- Осмос и обратный осмос.
- Обратный осмос что это.
- Мембрана обратного осмоса.
- Загрязнение и промывка мембран.
- Виды и устройство установок обратного осмоса.
- Преимущества и недостатки использования технологии обратного осмоса.
- Критерии выбора системы обратного осмоса
- Вред и минусы установки системы
- Преимущества и недостатки обратного осмоса
- Установки обратного осмоса в наличии на складе:
- Назначение
- Решаемые проблемы
- Области применения
- Сравнение методов обессоливания (ионный обмен и обратный осмос)
- Принцип работы
- Типы обратного осмоса
- Устройство обратного осмоса.
- Автоматизация.
- Нормативы. Госты.
- Рекуперация энергии.
- Справочник.
- Соотношение единиц измерения объема
- Связь прямого и обратного осмоса
- Обратный осмос для очистки воды – что это такое? Принцип работы
- Предочистка: особенности первой ступени очистки воды
- Мембранная очистка
- Накопление чистой воды
- Постфильтрация
Осмос и обратный осмос.
Прямой осмос или осмос лежит в основе метаболического процесса всех биологических организмов на клеточном уровне. Для осмоса требуется раствор, растворитель и разделяющая их полупроницаемая мембрана, которая действует как барьер для растворенного вещества. Мембранный барьер пропускает только молекулы воды и кислорода и блокирует все остальное. Прямой осмос происходит следующим образом: осмотическое давление возникает со стороны растворителя, где молекулы проникают в сторону концентрированного раствора и разбавляют его.
Обратный осмос что это.
Обратный осмос – это процесс, противоположный прямому осмосу, здесь жидкость (вода) уже очищена от растворенных в ней частиц, и проходит через специальную мембрану под давлением. Мембраны задерживают до 98% солей и примесей. Эти загрязнения остаются на другой стороне мембраны обратного осмоса и затем попадают в канализацию. Дренажная вода представляет собой концентрат родниковой воды. Очищенная вода называется пермеатом.
Так что же такое обратный осмос – это процесс, в результате которого на выходе мы имеем чистую питьевую и техническую воду.
Этот процесс был впервые использован для очистки жидкости в середине 20 века. И на сегодняшний день метод обратного осмоса считается одним из самых эффективных в водоподготовке и очистке воды.
Системы обратного осмоса используются на промышленных предприятиях и в частном секторе для:
-
Дистилляция воды.
-
Сбор воды 1 и 2 типа в сочетании с ультрафильтрацией.
-
В сочетании с ионным обменом получают фильтрованную воду.
-
Опреснение воды.
-
Снижение щелочности и умягчение воды.
-
Очистка жидкости от тяжелых металлов и токсичных элементов.
-
Очистка воды по нормам СанПиН.
-
Очистка сточных вод.
Установки обратного осмоса нашли применение:
-
В пищевой промышленности. Используется в производстве молочных продуктов, напитков и бутилированной воды и др.
-
В общепите.
-
В медицинских и образовательных учреждениях.
-
На предприятиях химической, легкой, фармацевтической промышленности.
-
В машиностроении, авиастроении, судостроении, металлургии и гальванике.
-
Для предприятий микроэлектроники, где требуется глубоко деминерализованная вода.
-
На всех энергетических предприятиях — ГЭС, ТЭС, АЭС, котельных и т.д.
-
Инструменты, для индивидуального водоснабжения.
-
В различных лабораториях, научно-исследовательских центрах, где требуется вода высокой чистоты.
-
В бассейнах, в системах охлаждения.
-
На автомойках самообслуживания, чтобы после мойки машины не было всяких разводов и т.д.
Фильтр обратного осмоса удаляет из жидкости ионы натрия Na, кальция Ca, хлора Cl, железа Fe, тяжелые металлы, удобрения, мышьяк и другие примеси.
Очистите жидкость в несколько этапов:
-
Предварительная очистка с помощью механических и угольных фильтров от хлора и крупных органических примесей, песка, ржавчины.
-
Очистка жидкости мембранным методом (через полимерную мембрану), не пропускает соли, бактерии и вирусы
-
Очищенная жидкость собирается в накопительных резервуарах (цистернах).
-
Постфильтрация. Используются постфильтры (сменные картриджи), такие как угольный картридж для окончательной очистки и кондиционирования воды, биокерамический картридж инфракрасного излучения и минерализатор. Они служат для более глубокой очистки воды, улучшения вкуса, ионизации и насыщения минералами.
Мембрана обратного осмоса.
Мембраны производятся в виде рулонных мембранных элементов, что позволяет установить большую мембранную плиту в небольшом объеме. Это позволяет создавать компактные системы обратного осмоса.
Мембранный элемент для обратного осмоса расположен в корпусе. Корпус содержит от 1 до 7 мембран обратного осмоса. Мембранный блок может быть установлен как вертикально, так и горизонтально.
Фильтр обратного осмоса имеет полупроницаемые мембраны, которые состоят из:
-
Тонкий селективный слой толщиной 0,1-1,0 мкм, являющийся барьером для загрязнений.
