Обратный осмос и ультрафильтрация реферат

Обновлено: 30.06.2024

Обратный осмос(гиперфильтрация) – непрерывный процесс молекулярного разделения растворов путем их фильтрования под давлением через полупроницаемые мембраны, задерживающие полностью или частично молекулы либо ионы растворенного вещества.

Если по разные стороны полупроницаемой мембраны находятся солесодержащие растворы с разной концентрацией, молекулы воды будут перемещаться через мембрану из слабо концентрированного раствора в более концентрированный, вызывая в последнем повышение уровня жидкости. Из-за явления осмоса процесс проникновения воды через мембрану наблюдается даже в том случае, когда оба раствора находятся под одинаковым внешним давлением.

В случае, когда на раствор с большей концентрацией воздействует внешнее давление, превышающее осмотическое, молекулы воды начнут двигаться через полупроницаемую мембрану в обратном направлении, то есть из более концентрированного раствора в менее концентрированный.

В процессе обратного осмоса вода и растворенные в ней вещества разделяются на молекулярном уровне, при этом с одной стороны мембраны накапливается практически идеально чистая вода, а все загрязнения остаются по другую ее сторону. Таким образом, обратный осмос обеспечивает гораздо более высокую степень очистки, чем большинство традиционных методов фильтрации, основанных на фильтрации механических частиц и адсорбции ряда веществ с помощью активированного угля.

По этому принципу работают все мембраны обратного осмоса. Процесс обратного осмоса осуществляется на осмотических фильтрах, содержащих специальные мембранах, задерживающих растворенные в воде органические и минеральные примеси, бактерии и вирусы. Очистка воды происходит на уровне молекул и ионов, при заметно уменьшается общее солесодержание в воде.

Основным и самым важным элементом обратноосмотических установок является мембрана.Исходная, загрязненная различными примесями и частицами, вода пропускается через поры мембраны, столь мелкие, что загрязнения сквозь них практически не проходят. Для того чтобы поры мембраны не забивались, входной поток направляется вдоль мембранной поверхности, который вымывает загрязнения. Таким образом, один входной поток разделяется на два выходных потока: раствор, проходящий через мембранную поверхность (пармеат) и часть исходного потока, не прошедшего через мембрану (концентрат).

Обратноосмотическая полупроницаемая мембрана представляет собой композитный полимер неравномерной плотности. Этот полимер образован из двух слоев, неразрывно соединенных между собой. Наружный очень плотный барьерный слой толщиной около 10 миллионных сантиметра лежит на менее плотном пористом слое, толщина которого составляет пять тысячных сантиметра. Осмотическая мембрана действует как барьер для всех растворенных солей и неорганических молекул, а также органических молекул с молекулярной массой более 100. Молекулы воды свободно проходят через мембрану, создавая поток пермеата.

Эффективность процесса обратного осмоса в отношении различных примесей и растворенных веществ зависит от ряда факторов: давление, температура, уровень рН, материал, из которого изготовлена мембрана, и химический состав входной воды, влияют на эффективность работы системы обратного осмоса. Степень очистки воды в таких фильтрах составляет по большинству неорганических элементов 85–98 %. 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 обратного осмоса. Однако производители утверждают, что большой размер вирусов и бактерий практически исключает вероятность их проникновения через мембрану.

В промышленности мембраны изготавливают из полимерных и керамических материалов. В зависимости от размера пор, с их помощью осуществляется:

Обратноосмотические мембраны содержат самые узкие поры, и потому являются самыми селективными. Они задерживают все бактерии и вирусы, бoльшую часть растворенных солей и органических веществ (в том числе железо и гумусовые соединения, придающие воде цветность и патогенные вещества), пропуская лишь молекулы воды небольших органических соединений и легких минеральных солей. В среднем такие мембраны задерживают 97–99 % всех растворенных веществ, пропуская лишь молекулы воды, растворенных газов и легких минеральных солей.

