Что означает система обратного осмоса. Система очистки воды с обратным осмосом: инструкция по установке
Далеконе все знают, что за свою жизнь человек выпивает около семидесяти пяти тонн воды. При этом с ней он «запивает», как считал Луи Пастернак, около восьмидесяти процентов своих болезней. По данным врачей, вместе с водой в организм проникает огромное количество микробов, ускоряя процесс старения.
Очистка воды
Обратный осмос - это один из самых известных способов фильтрации воды. Он позволяет удалять даже мельчайшие частицы, имеющие величину иона. Кроме того, фильтр "обратный осмос" сегодня помогает очищать питьевую воду от солей и других включений. Но и это еще не все: с ним улучшаются вкус, цвет и даже свойства жидкости.
Процесс, который по-научному именуется «осмос обратный» - это гиперфильтрация, во время которой вода под большим давлением протекает через специальную мембрану, задерживающую примеси. Сегодня очень многие компании - производители очищающих систем - выпускают фильтры, работающие именно по данному принципу.
Технология
Не все из нас представляют, что вода, которая выходит из-под крана в домах и квартирах - это, в сущности, раствор. И в нем в определенном количестве содержатся многочисленные элементы - металлы, соли, неорганические и органические соединения и многое другое.
Система обратный осмос как метод для очистки жидкости известна еще с шестидесятых годов прошлого столетия. Первоначально она применялась для опреснения соленой морской на подводных субмаринах, сегодня же по этому принципу в мире производят многие сотни тысяч кубометров питьевой воды.
Усовершенствование технологий сделало возможным применение фильтра обратный осмос и в домашних условиях. На данный момент практически во всех странах мира в квартирах и домах уже установлены такие многочисленные системы.
Фильтры, работающие по схеме обратного осмоса, решают не только проблему жесткости воды, но и накипи. Никакие другие технологии очистки, в том числе и те, которые используют ионообменные материалы, не в состоянии решать задачу смягчения так эффективно, как это делают данные системы. Поэтому, если приоритетом является именно данная проблема, то альтернативы этим фильтрам просто не существует.
Конечный продукт
Как свидетельствует отзывы, и это подтверждено научно, отфильтрованная таким образом вода обладает уникальной степенью очистки. Она по своим свойствам максимально близка к талой, которая получается из древних ледников. А это, как известно, самая экологически чистая и полезная для человека вода.
Принцип работы
Явление «обратный осмос» является базовым в процессе обмена веществ любых живых организмов. Благодаря этому принципу в живую клетку поступают очень многие питательные вещества и так же выводятся шлаки. Наиболее наглядно представить, что такое система обратный осмос, можно, наблюдая ее на примере двух соляных растворов, имеющих разные концентрации и разделенные полупроницаемой мембраной. Последняя пропускает ионы определенного размера, одновременно являясь барьером для больших молекул. В результате ионы воды способны проникать через обратный осмос, мембрана которого их словно сцеживает, в свою очередь, задерживая растворенные в них соли.
Если по разные стороны этой полупроницаемой «перегородки» находятся растворы с разной плотностью, то они будут перемещаться из слабого в более концентрированный объем. При этом они будут вызывать в последнем увеличение уровня жидкости.
Вследствие обратноосмотического явления процесс проникновения молекул сквозь мембрану будет происходить, даже когда оба этих раствора будут под совершенно одинаковым внешним давлением.
При этом разница в высоте уровней бывает пропорциональна той силе, под воздействием которой вода протекает через мембрану и которую именуют "осмотическим давлением".
Критерий выбора
Для того чтобы купить фильтр "обратный осмос", нужно знать необходимые параметры. Характеристики, отличающие данное устройство, определяют производительность мембраны и объем его гидроаккумулятора - накопительного бака. Именно от пропускной характеристики фильтра зависит то количество воды, которое будет необходимо для удовлетворения потребностей того или иного пользователя.
Как правило, ее выработка в данных фильтрах варьируется от ста восьмидесяти до трехсот восьмидесяти литров в сутки. Для промышленных вариантов данный показатель может определяться цифрой в сто раз больше.
Исходя из этого, выбор определяется, исходя из индивидуальных потребностей покупателя. К примеру, для семьи из четырех человек достаточно бака, имеющего емкость в двенадцать литров.
Особенности
Тем, кто устал от покупной воды в пластиковых бутылках, наносящих семейному бюджету достаточный урон, лучше всего задуматься о фильтрах для воды. Ведь при покупке обратноосмотических очистителей пользователь получит много преимуществ. Во-первых, у него дома из крана будет течь безвредная и очень приятная на вкус вода, во-вторых, изменится вкус чая, кофе и даже супов. Кроме того, его чайник больше не будет «страдать» от накипи.
А все потому, что система "обратный осмос", на основе которой работают данные бытовые фильтры, очищает воду с применением тонкопленочной специальной мембраны. Она функционирует по заимствованному от матушки-природы принципу. Вода из водопроводной трубы проходит сквозь полупроницаемую мембрану, отторгающую даже мельчайшие частицы взвеси - размером около десятитысячной доли микрона и пропускающую только молекулы воды и кислорода, удаляя грязные составляющие в дренаж.
Разновидности
По способу подключения, а также по типу функционирования фильтры "обратный осмос" близки к проточным разновидностям, устанавливаемым «под мойку». Монтаж такой системы производится с подключение к водопроводу и канализации. Это можно достаточно легко реализовать под мойкой в кухонной мебели.
Существуют установки "обратный осмос", у которых после баков и постфильтров ставятся минерализаторы, насыщающие воду комплексом полезных солей. При выборе нужно обращать внимание и на наличие насоса, повышающего давление на входе. Если напор в водопроводной системе по показателю меньше трех атмосфер, то его существование на приборе "осмос обратный" актуально.
Кроме того, из-за существования на рынке большого количества производителей и моделей следует при покупке обращать внимание и на способы крепления, а также на фильтрующие элементы. Их необходимо соотнести с возможностями размещения, к примеру, на- или под мойкой. Габариты данного устройства тоже играют немаловажную роль.
Другим актуальным фактором, по которому стоит выбирать модель фильтра "осмос обратный", является количество ступеней, находящихся перед мембраной, а также их сопоставление с составом жидкости, поступающей из водопроводной системы.
Обратный осмос, известный также как гиперфильтрация, лучший из известных способов фильтрации воды. Осмос позволяет удалять из водной массы мельчайшие частицы величиной с ионы. И для удаления из питьевой воды солей и других включений с тем, чтобы улучшить цвет, вкус или свойства жидкости. Этот процесс может быть использован для очистки таких жидкостей как этанол и гликоль, которые пройдут через обратноосмотическую мембрану, в то время как другие ионы и примеси она не пропустит. Осмос используют в фильтрах для воды, в том числе, для питья. Фильтры с осмосом применяют для производства воды, которая отвечает самым строгим из существующих требований. Самые жесткие требования конечно же предъявляет промышленная водоподготовка.
Обратный осмос: технология
Обратный осмос использует процесс, известный как перекресное течение, что позволяет мембране самоочищаться. В обратноосмотической технологии используется полупроницаемая мембрана, которая пропускает только молекулы воды и задерживает молекулы загрязняющих веществ. В то время, как часть жидкости проходит через мембрану, другая ее часть двигается в обратном направлении, вымывая из мембраны задержанные частички. В процессе требуется движущая сила, которая будет проталкивать жидкость через мембрану, наилучшим вариантом является давление, создаваемое помпой. Чем выше давление, тем больше движущая сила. Установки с осмосом способны задерживать бактерии, соли, сахара, протеины, частицы, красители и другие загрязняющие вещества, молекулярная масса которых больше 150-250 далтонов. Разделение ионов осмосом происходит с участием заряженных частиц. Это значит, что расстворенные ионы, которые несут заряд, равный зараряду солей, более вероятно будут отброшены мембраной, чем те, которые не заряжены, например органика. Чем больше заряд частицы и ее размер, тем выше вероятность того, что она будет отброшена мембраной.