-
Пористая основа толщиной 50-150 микрон, обеспечивающая прочность мембраны.
По конструктивным особенностям мембрана бывает спирально-навитой и половолоконной. Более популярны спирально-навитые мембраны.
Материалом для изготовления мембран служат 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 л/ч. На скорость мембраны влияет температура и степень загрязнения жидкости, а также давление. Чем выше давление, тем быстрее очищается жидкость.
Загрязнение и промывка мембран.
При постоянной очистке жидкости обратноосмотические установки постепенно снижают производительность, снижается качество пермеата, наблюдается высокий перепад давления на определенной мембране. Все это свидетельствует о загрязнении мембраны.
Наиболее распространенными загрязнителями являются:
-
Меловые отложения (карбонат кальция) в виде беловатого, кремового или желтоватого налета.
-
Отложения гипса (сульфата кальция) и отложения бария или стронция. Этот осадок часто возникает после очистки морских и подземных солоноватых вод.
-
Отложения оксидов металлов. В основном это соли железа и марганца.
-
Осадок из кремниевых кислот, образующих устойчивые коллоидные отложения.
-
Иловые отложения из-за роста водорослей, плесени и грибков.
Чтобы мембрана функционировала с заданной производительностью, необходим постоянный контроль состояния мембраны и, при необходимости, качественная очистка (промывка).
Существует два типа промывки поверхности мембраны:
-
Гидравлическая промывка. Это автоматизированный процесс. Проводится в течение 10 секунд, каждый раз через полчаса простоя.
-
Химическая промывка. В основном проводится один раз в 6-12 месяцев, в начальной фазе заражения. Промывка может занять несколько часов или несколько дней, в зависимости от количества мембранных элементов.
Существует множество конструкций систем обратного осмоса, отличающихся по мощности, степени очистки, размерам и другим параметрам.
Виды и устройство установок обратного осмоса.
Устройства доступны в четырех типах:
-
Семья. Качество питьевой воды выше, чем после очистки угольным фильтром.
-
Низкая производительность (до 5 м3/ч) для промышленного использования с малым расходом очищенной воды.
-
Средняя производительность (5 — 10 м3/ч) для промышленного применения.
-
Высокая производительность (более 10 м3/ч). Экономически эффективен для очистки больших количеств жидкости. Они снижают потребление воды и энергии, количество концентрата на выходе составляет всего ок. 25%.
Системы обратного осмоса имеют полуавтоматическое или автоматическое управление и состоят из нескольких модулей.
В основном комплектация системы обратного осмоса выглядит следующим образом:
-
Предфильтр.
-
Насосная группа — насос высокого давления, частотный преобразователь.
-
Мембранный блок, с необходимым количеством мембранных элементов. В зависимости от качества родниковой воды устанавливается от 1 до 4 напорных сосудов, возможно и больше.
-
Фурнитура с ремнями.
-
Устройства автоматизации и регулирования параметров.
-
Совет директоров.
-
Комбинация приборов, манометры.
-
Мембранная система очистки.
Каждая компания выбирает разные системы обратного осмоса для конкретных целей. На какие показатели следует обратить внимание:
-
Состояние исходной жидкости. Необходимо сделать лабораторный анализ.
-
Необходимая степень очистки жидкости. Сегодня установки способны удалять от 80 до 99,8% загрязняющих веществ.
-
Размер мембран и их пор. Рассчитайте необходимое количество фильтрующих блоков, исходя из производительности одного.
-
Насос отличается высоким качеством и долгим сроком службы.
-
Определите количество и тип фильтров для предварительной очистки жидкости.
Преимущества и недостатки использования технологии обратного осмоса.
Преимущества:
-
Сохраняет рабочее место. К другим технологиям очистки жидкостей относятся различные узлы и участки осветления, ионизации и дозирования химических реагентов. Иногда жидкость проходит несколько стадий очистки. Это требует больших площадей, затрат на реагенты, вложений в трубопроводы, узлы подключения, специальное оборудование и дополнительный персонал.
-
Технологическая универсальность. Различная производительность, подходящая для дома, школы, больницы, детского сада, малого бизнеса и гиганта
-
Очищенная вода высокого качества. Количество примесей на выходе в десять раз меньше, чем предусмотрено действующими нормативами.
-
Экономит электроэнергию и воду.
-
Качественная система автоматики, обеспечивает бесперебойную работу системы.
-
Эксплуатационные расходы низкие.
-
Концентрат сбрасывается в канализацию, дополнительная утилизация не требуется.
-
Широкий выбор моделей с разной производительностью. Возможна организация производства необходимой установки обратного осмоса по индивидуальным пожеланиям заказчика.
-
В любой момент вы можете установить в систему очистки дополнительные узлы и повысить производительность.
-
Возможна установка системы обратного осмоса в систему водоподготовки на предприятии.
-
Если качество исходной воды хорошее (водопроводная вода), некоторые этапы предварительной обработки можно исключить, что снижает затраты на установку.
Ошибка:
-
Не содержит летучий хлор.
-
Требуется предварительная обработка жидкости. Механическая очистка воды может потребовать больших капиталовложений.