Материал мембранных фильтров – нитрат целлюлозы. Мембранный фильтр состоит из нескольких слоев, которые соединены вместе и обмотаны вокруг пластиковой трубки. Материал мембраны полупроницаем. Вода продавливается через полупроницаемую мембрану, которая отторгает даже низкомолекулярные соединения.

Обратноосмотические мембраны используются во многих отраслях промышленности, где есть необходимость в получении воды высокого качества (розлив воды, производство алкогольных и безалкогольных напитков, пищевая промышленность, фармацевтика, электронная промышленность и т. д.).

Микрофильтрационные мембраны с размером пор 0,1–1,0 мкм задерживают мелкие взвеси и коллоидные частицы, определяемые как мутность. Как правило, они используются, когда есть необходимость в грубой очистке воды или для предварительной подготовки воды перед более глубокой очисткой.

При переходе от микрофильтрации к обратному осмосу размер пор мембраны уменьшается и, следовательно, уменьшается минимальный размер задерживаемых частиц. При этом, чем меньше размер пор мембраны, тем большее сопротивление она оказывает потоку и тем большее давление требуется для процесса фильтрации.

Ультрафильтрационная мембраназадерживает взвешенные вещества, микроорганизмы, водоросли, бактерии и вирусы, значительно снижает мутность воды. В ряде случаев, такие мембраны эффективно уменьшают окисляемость и цветность воды. Ультрофильтрация заменяет отстаивание, осаждение, микрафильтрацию.

Ультрафильтрационные мембраны с размером пор от 0,01 до 0,1 мкм удаляют крупные органические молекулы (молекулярный вес больше 10000), коллоидные частицы, бактерии и вирусы, не задерживая при этом растворенные соли. Такие мембраны применяются в промышленности и в быту и обеспечивают стабильно высокое качество очистки от вышеперечисленных примесей, не изменяя при этом минеральный состав воды.

Ультрафильтрация позволяет сохранить солевой состав воды и осуществить ее осветление и обеззараживание практически без применения химических реагентов.

Нанофильтрация занимает промежуточное положение между обратным осмосом и ультрафильтрацией. Нанофильтрационные мембраны характеризуются размером пор от 0,001 до 0,01 мкм. Они задерживают органические соединения с молекулярной массой выше 300 и пропускают 15–90 % солей в зависимости от структуры мембраны.

Обратный осмос и нанофильтрация очень близки по механизму разделения сред, схеме организации процесса, рабочему давлению, мембранам и оборудованию. Нанофильтрационная мембрана частично задерживает органические молекулы, растворенные соли, все микроорганизмы, бактерии и вирусы. При этом степень обессоливания ниже, чем при обратном осмосе. Нанофильтрат почти не содержит солей жесткости (снижение в 10–15 раз), т.е. он умягчен. Происходит также эффективное снижение цветности и окисляемости воды. В результате исходная вода умягчается, обеззараживается и частично обессоливается.

Очистка сточных вод гиперфильтрационным и ультрафильтрационным методами имеет ряд преимуществ по сравнению с традиционными методами очистки: невысокие энергозатраты, простота и компактность установок, возможность полной их автоматизации, высокая эффективность очистки, возможность повторного использования фильтрата и утилизации полученного концентрата. Недостатком методов является необходимость проведения процесса при высоком давлении в системе.

Сейчас технология обратного осмоса активно развивается. Установки постоянно совершенствуются.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Одним из основных направлений работы по охране водных ресурсов является внедрение новых технологических процессов производства, переход на замкнутые (бессточные) циклы водоснабжения, где очищенные сточные воды не сбрасываются, а многократно используются в технологических процессах. Замкнутые циклы промышленного водоснабжения дадут возможность полностью ликвидировать сбрасываемые сточных вод в поверхностные водоемы, а свежую воду использовать для пополнения безвозвратных потерь.