Секреты мембраны
Идеальной системы обратного осмоса для дома не существует. Некоторые разработки лучше остальных, но ни одна из них не является панацеей от всех бед. Большинство производителей и дилеров рекомендуют подбирать фильтры обратного осмоса в зависимости от показателей исходной воды и от требований, выдвигаемых покупателем к качеству питьевой воды. Но бывает, что и этого не достаточно, ведь установка системы обратного осмоса не такая простая, как проточные фильтры для воды . Иногда это работает, иногда нет.
Как выглядит мембрана в разрезе
Бытовые фильтры с осмосом - основные компоненты
Общий дизайн фильтров обратного осмоса весьма консервативен, с учетом разве условий, для работы в которых они предназначаются. В целом, чем дороже система обратного осмоса, тем больше "что если..." рассмотрено и тем больше модификаций заложено в установку очистки воды. Как бы то ни было, учитывание всех возможных проблем с качеством питьевой воды сделает систему обратного осмоса неоправданно дорогой. "Проблемы с питьевой водой" будут всегда. Поскольку всегда есть кто-то, кому нужно гораздо больше, чем заложено в бытовой системе обратного осмоса, дилер по своему усмотрению может модифицировать ее. Понимая принцип работы основных компонентов системы обратного осмоса, дилер можете доработать ее дизайн применительно к нуждам заказчиков вашего региона.
Основные действующие компоненты системы:
Обратноосмотическая мембрана;
- ограничитель течения воды;
- седиментный предварительный фильтр воды;
- предватительный фильтр воды и постфильтр из активированного угля;
- накопительный бак;
- помпа.
Даже самая простые фильтры обратного осмоса не могут использоваться без первых трех компонентов, в то время как последние три служат для удослетворения специфических нужд покупателя. Правильный подбор и использование каждого компонента являются необходимыми для обеспечения правильной и бесперебойной работы системы обратного осмоса.
Выбор мембраны
По сути, обратноосмотическая мембрана - это сердце и душа системы обратного осмоса. Фильтры обратного осмоса начинается с подбора мембраны обратного осмоса, а другие компоненты выбираются исходя из свойств мембраны. Существует три типа мембраны обратного осмоса, каждая из которых имеет свои преимущества и недостатки: смесь триацетата целлюлозы с ацетатом целлюлозы (CTA); тонкослойная полупроницаемая мембрана (TLCR); модифицированный полисульфон (SPSF). Вода, прошедшая через мембраны обратного осмоса CTA, имеет самую низкую себестоимость питьевой воды. Низкая производительность ограничивает использование обратно осмотических мембран CTA там, где необходима высокая производительность, однако их стойкость к окислению позволяет им самоочищаться от производных хлора, находящихся в водопроводной воде. Это делает обратноосмотические мембраны CTA наиболее подходящими для типичных нужд водоподготовки. К тому же, пропущенный в накопительный бак хлор позволяет позволяет снизить уровень бактерий в питьевой воде. Мембраны обратного осмоса TLC сочетают в себе высокую производительность, высокий уровень отталкивания частиц и широкий приемлемый для работы уровень рН, что делает их идеально подходящими для применнеия во многих областях водоподготовки. В случаях высокого уровня потребления воды, при низких температурах и давлении воды, высокой концентрации нитратов или при высоком уровне рН (более 9,0) рекомендовано применять именно мембраны ТСL.
Однако, в связи с мембранами обратного осмоса TLC, нарaстает беспокойство по поводу полного очищения питьевой воды от хлора, что может привести к развитию в накопительных баках огромнейшего количества бактерий. В отношении себестоимости получаемой питьевой воды, приемнение мембран ТСL в системах обратного осмоса все еще остается наиболее дорогостоящим. Конечно, мембраны обратного осмоса SPSF сейчас намного проще приобрести, чем в прошлые года, однако они не идут ни в какое сравнение с производительностью и стоимостью обратноосмотических мембран CTA. Так же существует определенное опасение относительно способности мембран обратного осмоса SPSF очищать неумягченную воду. Но осмотические мембраны SPSF просто незаменимы для очищения умягченной воды с высоким уровнем рН, либо при черезвычайно высоких концентрациях нитратов. Мембраны же СТА и TCL хороши для применения в других случаях водоподготовки.
Ограничители течения
После мембраны обратного осмоса, ограничитель течения (потока) наиболее важный компонент системы обратного осмоса. Он контролирует регенерацию установки очистки воды (т.е количество очищенной воды в сравнении с водой, сброшенной в канализацию). Ограничитель потока должен быть разработан таким образом, чтобы он контролировал перекрестное течение вокруг рабочей поверхности осмотической мембраны, с тем, чтобы она оставалась чистой. Если ограничитель течения маленький, скорость пересеченного течения будет незначительной, что приведет к засорению мембраны обратного осмоса, обусловленному осаждением химических веществ, накоплением пестицидов, либо и тем, и другим. Поскольку чистая вода отделяется от входящего потока, концентрация загрязняющих веществ увеличивается пропорционально длине обратноосмотической мембраны. Если скорость перекрестного течения слишком низкая, загрязняющие вещества не будут вымываться с поверхности мембраны обратного осмоса. Если вы хотите получить от фильтров обратного осмоса большую производительность, то просто установка осмотической мембраны с большей производительностью может не быть эффективной. Вначале Вы получите повышенную производительность, однако мембрана обратного осмоса будет очень сильно засоряться из-за слишком большого объема воды, проходящего через нее, и из-за недостаточной ее длины, что не позволит перекрестному потоку очистить поверхность мембраны обратного осмоса.
Однако, из-за температуры входящего потока, давления и общего содержания растворенных веществ (TDS), которые влияют на объем воды, пропущенной через мембрану обратного осмоса, одна и та же система может быть приспособлена к к различным требованиям ко входящему потоку в разных местах. Обычные фильтры обратного осмоса рассчитаны на температуру 77°F (25°C), давление 4.2 бара и на TDS 500 ppm, а размеры ограничителя течения отвечают этим условиям работы. Если температура и давление Вашей воды ниже указанных, или уровень TDS выше, Вы можете использовать осмотическую мембрану с повышенной производительностью, ничего больше при этом не изменяя. Либо Вы можете установить ограничитель меньшего объема и не смывать деньги в канализацию. Отсуда, прямая связь между температурой и давлением воды, проходящей через мембрану обратного осмоса.
Наиболее важная вещь, которую следует сделать, когда Вы меняете ограничитель течения или используете обратноосмотическую мембрану с производительностью отличной от стандартной, это подсчитать время регенерации. Регенерация = входящий поток x 100%. Производители мембран обратного осмоса утверждают, что регенерация должна составлять 15 и меньше для максимального срока службы осмотической мембраны. Фильтры обратного осмоса расчитаны на 25% и больше. Вы будете правы, если останетесь между этими двумя цифрами и ваша предварительная водоочистка будет хорошей.
Седиментная фильтрация в процессе очистки питьевой воды
Несмотря на скорость перекрестного потока и регенерацию в Вашей установке очистки воды, Ваша осмотическая мембрана все равно засорится, если из входящего потока не были удалены механические частички. Чтобы удалить их будет достаточно 5-ти микронного седиментного картриджа, однако, при повышенном содержании солей это не выход. Поскольку большинство солей по размеру меньше 5 микрон, такой картридж их пропустит, они собьются в кучу и засорят мембрану обратного осмоса. Если обратноосмотическая мембрана засоряется, то в первую очередь следует винить предварительный фильтр воды, а не мембрану обратного осмоса. При высоких концентрациях солей в воде рекомендуется устанавливать механических фильтр воды с маленьким микражом. Независимо от содержания солей, дополнительные расходы на качественный 5-ти микронный фильтр воды будут оправданы эффективной защитой обратноосмотической мембраны.