-
Отсутствие минералов в очищенной воде, практически безвкусной. Требует дополнительной минерализации.
-
Мембрану необходимо регулярно промывать.
-
Большой расход родниковой воды, до нас доходит только 25% очищенной воды, все остальное сливается в канализацию.
Критерии выбора системы обратного осмоса
Стоимость систем обратного осмоса для очистки воды довольно высока, достигая иногда десятков тысяч рублей. Точно так же широк диапазон устройств с точки зрения рабочих характеристик. Поэтому к выбору фильтра обратного осмоса нужно отнестись максимально ответственно.
Чтобы выбрать подходящее устройство, учитывайте следующие критерии выбора:
- Количество степеней очистки. Минимальное количество фильтров для качественной очистки питьевой воды должно быть не менее 3-х.
- Наличие дополнительных функций. Так, некоторые фирмы-производители оснащают свои модели бытовых фильтров обратного осмоса минерализаторами, которые наполняют воду необходимыми для организма микроэлементами, которые задержала мембрана. Уничтожающие микробы ультрафиолетовые лампы можно использовать для дезинфекции водопроводной воды.
- Качество для производства оборудования. Например, все отдельные модули и детали должны быть хорошо подогнаны друг к другу, без дыр и щелей. Пластик должен использоваться только для пищевых целей, без посторонних химических запахов. Уплотнения и фитинги должны быть высокого качества, чтобы избежать снижения внутреннего гидростатического давления и снижения производительности.
- Производительность. Процесс заполнения накопительного бака для большинства фильтров для воды обратного осмоса довольно длительный. На это влияет несколько факторов – концентрация загрязняющих веществ в воде, показатель проницаемости мембран, давление в центральном водопроводе. Поэтому, если у вас большая семья, вам следует купить более эффективное фильтрующее устройство с большим накопительным баком.
- Давление, необходимое для работы оборудования в водопроводе. У разных систем очистки воды для дома этот показатель может варьироваться в достаточно большом диапазоне – от 2 до 8 атмосфер. Поэтому для разных моделей нужно либо повышать давление, устанавливая дополнительную помпу, либо понижать с помощью редуктора.
- Срок службы расходных материалов. Для дорогих моделей, соответственно, расходники дороже, но и служить они могут дольше.
- Бутылочный тип. Сделанные по принципу блочных модулей стоят дороже, но их проще заменить. Заправочные колбы дешевле, но заменить их самостоятельно будет сложнее.
- Размеры оборудования. Перед тем, как решить, какую модель выбрать для водоподготовки, нужно замерить моечное пространство – войдет ли туда фильтрующее оборудование?
Вред и минусы установки системы
Наряду с заслуженной похвалой, фильтры обратного осмоса нередко подвергаются и разгромной критике. Этот способ очистки, по мнению многих, олицетворяет поговорку «лучшее — враг хорошего».
Одним из основных недостатков установок является их низкая производительность. Фильтры очень «придирчивы» при очистке — на 1 литр «хорошей» воды уходит около 3 литров «пусковой жидкости».
Фильтры обратного осмоса — очень расточительные системы. Они «сбрасывают» в канализацию до 75% всего объема воды. Это их самый большой недостаток
Также среди минусов устройств выделяют:
- общие размеры;
- высокая цена;
- дополнительные затраты на установку при «неправильном» давлении в водопроводе.
Но главный «недостаток» установок — их возможный вред здоровью. Именно этот факт больше всего волнует умы потребителей.
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 должны содержаться природные минералы — иначе вреда для здоровья не избежать.
Полезность дистиллята может обсуждаться только для кратковременного использования. Только потому, что это хорошо для исследований и медицинских целей, это не делает его полезным для человеческого организма.
Регулярный прием воды, прошедшей через мембрану обратного осмоса, может привести к нарушению солевого баланса, который является одним из важнейших обменных процессов в организме.
Он отвечает за правильное сочетание качества и количества солей во всех анатомо-физиологических структурах.
Нарушение этого баланса в большей степени грозит отложением солей, в меньшей — истончением и неправильным функционированием тканей. Мембрана обратного осмоса является барьером для ионов солей и других необходимых организму микроэлементов.
Недостаток соли приводит к истончению костной ткани, вследствие чего кости становятся ломкими. Также истончается хрящевая ткань, хрящ становится менее эластичным, возникают боли при ходьбе и любых движениях. Может развиться остеоартроз.
Недостаток магния может вызвать аритмию, мышечные спазмы, пародонтоз, артериальную гипертензию. Низкое содержание или отсутствие минералов в воде негативно сказывается на состоянии зубной эмали.
Вода обратного осмоса далека от идеального продукта; поскольку он кристально чистый, он не вносит вклада в общее количество питательных веществ (питательных веществ), необходимых организму. Это подтверждается многими современными исследованиями.
Воду, очищенную установками обратного осмоса, часто называют «мертвой», которая не несет никакой пользы для организма. Несмотря на опреснение воды, такие заявления слишком громкие
Собрано достаточно авторитетных данных, чтобы установить, что дефициты кальция и магния не исчезают бесследно. Повышается риск не только сердечно-сосудистых заболеваний, но и внезапной смерти.