В химической промышленности намечено более широкое внедрение малоотходных и безотходных технологических процессов, дающих наибольший экологический эффект. Большое внимание уделяется повышению эффективности очистки производственных сточных вод.

Существенное влияние на повышение водооборота может оказать внедрение высокоэффективных методов очистки сточных вод, в частности физико-химических, из которых одним из наиболее эффективных является применение реагентов. Использование реагентного метода очистки производственных сточных вод не зависит от токсичности присутствующих примесей, что по сравнению со способом биохимической очистки имеет существенное значение.

Таким образом, охрана и рациональное использование водных ресурсов – это одно из звеньев комплексной мировой проблемы.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Алексеев, Л. С. Контроль качества воды: учебник / Л. С. Алексеев. – М.: ИНФРА-М, 2007. – 154 с.

2. Водоотводящие системы промышленных предприятий / С. В. Яковлев [и др.]. – М.: Стройиздат, 1990. – 511 с.

3. Воронов, Ю. В. Водоотведение и очистка сточных вод / Ю. В. Воронов. – М.: Изд-во Ассоциации строительных вузов, 2009. – 760 с.

4. Воюцкий, С. С. Курс коллоидной химии / С. С. Воюцкий. – М.: Химия, 1975. – 512 с.

5. Зайцева, И. С. Контроль качества воды. Лабораторный практикум: учебное пособие / И. С. Зайцева, Н. А. Зайцева. – Кемерово: КузГТУ, 2011. – 84 с.

6. Ивчатов, А.Л. Химия воды и микробиология: учебник / А.Л. Ивчатов. – М.: ИНФРА-М, 2006. – 218 с.

7. Карюхина, Т. А. Контроль качества воды : учебник / Т. А. Карюхина, И. Н. Чурбанова. – М. : Стройиздат, 1986. – 161 c.

8. Ким, Н. М. Поверхностные явления и дисперсные системы. Коллоидная химия: учебное пособие / Н. М. Ким. – Кемерово: КузГТУ, 2005. – 84 с.

9. Кульский, Л. А. Теоретические основы и технология кондиционирования воды / Л. А. Кульский. – Киев: Наук. думка, 1972. – 138 с.

10. Романков, П. Г. Массообменные процессы химической технологии. Учебное пособие / П. Г. Романков, В. Ф. Фролов, О. М. Флисюк. – СПб.: Химиздат, 2011. – 439 с.

11. СанПиН 2.1.4.1074–01. Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества. – Введ. 2002–01–01. – М. : Госсанэпиднадзор России, 2001. – 99 с.

12. СНиП 2.04.03–85. Строительные нормы и правила. Канализация. Наружные сети и сооружения. – М.: ГУП ЦПП, 2001. – 72 с.

13. Фридрихсберг, Д.А. Курс коллоидной химии / Д. А. Фридрихсберг. – СПб.: Лань, 2010. – 416 с.

14. Яковлев, С.В. Водоотведение и очистка сточных вод / С. В. Яковлев, Ю.В. Воронов. – М.: АСВ, 2002. – 704 с.

Обратный осмос и ультрафильтрация заключаются в фильтровании растворов под давлением через полупроницаемые мембраны, пропускающие растворитель и полностью или частично задерживающие молекулы либо ионы растворенных веществ. При обратном осмосе отделяются частицы (молекулы, гидратированные ионы), размеры которых не превышают размер молекул растворителя. При ультрафильтрации размер отделяемых частиц на порядок больше. Давление, необходимое для проведения обратного осмоса (1-10 МПа), значительно больше, чем для ультрафильтрации (0,1-0,7 МПа).

Внешне обратный осмос и ультрафильтрация аналогичны фильтрованию, однако при фильтровании продукт откладывается в виде осадка на фильтре; при обратном осмосе и ультрафильтрации образуются два раствора, один из которых обогащен растворенным веществом.

