Очистка воды методом обратного осмоса

Осмос и обратный осмос.

Прямой осмос или осмос является основой процесса обмена веществ всех биологических организмов на клеточном уровне. Для осмоса нужен раствор, растворитель и разделяющая их полупроницаемая мембрана, служащая преградой для растворенного вещества. Мембранный барьер пропускает только молекулы воды и кислорода и задерживает все остальное. Прямой осмос происходит следующим образом: со стороны растворителя возникает осмотическое давление, при котором его молекулы проникают на сторону концентрированного раствора и разбавляют его. 

Обратный осмос что это. 

Обратный осмос — противоположный прямому осмосу процесс, здесь уже жидкость (вода) очищается от растворенных в ней частиц, проходя через специальную мембрану под давлением. Мембраны задерживают до 98% солей и примесей. Эти загрязнения остаются с другой стороны обратноосмотической мембраны, и в дальнейшем сливаются в дренаж. Дренажная вода — это концентрат исходной воды. Очищенную воду называют пермеат.

Так что такое обратный осмос — это процесс, в результате которого мы имеем на выходе чистую питьевую и техническую воду.

Впервые этот процесс применили для очистки жидкости в середине 20 века. А сегодня метод обратного осмоса считается одним из самых эффективных в водоподготовке и водоочистке. 

Системы обратного осмоса применяются на промышленных предприятиях и в частном секторе для:

• Дистилляции воды.

• Получения воды типа 1 и 2 в сочетании с ультрафильтрацией.

• В сочетании с ионным обменом получение фильтрованной воды.

• Опреснения воды.

• Снижения щелочности и умягчения воды.

• Очистки жидкости от тяжелых металлов и токсичных элементов.

• Очистки воды до норм СанПиН.

• Очистки сточных вод.

Установки обратного осмоса нашли применение:

• В пищевой отрасли. Применяют при производстве молочной продукции, напитков и бутилированной воды и другого.

• В общепите.

• В медицинских и образовательных учреждениях.

• На предприятиях химической, легкой, фармацевтической промышленности.

• В машиностроении, авиастроении, кораблестроении, металлургии и гальванических производствах.

• На предприятиях микроэлектроники, где требуется глубоко обессоленная вода.

• На всех предприятиях энергетики — гидроэлектростанциях, теплоэлектростанциях, атомных электростанциях, в котельных и др.

• ЖКХ, для индивидуального водоснабжения.

• В различных лабораториях, НТЦ, где требуется вода высокой очистки.

• В бассейнах, в системах охлаждения.

• На мойках самообслуживания, чтобы после мойки автомобиля не оставались всевозможные разводы и др.

Фильтр обратного осмоса удаляет из жидкости ионы натрия Na, кальция Ca, хлора Cl, железа Fe, тяжелых металлов, удобрения, мышьяк и другие примеси.

Очищают жидкость в несколько этапов: 

1. Предварительная очистка с применением механических и угольных фильтров для удаления хлора и крупных органических примесей, песка, ржавчины.

2. Очистка жидкости мембранным методом (через полимерную мембрану), не пропускает соли, бактерии и вирусы

3. Очищенная жидкость скапливается в накопительных емкостях (баках).

4. Постфильтрация. Применяют постфильтры (сменные картриджи) такие, как угольный картридж финишной очистки и кондиционирования воды, биокерамический картридж инфракрасного излучения и минерализатор. Они служат для более глубокой очистки воды, улучшения ее вкуса, ионизации и насыщения минералами.

Мембрана обратного осмоса.

Мембраны выпускаются в виде рулонных мембранных элементов, которые дают возможность установить большое мембранное полотно в маленьком объеме. Это позволяет создавать компактность установок обратного осмоса.

Мембранный элемент обратного осмоса размещается в корпусе. Корпус вмещает 1-7 обратноосмотических мембран. Мембранный блок можно устанавливать и вертикально, и горизонтально.

Фильтр обратноосмотический имеет полупроницаемые мембраны, которые состоят из:

• Тонкого селективного слоя, толщиной 0,1-1,0 мкм, являющимся барьером для загрязнений.

• Пористой основы, толщиной 50-150 мкм, обеспечивающей прочность мембраны.

По конструктивным особенностям мембраны бывают спирально навитые и половолоконные. Более востребованные спирально навитые мембраны.

Материал для изготовления мембран — полисульфонамид, полиэфирсульфон, ацетат целлюлозы, фторопласты, полиэтилентерефталат, полиамиды, полиимиды, полиэтилен, полипропилен и многие другие полимеры. Селективность полиамидных мембран составляет 90-99,6%. 

Производительность мембранной установки может быть от 7 до 1900 лч. На скорость работы мембраны влияет температура и степени загрязнения жидкости, а также давление. Чем выше давление, тем быстрее происходит очистка жидкости.

Загрязнение и промывка мембран.

При постоянной очистке жидкости, установки обратного осмоса постепенно снижают производительность, снижается качество пермеата, отмечается высокий перепад давления на определенной мембране Все это говорит о том, что мембрана загрязнена. 

Чаще всего возникают следующие загрязнения:

• Меловые отложения (карбоната кальция) в виде белесого, кремового или желтоватого налета.

• Гипсовые отложения (сульфата кальция) и отложения бария или стронция. Этот осадок возникает часто после очистки морской и подземной солоноватой воды.

• Отложения оксидов металлов. В основном это соли железа и марганца.