Некоторые исследователи утверждают, что постоянное употребление так называемой мягкой воды с низким содержанием Са приводит к переломам у детей, осложнениям беременности (преэклампсия), нейродегенеративным изменениям.
В конструкцию установки обратного осмоса может входить минерализатор, восполняющий «важные потери».
Но дело в том, что минерализация уже очищенной воды не обеспечит того гармоничного сочетания микроэлементов, которые изначально присутствовали в жидкости.
Наверное, ни один из мировых способов обогащения воды не является оптимальным, насыщая ее всеми важными веществами.
Ряд специалистов считает более рациональным использовать те системы очистки воды, которые не требуют дополнительных мероприятий по улучшению качества и вкуса жидкости.
Летучие органические вещества, размер которых меньше молекулы воды, не улавливаются мембраной обратного осмоса. Он также пропускает гербициды и инсектициды
Преимущества и недостатки обратного осмоса
Вся неочищенная вода содержит большое количество разнообразных примесей, микроорганизмов и элементов, как полезных, так и вредных для здоровья человека. Проточные фильтры, кувшины или насадки естественным образом снижают количество вредных веществ в питьевой жидкости, но полностью очистить воду от всех примесей могут только системы фильтрации обратного осмоса.
Такие фильтрующие установки удаляют из жидкости ионы вредных веществ железа, мышьяка, хлора, тяжелых металлов, а также остатки удобрений и инсектицидов. Но вымываются и полезные микро- и макроэлементы, такие как кальций, калий и магний. По своим биологическим свойствам и вкусовым характеристикам жидкость, прошедшая через систему обратного осмоса, напоминает растаявшую ледяную воду.
очищенная на 98% вода продлевает срок службы бытовой техники (чайник, утюг, стиральная машина, бойлер и так далее).
Некоторые врачи не рекомендуют длительное употребление полностью очищенной жидкости, так как организм человека перестает усваивать полезные минеральные соли, что негативно влияет на сердечно-сосудистую систему. Поэтому специалисты рекомендуют устанавливать дополнительные картриджи, способные наполнить воду полезными минералами и восстановить ее структуру.
Помимо полной деминерализации и габаритных размеров, среди прочих недостатков этих устройств выделяют следующие:
- низкая производительность;
- высокая цена;
- дополнительные расходы на «неправильный» напор в водопроводе.
По сравнению с проточными устройствами фильтр обратного осмоса несколько дороже, что часто делает выбор не в его пользу. В то же время производительность осмотических установок ниже, так как треть воды с высокой концентрацией примесей сбрасывается в канализацию. А при наличии счетчиков за воду придется платить больше, установив такой фильтр. При этом польза от качественной уборки покрывает эти затраты.
Фильтры обратного осмоса неэкономичны в очистке — для получения 1 литра «хорошей» воды требуется около 3 литров «родниковой жидкости».
Важно: для правильной работы системы обратного осмоса в водопроводной сети должно быть нормальное давление, то есть в пределах от 3 до 4,5 атмосфер. Если давления не хватает, в систему необходимо включать специальный насос для повышения давления. Если давление в водопроводе постоянно скачет и достигает 7 атмосфер, необходимо установить редуктор для снижения давления.
Поэтому воду, прошедшую через фильтр обратного осмоса, нельзя назвать бесспорно идеальным продуктом, так как кристально чистая жидкость не насыщает организм необходимыми питательными веществами, но и не попадают в нее вредные вещества. Так что вопрос спорный, но легко разрешимый.
Установки обратного осмоса в наличии на складе:
Модель |
Производительность, |
Сила, |
Вес (кг |
Измерения и т д |
Скачать .pdf |
ПВО-РО-0,25 |
0,25 |
0,75 |
80 |
800/800/1800 |
|
ПВО-РО-0,5 |
0,5 |
1,4 |
90 |
1200/700/2000 |
|
ПВО-РО-1 |
один |
2.2 |
125 |
1200/700/2000 |
|
ПВО-РО-3 |
3 |
3 |
400 |
3900/700/2000 |
|
Зенитная РО-5 |
5 |
четыре |
500 |
3900/700/2000 |
|
ПВО-РО-10 |
10 |
одиннадцать |
650 |
6500/700/2000 |
|
ПВО-РО-20 |
20 |
пятнадцать |
1000 |
6500/1500/2000 |
|
ПВО-РО-30 |
тридцать |
22 |
1600 |
6500/1500/2000 |
|
ПВО-РО-50 |
50 |
40 |
2500 |
8500/1700/2000 |
|
Назначение
Система обратного осмоса предназначена для глубокой очистки и обессоливания воды, удаления органических соединений, микроорганизмов, взвесей, для подготовки воды для хозяйственно-питьевых, производственных и питьевых целей.