Движущей силой рассматриваемых процессов является разность рабочего (избыточного) давления над исходным раствором и осмотического давления раствора. Наиболее перспективны обратный осмос и ультрафильтрация в системах локальной обработки сточных вод при небольших их расходах для концентрирования и выделения относительна ценных компонентов и очистки воды. Например, очистка сточных вод, образующихся при металлообработке, травлении, окраске, нанесении гальванических покрытий от таких токсичных веществ, как цианиды, хром, никель, медь, цинк и др., которые к тому же могут быть регенерированы.

Достоинствами методов являются: отсутствие фазовых переходов при отдалении примесей, что позволяет вести процесс при небольшом расходе энергии; возможность проведения процесса при комнатной температуре; простота конструкции аппаратуры; возможность выделения ценных продуктов; одновременная очистка воды от органических, неорганических и бактериальных загрязнений. Установка включает два основных элемента: устройство для создания давления жидкости (насос) и разделительную ячейку с закрепленными в ней полупроницаемыми мембранами, а в промышленных установках — многосекционный аппарат, обеспечивающий необходимую поверхность мембран.

Недостатки методов: повышенное давление в системе, явление концентрационной поляризации (увеличение концентрации растворенного вещества у поверхности мембраны вследствие преимущественного переноса, растворителя через мембрану), это приводит к уменьшению производительности, степени разделения и срока службы мембрана, а также вызывает необходимость специальных уплотнений аппаратуры.

Полупроницаемые мембраны, используемые для проведения обратного осмоса и ультрафильтрации, изготавливают из различных полимерных материалов, пористого стекла, металлической фольги и др. Наибольшее распространение подучили мембраны на основе различных полимеров: полиамидов, полиуретанов, полиакрилонитрила, эфиров целлюлозы; и др. Наибольшее применение в практике нашли листовые и трубчатые ацетилцелюлозные мембраны, а также мембраны в виде полых волокон, изготовленных из ацетилцеллюлозы и ароматических полиамидов.

Для объяснения механизма задержания примесей мембраной в процессе обратного осмоса лучше всего подходит капиллярно-фильтрационная модель селективной проницаемости. Согласно ей ионы растворенных в воде веществ образуют гидратную оболочку, размеры которой вместе с гидратированным ионом, а также наличие в порах мембраны связанной воды определяет причину проходимости через мембрану растворенных веществ. Если диаметр пор мембраны с учетом толщины слоя связанной в мембране воды меньше размера гидратированного иона, то через такие поры будет проходить только вода, что и обуславливает селективность данных мембран.

Основными факторами, влияющим на скорость и селективность процессов обратного осмоса и ультрафильтрации, является рабочей давление, гидродинамические условия в аппарате, природа и концентрация разделяемого раствора, температура.

С повышением давления удельная производительность мембран увеличивается, так как растет движущая сила процесса. Однако при высоких давлениях происходит уплотнение материала мембран, что может вызвать снижение проницаемости. В течение всего срока службы мембраны наблюдается замедленное, но непрерывное снижение проницаемости именно из-за влияния высокого давления на материал мембраны, вызывая в нем остаточные деформации и изменяя структуру.

Концентрация растворенных веществ определяет не только характеристики процесса обратного осмоса и ультрафильтрации, но и саму возможность использования этих методов разделения. Увеличение концентрации растворенных веществ приводит к повышению осмотического давления раствора, что снижает эффективную движущую силу процесса, возрастанию вязкости раствора, росту концентрационной поляризации. Все это вызывает снижение проницаемости, с увеличением концентрации на поверхности и в порах мембраны уменьшается толщина слоя связанной воды, ослабевают силы взаимодействия между ионами и молекулами воды в растворах неорганических веществ, что приводит к снижению селективности.

Кроме того возможно смещение рН раствора в кислую или щелочную среду, что ускоряет гидролиз полимерных мембран, обезвоживание или растворение мембраны, выпадение на мембране в осадок малорастворимых солей.