• Осадок от кремниевых кислот, которые образуют устойчивые коллоидные отложения.

• Отложения иловые, от водорослей, нарост плесени и грибков.

Чтобы мембрана работала с заданной производительностью, требуется постоянный контроль за состоянием мембраны и при необходимости проводить качественную очистку (промывку). 

Имеется два типа промывки поверхности мембран:

• Гидравлическая промывка. Это автоматизированный процесс. Проводится в течение 10 секунд, каждый раз после получаса простоя оборудования.

• Химическая промывка. В основном проводится 1 раз в 6-12 месяцев, на начальном этапе загрязнения. Промывка может длиться часы, а может занять и нескольких дней, в зависимости от числа мембранных элементов.

Существует много конструкций установок обратного осмоса, отличающихся мощностью, степенью очистки, размерами и другими параметрами.

Виды и устройство установок обратного осмоса.

Установки выпускаются четырех видов:

1. Бытовые. Качество питьевой воды выше, чем после очистки угольными фильтрами.

2. Малой производительности (до 5 м3/ч) для промышленного использования с малым потреблением очищенной воды.

3. Средней производительности (5 — 10 м3/ч) для применения в промышленности.

4. Высокопроизводительные (свыше 10 м3/ч). Экономически выгодно для очистки больших объемов жидкости. Они снижают расход воды и потребление электроэнергии, количество концентрата на выходе всего около 25%.

Системы обратного осмоса имеют полуавтоматическое или автоматическое управление и состоят из нескольких модулей.

В основном, комплектация обратноосмотической системы следующая:

• Фильтр предварительной очистки.

• Насосная группа — насос высокого давления, частотный преобразователь.

• Мембранный блок, с необходимым количеством мембранных элементов. В зависимости от того, какое качество имеет исходная вода, устанавливают от 1 до 4 напорных корпуса, можно и больше.

• Арматура с обвязкой.

• Устройства автоматики и регулирования параметров.

• Шкаф управления.

• Блок КИП, манометры.

• Система очистки мембран.

Каждое предприятие подбирает для определенных целей разные системы обратноосмотической. На какие показатели стоит обратить внимание:

• Состояние исходной жидкости. Необходимо сделать лабораторный анализ.

• Требуемая степень очистки жидкости. В наше время установки способны удалить от 80 до 99,8 % загрязнений.

• Размер мембран и их пор. Рассчитать количество необходимых фильтрующих блоков, исходя из производительности одного.

• Насос высокого качества и длительной эксплуатации.

• Определиться с количеством и типом фильтров для предочистки жидкости.

Преимущества и недостатки использования технологии обратного осмоса.

 Достоинства:

• Экономия рабочих площадей. Другие технологии очистки жидкости включают в себя различные узлы и участки для осветления, ионизирования, поступления доз химических реагентов. Иногда жидкость проходит несколько ступеней очистки. Это требует больших площадей, затрат на реагенты, вложения на трубопроводы, соединительные узлы, специальное оборудование и дополнительное число обслуживающего персонала.

• Универсальность технологии. Различная производительность, подходит для дома, школ, больниц, детских садов, для малых предприятий и гигантов

• Высокое качество очищенной воды. Количество примесей на выходе в десять раз меньше, чем прописано в действующих нормах.

• Экономия электроэнергии и воды.

• Высококачественная система автоматизации, обеспечивает бесперебойную работу системы.

• Расходы на эксплуатацию незначительные.

• Концентрат сбрасывается в канализацию, не требуется дополнительная утилизация.

• Большой ассортимент моделей различной производительности. Можно организовать производство необходимой обратноосмотической установки по индивидуальным запросам заказчика.

• В любое время можно установить дополнительные узлы в систему очистки и увеличить производительность.

• Возможность установить обратноосмотическую систему в имеющуюся на предприятии систему водоподготовки.

• Если качество исходной воды хорошее (водопроводная), то можно исключить некоторые стадии предочистки, так можно уменьшить затраты на установку.

Недостатки:

• Не задерживает летучий хлор.

• Требуется предочистка жидкости. Механическая очистка воды может потребовать больших вложений.

• Отсутствие минералов в очищенной воде, практически не имеет вкуса. Требуется дополнительная минерализация.

• Периодически нужно промывать мембрану.

• Большой расход исходной воды, до нас доходит только 25% очищенной воды, все остальное сливается в канализацию.

Критерии выбора системы обратного осмоса

Стоимость систем очистки воды с обратным осмосом достаточно высока, порой достигая десятков тысячей рублей. Точно так же, широк диапазон устройств по своим эксплуатационно-техническим характеристикам. Поэтому, к выбору фильтра обратного осмоса нужно подходить как можно ответственнее.