Это также относится к:
- АЭС (водокомплексы)
- ТЭЦ, ГЭС (технологические системы водоподготовки)
- ГАЗ ЭНЕРГЕТИКА (блочные комплексы водоподготовки)
- Жилищно-коммунальное хозяйство (водоснабжение объектов I категории)
- Исследовательские комплексы (очистка воды для лабораторий по разработке бактериологического оружия)
Решаемые проблемы
Мембрана обратного осмоса очень хорошо отделяет неорганические вещества. В зависимости от типа используемой мембраны (ацетатцеллюлоза или тонкопленочный композит) степень очистки большинства неорганических элементов составляет 85-98%.
Мембрана обратного осмоса также удаляет органические вещества из воды. Полностью удаляются органические вещества с молекулярной массой более 100-200; и с меньшим количеством они могут проникать через мембрану в небольших количествах. Большой размер вирусов и бактерий практически исключает возможность их проникновения через мембрану.
В то же время мембрана пропускает кислород и другие растворенные в воде газы, определяющие вкус. В результате на выходе системы обратного осмоса получается свежая, вкусная, вода настолько чистая, что, собственно говоря, даже не требует кипячения.
Ниже приведены ориентировочные показатели, которым должна соответствовать исходная вода, подаваемая на мембраны обратного осмоса (наличие определенного диапазона определяется требованиями разных производителей мембран):
мутность | до 1-5 FMU |
перманганатная окисляемость | до 3 мгО/л |
значение рН (рН) | 3–10 (иногда 2–11) |
нефтепродукты | 0,0–0,5 мг/л |
сильные окислители (свободный хлор, озон) | до 0,1 г/л |
общий марганец (Mn) | до 0,05 мг/л |
общее железо (Fe) | до 0,1–0,3 мг/л |
соединения кремния (Si) | до 0,5–1,0 мг/л |
сульфид водорода | 0,0 мг/л |
sDI-индекс | до 3-5 единиц |
общая минерализация | 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 в помещении | ≤70% |
Области применения
Наиболее актуальными областями использования обратного осмоса на сегодняшний день являются:
— опреснение, снижение минерализации (опреснение) подземных вод;
— опреснение морской воды;
— подготовка технологических решений для специальных областей применения в промышленности;
— выделение ценных компонентов из растворов (концентрация);
— концентрация растворенного вещества.
Основное применение обратного осмоса — очистка воды, в основном опреснение солоноватой воды и особенно морской воды для получения питьевой воды. Еще одной важной областью применения обратноосмотических установок является использование обратного осмоса в качестве стадии предварительного опреснения воды при производстве сверхчистой воды для полупроводниковой, медицинской и тепловой промышленности.
На стадии концентрирования обратный осмос широко применяется в пищевой промышленности (концентрация фруктовых соков, сахара, кофе) и в молочной промышленности (для концентрирования молока на начальной стадии сыроделия), а также при очистке сточных вод (в гальванопокрытии для концентрирования гальванических отходов).
Сравнение методов обессоливания (ионный обмен и обратный осмос)
Обратный осмос
Преимущества:
— очень высокое качество получаемой воды, что обусловлено очень «мягкими» с физико-химической точки зрения условиями проведения процесса;
— неограниченная производительность (за счет набора стандартных модулей и блоков) и при этом — малые габариты;
условия: производительность/габариты — лучшие по сравнению с другими методами опреснения — дистилляцией, ионным обменом, электродиализом;
— относительно низкие эксплуатационные расходы;
— низкий расход ингибиторов образования накипи и реагентов для очистки мембран от отложений;
— низкая энергоемкость (процесс осуществляется без фазовых переходов, поэтому энергия требуется только для создания градиента давления и рециркуляции раствора);
— возможность практически во всех случаях сброса концентрата в канализацию (в окружающую среду) без очистки.
Недостатки обратного осмоса:
— необходима тщательная предварительная очистка воды для обеспечения высоких характеристик мембраны и длительного срока службы;
— большой объем слитого концентрата (с учетом компоновочных решений расход пермеата может составлять 75-80 % от исходной воды, концентрата — 20-25 %) и, соответственно, значительный расход исходной воды;
— высокие капитальные затраты;
— желаемая непрерывная работа установок.
Ионный обмен
Преимущества:
— возможность получения воды очень высокого качества (многоступенчатые установки), в том числе для котлов любого давления и промывки печатных плат электронной аппаратуры;
— возможность работы с резко меняющимися параметрами питательной воды;
— низкие капитальные и энергетические затраты;
— небольшое количество воды на собственные нужды, особенно на противоточные фильтры;
Ошибка:
— относительно большой расход реагентов, особенно для натрий-катионитных фильтров;
— эксплуатационные расходы увеличиваются пропорционально минерализации исходной воды и при необходимости снижают лимит на опреснение очищаемой воды;
— в зависимости от качества исходной воды необходима предварительная очистка — иногда очень сложная;
— Требуется очистка сточных вод и сложности со сбросом.
Принцип работы
В технологии обратного осмоса используется полупроницаемая мембрана, пропускающая только молекулы воды и улавливающая молекулы загрязняющих веществ. Чаще всего в технологии обратного осмоса используется процесс, известный как перекрестный поток, который позволяет мембране очищаться самостоятельно. Пока часть жидкости проходит через мембрану, другая ее часть движется в обратном направлении, вымывая задержанные частицы из мембраны обратного осмоса.