Обратный осмос рекомендуется использовать при концентрациях электролитов, не превышающих для одновалентных солей 5 –10 %, для двухвалентных – 10–15%, для многовалентных – 15–20 %. Для органических веществ указанные пределы несколько выше.

Влияние концентрационной поляризации связано с повышением концентрации растворенного вещества в приграничном слое мембраны. При этом снижается эффективное давление вследствие увеличения осмотического давления раствора, определяемого концентрацией именно в приграничном слое, что приводит как к снижению селективности, так и скорости процесса.
Природа растворенного вещества оказывает определенное влияние на селективность и в меньшей степени на проницаемость мембран. Это влияние заключается в том, что неорганические вещества задерживается мембранами лучше, чем органические с той же молекулярной массой; среди родственных соединений, например, гомологов, лучше задерживаются вещества с большой молекулярной массой; вещества, образующие связи с мембраной, например, водородную, задерживаются мембраной тем лучше, чем менее прочна эта связь; селективность задержания высокомолекулярных соединений ультрафильтрацией тем больше, чем больше молекулярная масса растворенного вещества.

С ростом температуры уменьшается вязкость и плотность раствора, что способствует росту проницаемости. Однако с ростом температуры повышается осмотическое давление, которое уменьшает проницаемость. При повышении температуры начинается усадка и стягивание пор мембраны, что также приводит к уменьшению проницаемости. Однако, если работать при температурах, близких к комнатным, то практически температура на процесс мембранного разделения влияния не оказывает.

Конструкции аппаратов для проведения процессов обратного осмоса и ультрафильтрации должны обеспечивать большую поверхность мембран в единице объема, простоту сборки и монтажа, механическую прочность и герметичность. По способу укладки мембран аппараты подразделяются на четыре основных типа:

фильтр-просс с плоскокамерными фильтрующими элементами;
с трубчатыми фильтрующими элементами;
с рулонными или спиральными фильтрующими элементами;
с мембранами а виде полых волокон.

Указанные аппаратыобычно собираются из отдельных элементов или модулей, конструкция которых полностью характеризует конструкцию аппарата в целом.

Аппараты с плоскокамерными фильтрующими элементами (рисунок 44,а) применяются в установках сравнительно небольшой производительности. В этих аппаратах мембраны уложены с двух сторон плоских пористых дренажных пластин, которые образуют межмембранное пространство для потока разделяемого раствора. Пакет фильтрующих элементов зажимается между двумя фланцами и стягивается болтами. Прошедший через мембрану фильтрат уходит через дренажные слои в радиальном направлении.

Такие аппараты отличаются простотой изготовления, удобством монтажа, и эксплуатации, возможностью быстрой замены мембран, но имеют невысокую удельную поверхность мембран (60-300 м2/м3 объема аппарата).

Аппараты с трубчатыми фильтрующими элементами (рисунок 44 б) состоят на полупроницаемой мембраны и дренажного каркаса, выполненного в виде трубки, диаметром 6-30 мм, где мембрана может находиться на ее внутренней иди наружной поверхности, а также с обеих сторон. Основной недостаток — малая удельная рабочая поверхность мембран (60-300 м2/м3 ), более сложная их замена.

Рисунок 44 — Мембранные аппараты
а — типа фильтр-пресс: 1 — гористые пластины; 2 — мембраны;
б- трубчатый фильтрующий элемент: 1 — трубка, 2 — подложка; 3 – мембрана;
в — с рулонной укладкой полупроницаемых мембран: 1 — фильтроотводящая трубка; 2 — мембрана; 3 — дренажный слой; 4 — сетка-сепаратор;
г — с полыми волокнами: 1 — подложка; 2 – шайба с вмонтированными концами волокон; 3 — корпус; 4 — полые волокна.

