Фильтр Dr.Voda - ОБРАТНЫЙ ОСМОС

Прямой осмос

-этот механизм фильтрации воды был изначально заимствован у живой природы: в организме животных и человека обмен веществ, который представляет собой проникновение молекул определенного размера через «полупроницаемую» мембрану, разделяющую два раствора с разным содержанием примесей.

С помощью такой фильтрации молекулы воды могут переходить через мембрану, но молекулы ряда растворенных примесей из за большого размера не имеют такой возможности.

Главным условием к переходу молекул воды через мембрану является разность концентраций растворенных солей в жидкостях.

Перемещение происходит из менее концентрированного раствора в более концентрированный, следствием чего становится изменение уровней и концентрации двух жидкостей с появлением разности давлений между ними.

Под действием этого движения(перехода), возникает осмотическое давление, которое и определяет скорость перемещения молекул через мембрану.

Выше описанный процесс — это прямой осмос (природный).

Обратный осмос

- прохождение воды через полупроницаемую мембрану, возникшее в случае обратного движения молекул, при воздействии внешнего давления к раствору с большей концентрацией солей.

В этом случае молекулы воды переходят в раствор с меньшей концентрацией солей.

Но процесс возможен, только если созданное внешнее давление превышает осмотическое.

При уменьшении давления процесс перехода замедляется или приостанавливается.

По этому принципу работают все установки обратного осмоса (бытовые и промышленные).

В схеме обратного осмоса участвуют два раствора воды (пермеат и рассол), разделенные мембраной, причем с одной стороны остается вода, лишенная практически всех примесей солей(пермеат), а с другой — раствор, содержащий высокую концентрацию таких примесей (рассол).

Основные параметры обратных осмосов

Скорость потока — расход воды в единицу времени (мощьность м³/час) через единицу площади поверхности; этим параметром характеризуют поток, проходящий сквозь обратноосмотическую полупроницаемую мембрану.

Селективность (% задержания) — параметр качества, определяющий способность обратноосмотической мембраны не пропускать переход молекул солей из исходной воды в фильтрат (пермеат).
Селективность обычно выражается в процентах и определяется как разность абсолютнорй воды (H2O)100 % и соотношения концентраций соли в премеате (потоке обессоленной воды, выходящем из установки обратного осмоса или ультрафильтрации) и в исходной воде.
Обычная селективность обратноосмотических мембран по NaCl (пищевая соль) колеблется от 98% до 99,7 %.

Скайлинг — осаждение солей , например, карбоната кальция, на поверхности мембраны.
Осажденный осадок приводит к уменьшению рабочей площади мембраны и сокращению потока, так же к уменьшению значений селективности мембраны для различных компонентов.

Процент получения чистой воды (процент извлечения пермеата) — отношение расхода потока полученной воды к расходу подаваемого потока.
Измеряется в процентах или дробных числах, характеризует качество работы установки обратного осмоса в целом.

Загрязнение мембраны — осаждение нерастворимых веществ, например бактерий, коллоидов, оксидов, взвешенных частиц , органических соединений и др., на поверхности обратноосмотической мембраны.
Осадок снижает поток пермеата и ведет к падению селективности обратноосмотических мембран.

Индекс насыщения Ланжелье (LSI) — этот параметр, характеризует процесс осаждения карбонатов кальция и магния в системах фильтрации воды.
Позволяет предсказывать «накопление» труднорастворимых карбонатов при заданных условиях.
Производители обратноосмотических установок использют этот показатель для определения максимальной степени извлечения воды и значений селективности, которые можно получить в конкретной системе водоподготовки, прежде чем осаждение труднорастворимых карбонатов будет серьезно влиять на процесс.
Этот параметр широко используется при выборе методов предварительной обработки воды.

Индекс плотности осадка (SDI) — показатель, характеризующий способность фильтруемой воды загрязнять мембранный элемент или забивать осадком фильтр.
Измеряется с помощью специального аппарата, который состоит из входного регулятора давления и манометра, после которого установлен фильтродержатель с 0,45-микронным мембранным фильтром.

Качество воды обратного осмоса

Во время работы установки происходит удаление из воды молекул солей и растворенных примесей. В результате фильтрации получается деминерализованная вода.