Процесс обратного осмоса требует движущей силы, которая будет проталкивать жидкость через мембрану, лучший вариант – это давление, создаваемое насосом. Чем выше давление, тем больше движущая сила.
Системы обратного осмоса способны задерживать бактерии, соли, сахара, белки, частицы, красители и другие загрязнения, молекулярная масса которых превышает 150-250 дальтон.
Разделение ионов при обратном осмосе происходит с участием заряженных частиц. Это означает, что растворенные ионы, имеющие заряд, аналогичный солям, с большей вероятностью будут отторгаться мембраной, чем незаряженные, например органические соединения. Чем больше заряд частицы и ее размер, тем больше вероятность того, что она будет отторгнута мембраной.
Типы обратного осмоса
В современной очистке воды используются три основных типа мембран обратного осмоса: целлюлозные (CA) и целлюлозно-триацетат-ацетатцеллюлозные (CTA), полностью ароматические полиамидные и тонкопленочные композитные (TFC) мембраны. Основные исходные требования к мембранам следующие:
— свободная водопроницаемость
— высокая избирательность
— производительность при высоких давлениях
— стойкость в широком диапазоне рН и температуры
— устойчивость к химическим веществам, в том числе к окислителям (таким как
свободный хлор)
— биологическая устойчивость к бактериям
— низкая адгезия поверхностного слоя к осаждаемым веществам
Первыми появились целлюлозные мембраны, 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. Задержание растворенных веществ осуществляется тонким плотным слоем и пористой подложкой, что обеспечивает прочность конструкции.
Ацетат целлюлозы можно использовать в виде листов или полых волокон. Мембраны из ацетата целлюлозы недороги и просты в производстве, но имеют ряд ограничений. Асимметричная структура делает их восприимчивыми к сжатию при высоком давлении и особенно при высоких температурах. Герметизация происходит, когда тонкий, плотный слой мембраны утолщается за счет слияния с толстой пористой подложкой, что приводит к уменьшению потока продукта.
Мембраны из ацетата целлюлозы подвержены гидролизу и могут использоваться только в ограниченном диапазоне pH (самый низкий pH от 3 до 5 и самый высокий pH от 6 до 8, в зависимости от производителя). При температуре выше 35°C они начинают разрушаться, а также становятся уязвимыми для бактериальной атаки.
Мембраны из ацетата целлюлозы хорошо проницаемы для воды, но не плохо задерживают низкомолекулярные загрязнения.
Впоследствии были разработаны мембраны из триацетата целлюлозы с улучшенными свойствами солевой селективности, пониженной чувствительностью к pH, высокой температуре и микробной атаке. Однако мембраны из триацетата целлюлозы имеют более низкую водопроницаемость, чем мембраны из ацетата целлюлозы. Для достижения желаемых свойств обеих мембран были разработаны смеси триацетата целлюлозы и ацетата целлюлозы.
Армированные полиамидные мембраны (мембраны из е-полиамида) с половолоконной конфигурацией были разработаны компанией DuPont. 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, обладают лучшей биологической стабильностью и менее склонны к гидролизу. Они могут функционировать даже в диапазоне pH от 4 до 11, но продолжительное использование при крайних значениях этого диапазона может вызвать необратимую деградацию мембраны.
Оболочка этих мембран выдерживает более высокие температуры, чем мембраны из целлюлозы. Но, как и целлюлоза, они конденсируются при высоких давлениях и температурах. Они обладают лучшей селективностью к NaCl и органическим веществам.
Самым большим недостатком полиамидных мембран является то, что они подвержены разрушению под действием окислителей, таких как свободный хлор.
Тонкопленочные композитные мембраны изготавливаются путем формирования тонкой и плотной поверхностной пленки (с высоким сопротивлением потоку растворенных веществ) на пористой подложке.
Материалы в конструкции и производственные процессы для изготовления этих двух слоев могут быть разными и оптимизированы для достижения наилучшего сочетания высокой пропускной способности воды и низкой проницаемости для растворенных в ней веществ.
Свойства водного потока и сопротивление растворенным в нем веществам в основном определяются тонким поверхностным слоем, толщина которого колеблется от 0,01 до 0,1 мкм.
Устройство обратного осмоса.
Первым этапом процесса обратного осмоса является тонкая очистка исходной воды от механических примесей. Обычно для этого используются фильтры картриджного типа, размещенные в фильтродержателях с одним или несколькими картриджами, в зависимости от производительности ОО-блока. Этот фильтр относится к фильтрам периодического действия. Механизм действия картриджных фильтроэлементов относится к глубинной и/или поверхностной фильтрации, т.е задерживаемые фильтрующим элементом механические примеси скапливаются внутри слоя фильтрующей перегородки.
Вода, очищенная на картриджных фильтрах, подается на насос высокого давления, назначение которого — доведение давления исходной среды до расчетного давления для осуществления массообменных процессов, происходящих на полупроницаемых обратноосмотических мембранах. Выбор насоса высокого давления основывается на его эксплуатационных характеристиках. При этом рабочая точка насоса должна быть в пределах 0,6 — 0,7 его максимальной производительности.