Аппараты с фильтрующими элементами рулонного типа отличаются большой плотностью упаковки мембран (300-800м2/м3). Каждый рулонный элемент (рисунок 44, в) представляет собой прикрепленный к водоотводящей трубке и накрученный на нее пакет, состоящий из двух мембран и расположенного между ними дренажного слоя. Трубка для отвода фильтрата имеет продольные прорези. Исходный раствор движется по межмембранным каналам рулонного фильтрующего элемента в продольном направлении. Проникавший через мембраны фильтрат по спирально расположенному дренажному слою поступает в фильтроотводящую трубку и отводится из аппарата, Рулонные аппараты имеют малую металлоемкость, механизированную сборку. К недостаткам их относятся сложность монтажа и смены мембран, необходимость замены всего пакета при повреждении мембраны, трудность обеспечения герметизации аппарата.

Аппараты с фильтрующими элементами в виде полых полупроницаемых волокон (рисунок 44, г) имеют очень высокую плотность укладки мембран в единице объема аппарата — до 20-30 тыс.м2/м3 . Волокна имеют наружный диаметр 45-200 мкм и стенки толщиной 10-50 мкм, способные выдержать необходимое рабочее давление. Фильтрат в этих элементах или собирается с наружной поверхности волокон или отводится по капилляру полых волокон. Поэтому такие аппараты не требуют поддерживающих дренажных устройств, что значительно сникает капитальные затраты, упрощает их сборку и эксплуатацию. Они компактны и высокопроизводительны. Недостатки — трудность замены поврежденных волокон, большое сопротивление, необходимость тщательной предварительной очистки от механических примесей.

Аппараты с полыми волокнами выполняют чаще всего в виде кожухотрубчатого теплообменника с линейным расположением волокон (концы закрепляются в двух трубных решетках) или У-образными (с одной решеткой). Раствор движется вдоль наружной или внутренней поверхности волокон. Концы волокон с помощью эпоксидной смоли и уплотнений закреплены в трубных решетках.
Обратноосматические и ультрафильтрационные установки представляют собой самостоятельно действующие системы, состояние из мембранных аппаратов и оборудования, обеспечивающего их бесперебойную работу.

Установки с мембранными аппаратами можно классифицировать по нескольким признакам. Они могут быть непрерывного и периодического действия, прямоточные и циркуляционные, каждая из которых может быть одно- или многоступенчатой. Прямоточные установки работают только непрерывно, циркуляционные бывают непрерывными и периодическими. Технологическая схема установки определяется ее назначением и зависит от исходной концентрации раствора, производительности установки и условий ее эксплуатации.

Обратный осмос разработали как метод очистки воды более чем 40 лет назад. Он впервые был представлен как технология опреснения морской воды. Как только возможности этого метода были оценены, системы обратного осмоса начали производить для очистки воды в домашних условиях.

Содержание работы

1. История обратного осмоса……………………………………………………………..3
2. Обратный осмос в природе…………………………………………………………….3
3. Обратный осмос – определение………………………………………………………..3
4. Принцип действия……………………………………………………………………….4
5. Предварительные фильтры механических примесей……………………………… .12
6. Свойства очищенной воды……………………………………………………………..13
7. Применение…………………………………………. 13
8. Крупнейшие производители фильтров и систем очистки воды…………………….17
9. Литература……………………………………………………………………………. 18

Содержимое работы - 1 файл

Обратный осмос.doc

2. Обратный осмос в природе…………………………………………………………… .3

3. Обратный осмос – определение………………………………………………… ……..3

5. Предварительные фильтры механических примесей……………………………… .12

6. Свойства очищенной воды…………………………………………………………….. 13

8. Крупнейшие производители фильтров и систем очистки воды…………………….17

1. История обратного осмоса

2. Обратный осмос в природе

Принцип работы мембранной системы является обратноосмотическим. Явление осмоса лежит в основе обмена веществ всех живых организмов. Например, подкладка скорлупы куриного яйца является естественной мембраной, через нее проходят молекулы кислорода, но задерживаются загрязнители. Стенки клеток растений, животных и человека представляют собой естественную мембрану, которая является частично проницаемой, поскольку она свободно пропускает молекулы воды, но не молекулы других веществ. В то время когда корни растений впитывают воду, стены их клеток формируют натуральную осмотическую мембрану, которая пропускает молекулы воды и отторгает большинство примесей. Цветы и травы стоят вертикально только за счет так называемого осмотического давления. Поэтому при недостатке воды они выглядят пожухлыми и вялыми. Способность мембраны фильтровать, уникальна. Мембрана отделяет вещества от воды на молекулярном уровне и именно это позволяет любому живому организму существовать.

