Обратный осмос – химия и технологии.


Сегодня обратный осмос является самым распространённым процессом очистки воды во всех отраслях промышленности – от получения сверхчистой воды до очистки сточных вод. Не менее популярно применение обратного осмоса в технологиях подготовки питьевой воды: опреснении морской воды, очистке подземных и поверхностных пресных вод от вредных примесей, а также доочистке водопроводной воды в производственных и домашних условиях.

В основе технологии обратного осмоса лежит процесс разделения растворов на полупроницаемой мембране, для протекания которого необходимо создание избыточного давления. Мембрана пропускает воду и задерживает большую часть растворённых примесей, однако механизм обратного осмоса отличается от классической фильтрации. Классическая фильтрующая перегородка имеет поры и задерживает примеси, размер которых превышает диаметр пор. В обратноосмотической мембране нет пор, а вода и некоторые другие вещества могут проходить через мембрану благодаря диффузии внутри материала, на которую накладываются эффекты электростатического взаимодействия.

Максимальная эффективность обратноосмотического разделения достигается при тангенциальном способе фильтрации, в результате которого образуется два потока: пермеат – очищенная вода и концентрат – вода, содержащая удалённые примеси. С одной стороны – это процесс очистки, с другой – метод концентрирования. Концентрат, который является жидким отходом процессов очистки воды, не содержит никаких примесей, кроме присутствующих в исходной воде, но в большей концентрации. В большинстве случаев концентрат может сбрасываться в канализацию без дополнительной обработки, чем и определяется экологическая безопасность обратноосмотических процессов.

От качества и характеристик мембраны напрямую зависит эффективность обратноосмотической очистки воды. Одним из наиболее распространённых типов мембран являются тонкоплёночные композитные мембраны, состоящие из:

  • сверхтонкого полиамидного барьерного слоя (~0,2 микрон)

  • фиксирующего слоя микропористого полисульфона(~40 микрон)

  • подложки из полиэфирного волокна толщиной (~120 микрон)

Получение таких мембран – сложный и наукоёмкий технологический процесс, поэтому производителей качественных мембран в мире единицы.

Наиболее авторитетными из них являются:

  • DowChemical, США, торговая марка Filmtec

  • Koch, США, торговая марка KMS

  • General Electric (GE), США, торговая марка GE Osmonics Desal

  • Toray, Япония, торговая марка Toray

  • NittoDenko, США, торговая марка Hydranautics

Разработанная американской компанией DowChemical мембрана из ароматического полиамида FT30 на сегодня является эталоном в области обратного осмоса. Для этой мембраны характерна высокая селективность по неорганическим веществам: от 97% для нитрата натрия до 99,7% для сульфата магния. Не менее эффективно мембрана FT30 задерживает органические вещества – обычно селективность выше 90%, а для больших молекул – выше 99%. Однако некоторые органические вещества способны проходить через мембрану. Например, селективность по метанолу составляет 25%, а по формальдегиду – 35%.

Для каждой мембраны существует свой показатель удельной производительности – максимальное количество пермеата, которое можно получить с единицы площади мембраны в стандартных условиях. Каждая мембрана имеет уникальные характеристики по переносу вещества, в частности воды и растворённых солей. Производители официально заявляют в технических спецификациях к своим продуктам такой показатель как селективность по соли (%), как правило, определяемая по NaCl. Для повышения эффективности очистки вод различных типов применяются мембранное полотно с разной плотностью и свойствами поверхности. Рулонный мембранный элемент – большая площадь в небольшом объёме. Самый оптимальный способ организации фильтрующего элемента из мембранного полотна – рулон. В рулонном элементе длиной 1 метр и диаметром 20 сантиметров помещается 37 квадратных метров мембранного полотна, а производительность такого элемента может достигать 1,8 м3/ч. Рулонные элементы наиболее практичны: их удобно транспортировать и хранить, домашние и коммерческие мембранные системы, на основе таких элементов, просты в обслуживание, а промышленные могут быть полностью автоматизированы.