Применение этой технологии позволяет проводить фильтрацию воды, снижая содержание таких растворенных соединений:
нитраты,нитриты, магний, кальций, железо, марганец, хлориды,медь, свинец, кадмий, радиоактивные изотопы, фториды, фосфаты, растворенный хлор, органические соединения (в т.ч. пестициды).

Полученный фильтрат не полностью лишен растворенных солей, однако он превосходит по своим качествам (в отношении содержания растворенных примесей) воду, пропущенную через механические фильтры и прошедшую обработку с помощью ионообменных или угольных фильтров.

Качество фильтрации обратного осмоса зависит от многих параметров, первое место среди которых занимает давление.

Так же влияют на качество фильтрации : химический состав воды, температура, уровень рН.

Не последнюю роль играет производитель и материал обратноосмотической мембраны.

Давление в процессе обратного осмоса можно признать определяющим фактором, его повышение приводит к улучшению качества фильтрации.

Материалы мембраны

Материалы мембраны применяемые в технологии обратного осмоса, могут быть ацетат-целлюлозные, полиамидные (тонкопленочные) и полисульфоновые.

В зависимости от используемого материалла степень очистки от неорганических веществ составляет от 85 до 98 %.

Очистка от органических веществ зависит от их молекулярной плотности.

Достаточно большой размер вирусов и бактерий (от 0,5мкм до 2мкм), препятствует их переход в фильтрат и исключает его.

Полученный фильтрат(пермеат) практически стерилен.

Область применения обратного осмоса

Технология обратного осмоса широко применяется для подготовки воды в таких отраслях:

медицина (подготовка воды для гемодиализа, получение воды для приготовления лекарственных форм и инъекций),

пищевая промышленность (безалкогольные напитки, молочные продукты, пищевые продукты),

фармацевтика (получение лекарственных препаратов, экстрактов, отдушек),

химическая промышленность (изготовление чистых реактивов,

средств бытовой химии и т.п.),

микроэлектроника (глубокое обессоливание воды перед стадией полной ее деионизации),

теплоэнергетика (водоподготовка для наполнения и циркуляции контуров компресоров,холодильных установок, котельных,электростанций),

а также подготовка воды для бытовых нужд.

Преимущества и недостатки обратноосмотических систем

Неоспоримым преимуществом установок обратного осмоса является наивысшее качество получаемой воды.
В некоторых случаях этот вариант водоподготовки остается практически единственным, позволяющим получить чистую воду необходимого качества.

К преимуществам установок также можно отнести:
довольно чистые стоки, сбрасываемые в дренаж;
отсутствие реагентного хозяйства;
возможность изменять производительность и качество получаемой воды, применять мембраны различной селективности;
низкие затраты на эксплуатацию по сравнению с рядом других установок;

Необходимо учитывать недостатки установок обратного осмоса:
высокая стоимость; низкая производительность (поэтому используют накопительные емкости),
низкий КПД по выходу фильтруемой воды (в дренаж сбрасывается от 50до75 % очищаемой воды);
в большинстве случаев необходимость предварительной подготовки воды (так как коллоидные и взвешенные вещества, если присутствуют в воде, приводят к загрязнению мембран);
низкая стойкость мембран к окислителям , а полимерные мембраны легко подвергаются микробиологическому разрушению.

Требования к исходной воде для обратноосмотических систем

Установки обратного осмоса предъявляют к исходной воде ряд требований, нарушение которых приводит к снижению производительности и преждевременному выходу оборудования из строя.

Основные параметры, которым должна соответствовать исходная вода для стандартной установки:

температура фильтруемой воды в интервале 4–30 °C;

общая минерализация до 3000 мг/л; жесткость до 3 мг÷экв/л (в случае наличия антискаланта может достигать до 30 мг÷экв/л);

содержание железа до 0,1 мг/л (при наличии антискаланта может достигать до 3 мг÷экв/л);

содержание марганца до 0,05 мг/л (в присутствии антискаланта может достигать до 0,1 мг÷экв/л);

содержание силикатов до 20 мг/л (в случае наличия антискаланта может достигать до 250 мг÷экв/л);

содержание хлора до 0,1 мг/л;

химическое растворение кислорода О₂ до 4 мг/л.