3. Обратный осмос - определение

Процесс обратного осмоса, как способ очистки воды, используется с начала 60-х годов. Первоначально он применялся для опреснения морской воды. Сегодня по принципу обратного осмоса в мире производятся сотни тысяч тонн питьевой воды в сутки.

Совершенствование технологии сделало возможным применение обратноосмотических систем в домашних условиях. На настоящий момент в мире уже установлены тысячи таких систем. Получаемая обратным осмосом вода имеет уникальную степень очистки. По своим свойствам она близка к талой воде древних ледников, которая признается наиболее экологически чистой и полезной для человека.

Обратный осмос — прохождение воды или других растворителей через полупроницаемую мембрану из более концентрированного в менее концентрированный раствор в результате воздействия давления, превышающего разницу осмотических давлений обоих растворов. При этом мембрана пропускает растворитель, но не пропускает некоторые растворённые в нём вещества.

Применение для очистки воды.

При очистке воды многие растворённые в ней вещества задерживаются на мембране фильтра. Для преодоления на мембране осмотического давления воду подают под давлением около 2…17 атм для фильтрации и опреснения питьевой и солоноватой воды, и 24…70 атм для морской воды.

В системах очистки воды обычно используются синтетические полупроницаемые мембраны. Мембрана задерживает высокомолекулярные загрязнители, но пропускает низкомолекулярные вещества, например, такие газы, как кислород, хлор, углекислый газ и пр. Некоторые газы могут определять вкус воды.

В процессе обратного осмоса вода практически не нагревается.

Современная промышленная установка обратноосмотического опреснения включает следующее оборудование: фильтр тонкой очистки воды, система реагентной подготовки, насос высокого давления, блок фильтрующих модулей, блок химической промывки. Основной элемент установки обратного осмоса — полупроницаемая обратноосмотическая мембрана, помещённая в корпус. В неё поступает исходная вода, а отводится два потока — очищенная и обессоленная, которая называется пермеатом, и вода с концентрированными примесями, называемая концентратом, которая сливается. Продавливание воды через мембрану ведётся при высоком давлении, которое создает насос, обычно центробежный многоступенчатый или роторный. Для замедления образования нежелательных отложений на мембранах применяется дозирование ингибитора осадкообразования. Для снятия осадков с поверхности мембран используется система химпромывки. Для контроля качества очистки и рН — проточные измерители солесодержания и рН-метры. Для контроля расхода пермеата и концентрата — проточные расходомеры. Управление системой обратного осмоса можно осуществлять в полуавтоматическом и автоматическом режиме.

4. Принцип действия

Явление осмоса лежит в основе обмена веществ всех живых организмов. Благодаря ему в каждую живую клетку поступают питательные вещества и, наоборот, выводятся шлаки.Явление осмоса наблюдается, когда два соляных раствора с разными концентрациями разделены полупроницаемой мембраной.

Эта мембрана пропускает молекулы и ионы определенного размера, но служит барьером для веществ с молекулами большего размера. Таким образом, молекулы воды способны проникать через мембрану, а молекулы растворенных в воде солей - нет.

Разница в высоте уровней двух растворов разной концентрации пропорциональна силе, под действием которой вода проходит через мембрану. Эта сила называется "осмотическим давлением".

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.