Угольные фильтры в системы
Если Вы используете осмотическую мембрану TLC, то Вам необходимо исползовать угольный предварительный фильтр воды для удаления окислителей, даже если вода нехлорированая. В добавок к хлору, другие химикаты - включая бром, йод и различные соединения железа - приведут к скачкообразному увеличению прохождения солей через обратноосмотичекскую мембрану TLC. Кроме того, всегда используйте предварительный угольный фильтр воды и угольный постфильтр. Снова напомним Вам, что стоимость угольного фильтра намного меньше стоимости мембраны обратного осмоса, поэтому его стоит менять в установке очистки воды почаще.
Во многих системах обратного осмоса угольный фильтр воды устанавливается прямо перед краном. Такие угольные фильтры воды удаляют неприятный вкус хлора (в фильтрах обратного осмоса с CTA и SPSF), а также задерживают, все еще могущие присутствовать, вредные органические вещества. Большие молекулы органических веществ засоряют поверхность угольного фильтра, давая возможность более мелким, но очень часто более вредным, молекулам проникнуть во внутрь. Обратноосмотическая мембрана отталкивает большие молекулы органических веществ и других загрязнителей, давая возможность угольному постфильтру задерживать оставшиеся маленькие молекулы органики.
Фильтры с накопительный баком
Часто в процессе очитски питьевой воды недооценивают важность накопительного бака, но его просто необходимо включать в систему водоочистки. Бак должен быть достаточно большим, но, если он слишком велик, при его заполнении создается обратное давление, которое снижает эффективность работы установки с осмосом. Начинает производиться питьевая вода худшего качества, в канализацию же ее сливается намного больше, чем положено. Исходя из этого, не следует устанавливать в систему фильтров слишком большой накопительный бак без предварительной консультации с Вашим региональным представителем.
При подборе накопительного бака для установки обратного осмоса важна возможность легкой и простой его дезинфекции, особенно для систем с мембраной обратного осмоса TLC. В баке могут развиться бактерии, поэтому так важна возможность легкой и простой дезинфекции. Там, где существует возможность бактериального загрязнения, рекомендуют устанавливать фильтры воды типа FHCTF, в которых питьевая вода не застаивается.
Помпы
Помпы повышения давления воды можно использовать для увеличения производительности в этих системах. Однако, когда Вы устанавливает в фильтры помпу, то Вам следует больше внимания уделять процессу регенерации. Если Вы имеете дело с очень низкой температурой или давлением, Вы можете установить помпу без негативного влияния на фильтры с осмосом. Если Вы хотите увеличить производительность стандартной установки очистки питьевой воды, Вам следует соответственно заменить ограничитель течения. Также помпы могут быть использованы в фильтрах с осмосом для увеличения давления на осмотическую мембрану, что может улучшить качество питьевой воды.
Где купить систему c осмосом?
В настоящее время на рынке установок с осмосом под мойку рекомендуем обратить внимание на следующие марки: Гейзер, Аквафор, K-OSMOS, Merlin, Atoll (Атолл). С этими брендами наше предприятие работает уже продолжительное время. Хорошее качество сборки, фирменные комплектующие и, как следствие, минимальное количество нареканий со стороны потребителей. Такие же системы, также устанавливаются и в офисных установках очистки воды, в пурифаейрах или в питьевых фонтанчиках. Не забывайте интересоваться у менеджеров о проводимых акциях на пурифайеры.
Как технология, обратный осмос появился довольно давно, почти пятьдесят лет назад, но только недавно стоимость производства и новые материалы сделали уникальную систему фильтрации относительно доступной для получения в первую очередь чистой питьевой воды. Система осмотического фильтрования или избирательного разделения жидкостей практически стала основным методом удаления солей и твердых фракций, без нагрева, замораживания и кипячения исходной смеси.
Что такое обратный осмос
За необычным, на первый взгляд, названием лежит достаточно сложный механизм разделения жидких сред, обладающих разным осмотическим давлением. Чаще всего обратный осмос используют для разделения водных растворов веществ с небольшой молекулярной массой.
Чтобы не вдаваться в физические и химические тонкости процесса, можно лишь отметить наиболее важные моменты обратного осмоса:
- Чаще всего обратный осмос используют для разделения водных растворов веществ с небольшой молекулярной массой;
- Разделение двух сред выполняется в двухкамерном фильтре с мембраной с односторонней проницаемостью;
- Система обратного осмоса работает под избыточным давлением, без нагрева, использования специальных растворителей, поглощающих элементов и электрического тока.
Процесс фильтрации на основе обратного осмоса внешне ничем не отличается от обычного пропускания жидкости через мембранное полотно. В одну из полостей, называемую начальной или проточной камерой, подаётся исходный водный раствор. Жидкость, прошедшую сквозь мембранное полотно, собирают во вторичной полости. Все примеси и неотфильтрованный остаток отводятся для утилизации.
Можно встретить достаточно большое количество описаний механизма обратного осмоса на уровне молекулярного взаимодействия, но чаще всего это частные случаи для конкретных вариантов мембранного полотна. Процессы разделения при протекании обратного осмоса изучены лишь в небольшой степени. Поэтому, несмотря на многочисленные заверения производителей фильтров, получить высокое качество воды удаётся только на нескольких видах полимерных осмотических мембран.
Как же работает обратный осмос
Разделение происходит за счёт перераспределения концентраций ионов и молекул между двумя полостями. При этом более крупные молекулы растворенных веществ и примесей частиц остаются в растворе и не забивают поры, поэтому мембрана сохраняет способность к фильтрации и разделению жидкостей достаточно длительное время. При этом производительность мембранного полотна практически не снижается.
Это свойство осмотического фильтра и сбивает с толку многих технологов. Если бы полотно просто отфильтровывало ионы и частички примесей, как обычный матерчатый или бумажный фильтр, то ресурс обратного осмос – фильтра размером со стакан составил бы несколько сот литров воды, как это происходит с угольными и цеолитовыми фильтровальными элементами.
Мембрана осмотического фильтра изготавливается по многослойной схеме, в таком полотне есть входная и чистая поверхность. Два слоя из разных материалов разделены прочной армирующей сеткой. Входная поверхность подвергается обработке, в результате которой образуется большое количество длинных и очень тонких пор. Чистая поверхность тоже наделена порами точно запрограммированного размера, что позволяет удерживать очищенную воду от обратной диффузии во входную камеру осмос фильтра.
Самое простое объяснение работы обратного осмоса выглядит так:
- Входная поверхность изготовлена из материала, способного притягивать из раствора и удерживать на поверхности молекулы воды. Ионы соли или любого другого растворенного вещества практически не могут подойти и просочиться через микрокапилляры;
- Избыточное давление в камере постоянно выдавливает молекулы воды в чистую полость осмос – фильтра, а загрязнения и ионы соли выдавливаются в обратном направлении, в начальную полость.
Таким образом, все примеси выдавливаются ионами воды на определенное удаление от мембраны, благодаря чему осмотические фильтры способны работать и не загрязняться намного дольше, и с более высоким качеством фильтрации.
Принцип действия обратного осмоса можно сравнить с ситом, заполненным мельчайшим сухим песком с небольшим количеством более крупных зернышек глины и камня. Под действием вибрации песок легко проходит сквозь мелкую сетку, тогда как примеси поднимаются на поверхность и остаются внутри сита.