При невозможности установить «паритет» между напором и производительностью насоса высокого давления (а такое случается чаще всего) между всасывающим и напорным патрубком насоса устанавливается перепускной клапан, с помощью этой операции осуществляется (по показаниям ротаметра и манометра исходной воды, поступающей в обратный осмос). Регулировка процесса повышения давления на исходной воде производится однократно в процессе пуско-наладки. При эксплуатации установки РО осуществляется только контроль заданных параметров исходной воды.
После повышения давления в родниковой воде она поступает в модули, где размещены мембраны обратного осмоса, где собственно и происходит разделение родниковой воды на пермеат и концентрат. Концентрат, выходящий из установки обратного осмоса, имеет достаточно высокое давление и его транспортировка к месту слива или захоронения не вызывает особых затруднений. Давление пермеата после установки обратного осмоса редко превышает 1 атм. Поэтому его чаще всего приходится подавать в накопительный бак, откуда он транспортируется на дальнейшие этапы очистки с помощью бустерного насоса.
Автоматизация.
ООО «НПЦ «ПромВодОчистка» реализует аппараты для обратного осмоса в различных комплектациях, в зависимости от требований заказчика, и все аппараты без исключения разрабатываются индивидуально.
Системы обратного осмоса могут комплектоваться различным оборудованием. Стандартный пакет включает:
— Рамка
— Насосы высокого давления
— Трубы и фитинги
— Блок мембранных модулей
— Фильтр тонкой очистки, 5 микрон
— СИП-мойка
— контрольно-измерительные приборы и автоматика
Трубы и фитинги изготовлены из ПВХ. Фильтр тонкой очистки защищает мембраны от засорения механическими частицами. Насос повышения давления – создает необходимое давление на входе в блок мембранных модулей. Блок мембранных модулей состоит из корпусов из стеклопластика, в которые устанавливаются мембраны. Установка безразборной мойки предназначена для периодической химической мойки мембран. КИПиА — обеспечивает автоматическое управление установкой.
Степень автоматизации обратноосмотической установки может быть разной. От самого простого — управление основными режимами работы, заканчивая сложным комплексом с контролем более 50 различных параметров и выводом данных на ПК или пульт диспетчера
Нормативы. Госты.
Питьевая вода. Требования СанПиН 2.1.4.1074-01
Дистиллированная вода. Требования по ГОСТ 6709-72
Дистиллированная вода широко используется в различных отраслях промышленности (для производства косметики, антифризов), в химических лабораториях, в химической промышленности и т.д.
Физико-химические показатели воды дистиллированной по ГОСТ 6709-72
Название индикатора |
Норма |
1. Массовая концентрация остатка после упаривания, мг/дм3 |
не более 5 |
2. Массовая концентрация аммиака и солей аммония (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 (Al), мг/дм3 |
не более 0,05 |
7. Массовая концентрация железа (Fe), мг/дм3 |
не более 0,05 |
8. Массовая концентрация кальция (Са), 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 KMnO4(O), мг/дм3 |
не более 0,08 |
13 рН воды |
5,4 — 6,6 |
14. Электропроводность при 20°С, См/м |
не более 5·10 -4 |
Основным показателем, который проверяют при использовании дистиллированной воды, является электропроводность, которая не должна превышать 5 мкСм/см.
Требования к микросименсам
деминерализованная вода — от 0,1 до 10 мкСм/см;
питьевая вода — от 100 до 1300 мкСм/см;
поверхностная вода — от 100 до 8000 мкСм/см;
сточные воды — от 1000 до 8000 мкСм/см;
солоноватая вода и морская вода — от 1000 до 80000 мкСм/см;
концентрированные кислоты — от 80 000 до 2 млн мкСм/см.
Рекуперация энергии.
При смешении даже самой простой системы: насоса высокого давления и одноуровневой мембранной системы с выходом фильтрата 40% удельные энергозатраты остаются очень высокими (около 6-7 кВтч на 1 м3 пластовой воды), при этом клапан на сливе концентрата должен пропускать 60 % расхода исходной воды, поступающей с давлением, равным входному, за вычетом потерь давления в модулях (от 1 до 2 бар).
Поэтому возникла идея использования концентрата для работы турбины для очень быстрой регенерации энергии, и в настоящее время этот метод экономически выгоден для всех размеров установок.
Многочисленные системы рекуперации энергии, существующие сегодня, можно объединить в две большие группы.
1. Турбина типа «Pelton» восстанавливает энергию концентрата и повторно использует ее на валу насоса высокого давления, позволяя опорожнять двигатель с момента производства концентрата.
Примечание. Пуск и автоматическое отключение должны быть проработаны с конструктором.
При работе данной системы энергозатраты в соответствующем случае будут снижены на 3 кВтч на 1 м3, если выбранный насос высокого давления имеет КПД более 85%, а система имеет только одну ступень очистки.