Мембрана обратного осмоса

- основной расходный элемент обратного осмоса -мембрана.
Она являются главным елементом который предъявляет требования к исходной воде.

Мембрана обратного осмоса — это тонкие пленки, структура которых должна обеспечить селективное пропускание растворенных веществ и солей через себя. Современные мебраны бывают:

ацетатцеллюлозные, полиамидные (тонкопленочные) и полисульфоновые. Они отличаются селективностью и подбираются исходя из химического состава исходной воды и требований к очищенной.

Мембрана может обладать гомогенной (однородной) или асимметричной структурой.

Гомогенная структура (максимальная однородность в поперечном сечении) была разработанна для использования в микрофильтрации и гемодиализе.

Но данная структура имеет низкие показатели скорости потока. Так, любая мембрана не только препятствует проходу в фильтрат растворенных примесей, но и снижает скорость пропуска растворителя через себя.

Для большей скорости фильтрации были разработаны асимметричные мембраны. Материал состоит из двух параллельных слоев, который имеет асимметричное поперечное сечение.

Асимметричные мембраны обратного осмоса

Эти мембраны имееют более тонкий селективный слой, который повышает интенсивность потока.
Прочность тонкого первого слоя мебраны усиливается вторым, более толстым поддерживающим слоем, который меет открытую пористую структуру.
Два слоя могут быть изготовлены из одного и того же материала (например, из ацетат целлюлозы) или материалы могут отличаться.
Обратноосмотические мембраны, используемые в оборудовании фильтрации воды, бывают двух видов: плоские листы и полые волокна.

Для питьевой воды применяют мембранные системы с рулонным фильтрующим элементом.
Он представляет собой мешок, состоящий из трех кромок, которые герметично закрыты, а четвертая крепится к перфорированной трубке для отвода фильтрата и вместе с сеткой-сепаратором накручивается на нее.
Фильтруемая вода под давлением движется в продольном направлении по межмембранным каналам, фильтрат по дренажному материалу поступает в отводимую трубку.

Трубки, отбирающие фильтрат, соеденены между собой и образуют общую систему получения фильтрата (пермеата).
Первый и последний мембранные элементы соединены концевыми пластинами корпуса. Мембранные элементы переложены прокладкой, которая препятствует попаданию потока воды между краем мембранного элемента и внутренней стенкой корпуса.
Это направляет поток, который начинает двигаться, проходя через последующие мембранные элементы.

Так осуществляется процесс фильтрации. При прохождении фильтрующейся воды через каждый последующий мембранный элемент ее часть переходит в фильтрат.
Первый мембранный элемент от входного патрубка питающей воды имеет самое низкое содержание солей.
Пермеат (фильтрат) отводится от каждого мембранного елемента трубками, которые соединяются в общую систему.

Производительность установок обратного осмоса

Производительность рассчитывается по пермеату и составляет, как правило, до 75 %.

Максимальное рабочее давление установок не должно превышать 16 бар, так как в системе используются трубы ПВХ, не допускающие большее давление.

Но если необходимо подать на обратноосмотическую установку воду с общей минерализацией, превышающей 3000 мг/л, то применяется оборудование с металлическими трубами и давлением до 25 бар.

Давление можно регулировать (уменьшать) сбросом концентрата (рассола), этим уменьшается производительность установок обратного осмоса.

Чем выше давление, тем больше производительность установки. Максимальное рабочее давление установки обратного осмоса — 25 бар.

Проблемы при эксплуатации обратноосмотических установок

Снижение производительности.

Основные причины:

1. Неправильная регулировка (соотношение) потоков пермеата, концентрата и рециркуляции;

2. Исходная вода, поступающая на доочистку, не соответствует требованиям ( обработка воды была проведена в недостаточной мере);

3. Нарушаются правила эксплуатации и режимы установки — не проводится профилактическая химическая промывка мембран ( промывка проводиться профилактически раз в год или при снижении производительности установки более чем на 20 %).

Слишком частые промывки противопоказаны.

Если система требует частых промывок, чем рекомендовано производителем, это означает, что неправильно подобрана система.