К сведению! Мембраны обратного осмоса после заполнения водным раствором нельзя нагревать или высушивать, это неминуемо приводит к выходу из строя фильтровального элемента.
Понятно, что часть загрязнений и ионов примесей все же прорывается к капиллярам и забивает их. Качество очистки и производительность снижается, поэтому производители устанавливают на фильтр для воды с обратным осмосом рекомендованный безопасный ресурс по количеству пропущенной воды.
Системы обратного осмоса в практическом применении
Появление технологии на основе полимеров обратного осмоса позволило решить очень непростую задачу разделения водных растворов с получением чистой воды с наименьшими затратами энергии. Процесс очистки грубыми фильтрами не позволяет задержать растворенные соли, дистилляция воды, особенно солёной морской, с большим количеством жестких карбонатных солей, требует огромного количества тепловой и электрической энергии.
Возможности обратного осмоса наглядно иллюстрируют затраты тепловой энергии на получение одного куба питьевой воды из морской рапы:
- Теоретическая потребность энергии на разделение воды и примесей составляет 2,7 МДж/м 3 ;
- Очистка воды обратным осмосом — требуется всего 13,3 МДж/м 3 ;
- Для вымораживания примесей в низкотемпературных камерах потребуется 27 МДж/м 3 ;
- Экстрагирование солей растворителем требует 72 МДж/м 3 ;
- Разделение смесей до химически чистой воды электродиализом предусматривает затраты на уровне 122 МДж/м 3 ;
- Дистилляция перегретой воды мгновенным взрывным вскипанием – 215 МДж/м 3 .
Затраты на очистку с помощью фильтра мембранами обратного осмоса почти в 15 раз меньше, чем при использовании традиционных методов. В зависимости от используемых материалов и предварительной подготовки, количества растворенных солей, вода обратного осмоса после прохождения фильтра может иметь небольшое количество примесей.
В технике эту особенность мембран обратного осмоса называют селективностью. Чем дороже мембрана, тем выше ее селективность. Например, отечественные мембранные полотна обратного осмоса марки МГА80 выдают 80% очистки, МГА90 и МГА100 обеспечивают уровень осмос очистки на 95% и 98% соответственно. Американские «Истмен Кодак» RO97, RO94 позволяют очищать воду на 96-98%. Японские мембраны обратного осмоса DRS-97, DRS-96 выдают почти 99% очистки при втрое большей производительности и на 20% меньшем давлении воды.
Как правило, производители бытовых фильтров не ставят задачи добиться исключительно высоких показателей селективности, полная очистка важна для систем обратного осмоса, выдающих очищенную воду для медицины, фармацевтической промышленности, тонкой химии и паровых турбин. Для бытовых целей достаточно селективности осмотических мембран на уровне 96%, так как идеально очищенная вода сильно теряет во вкусовых качествах.
Отличие дорогих фильтров с обратным осмосом от дешевых моделей
Эффективность осмос — очистки воды превосходит большинство существующих технологий, что, соответственно, создает мощную рекламу для водяных фильтров. Поэтому системы с обратным осмосом стали самыми востребованными марками очистителей для воды.
На сегодня известно несколько десятков запатентованных типов мембран обратного осмоса, но почти все они рассчитаны на работу в условиях высокого давления воды, обычно это 40-100 ат. Производительность одного квадратного метра такого полотна составляет 300 т очищенной воды в сутки. Стоит такой фильтр несколько десятков тысяч долларов. Понятно, что для бытовых моделей подобные условия работы недостижимы.
В брендовых моделях фильтров, с расходом 3-5 л/мин, используются составные мембраны обратного осмоса. Их изготавливают из вторичного материала, значительно более тонкого, без армирования и защитных перепускных вставок, выравнивающих давление внутри полотна.
Дешевые модели с обратным осмосом зачастую комплектуются ацетатными мембранами, прошедшими специальную термическую обработку. Они также могут задерживать большую часть загрязнений, но быстро выходят из строя из-за сильного набухания фильтрующего материала.
Фильтр с обратным осмосом
Понятно, что, даже имея на руках фильтровальную мембрану обратного осмоса, очистить в домашних условиях воду из водопровода будет довольно сложно. В обычных условиях картридж обратного осмоса даже не пропустит через полотно воду, налитую самоналивом. Для фильтрации потребуется избыточное давление и целый ряд вспомогательных устройств.
Типовая конструкция фильтра обратного осмоса
В качестве примера обычного бытового фильтра можно использовать схему установки обратный осмос аквафор. Высокоуровневые фильтры промышленного изготовления выпускаются в виде нескольких блоков, сюда входят:
- Аккумулятор или бак давления фильтрования;
- Волоконный или насыпной грязевой фильтрующий бокс;
- Угольный блок;
- Мембранные картриджи обратного осмоса;
- Солевой фильтр.
Система обратного осмоса, обычно в виде нескольких стандартных блоков. Полимерная мембрана с сепаратором в виде полотна свернута рулоном и установлена в цилиндрическом пластиковом или металлическом корпусе.
Аккумулятор позволяет выровнять рабочее давление на системе обратного осмоса. Тонкое полимерное полотно оказывается достаточно чувствительным к перепадам давления воды, сильные гидроудары, как правило, приводят к разрыву полотна и выходу из строя. Работает бак в переменном режиме. Пока кран на выходе закрыт, бак наполняется водой из водопровода. Как только кран на мойке открывается, четырехпозиционный клапан отсекает внешнюю магистраль и выдавливает запасенную воду в систему обратного осмоса.
Грязефильтрующий блок останавливает 99% песка, ржавчины и мусора, попадающего в фильтрующий контур из водопровода. Угольная вставка дает возможность отделить хлор, хлорноватистые и железистые соединения, воздух, органические вещества, словом, все, что представляет угрозу для чувствительной осмотической пленки.
Фильтр обратного осмоса со «свежим» фильтрующим элементом превосходно очищает воду, по утверждению специалистов, некоторые модели способны удалять из потока даже микроводоросли и бактерии. Но у качественно отфильтрованной воды есть один существенный недостаток: ее вкус далек от того, что можно назвать ключевой водицей. На вкус вода, прошедшая такую очистку, напоминает техническую, с металлическим привкусом. Из очищенной на 99,9% воды не готовят чай, кофе, горячие блюда, ею нельзя поливать растения, и не желательно пить в сыром виде, так как, по утверждениям медиков, очищенная до предела вода вымывает кальций из организма.
Чтобы избавиться от ненужного эффекта, производители комплектуют фильтровальные установки специальным устройством — минерализатором, благодаря которому вода насыщается солями натрия и кальция и приобретает приятный вкус. Ресурс минерализатора ограничен, поэтому в конструкции фильтра используют два вывода – прямой, без минеральной добавки, и питьевой, с насыщением воды солями и минералами.
Обратный осмос своими руками
Покупка и установка системы водоочистки на основе обратного осмоса всегда связана с чувствительными финансовыми расходами. Чем совершеннее система, тем дороже обойдется фильтровальная установка. Кроме того, фильтровальное полотно можно отнести к высокотехнологичным изделиям. Полимерную мембрану невозможно сделать кустарным способом, что называется, «на коленке», но никто и не ставит подобных целей, так как самодельная пленка может быть небезопасной для здоровья, поскольку речь идет об очистке питьевой воды.
Модернизируем трехстоечный водяной фильтр
Если внимательно приглядеться к устройству типичного фильтра на обратном осмосе, то можно сделать простой вывод, примерно ¾ деталей и узлов – это обычные пластиковые детали, которые используются практически в любых водяных фильтровальных системах. Самая дорогая и ответственная часть фильтра представляет собой пластиковую колбу с небольшим картриджем внутри. То есть, покупая новый фильтр, будущий владелец на 90% приобретает пластиковую арматуру, и только на 10% — саму фильтровальную мембрану.
