей или термической деструкции.

В результате перечисленных воздействий снижаются производительность установок обратного осмоса, селективность, возрастают эксплуатационные расходы.

Производителями мембранных элементов были сформулированы основные критерии, которым должна соответствовать вода, поступающая на установку обратного осмоса:

  • мутность не более 0,1 NTU;
  • температура 4 -45?С;
  • содержание свободного хлора (и других сильных окислителей) не более 0,1 мг/л;
  • содержание органики по общему органическому углероду (ТОС) не более 3 мг/л;
  • содержание железа, марганца не более 0,1 мг/л;
  • содержание масел и нефтепродуктов не более 0,1 мг/л.

Считается, что в случае грамотно спроектированной системы водоподготовки, выполнение приведенных ниже требований позволяет обеспечить достаточный срок эксплуатации мембранных элементов (5–10 лет), при приемлемом уровне расходов, обусловленных частотой проведения химических промывок.

В связи с этим высокое значение имеет предварительная подготовка исходной воды перед подачей на установки обратного осмоса.

Метод обратного осмоса широко применяется в процессах очистки природных вод. Еще несколько лет назад основной областью его применения было промышленное использование - на предприятиях розлива воды, для производства алкогольных и безалкогольных напитков, в пищевой промышленности, в фармацевтике, электронике и так далее - словом, везде, где нужна чистая вода.

В последние годы начался новый бум в мембранной технологии. Мембранные установки стали все больше и больше использоваться в быту. Это стало возможным, благодаря научным и технологическим достижениям: мембранные аппараты стали дешевле, возросла удельная производительность, и снизилось рабочее давление. Обратноосмотические мембраны незаменимы для снижения общей минерализации воды (обессоливании) и широко используются для очистки пресной, в том числе водопроводной, воды.

Тел./факс: +7(905) 402-11-48 info@vodarus.ru
Оборудование для водоподготовки, г. Краснодар
© «ЮгАкваСистемы», 2011 г.