Чтобы подобрать правильно аппарат, нужно учесть следующие критерии выбора:

• Количество степеней очистки. Минимальное количество фильтров, для высококачественной очистки питьевой воды должно быть не менее 3-х.
• Наличие дополнительных функций. Так, некоторые компании-изготовители оснащают свои модели бытовых фильтров обратного осмоса минерализаторами, вновь наполняющими воду необходимыми для организма микроэлементами, которые задержала мембрана. Для обеззараживания водопроводной воды могут использоваться ультрафиолетовые лампы, убивающие бактерий.
• Качество изготовления аппаратуры. Например, все отдельные модули и детали должны быть хорошо подогнаны друг к другу, без зазоров и щелей. Пластик должен использоваться только пищевой, без постороннего химического запаха. Высокого качества должны быть уплотнители и соединительные элементы, во избежание снижения внутреннего гидростатического давления и падения производительности.
• Производительность. Процесс наполнения накопительного бака у большинства фильтров для воды с обратным осмосом достаточно длителен. На это влияет несколько факторов – концентрация загрязнений в воде, показатель проницаемости мембраны, давление в центральном водопроводе. Поэтому, если у вас большая семья, то следует приобретать более производительный фильтрующий аппарат с накопительным баком большого объёма.
• Необходимое для работы аппаратуры давление в водопроводе. У различных систем очистки воды для дома этот показатель может варьироваться в достаточно большом диапазоне – от 2 до 8 атмосфер. Поэтому, для разных моделей придётся либо повышать давление, путём установки дополнительной помпы, либо понижать с помощью редуктора.
• Эксплуатационный ресурс расходных элементов. У дорогих моделей, соответственно, и расходники более дорогие, но прослужить они могут дольше.
• Разновидность колбы. Выполненные по принципу блокированных модулей стоят дороже, но замена их производится проще. Колбы-наполнители дешевле, но самостоятельно менять их будет сложнее.
• Габариты аппаратуры. Прежде, чем решить, какую выбрать модель для очистки воды, нужно измерить подмоечное пространство – войдёт ли туда фильтрующая аппаратура?

Вред и минусы установки системы

Вместе с вполне заслуженной похвалой, фильтры обратного осмоса часто подвергаются и разгромной критике. Данный метод очистки, по мнению многих, олицетворяет поговорку «лучшее – враг хорошего».

Одним из ключевых недостатков установок считается их низкая производительность. Фильтры весьма «скрупулезны» в очистке – на 1 л «хорошей» воды уходит около 3 л «исходной жидкости».

Фильтры обратного осмоса являются очень расточительными системами. В канализацию они “спускают” до 75% от общего объема воды. Это их весомый недостаток

Также среди минусов устройств выделяют:

• габаритность;
• высокую стоимость;
• дополнительные расходы на систему при «некорректном» давлении в водопроводе.

Но главный «изъян» установок – их возможный вред для здоровья. Именно этот факт тревожит умы потребителей больше всего.

Известно, что вода, прошедшая обратный осмос становится практически дистиллятом. Выводы специалистов относительно вреда и пользы такой жидкости всегда разнились и разнятся до сих пор.

Советские ученые придерживались позиции, что в воде обязательно должны содержаться природные минеральные вещества – иначе вреда здоровью не избежать.

О полезности дистиллята можно говорить только в случае непродолжительного его применения. То, что он хорош в исследовательских и медицинских целях, не делает его таковым для организма человека.

Регулярное употребление воды, прошедшей через обратноосмотическую мембрану может привести к нарушению солевого баланса, являющегося одним из важнейших обменных процессов в организме.

Он отвечает за правильность сочетания качества и количества солей во всех анатомических и физиологических структурах.

Нарушение данного баланса в большую сторону грозит отложением солей, в меньшую – истончением и неправильной работой тканей. Обратноосмотическая мембрана является преградой для ионов солей и других микроэлементов, требующихся организму.

Нехватка солей приводит к истончению костной ткани, вследствие чего кости становится хрупкими. Истончается и хрящевая ткань, хрящи становится менее эластичными, возникают болезненные ощущения при ходьбе и любых движениях. Могут развиваться артрозы.

Нехватка магния может вызывать аритмию, мышечные судороги, парадонтоз, артериальную гипертензию. Низкое содержание или отсутствие в воде минеральных веществ негативно сказывается на состоянии зубной эмали.

Обратноосмотическая вода – далеко не идеальный продукт; будучи кристальной очищенной, она не дает никакого вклада в общий объем требуемых организму питательных веществ (нутриентов). Это подтверждается многими современными исследованиями.

Воду, очищенную установками обратного осмоса часто называют “мертвой”, не несущей организму никакой пользы. Несмотря на то, что вода становится обессоленной, такие заявления слишком громкие

Собрано достаточно авторитетных данных, чтобы заявлять, что дефицит кальция и магния бесследно не проходит. Повышается риск не только сердечно-сосудистых заболеваний, но и внезапной смерти.

Некоторые ученые утверждают, что постоянное употребление т.н. мягкой воды с низким содержанием Ca, приводит к переломам у детей, осложнениям беременности (преэклампсия), нейродегенеративным изменениям.

Конструкция обратноосмотической установки может включать минерализатор, который восполняет «важные потери».

Но дело в том, что минерализация уже очищенной воды не обеспечит того гармоничного сочетания микроэлеметов, который изначально присутствовал в жидкости.

Вероятно, ни один из существующих в мире способов обогащения воды не является оптимальным, насыщающим ее действительно всеми важными веществами.

Ряд специалистов считает более рациональным использование тех водоочистительных систем, которые не требуют каких-либо дополнительных мер для улучшения качества и вкуса жидкости.

Летучие органические вещества, размер которых меньше чем молекула воды, обратноосмотическая мембрана не улавливает. Пропускает она также гербициды и инсектициды

Преимущества и недостатки обратного осмоса

Любая неочищенная вода содержит огромное количество разнообразных примесей, микроорганизмов и элементов, как полезных, так и вредных для здоровья человека. Проточные фильтры, кувшинные или насадки, конечно, снижают количество вредных веществ в питьевой жидкости, но полностью очистить воду от всех примесей способны только обратноосмотические системы фильтрации.

Такие фильтрующие агрегаты удаляют из жидкости ионы вредных веществ железа, мышьяка, хлора, тяжелых металлов, в также остатки удобрений и инсектицидов. Однако полезные микро- и макроэлементы такие, как кальций, калий и магний также вымываются. По своим биологическим и вкусовым свойствам жидкость, прошедшая через систему обратного осмоса, похожа на талую ледниковую воду.

Очищенная на 98% вода значительно продлевает срок службы бытовых приборов (электрочайника, утюга, стиральной машины, бойлера и т.д.).

Некоторые врачи не рекомендуют длительное употребление полностью очищенной жидкости, так как организм человека перестает впитывать полезные минеральные соли, что негативно влияет на сердечно-сосудистую систему. Поэтому специалисты рекомендуют устанавливать дополнительные картриджи, которые смогут наполнить воду полезными минеральными веществами и восстановить ее структуру.

Помимо полной деминерализации и габаритности, среди других минусов у данных агрегатов выделяют следующие:

• низкая производительность;
• высокая стоимость;
• дополнительные расходы при «некорректном» давлении в водопроводе.

По сравнению с проточными приборами фильтр обратного осмоса стоит несколько дороже, что часто заставляет сделать выбор не в его пользу. При этом производительность осмотических приборов ниже, так как треть воды с высокой концентрацией примесей сливается в канализацию. И если у вас стоят счетчики, то установив такой фильтр, за воду придется платить больше. При этом польза от качественной очистки покрывает данные расходы.

Фильтры обратного осмоса не очень экономны в очистке – на получение 1 л «хорошей» воды уходит около 3 л «исходной жидкости».

Важно: чтобы система обратного осмоса работала правильно, в водопроводной сети должно быть нормальное давление, то есть в пределах от 3 до 4,5 атмосфер. Если напора не хватает, то в систему нужно включить специальный насос, повышающий давление. Если же в водопроводе постоянно скачет давление и доходит до 7 атмосфер, то необходима установка редуктора для понижения напора.

Таким образом, воду, прошедшую через обратноосмотический фильтр, нельзя назвать бесспорно идеальным продуктом, поскольку кристально очищенная жидкость не питает организм необходимы нутриентами, но и вредные вещества также не попадают в него. Так что вопрос спорный, но легко решаемый.

Установки обратного осмоса в наличии на складе:

Модель	Произв-ность, м3/час	Мощность, кВт	Вес, кг	Габариты, мм	Скачать .pdf
ПВО-RO-0,25	0,25	0,75	80	800/800/1800	PDF
ПВО-RO-0,5	0,5	1,4	90	1200/700/2000	PDF
ПВО-RO-1	1	2,2	125	1200/700/2000	PDF
ПВО-RO-3	3	3	400	3900/700/2000	PDF
ПВО-RO-5	5	4	500	3900/700/2000	PDF
ПВО-RO-10	10	11	650	6500/700/2000	PDF
ПВО-RO-20	20	15	1000	6500/1500/2000	PDF
ПВО-RO-30	30	22	1600	6500/1500/2000	PDF
ПВО-RO-50	50	40	2500	8500/1700/2000	PDF

Назначение

Система обратного осмоса предназначена для глубокой очистки и обессоливания воды, удаления органических соединений, микроорганизмов, взвесей, для подготовки воды хозяйственно-бытового, промышленного и питьевого назначения.

А также применяется на объектах:

• АЭС (комплексы водоснабжения)
• ТЭЦ, ГЭС (системы технологической очистки воды)
• ГАЗОВАЯ ЭНЕРГЕТИКА  (блочных комплексы водоподготовки)
• ЖКХ (водоснабжение объектов I категории)
• Научно-исследовательских комплексов (очистка воды для лабораторий по разработке бактериологического оружия)

Решаемые проблемы

Обратноосмотическая мембрана очень хорошо отделяет неорганические вещества. В зависимости от типа применяемой мембраны (ацетатцеллюлозная или тонкопленочная композитная) степень очистки составляет по большинству неорганических элементов 85%-98%.

Мембрана обратного осмоса также удаляет из воды и органические вещества. Органические вещества с молекулярным весом более 100-200 удаляются полностью; а с меньшим — могут проникать через мембрану в незначительных количествах. Большой размер вирусов и бактерий практически исключает вероятность их проникновения через мембрану.

В то же время, мембрана пропускает растворенные в воде кислород и другие газы, определяющие ее вкус. В результате, на выходе системы обратного осмоса получается свежая, вкусная, настолько чистая вода, что она, строго говоря, даже не требует кипячения.

Ниже приведены ориентировочные показатели, которым должна соответствовать исходная вода, подаваемая на обратноосмотические мембраны (наличие некоторого диапазона обусловливается требованиями разных производителей мембран):

мутность	до 1–5 ЕМФ
окисляемость перманганатная	до 3 мгО/л
водородный показатель (рН)	3–10, (иногда 2–11)
нефтепродукты	0,0–0,5 мг/л
сильные окислители (хлор свободный, озон)	до 0,1 г/л
марганец общий (Mn)	до 0,05 мг/л
железо общее (Fe)	до 0,1–0,3 мг/л
кремниесоединения (Si)	до 0,5–1,0 мг/л
сероводород	0,0 мг/л
индекс SDI	до 3–5 ед.
минерализация общая	до 20 г/л
температура воды	5–35 (иногда до 45) °С
давление	0,3–6,0 МПа
температура воздуха в помещении	5–35°С
влажность воздуха в помещении	≤ 70%

Области применения

Наиболее актуальными на сегодняшний день применениями фильтров обратного осмоса считаются:

— обессоливание, снижение минерализации (опреснение) подземных вод;

— опреснение морской воды;

— приготовление технологических растворов специального применения в промышленности;

— отделение ценных компонентов из растворов (концентрирование);

— концентрирование растворенного вещества.

            Основным направлением использования обратного осмоса является очистка воды, главным образом, обессоливание солоноватых вод и особенно морской воды с целью получения питьевой воды. Другой важной областью применения обратноосмотических установок является использование обратного осмоса как стадии предварительного обессоливания воды при производстве ультрачистой воды для полупроводниковой, медицинской и теплоэнергетической отраслей промышленности.

            На стадии концентрирования обратный осмос широко используется в пищевой промышленности (концентрирование фруктовых соков, сахара, кофе) и в молочной промышленности (для концентрирования молока на начальной стадии сыроделия), а также при очистке сточных вод (в гальванике для концентрирования гальваностоков).

Сравнение методов обессоливания (ионный обмен и обратный осмос)

Обратный осмос

Преимущества:

— очень высокое качество получаемой воды,  которое обусловлено весьма «мягкими» с физико-химической точки зрения условиями проведения процесса;

— неограниченная производительность (путем набора стандартных модулей и блоков) и одновременно – небольшие габариты;

отношение: производительность/габариты – лучшее по сравнению с другими методами обессоливания – дистилляцией, ионообменом, электродиализом;

— относительно низкие эксплуатационные расходы;

— малый расход ингибиторов отложений и реагентов для отмывки отложений на мембранах;

— низкая энергоемкость (процесс осуществляется без фазовых переходов, и, следовательно,  энергия требуется лишь для создания градиента давления и рециркуляции раствора);

— возможность почти во всех случаях сброса концентрата в канализацию (в окружающую среду) без обработки.

Недостатки обратного осмоса:

— необходима тщательная предподготовка воды для обеспечения большой производительности мембран и длительного срока их службы;

— большой объем сбрасываемого концентрата (с учетом компоновочных решений расход пермеата может составить 75–80% исходной воды, концентрат – 20–25%) и, следовательно, значительный расход исходной воды;

— большие капитальные затраты;

-желательный непрерывный режим работы установок.

Ионообмен

Преимущества:

— возможность получения воды очень высокого качества (многоступенчатые установки), в том числе для котлов любого давления и промывки печатных плат электронного оборудования;

— способность работать при резко меняющихся параметрах питающей воды;

— небольшие капитальные и энергозатраты;

— небольшой объем воды на собственные нужды, особенно у противоточных фильтров;

Недостатки:

— относительно большой расход реагентов, особенно у натрий-катионитных фильтров;

— эксплуатационные расходы  увеличиваются пропорционально солесодержанию исходной воды и при необходимости уменьшать предел обессоливания обработанной воды;

— в зависимости от качества исходной воды требуется предподготовка – иногда весьма сложная;

— необходима обработка сточных вод и сложности с их сбросом.

Принцип работы

В обратноосмотической технологии используется полупроницаемая мембрана, которая пропускает только молекулы воды и задерживает молекулы загрязняющих веществ. Наиболее часто в технологии обратного осмоса используется процесс, известный как перекресное течение, что позволяет мембране самоочищаться. В то время, как часть жидкости проходит через мембрану, другая ее часть двигается в обратном направлении, вымывая из мембраны обратного осмоса задержанные частички.

В процессе обратного осмоса требуется движущая сила, которая будет проталкивать жидкость через мембрану, наилучшим вариантом является давление, создаваемое помпой. Чем выше давление, тем больше движущая сила.

Установки обратного осмоса способны задерживать бактерии, соли, сахара, протеины, частицы, красители и другие загрязняющие вещества, молекулярная масса которых больше 150-250 далтонов.

Разделение ионов обратным осмосом происходит с участием заряженных частиц. Это значит, что расстворенные ионы, которые несут заряд, равный зараряду солей, более вероятно будут отброшены мембраной, чем те, которые не заряжены, например органика. Чем больше заряд частицы и ее размер, тем выше вероятность того, что она будет отброшена мембраной.

Типы обратного осмоса

 В современной водоподготовке используются три основных типа мембран обратного осмоса: целлюлозные (CA) и из смеси триацетата целлюлозы с ацетатом целлюлозы (CTA), полностью из ароматического полиамида и тонкопленочные композитные (TFC) мембраны.       Основные исходные требования, предъявляемые к мембранам следующие:

— свободная проницаемость для воды

— высокая селективность

— работоспособность при высоких давлениях

— стойкость в широком диапазоне pH и температуры

— устойчивость к воздействию химических веществ, в том числе окислителей (таких, как

свободный хлор)

— биологическая стойкость к бактериям

— низкая адгезия поверхностного слоя к осаждаемым веществам

Целлюлозные мембраны появились первыми, и именно на них в конце 1950-х годов был продемонстрирован принцип обратного осмоса. Эти мембраны асимметричны и состоят из тонкого плотного поверхностного слоя (от 0,2 до 0,5 мкм) и толстой пористой подложки. Задержка растворенных веществ осуществляется тонким плотным слоем и пористой подложкой, обеспечивающей прочность конструкции.

Ацетат целлюлозы может использоваться в листах или в виде полых волокон. Мембраны из ацетата целлюлозы недороги и просты в изготовлении, но имеют ряд ограничений.           Асимметричная структура делает их восприимчивыми к уплотнению при высоких давлениях и, особенно при повышении температуры. Уплотнение происходит, когда тонкий плотный слой мембраны утолщается за счет слияния с толстой пористой подложкой, что приводит к сокращению потока продукта.

Мембраны из ацетата целлюлозы подвержены гидролизу и могут использоваться только в ограниченном диапазоне pH (самые низкие значен ия рН от 3 до 5, а самые высокие рН от 6 до 8, в зависимости от производителя). При температуре выше 35°C они начинают разрушаться, а также они уязвимы для атак бактерий.

Мембраны из ацетата целлюлозы имеют высокую проницаемость для воды, но плохо задерживают загрязнения с низким молекулярным весом.

В последствии были разработаны мембраны из триацетата целлюлозы с улучшенными характеристиками селективности по соли, сниженной чувствительностью к рН, высокой температуре и микробным атакам. Тем не менее, мембраны из триацетата целлюлозы имеют более низкую водопроницаемость, чем мембраны из ацетата целлюлозы. Чтобы получить желаемые характеристики обеих мембран, были разработаны смеси триацетата целлюлозы и ацетата целлюлозы.

Мембраны из армированного полиамида (е полиамидные мембраны) с полой конфигурацией волокна были впервые разработаны компанией Дюпон. Как и целлюлозные мембраны, они имеют асимметричную структуру с тонкой (от 0,1 до 1,0 мкм), плотной пленкой и пористой подложкой.

Полиамидные мембраны, в отличие от целлюлозных, имеют лучшую биологическую стойкость и менее восприимчивы к воздействию гидролиза. Они могут работать даже выше диапазона рН от 4 до 11, но постоянное использование на краях этого диапазона может привести к началу необратимого разрушения мембраны.

Оболочка этих мембран может выдерживать более высокие температуры, чем у целлюлозных. Однако, как и целлюлозные, они уплотняются при высоких давлениях и температурах. У них лучше селективность по NaCl и органическим веществам.

Основным недостатком полиамидных мембран является то, что они подвержены разрушению под воздействием окислителей, таких как свободный хлор.

Тонкопленочные композитные мембраны изготавливаются путем формирования тонкой и плотной поверхностной пленки (с большим сопротивлением по потоку для растворенных веществ) поверх пористой подложки.

Конструкционные материалы и технологические процессы для изготовления этих двух слоев могут быть различными и оптимизируются с целью получения лучшего сочетания большого потока воды и низкой проницаемости для растворенных в ней веществ.

Характеристики потока пропускаемой воды и сопротивляемости растворенным в ней веществам в основном определяются тонким поверхностным слоем, толщина которого колеблется в пределах от 0,01 до 0,1 мкм.

Устройство обратного осмоса.

 Первой стадией процесса обратного осмоса является тонкая очистка исходной воды от механических примесей. Обычно для этого используются фильтры патронного типа, размещаемые в однопатронных или мультипатроных фильтродержателях, в зависимости от производительности ОО-установки.  Данный фильтр относится к фильтрам периодического действия, работающим под давлением. Механизм работы патронных фильтрующих элементов относится к глубинной и/или поверхностной фильтрации, т.е. механические примеси, задерживаемые фильтрующим элементом, накапливаются внутри слоя фильтрующей перегородки.            

Вода, очищенная на патронных фильтрах, подается на насос высокого давления, назначением которого является достижение давления исходной среды расчетного давления для осуществления массообменных процессов, протекающих на полупроницаемых обратноосмотических мембранах. Подбор высоконапорного насоса производится исходя из его рабочей характеристики. При этом рабочая точка насоса должна находится в диапазоне от 0,6 – 0,7 максимальной его производительности.

При невозможности установить «паритет» между давлением и производительностью насоса высокого давления (а это бывает чаще всего) между всасывающим и нагнетающим патрубками насоса устанавливается байпассный вентиль, с помощью которого и осуществляется данная операция (по показаниям ротаметра и манометра исходной воды, поступающей на установку обратного осмоса). Регулировка процесса повышения давления исходной воды производится один раз в процессе пуско-наладочных работ. В процессе эксплуатации ОО-установки осуществляется только контроль указанных параметров исходной воды.

После того как давление исходной воды повышено, она поступает на модули, в которых размещены обратноосмотические мембраны, где собственно и происходит разделение исходной воды на пермеат и концентрат. Концентрат, выходящий из установки обратного осмоса, имеет достаточно высокое давление и его транспортировка к месту сброса или утилизации не вызывает особых трудностей. Давление пермеата после обратноосмотической установки редко превышает 1 атм. Поэтому, чаще всего его приходиться подавать в накопительную емкость, откуда с помощью повышающего насоса он транспортируется на дальнейшие стадии очистки.

 Автоматизация.

Компания ООО «НПЦ ПромВодОчистка» реализует установки обратного осмоса в различных комплектациях, в зависимости требования Заказчика и все установки без исключения разрабатываются индивидуально.

Установки обратного осмоса могут комплектоваться различным оборудованием. В стандартную комплектацию входит:
— Рама    
— Насосы высокого давления
— Трубная обвязка и арматура    
— Блок мембранных модулей
— Фильтр тонкой очистки, 5 мкм    
— Блок CIP-мойка
— КИП и автоматика

Трубная обвязка и арматура изготовлена из ПВХ. Фильтр тонкой очистки  предохраняет мембраны от засорения механическими частицами. Насос повышения давления – создает необходимое давление на входе в блок мембранных модулей. Блок мембранных модулей состоит из корпусов из стекловолокна, в которых установлены мембраны. Блок CIP-мойки предназначен для проведения периодических химических промывок мембран. КИП – обеспечивает автоматическое управление установкой.

Степень автоматизации установки обратного осмоса может быть различна. От самой простой — контролирование основных режимов работы, и заканчивая — сложным комплексом с контролированием более 50 различных  параметров и вывода данных на ПК или диспетчерский пульт

Нормативы. Госты.

Питьевая вода. Требования по СанПин 2.1.4.1074-01

 Дистиллированная вода. Требования по ГОСТ 6709-72

Дистиллированная вода широко используется в различных отраслях промышленности (для изготовления косметики, тосолов), в химических лабораториях, на химических производствах и т.д.

Физико-химические показатели дистиллированной воды по ГОСТ 6709-72

Наименование показателя	Норма
1. Массовая концентрация остатка после выпаривания, мг/дм3	не более 5
2. Массовая концентрация аммиака и аммонийных солей (NH4 ), мг/дм3	не более 0,02
3. Массовая концентрация нитратов (КО3 ), мг/дм3	не более 0,2
4. Массовая концентрация сульфатов (SO4 ), мг/дм3	не более 0,5
5. Массовая концентрация хлоридов (Сl), мг/дм3	не более 0,02
6. Массовая концентрация алюминия (Аl), мг/дм3	не более 0,05
7. Массовая концентрация железа (Fe), мг/дм3	не более 0,05
8. Массовая концентрация кальция (Сa), мг/дм3	не более 0,8
9. Массовая концентрация меди (Сu), мг/дм3	не более 0,02
10. Массовая концентрация свинца (Рb), %	не более 0,05
11. Массовая концентрация цинка (Zn), мг/дм3	не более 0,2
12. Массовая концентрация веществ, восстанавливающих КМnО4 (O), мг/дм3	не более 0,08
13. рН воды	5,4 — 6,6
14. Удельная электрическая проводимость при 20°С, См/м	не более 5·10 -4

Основным показателем, контролируемым при использовании дистиллированной воды, является электрическая проводимость, которая не должна превышать 5 мкСм/см.

Требования по микросименсам

деминерализованная вода—от 0,1 до 10 мкСм/см;
питьевая вода — от 100 до 1300 мкСм/см;
поверхностные воды — от 100 до 8000 мкСм/см;
сточные воды — от 1000 до 8000 мкСм/см;
солоноватая и морская вода — от 1000 до 80000 мкСм/см;
концентрированные кислоты — от 80000 до 2 млн. мкСм/см.

Рекуперация энергии.

 При смешении даже самой простой системы: высоконапорного насоса и мембранной одноуровневой установки с выходом фильтрата 40% — удельное потребление энергии остается очень высоким (около 6-7 кВт*ч на 1 м3 произведенной воды), при этом задвижка на сбросе концентрата должна пропускать 60% потока исходной воды, входящего с давлением, равным входному, минус потери напора в модулях (от 1 до 2 бар).

Таким образом, идея использования концентрата для работы турбины в целях рекуперации его энергии возникла очень быстро и в настоящее время такая методика является экономически целесообразной для любых размеров установки.

Многочисленные системы рекуперации энергии, существующие в настоящее время, можно объединить в две большие группы.

1. Турбина типа “Pelton” рекуперирует энергию концентрата и используете повторно на валу высоконапорного насоса, что позволяет разгрузить двигатель с момента производства концентрата.

Примечание. Процедуры запуска и автоматического останова должны прорабатываться вместе с проектировщиком.

При работе этой системы потребление энергии в рассмотренном случае снизится на 3 кВт*ч на 1 м3, если выбранный высоконапорный насос имеет КПД выше 85%, а система – только одну ступень обработки.

Примечание: Другие, менее совершенные типы турбин не используются для работы на больших установках.

В этом случае весь комплекс установок данной системы (предварительная обработка, перекачивание насосами из моря, нагнетание полученной воды) будет потреблять около 4,0-4,5 кВт*ч на 1 м3.

2. Система, называемая системой обмена энергии рекуперирует энергию концентрата, чтобы воздействовать непосредственно на такой же объем предварительно обработанной воды с помощью давления на нескольки бар ниже давления подачи (из-за потерь давления в модулях и обменнике энергии).

В этом случае высоконапорный насос с точностью 1 или 2% (учитывая внутренние утечки в системе обмена) будет перекачивать только расход, равный расходу пермеата, т.е. в данном случае 41 м3/час, что показано в примере на рисунке.

 Насос-бустер будет компенсировать потерю напора, о которой говорилось выше (3 бар). Такие системы (ротационные или линейные со свободным поршнемимеют более высокий КПД (94-97%) по сравнению с центробежными насосами. Удалось показать, что установка, работающая точно с проектнымипараметрами на морской воде с солесодержанием 36 г/л, может потреблять не более 2 кВт*ч на 1 м3 полученной воды.

В целом выигрыш энергии по сравнению с турбиной “Pelton” составляет 0,5 – 0,8 кВт*ч на 1 м3 и таким образом, общее потребление энергии этими системами составляет от 3,2 до 4 кВт*ч на 1 м3 получаемой воды.

Примечание:  При включении второй ступени обработки (100%) к вышеуказанным цифрам необходимо добавить 0,5 кВт*ч/м3  (энергопотребление второй ступени)

Справочник.

Соотношение единиц измерения объема

Из В cм3 м3 литр (дм3) дюйм3 фут3 UK пинта UK галлон US пинта US галлон cм3 1 — 0.001 0.061024 0.0000353 0.001760 0.00022 0.002113 0.000264 м3 — 1 1000 61023.7 35.3147 1759.75 219.969 2113.38 264.172 литр (дм3 ) 1000 0.001 1 61.0237 0.035315 1.75975 0.219969 2.11338 0.264172 дюйм3 16.3871 — 0.016387 1 0.0005787 0.028837 0.003605 0.034632 0.004329 фут3 28316.8 0.028317 28.3168 1728 1 49.8307 6.22883 59.8442 7.48052 ярд3 764555 0.764555 764.555 46656 27 1345.429 168.1784 1615.793 201.974 UK пинта 568.261 0.0005683 0.568261 34.6774 0.020068 1 0.125 1.20095 0.150119 UK галлон 4546.09 0.0045461 4.54609 277.42 0.160544 8 1 9.6076 1.20095 US пинта 473.176 0.0004732 0.473176 28.875 0.01671 0.832674 0.104084 1 0.125 US галлон 3785.41 0.0037854 3.785411 231 0.133681 6.661392 0.832674 8 1

Связь прямого и обратного осмоса

Принцип прямого осмоса во многом напоминает обратноосмотический процесс, в частности в нем также используется полупроводящая мембрана. При прямом осмосе вода из соляного раствора перемещается под воздействием осмотического давления (а не гидравлического, как в обратном осмосе) через мембрану в сторону более концентрированного раствора специально подобранного вещества. На втором этапе очистки температуру раствора повышают, и вещество выпадает в осадок. В результате мы получим очищенную воду, в которой процент содержания солей будет понижен.

Обратный осмос для очистки воды – что это такое? Принцип работы

Очистка воды обратным осмосом состоит из ряда последовательных процессов:

1. Предочистка.
2. Прохождение жидкости через мембрану.
3. Накопление уже отфильтрованной воды.
4. Финишная очистка.
5. Осуществление разлива воды через кран.

Система очистки воды осмосом подключается непосредственно к водопроводу, откуда в фильтр поступает обычная вода. Все примеси после окончания процесса очистки сливаются в канализационную систему. Производительность осмосной установки не очень высокая, поскольку тщательная очистка требует времени. На скорость прохождения воды через мембрану оказывают влияние разные факторы – это и степень загрязненности воды, и количество примесей, давление жидкости, температура, проницаемость самой мембраны.

Предочистка: особенности первой ступени очистки воды

Предочистка – это самая первая ступень очистки водопроводной жидкости. Можно ли обойтись без этого этапа? Нет, поскольку мембрана, используемая в качестве фильтра, может выходить из строя раньше времени при использовании сильно загрязненной воды (а стоит ее замена не дешево). Для проведения предочистки используется три типа фильтров:

• пятимикронный механический – полипропиленовый, задерживающий нерастворимые мелкие частицы, удаляющий песок, механические примеси, ржавчину;
• угольный – удаляет органические и химические примеси;
• механический одномикронный – удерживает механические частички до 1 микрона.

Главная задача всех перечисленных фильтров – подготовить воду для ее нормального прохождения через мембрану обратного осмоса.

Мембранная очистка

После предварительной очистки вода подается на мембрану. От состояния последней будет зависеть результат и качество очистки. Прохождение через мембрану – главный этап фильтрации в данном случае. Уровней фильтрации может быть разное количество – один, два и более. Размеры пор минимальные (всего 0.0001 микрон), а значит, через них ничего, кроме воды, не пройдет. В состав мембраны входит несколько слоев синтетического материала, закрученного в рулон. Сама конструкция основного фильтра продумана таким образом, чтобы очищаемая вода разделялась на две части:

1. Идеально чистая (ее еще называют кристальной) – она подается в накопительный резервуар.
2. Плотный водный раствор – его в процессе очистки система обратного осмоса сливает в канализацию.

Важно! Мембрана пропускает газы, определяющие вкус воды. Поэтому вода после очистки в данном фильтре получается настолько чистой, что кипятить ее не нужно.

Накопление чистой воды

Очищенная вода подается в накопительный бак, объем которого зависит от модели (в среднем он составляет 4-12 л). По мере уменьшения объема воды в накопителе система доочищает новые порции. Материал изготовления бака – листовая сталь, покрытие – эмаль. Внутреннее пространство бака делится на две камеры, которые разделяются между собой мембраной из силикона. Нижняя заполняется воздухом, по мере расхода воды мембрана надувается, что позволяет поддерживать стабильное давление внутри системы. Вверху бака есть резьба для накручивания крана.

Постфильтрация

Следующий этап очистки воды в системах обратного осмоса – это постфильтрация. Для ее осуществления применяется постфильтр.