Примечание. Другие, менее совершенные типы турбин не используются для крупных установок.
При этом весь комплекс установок этой системы (подготовка, откачка из моря, закачка полученной воды) будет потреблять примерно 4,0-4,5 кВтч на 1 м3.
2. Система, называемая системой обмена энергией, восстанавливает энергию концентрата, чтобы воздействовать непосредственно на тот же объем предварительно очищенной воды при давлении на несколько бар ниже давления подачи (из-за потери давления в модулях и теплообменнике).
В этом случае насос высокого давления с точностью 1 или 2% (с учетом внутренних утечек в обменной системе) будет перекачивать только расход, равный расходу пермеата, т.е в данном случае 41 м3/ч, что показано в примере на рисунке.
Бустерный насос компенсирует упомянутую выше потерю давления (3 бар). Такие системы (роторные или линейные со свободным поршнем) имеют более высокий КПД (94-97%) по сравнению с центробежными насосами.Удалось показать, что установка, работающая точно с расчетными параметрами на морской воде соленостью 36 г/л, может потреблять не более 2 кВт*ч на 1 м3 принимаемой воды.
В целом выигрыш в энергии по сравнению с турбиной Пельтона составляет 0,5 — 0,8 кВтч на 1 м3, и, таким образом, суммарное энергопотребление этих систем составляет от 3,2 до 4 кВтч на 1 м3 пластовой воды.
Примечание: При включении второй ступени обработки (100%) к вышеуказанным цифрам необходимо добавить 0,5 кВтч/м3 (потребление энергии на вторую ступень)
Справочник.
Соотношение единиц измерения объема
|
Связь прямого и обратного осмоса
Принцип прямого осмоса аналогичен процессу обратного осмоса, в частности, в нем также используется полупроводящая мембрана. При прямом осмосе вода из солевого раствора движется под действием осмотического давления (вместо гидравлического давления, как при обратном осмосе) через мембрану навстречу более концентрированному раствору специально подобранного вещества. На второй стадии очистки повышают температуру раствора и осаждают вещество. В результате мы получим очищенную воду, где снижен процент содержания солей.
Обратный осмос для очистки воды – что это такое? Принцип работы
Очистка воды методом обратного осмоса состоит из ряда последовательных процессов:
- Предварительная обработка.
- Прохождение жидкости через мембрану.
- Накопление уже отфильтрованной воды.
- Финальная уборка.
- Налейте воду через кран.
Система осмосной очистки воды подключается непосредственно к водопроводу, из которого на фильтр поступает обычная вода. Все загрязнения после окончания процесса очистки сливаются в канализацию. Производительность системы осмоса не очень высока, так как тщательная очистка требует времени. На скорость прохождения воды через мембрану влияют различные факторы – это и степень загрязнения воды, и количество примесей, давление жидкости, температура и проницаемость самой мембраны.
Предочистка: особенности первой ступени очистки воды
Предварительная обработка – это самый первый шаг в очистке водопроводной жидкости. Можно ли пропустить этот шаг? Нет, потому что мембрана, используемая в качестве фильтра, может преждевременно выйти из строя при использовании сильно загрязненной воды (а заменить ее недешево). Для предварительной очистки используются три типа фильтров:
- пятимикронный механический – полипропилен, задерживает нерастворимые мелкие частицы, удаляет песок, механические примеси, ржавчину;
- древесный уголь – удаляет органические и химические загрязнения;
- механический микронный – удерживает механические частицы размером до 1 микрона.
Основная задача всех этих фильтров – подготовка воды к нормальному прохождению через обратноосмотическую мембрану.
Мембранная очистка
После предварительной обработки на мембрану подается вода. От состояния последней будет зависеть результат и качество уборки. Прохождение через мембрану является основной стадией фильтрации в данном случае. Уровней фильтрации может быть разное количество – один, два и более. Размеры пор крошечные (всего 0,0001 микрона), а это означает, что через них не проходит ничего, кроме воды. Мембрана состоит из нескольких слоев синтетического материала, скрученных в рулон. Сама конструкция основного фильтра продумана таким образом, что очищенная вода делится на две части:
- Идеально чистый (его еще называют кристальным) — он подается в накопительный бак.
- Густой водянистый раствор – в процессе очистки система обратного осмоса сливает его в канализацию.
Важно! Мембрана пропускает газы, определяющие вкус воды. Поэтому вода после очистки в этом фильтре настолько чистая, что ее не нужно кипятить.
Накопление чистой воды
Очищенная вода подается в накопительный бак, объем которого зависит от модели (в среднем это 4-12 литров). По мере уменьшения объема воды в резервуаре система подчищает новые порции. Материал бака — листовая сталь, покрытие — эмаль. Внутренняя часть резервуара разделена на две камеры, разделенные силиконовой мембраной. Нижняя заполняется воздухом, при этом течет вода, мембрана надувается, что позволяет поддерживать стабильное давление внутри системы. Сверху на баке имеется резьба для намотки крана.
Постфильтрация
Следующим этапом очистки воды в системах обратного осмоса является постфильтрация. Для реализации используется почтовый фильтр.