Если в доме уже имеется водяной фильтр, например, трехблочный фильтр проточного типа, то вполне возможно построить своими руками упрощенный вариант фильтровального устройства.
Для переоборудования имеющегося фильтровального блока в более совершенный аппарат потребуется всего три детали:
- Картридж обратного осмоса с сепаратором и посадочной крышкой;
- Корпус фильтра под установку картриджа;
- Комплект пластиковых уголков для подключения дополнительного фильтра к старому трехбоксовому корпусу.
На новом корпусе имеется один штуцер под вход воды, как правило, в верхней части, и два вывода под очищенную воду и сток. Штуцер чистой воды располагается в центре донной части корпуса, стоковый вывод оказывается сдвинутым к стенке. Неочищенная вода заполняет полость, прилежащую к стенкам, проходит через трубчатую мембрану и выдавливается через центральную часть, через патрубок с обратным клапаном, по трубе к потребителю.
В данной схеме нет аккумуляторного бака и допфильтров, их заменяет старый трехблочный фильтр. В его задачу входит предварительная очистка воды из водопровода до того момента, как поток попадет в корпус с картриджем обратного осмоса.
Заключение
Самодельный фильтр обратного осмоса работает не хуже промышленного варианта. Так как в системе нет компенсирующего бака, обращаться с фильтрующим блоком нужно будет аккуратно, регулярно чистить трехкамерный блок от ржавчины и грязи. Существенным преимуществом самодельной системы фильтрования является тот факт, что переоборудование обойдется примерно в половину цены нового полного комплекта, при этом ресурс мембраны уменьшается всего лишь на 5-7%.
Обратный осмос – процесс, в котором с помощью давления вода проходит через полупроницаемую мембрану, разделяясь на чистую воду и раствор с загрязнениями, при этом мембрана пропускает чистую воду, но не пропускает растворённые вещества.
Метод обратного осмоса используется с 1970-х годов при очистке воды, получении питьевой воды из морской воды, получении особо чистой воды для медицины и промышленности. В настоящее время эта самая популярная технология, используемая для предварительной очистки воды, предназначенной для розлива в пластиковые и стеклянные бутыли.
Обратный осмос относится к наиболее перспективным и широко применяемым способам очистки воды. Обратноосмотические фильтры эффективно удаляют из воды частицы размером от 0.001 до 0.0001 мкм. В этот диапазон попадают соли жёсткости, сульфаты, нитраты, ионы натрия, малые молекулы, красители. Мембраны, используемые для обратного осмоса, очень чувствительны к загрязнениям. Для более эффективной и продолжительной работы фильтров с обратноосмотической мембраной перед системой устанавливается предварительная фильтрация, задерживающая более крупные частицы.
В системах очистки воды обычно используются синтетические полупроницаемые мембраны. Мембрана задерживает высокомолекулярные загрязнители, но пропускает низкомолекулярные вещества, а также растворённые газы, такие как кислород, углекислый газ и пр.
Что лучше – немного минералов, или много микробов?
Главной особенностью фильтров, в которых используется технология обратного осмоса, является практически полная стерилизация воды. Через фильтры проходит молекула воды (размер 0.3 нм), но не проходит большая часть химических примесей и включений биологического происхождения, в частности микроорганизмов и вирусов (размеры от 20 до 500 нм). Например, фильтр может задержать бактерии холеры или вирусы гепатита.
По мнению специалистов Всемирной Организации Здравоохранения (ВОЗ), потенциальные последствия микробного заражения питьевой воды для здоровья таковы, что их фильтрация всегда имеет первостепенное значение.
Влияние воды, подготовленной с использованием технологии обратного осмоса, на здоровье человека.
После проведения многочисленных анализов можно сказать, что в настоящее время не обнаружено никаких вредных для человеческого организма последствий после употребления в пищу воды, очищенной методом обратного осмоса. В тоже время существуют положительные отзывы специалистов, которые склоняются к тому, что вода в человеческом организме выполняет функцию растворения и транспортировки элементов, а для этой функции обратноосмотическая вода подходит как ничто лучше. Стоит отметить, что именно обратноосмотическую воду употребляют моряки военно-морских сил, в т.ч. подводного флота. И по утверждению военных медиков, длительное употребление такой воды не приводит ни к каким негативным последствиям.
Следует заметить, что вода после обратного осмоса употребляется миллионами людей по всему миру на протяжении нескольких десятилетий, в первую очередь в Европе и США, и за эти годы не поступало никаких жалоб на ухудшение здоровья в результате такого употребления.
Несомненно, у любой технологии появляются свои скептики, однако, обоснованных научных исследований, ставящих под сомнение возможность применения человеком воды, очищенной при помощи обратного осмоса, на данный момент нет. Именно поэтому обратноосмотические фильтры широко применяются на территории США и Европы без каких-либо ограничений со стороны министерств здравоохранения, для которых характерны самые строгие нормы.
Факты об обратном осмосе:
- т.к. основные микроэлементы, необходимые для организма, человек получает из пищи, ни одной организацией здравоохранения не установлены минимальные требования к содержанию солей в питьевой воде;
- по информации ВОЗ данных о вреде употребления воды, очищенной с помощью обратного осмоса, не существует;
- ни один научный труд не привёл конкретных и исчерпывающих доказательств негативного воздействия такой воды на организм человека;
- миллионы людей во всём мире употребляют очищенную обратным осмосом воду без малейших признаков ухудшения здоровья;
- в организме человека находится от 40 до 80 литров воды с солесодержанием около 3000 мг/л (уровень солёности Балтийского моря), что в 150 раз выше солесодержания обратноосмотической воды и в 15 раз – водопроводной. Т.к. количество воды в самом человеке в 20-30 раз больше, чем он способен выпить в сутки, разница в солесодержании обратноосмотической и водопроводной воды или воды из скважины просто ничтожна;
- в стакане молока кальция в сотни раз больше, чем в стакане воды из скважины, и усваивается он лучше, т.к. находится в биогенной форме.
Обратноосмотическая система для кухни
Питьевые фильтры – настоящие друзья любой хозяйки, ведь они позволяют сэкономить на закупке бутилированной воды и улучшить качество приготовленной пищи. Как правило, такие системы монтируются под раковину, однако, можно смонтировать фильтры в санузле и гибким шлангом довести чистую воду до кухни. В столешницу устанавливается отдельный кран для чистой, питьевой воды. Обратите внимание: устанавливать кран стоит в том месте, где под него легко будет помещаться чайник и кастрюля.
Конструкция бытовой обратноосмотической установки:
- предфильтры (как правило, картриджи из вспененного полипропилена, гранулированного и спрессованного активированного угля из скорлупы кокосовых орехов);
- мембрана обратного осмоса;
- постфильтр (финишная очистка);
- накопительный бак.
Предварительная ступень очистки позволяет удалить из воды механические загрязнения, песок, ржавчину, хлор, ряд органических соединений. Это даёт возможность максимально увеличить производительность и продлить жизнь основному элементу системы – обратноосмотической мембране. Постфильтры устанавливаются после накопительного бака, непосредственно перед поступлением воды потребителю, для улучшения её органолептических свойств.
Как было сказано ранее, вода подаётся в отдельный кран (входит в состав фильтров), либо в специальный кран, где водопроводная вода включается одним переключателем, а чистая вода – другим (такие краны необходимо приобретать самостоятельно).
Эффективное давление для фильтров – от 3 до 6 атм. Если давление ниже этих показателей, нужен насос, если выше – необходимо установить клапан понижения давления.