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 мембранной установки обратного осмоса;

 Низкая стоимость и простота конструкции напорного корпуса мембранной установки;

 Относительно низкие потери давления в установке;

 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

Обратноосмотическая очистка воды и ультрафильтрация – способы удаления из жидкости посторонних примесей, солей тяжелых металлов и органических включений. В основе технологий – процесс мембранного разделения посредством полупроницаемой мембраны, через которую вода проходит под высоким давлением. Схожесть способов очистки обуславливает вопрос, что эффективнее: ультрафильтрация или обратный осмос?

В чем отличия в работе систем ультрафильтрации и обратного осмоса?

Принципиальное различие между двумя способами очистки – размер пор фильтрующей мембраны: обратноосмотические мембраны задерживают микрочастицы диаметром от 0,0001 до 0,001 мкм, а размер пор ультрафильтрационного мембранного элемента – от 0,01 до 0,1 мкм. Давление, создаваемое в процессе осмотической очистки, также значительно выше – минимум втрое. Обратноосмотические системы нагнетают давление не менее 0,3 МПа, а ультрафильтрационные – от 0,1 МПа.

Назначение фильтрующих элементов также отличается, поскольку установки ультрафильтрации используют для удаления из воды взвесей и макромолекул. Такая очистка снижает мутность и цветность жидкости, задерживает коллоидные частицы. Она предназначена для предварительной подготовки и обезжелезивания воды.

Обратный осмос эффективен при удалении из воды большинства частиц с размерами, превышающими 0,001 – 0,0001 мкм. В их числе – соли жесткости, ионы натрия, сульфаты, нитраты, железо, красители, тяжелые металлы и многие микроэлементы. Ввиду малого диаметра пор полупроницаемая мембрана также задерживает бактерии и вирусы, включая инфекционные агенты гепатита и холеры. Однако обратноосмотические мембраны высокочувствительны к загрязнениям и быстро засоряются при работе с водой, которая не прошла предварительную подготовку.

Каковы особенности мембраны обратного осмоса и ультрафильтрации?

Различия ультрафильтрации и обратного осмоса обусловлены характеристиками мембран, используемых в процессе очистки воды. Первые выполнены в виде модулей с тысячами капилляров, внутренний диаметр которых – от 0,7 до 1 мм. Их производят из таких материалов:

полиэфирсульфон;
полиамид;
поливинилиденфторид;
алифатические полиамиды;
полиакрилонитрил;
производные целлюлозы и др.

Для производства используют гидрофильные материал с высокой стойкостью к наслоению органических осадков. В зависимости от диаметра капилляров площадь фильтрации мембранного модуля составляет 30–70 кв. м. Особенность очистки в движении водного потока изнутри наружу: очищаемая жидкость проходит через внутренние капилляры, а фильтрат просачивается наружу сквозь стенки. Но также допустимо обратное направление подачи воды.

Мембраны для установок ультрафильтрации способствуют удалению взвешенных частиц, которые оседают на поверхности капилляров. Малый диаметр пор способствует эффективному удалению коллоидного кремния, органических веществ, железа. Их частицы образуют на поверхности мембраны осадочный слой, а для его удаления необходима обратная промывка – подача воды по направлению снаружи внутрь.

половолоконные – в виде трубок диаметром примерно 1 мм с пористыми стенками, сквозь которые проходит поток жидкости;
спирально-навитые (рулонные) – в виде трубки с отверстиями для прохода пермеата, вокруг которой обернуты дренажный лист, сетка-сепаратор и листовые мембраны.

В процессе производства рулонных фильтрующих элементов напорную полость и полость сбора загрязненного раствора разделяют. Для этого при скручивании мембранного пакета кромки обрабатывают безвредным водостойким клеем.

Различия технологий очистки воды

Ультрафильтрация, осмос – способы очистки артезианских вод и вод из поверхностных источников, которые основаны на прохождении жидкости через полупроницаемую мембрану под давлением. Отличия технологий заключены в строении и структуре мембран, диаметре пор, селективности (способности разделять определенные компоненты раствора).

Читайте также: