Обратный осмос

Мембранные установки обратного осмоса

Наиболее распространены процессы разделения, в которых в качестве движущей силы применяют разность давлений: обратный осмос, нанофильтрация, ультрафильтрация.

Мембранное разделение это процесс продавливания воды через полупроницаемую мембрану под давлением. Мембраны отличаются друг от друга конструкционными материалами, размером пор, при этом, чем меньше размер пор, тем выше степень очистки и тем большее давление надо приложить.

Обратный осмос это процесс фильтрации водных растворов под давлением, превышающее осмотическое, через полупроницаемую мембрану. Процесс обратного осмоса, как правило, протекает под давлением 2,8-5 МПа.

Рис.1 Процесс обратного осмоса

Рулонный мембранный элемент для установки обратного осмоса, представленный на Рис.2. состоит из трубки с прорезями для прохода пермеата и герметично присоединенного к ней пакета мембран, расположенного между ними дренажного листа и сетки-сепаратора, образующей межмембранные каналы. В процессе скручивания пакета для герметичного разделения напорной полости и полости сбора пермеата кромки дренажного листа пропитывают специальным клеем.

Рис.2 Рулонный мембранный элемент

Рулонные мембранные элементы для мембранных установок обратного осмоса работают по принципу тангенсальной фильтрации. В процессе обессоливания, она разделяется на два потока: фильтрат (обессоленная вода) и концентрат (раствор с высоким солесодержанием). Разделяемый поток воды движется в осевом направлении по межмембранным каналам рулонного элемента, а фильтрат спиралеобразно по дренажному листу в направлении отвода фильтра. Концентрат выходит с другой стороны мембранного модуля обратного осмоса. Сегодня обратноосмотические мембранные элементы рулонного типа являются наиболее распространенными и наименее дорогостоящими.

Преимущества обратноосмотических аппаратов рулонного типа:

• Высокая плотность упаковки мембран в единице объема (300–800 м²/м³);

• Удобство монтажа и демонтажа мембранного элемента в корпусе установки обратного осмоса;

• Низкая стоимость и простота конструкции напорного корпуса установки обратного осмоса;

• Относительно низкие потери давления в установке обратного осмоса;

• Использование для изготовления разделительных элементов плоской мембраны, качество которой может быть предварительно проконтролировано несложными способами.

Таблица.1 Технические характеристики мембранных элементов для установок обратного осмоса

Работа установок обратного осмоса осуществляется при высоком давлении, которое обеспечивается при использовании многоступенчатых насосов высокого давления (насосных станций бустерного типа). Таким образом, в примембранном слое происходит концентрирование растворенных веществ, содержащихся в питающей воде. Это процесс  концентрационной поляризации, приводящей к образованию осадка на поверхностях обратноосмотических мембран. Для снижения эффекта концентрационной поляризации, в мембранные модулях обратного осмоса, производители используют новые сетки турбулизаторы, подбирают полимерные материалы сильнее препятствующие отложению солей на их поверхности. Кроме того, для снижения осадкообразования производители мембран вводят требования к качеству воды, подаваемой на установки обратного осмоса, (ограничения по солям жесткости, ионам железа, общей минерализации, взвешенным веществам и свободному хлору).

Вода, прошедшая процесс предварительной очистки, подается на мембранную установку обратного осмоса Рис.3. Обратноосмотические мембранные элементы задерживают все загрязнения диаметром более 0,1 нм. Мембрана пропускает молекулы растворителя (воды) и задерживает ионы растворимых солей: Са²⁺, Mg²⁺, Na⁺, К⁺, Fe²⁺, Cu²⁺, Zn²⁺, Ni²⁺ S0₄^2-, Cl^- и полный спектр органических веществ и коллоидов с размером, значительно превышающим диаметр пор мембран, в том числе вирусы и бактерии. Установки обратного осмоса эффективно извлекают из воды гуминовые кислоты и их соединения, которые практически невозможно полностью удалить другими технологиями.

Рис.3 Установки обратного осмоса

Установки нанофильтрации воды имеют селективность по ионам первой группы (Na⁺, К⁺, Cl^-) порядка 50% по сравнению с системами обратного осмоса. В установках нанофильтрации также применяются рулонные мембранные элементы. Нанофильтрационные мембраны имеют диметр пор порядка 1 нм. Нанофильтрацию применяют как для умягчения природных вод, так и для обессоливания очищенных сточных вод гальванического производства при создании систем оборотного водоснабжения. Однако, мембраны для нанофильтрации имеют более высокую стоимость по сравнению с обратноосмотическими, что обусловлено сложностью их изготовления.

Использование установок обратного осмоса и нанофильтрации позволяет получить питьевую умягченную воду высокого качества в процессе водоподготовки и воду для промывных операций и приготовления растворов электролитов при создании систем оборотного водоснабжения предприятий машиностроительного комплекса.