Обратный осмос для всего дома
Обратноосмотические системы для коттеджей являются эволюцией промышленных и полупромышленных фильтров, которые трудятся на производствах соков, в пивоварнях, подготавливают воду для фармакологических фабрик. Установка обратного осмоса для всего дома, как правило, обусловлена целым рядом причин. Помимо чистой и безопасной воды для употребления в пищу, система обратного осмоса для загородного дома – настоящий друг климатических систем, парогенераторов, хамамов, саун, стиральных машин, котлов и бойлеров.
Стоит отметить, что такое оборудование требует наличия предварительной очистки и ёмкостей, которые занимают достаточно много места. Поэтому лучше всего сделать предварительный расчёт системы обратного осмоса на этапе проектирования дома.
Обратный осмос для производства
Компания Экодар производит широкую линейку коммерческих обратноосмотических систем. Наиболее популярные производительности – от 0.6 до 2.0 м 3 /час. Такие системы устанавливаются в кафе, ресторанах, пивоварнях, пекарнях, лабораториях, небольших промышленных объектах, для водоподготовки паровых котлов и парогенераторов.
В зависимости от пожелания клиентов в системах используются мембраны DOW, Filmtec, Vontron, Hydranautics, РМ Нанотех. Стабильная работа обеспечивается центробежным насосом высокого давления Grundfos с низким электропотреблением. В фильтрах предусмотрена возможность подключения блока промывки мембран.
Для крупных промышленных объектов и ЖКХ наша компания изготавливает высокопроизводительные обратноосмотические системы. Эти крупногабаритные фильтры трудятся в комплексах водоподготовки пищевых производств, водоразборных узлах жилых микрорайонов и других крупных объектах.
Настоящие минусы обратноосмотических систем
Стоит быть объективными и доверять фактам. Наряду с большим количеством неоспоримых плюсов, фильтры обратного осмоса имеют и набор недостатков:
- высокая стоимость фильтров по сравнению с менее эффективными системами;
- крупные габариты установки;
- внимание к предварительной очистке воды (мембрана требовательна к воде);
- низкая производительность (необходимость накопительных ёмкостей) – данный пункт легко устраняется путём установки дополнительных фильтрующих мембран;
- сброс отфильтрованных загрязнений в канализацию с большей частью воды.
Профессионалы в области водоподготовки относятся к вышеперечисленному как к необходимым условиям, ведь главное результат, а без обратноосмотических систем добиться глубокой очистки воды попросту невозможно.
Производитель обратного осмоса
Экодар обладает всеми компетенциями в области разработки и изготовления систем обратного осмоса: собственным производственно-складским комплексом, сварочным и сборочным участками, инжиниринговым центром, прямыми контрактами с производителями комплектующих. Наше оборудование успешно работает на сотнях промышленных объектов и в десятках тысяч квартир и загородных домов. Уверены, мы справимся и с Вашей задачей!
Руководитель инжинирингового
центра компании Экодар
Соловьёв Сергей Андреевич
Звоните! Мы работаем для Вас по будням с 8:00 до 19:00
Звоните! Мы работаем для Вас по будням с 9:00 до 18:30
2. Назначение
3. Решаемые проблемы
4. Области применения
5. Принцип работы
6. Типы обратного осмоса
7. Устройство. Схемы
8. Автоматизация
9. Госты. Нормативы
10. Рекуперация энергии
11. Справочник
1. Описание явления обратного осмоса
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.
Мембрана работающая на основе обратного осмоса 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.
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.
Разница в высоте уровней двух растворов разной концентрации пропорциональна силе, под действием которой вода проходит через мембрану. Эта сила называется "осмотическим давлением".
В случае, когда на раствор с большей концентрацией воздействует внешнее давление, превышающее осмотическое, молекулы воды начнут двигаться через полупроницаемую мембрану обратного осмоса в обратном направлении, то есть из более концентрированного раствора в менее концентрированный.
Этот процесс называется "обратным осмосом". По этому принципу и работают все мембраны обратного осмоса.
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.
Установки обратного осмоса в наличии на складе:
|
Модель |
Произв-ность,
|
Мощность,
|
Вес, кг |
Габариты, мм |
Скачать.pdf |
2. Назначение
Система обратного осмоса предназначена для глубокой очистки и обессоливания воды, удаления органических соединений, микроорганизмов, взвесей, для подготовки воды хозяйственно-бытового, промышленного и питьевого назначения.
А также применяется на объектах:
- АЭС (комплексы водоснабжения)
- ТЭЦ, ГЭС (системы технологической очистки воды)
- ГАЗОВАЯ ЭНЕРГЕТИКА (блочных комплексы водоподготовки)
- ЖКХ (водоснабжение объектов I категории)
- Научно-исследовательских комплексов (очистка воды для лабораторий по разработке бактериологического оружия)
3. Решаевые проблемы
Обратноосмотическая мембрана очень хорошо отделяет неорганические вещества. В зависимости от типа применяемой мембраны (ацетатцеллюлозная или тонкопленочная композитная) степень очистки составляет по большинству неорганических элементов 85%-98%.
Мембрана обратного осмоса также удаляет из воды и органические вещества. Органические вещества с молекулярным весом более 100-200 удаляются полностью; а с меньшим - могут проникать через мембрану в незначительных количествах. Большой размер вирусов и бактерий практически исключает вероятность их проникновения через мембрану.
В то же время, мембрана пропускает растворенные в воде кислород и другие газы, определяющие ее вкус. В результате, на выходе системы обратного осмоса получается свежая, вкусная, настолько чистая вода, что она, строго говоря, даже не требует кипячения.
Ниже приведены ориентировочные показатели, которым должна соответствовать исходная вода, подаваемая на обратноосмотические мембраны (наличие некоторого диапазона обусловливается требованиями разных производителей мембран):
| мутность | до 1-5 ЕМФ |
| окисляемость перманганатная | до 3 мгО/л |
| водородный показатель (рН) | 3-10, (иногда 2-11) |
| нефтепродукты | 0,0-0,5 мг/л |
| сильные окислители (хлор свободный, озон) | до 0,1 г/л |
| марганец общий (Mn) | до 0,05 мг/л |
| железо общее (Fe) | до 0,1-0,3 мг/л |
| кремниесоединения (Si) | до 0,5-1,0 мг/л |
| сероводород | 0,0 мг/л |
| индекс SDI | до 3-5 ед. |
| минерализация общая | до 3,0-20 г/л |
| температура воды | 5-35 (иногда до 45) °С |
| давление | 0,3-6,0 МПа |
| температура воздуха в помещении | 5-35°С |
| влажность воздуха в помещении | ≤ 70% |
4. Области применения
Наиболее актуальными на сегодняшний день применениями фильтров обратного осмоса считаются:
Обессоливание, снижение минерализации (опреснение) подземных вод;
Опреснение морской воды;
Приготовление технологических растворов специального применения в промышленности;
Отделение ценных компонентов из растворов (концентрирование);
Концентрирование растворенного вещества.
Основным направлением использования обратного осмоса является очистка воды, главным образом, обессоливание солоноватых вод и особенно морской воды с целью получения питьевой воды. Другой важной областью применения обратноосмотических установок является использование обратного осмоса как стадии предварительного обессоливания воды при производстве ультрачистой воды для полупроводниковой, медицинской и теплоэнергетической отраслей промышленности.
На стадии концентрирования обратный осмос широко используется в пищевой промышленности (концентрирование фруктовых соков, сахара, кофе) и в молочной промышленности (для концентрирования молока на начальной стадии сыроделия), а также при очистке сточных вод (в гальванике для концентрирования гальваностоков).
Сравнение методов обессоливания (ионный обмен и обратный осмос)
Обратный осмос
Преимущества:
Очень высокое качество получаемой воды, которое обусловлено весьма «мягкими» с физико-химической точки зрения условиями проведения процесса;
Неограниченная производительность (путем набора стандартных модулей и блоков) и одновременно - небольшие габариты;
отношение: производительность/габариты - лучшее по сравнению с другими методами обессоливания - дистилляцией, ионообменом, электродиализом;
Относительно низкие эксплуатационные расходы;
Малый расход ингибиторов отложений и реагентов для отмывки отложений на мембранах;
Низкая энергоемкость (процесс осуществляется без фазовых переходов, и, следовательно, энергия требуется лишь для создания градиента давления и рециркуляции раствора);
Возможность почти во всех случаях сброса концентрата в канализацию (в окружающую среду) без обработки.
Недостатки обратного осмоса:
Необходима тщательная предподготовка воды для обеспечения большой производительности мембран и длительного срока их службы;
Большой объем сбрасываемого концентрата (с учетом компоновочных решений расход пермеата может составить 75-80% исходной воды, концентрат - 20-25%) и, следовательно, значительный расход исходной воды;
Большие капитальные затраты;
Желательный непрерывный режим работы установок.
Ионообмен
Преимущества:
Возможность получения воды очень высокого качества (многоступенчатые установки), в том числе для котлов любого давления и промывки печатных плат электронного оборудования;
Способность работать при резко меняющихся параметрах питающей воды;
Небольшие капитальные и энергозатраты;
Небольшой объем воды на собственные нужды, особенно у противоточных фильтров;
Недостатки:
Относительно большой расход реагентов, особенно у натрий-катионитных фильтров;
Эксплуатационные расходы увеличиваются пропорционально солесодержанию исходной воды и при необходимости уменьшать предел обессоливания обработанной воды;
В зависимости от качества исходной воды требуется предподготовка - иногда весьма сложная;
Необходима обработка сточных вод и сложности с их сбросом.
5. Принцип работы
В обратноосмотической технологии используется полупроницаемая мембрана, которая пропускает только молекулы воды и задерживает молекулы загрязняющих веществ. Наиболее часто в технологии обратного осмоса используется процесс, известный как перекресное течение, что позволяет мембране самоочищаться. В то время, как часть жидкости проходит через мембрану, другая ее часть двигается в обратном направлении, вымывая из мембраны обратного осмоса задержанные частички.
В процессе обратного осмоса требуется движущая сила, которая будет проталкивать жидкость через мембрану, наилучшим вариантом является давление, создаваемое помпой. Чем выше давление, тем больше движущая сила.
Установки обратного осмоса способны задерживать бактерии, соли, сахара, протеины, частицы, красители и другие загрязняющие вещества, молекулярная масса которых больше 150-250 далтонов.
Разделение ионов обратным осмосом происходит с участием заряженных частиц. Это значит, что расстворенные ионы, которые несут заряд, равный зараряду солей, более вероятно будут отброшены мембраной, чем те, которые не заряжены, например органика. Чем больше заряд частицы и ее размер, тем выше вероятность того, что она будет отброшена мембраной.
6. Типы обратного осмоса
В современной водоподготовке используются три основных типа мембран обратного осмоса: целлюлозные (CA) и из смеси триацетата целлюлозы с ацетатом целлюлозы (CTA), полностью из ароматического полиамида и тонкопленочные композитные (TFC) мембраны. Основные исходные требования, предъявляемые к мембранам следующие:
Свободная проницаемость для воды
Высокая селективность
Работоспособность при высоких давлениях
Стойкость в широком диапазоне pH и температуры
Устойчивость к воздействию химических веществ, в том числе окислителей (таких, как
свободный хлор)
Биологическая стойкость к бактериям
Низкая адгезия поверхностного слоя к осаждаемым веществам
Целлюлозные мембраны появились первыми, и именно на них в конце 1950-х годов был продемонстрирован принцип обратного осмоса. Эти мембраны асимметричны и состоят из тонкого плотного поверхностного слоя (от 0,2 до 0,5 мкм) и толстой пористой подложки. Задержка растворенных веществ осуществляется тонким плотным слоем и пористой подложкой, обеспечивающей прочность конструкции.
Ацетат целлюлозы может использоваться в листах или в виде полых волокон. Мембраны из ацетата целлюлозы недороги и просты в изготовлении, но имеют ряд ограничений. Асимметричная структура делает их восприимчивыми к уплотнению при высоких давлениях и, особенно при повышении температуры. Уплотнение происходит, когда тонкий плотный слой мембраны утолщается за счет слияния с толстой пористой подложкой, что приводит к сокращению потока продукта.
Мембраны из ацетата целлюлозы подвержены гидролизу и могут использоваться только в ограниченном диапазоне pH (самые низкие значен ия рН от 3 до 5, а самые высокие рН от 6 до 8, в зависимости от производителя). При температуре выше 35°C они начинают разрушаться, а также они уязвимы для атак бактерий.
Мембраны из ацетата целлюлозы имеют высокую проницаемость для воды, но плохо задерживают загрязнения с низким молекулярным весом.
В последствии были разработаны мембраны из триацетата целлюлозы с улучшенными характеристиками селективности по соли, сниженной чувствительностью к рН, высокой температуре и микробным атакам. Тем не менее, мембраны из триацетата целлюлозы имеют более низкую водопроницаемость, чем мембраны из ацетата целлюлозы. Чтобы получить желаемые характеристики обеих мембран, были разработаны смеси триацетата целлюлозы и ацетата целлюлозы.
Мембраны из армированного полиамида (е полиамидные мембраны) с полой конфигурацией волокна были впервые разработаны компанией Дюпон. Как и целлюлозные мембраны, они имеют асимметричную структуру с тонкой (от 0,1 до 1,0 мкм), плотной пленкой и пористой подложкой.
Полиамидные мембраны, в отличие от целлюлозных, имеют лучшую биологическую стойкость и менее восприимчивы к воздействию гидролиза. Они могут работать даже выше диапазона рН от 4 до 11, но постоянное использование на краях этого диапазона может привести к началу необратимого разрушения мембраны.
Оболочка этих мембран может выдерживать более высокие температуры, чем у целлюлозных. Однако, как и целлюлозные, они уплотняются при высоких давлениях и температурах. У них лучше селективность по NaCl и органическим веществам.
Основным недостатком полиамидных мембран является то, что они подвержены разрушению под воздействием окислителей, таких как свободный хлор.
Тонкопленочные композитные мембраны изготавливаются путем формирования тонкой и плотной поверхностной пленки (с большим сопротивлением по потоку для растворенных веществ) поверх пористой подложки.
Конструкционные материалы и технологические процессы для изготовления этих двух слоев могут быть различными и оптимизируются с целью получения лучшего сочетания большого потока воды и низкой проницаемости для растворенных в ней веществ.
Характеристики потока пропускаемой воды и сопротивляемости растворенным в ней веществам в основном определяются тонким поверхностным слоем, толщина которого колеблется в пределах от 0,01 до 0,1 мкм.
7. Устройство обратного осмоса.
Первой стадией процесса обратного осмоса является тонкая очистка исходной воды от механических примесей. Обычно для этого используются фильтры патронного типа, размещаемые в однопатронных или мультипатроных фильтродержателях, в зависимости от производительности ОО-установки. Данный фильтр относится к фильтрам периодического действия, работающим под давлением. Механизм работы патронных фильтрующих элементов относится к глубинной и/или поверхностной фильтрации, т.е. механические примеси, задерживаемые фильтрующим элементом, накапливаются внутри слоя фильтрующей перегородки.
Вода, очищенная на патронных фильтрах, подается на насос высокого давления, назначением которого является достижение давления исходной среды расчетного давления для осуществления массообменных процессов, протекающих на полупроницаемых обратноосмотических мембранах. Подбор высоконапорного насоса производится исходя из его рабочей характеристики. При этом рабочая точка насоса должна находится в диапазоне от 0,6 - 0,7 максимальной его производительности.
При невозможности установить «паритет» между давлением и производительностью насоса высокого давления (а это бывает чаще всего) между всасывающим и нагнетающим патрубками насоса устанавливается байпассный вентиль, с помощью которого и осуществляется данная операция (по показаниям ротаметра и манометра исходной воды, поступающей на установку обратного осмоса). Регулировка процесса повышения давления исходной воды производится один раз в процессе пуско-наладочных работ. В процессе эксплуатации ОО-установки осуществляется только контроль указанных параметров исходной воды.
После того как давление исходной воды повышено, она поступает на модули, в которых размещены обратноосмотические мембраны, где собственно и происходит разделение исходной воды на пермеат и концентрат. Концентрат, выходящий из установки обратного осмоса, имеет достаточно высокое давление и его транспортировка к месту сброса или утилизации не вызывает особых трудностей. Давление пермеата после обратноосмотической установки редко превышает 1 атм. Поэтому, чаще всего его приходиться подавать в накопительную емкость, откуда с помощью повышающего насоса он транспортируется на дальнейшие стадии очистки.
8. Автоматизация.
Компания ООО «НПЦ ПромВодОчистка» реализует установки обратного осмоса в различных комплектациях, в зависимости требования Заказчика и все установки без исключения разрабатываются индивидуально.
Установки обратного осмоса могут комплектоваться различным оборудованием. В стандартную комплектацию входит:
- Рама
- Насосы высокого давления
- Трубная обвязка и арматура
- Блок мембранных модулей
- Фильтр тонкой очистки, 5 мкм
- Блок CIP-мойка
- КИП и автоматика
Трубная обвязка и арматура изготовлена из ПВХ. Фильтр тонкой очистки предохраняет мембраны от засорения механическими частицами. Насос повышения давления - создает необходимое давление на входе в блок мембранных модулей. Блок мембранных модулей состоит из корпусов из стекловолокна, в которых установлены мембраны. Блок CIP-мойки предназначен для проведения периодических химических промывок мембран. КИП - обеспечивает автоматическое управление установкой.
Степень автоматизации установки обратного осмоса может быть различна. От самой простой - контролирование основных режимов работы, и заканчивая - сложным комплексом с контролированием более 50 различных параметров и вывода данных на ПК или диспетчерский пульт
9. Нормативы. Госты.
Питьевая вода. Требования по СанПин 2.1.4.1074-01
Дистиллированная вода. Требования по ГОСТ 6709-72
Дистиллированная вода широко используется в различных отраслях промышленности (для изготовления косметики, тосолов), в химических лабораториях, на химических производствах и т.д.
Физико-химические показатели дистиллированной воды по ГОСТ 6709-72
|
Наименование показателя |
Норма |
|
1. Массовая концентрация остатка после выпаривания, мг/дм 3 |
не более 5 |
|
2. Массовая концентрация аммиака и аммонийных солей (NH 4), мг/дм 3 |
не более 0,02 |
|
3. Массовая концентрация нитратов (КО 3), мг/дм 3 |
не более 0,2 |
|
4. Массовая концентрация сульфатов (SO 4), мг/дм 3 |
не более 0,5 |
|
5. Массовая концентрация хлоридов (Сl), мг/дм 3 |
не более 0,02 |
|
6. Массовая концентрация алюминия (Аl), мг/дм 3 |
не более 0,05 |
|
7. Массовая концентрация железа (Fe), мг/дм 3 |
не более 0,05 |
|
8. Массовая концентрация кальция (Сa), мг/дм 3 |
не более 0,8 |
|
9. Массовая концентрация меди (Сu), мг/дм 3 |
не более 0,02 |
|
10. Массовая концентрация свинца (Рb), % |
не более 0,05 |
|
11. Массовая концентрация цинка (Zn), мг/дм 3 |
не более 0,2 |
|
12. Массовая концентрация веществ, восстанавливающих КМnО 4 (O), мг/дм 3 |
не более 0,08 |
|
13. рН воды |
|
|
14. Удельная электрическая проводимость при 20°С, См/м |
не более 5·10 -4 |
Основным показателем, контролируемым при использовании дистиллированной воды, является электрическая проводимость, которая не должна превышать 5 мкСм/см.
Требования по микросименсам
деминерализованная вода—от 0,1 до 10 мкСм/см;
питьевая вода — от 100 до 1300 мкСм/см;
поверхностные воды — от 100 до 8000 мкСм/см;
сточные воды — от 1000 до 8000 мкСм/см;
солоноватая и морская вода — от 1000 до 80000 мкСм/см;
концентрированные кислоты — от 80000 до 2 млн. мкСм/см.
10. Рекуперация энергии.
При смешении даже самой простой системы: высоконапорного насоса и мембранной одноуровневой установки с выходом фильтрата 40% - удельное потребление энергии остается очень высоким (около 6-7 кВт*ч на 1 м 3 произведенной воды), при этом задвижка на сбросе концентрата должна пропускать 60% потока исходной воды, входящего с давлением, равным входному, минус потери напора в модулях (от 1 до 2 бар).
Таким образом, идея использования концентрата для работы турбины в целях рекуперации его энергии возникла очень быстро и в настоящее время такая методика является экономически целесообразной для любых размеров установки.
Многочисленные системы рекуперации энергии, существующие в настоящее время, можно объединить в две большие группы.
1. Турбина типа “ Pelton ” рекуперирует энергию концентрата и используете повторно на валу высоконапорного насоса, что позволяет разгрузить двигатель с момента производства концентрата.
Примечание. Процедуры запуска и автоматического останова должны прорабатываться вместе с проектировщиком.
При работе этой системы потребление энергии в рассмотренном случае снизится на 3 кВт*ч на 1 м 3 , если выбранный высоконапорный насос имеет КПД выше 85%, а система - только одну ступень обработки.
Примечание: Другие, менее совершенные типы турбин не используются для работы на больших установках.
В этом случае весь комплекс установок данной системы (предварительная обработка, перекачивание насосами из моря, нагнетание полученной воды) будет потреблять около 4,0-4,5 кВт*ч на 1 м 3 .
2. Система, называемая системой обмена энергии рекуперирует энергию концентрата , чтобы воздействовать непосредственно на такой же объем предварительно обработанной воды с помощью давления на нескольки бар ниже давления подачи (из-за потерь давления в модулях и обменнике энергии).
В этом случае высоконапорный насос с точностью 1 или 2% (учитывая внутренние утечки в системе обмена) будет перекачивать только расход, равный расходу пермеата, т.е. в данном случае 41 м 3 /час, что показано в примере на рисунке.
Насос-бустер будет компенсировать потерю напора, о которой говорилось выше (3 бар). Такие системы (ротационные или линейные со свободным поршнемимеют более высокий КПД (94-97%) по сравнению с центробежными насосами. Удалось показать, что установка, работающая точно с проектнымипараметрами на морской воде с солесодержанием 36 г/л, может потреблять не более 2 кВт*ч на 1 м 3 полученной воды.
В целом выигрыш энергии по сравнению с турбиной “Pelton ” составляет 0,5 - 0,8 кВт*ч на 1 м 3 и таким образом, общее потребление энергии этими системами составляет от 3,2 до 4 кВт*ч на 1 м 3 получаемой воды.
Примечание: При включении второй ступени обработки (100%) к вышеуказанным цифрам необходимо добавить 0,5 кВт*ч/м 3 (энергопотребление второй ступени)
11. Справочник.
Соотношение единиц измерения объема
|
Соотношение единиц измерения давления
|