Одной из наиболее важных характеристик мембранных элементов является конверсия – рекомендуемое соотношение очищенной и исходной воды. Для обеспечения длительного и стабильного функционирования мембранных элементов обычно рекомендуется придерживаться конверсии 10–15%. При такой конверсии на элементе, суммарная конверсия промышленных систем достигает значений 50–85%, чаще всего – 75%. Превышение рекомендованных значений конверсии элемента с одной стороны приводит к ухудшению качества пермеата, а с другой повышает риск образования отложений на поверхности мембраны.

Важным фактором повышения эффективности мембранных элементов является принцип и конструкция межэлементного соединения. Наиболее распространенный вид соединения – с помощью специальных соединительных трубок с уплотнительными кольцами (А). У этого способа есть два существенных недостатка – повышение гидравлического сопротивления системы и снижение качества пермеата вследствие протечек через кольцевые уплотнения.

Производители мембранных элементов используют различную систему маркировки своих продуктов, однако, принципов классификации не так много: по назначению и по типоразмеру. В качестве примера мы приводим классификацию мембранных элементов Filmtec, производства компании DowChemical.

Для типоразмерной классификации мембранных элементов используются длина и диаметр элемента в дюймах. В промышленных системах обратного осмоса чаще всего применяются мембранные элементы длиной 40" и диаметром 8". Единственным мембранным элементом большего диаметра на сегодня является 16" элемент, выпускаемый компанией DowChemical специально для высокоэффективного и экономичного обессоливания морской воды. В классификации и маркировке элементов Filmtec используются специальные приставки, указывающие на их размеры.

Спектр применения технологий обратного осмоса сегодня чрезвычайно широк: коммунальное водоснабжение и бытовые системы, обессоливание морской и солоноватой воды, промышленное водоснабжение, вода для сельского хозяйства, коммерческие локальные системы, военный сектор и др. В каждом случае перед проектировщиками систем мембранной очистки стоит задача получения пермеата требуемого качества с минимальными капитальными, эксплуатационными и энергетическими затратами. Решение этой задачи состоит из двух частей – разработка технологии предварительной очистки воды и дизайн системы обратного осмоса.

Эффективность и стабильность работы систем обратного осмоса сильно зависит от качества очищаемой воды. Правильная технология предварительной очистки должна минимизировать риски образования отложений на поверхности мембран, предотвратить их деградацию, а также обеспечить стабильную производительность, качество пермеата и степень конверсии. Незначительные отклонения в этих показателях оказывают существенное влияние на энергетические и эксплуатационные затраты, что в свою очередь отражается на стоимости очищенной воды. Неадекватная технология предварительной очистки воды может привести, как к необратимой деградации мембран, так и к росту себестоимости очищенной воды за счёт увеличения количества химических промывок и снижения основных технологических показателей системы. В зависимости от качества исходной воды и конфигурации мембранной системы могут использоваться различные методы предподготовки и коррекции состава воды:

  • для контроля осадкообразования – подкисление, дозирование антискалантов, умягчение, обесщелачивание и др.;

  • для предотвращения коллоидного и механического загрязнения мембран – механическая фильтрация, коагуляция-флокуляция, ультрафильтрация и др.;

  • для предотвращения биологического обрастания мембран – хлорирование-дехлорирование, обработка бисульфитом натрия и другими биоцидными агентами, ультрафильтрация, УФ-облучение;

  • для предотвращения отложений природных органических веществ – адсорбция на сорбентахорганопоглотителях и активированных углях, коагуляция, ультрафильтрация и др.

Разработка оптимальной технологии предварительной очистки воды для систем обратного осмоса определяет, как стоимость и качество пермеата, так и срок службы мембранных элементов.

Для получения консультации по вопросам очистки воды с помощью обратного осмоса обращайтесь в компанию Нотабли.

#GEWaterProcessTechnologies #Нотабли #очисткаводы #Обратныйосмос #DowFilmtec #Обессоливание #Desal #ESPA #GE #Мембраныобратногоосмоса #Hydranautics #HRLE #АнтискалантМ422 #XLE

"Notables"   

 

220024, Беларусь, г. Минск,

ул. Бабушкина, 6А, офис 314

+375 17 378 09 22

+375 17 378 09 30

+375 29 131 91 15

+375 29 368 44 60

+375 44 792 79 05

+375 29 340 47 00

info@ntbel.com

  • White Facebook Icon
  • White Instagram Icon
Please reload

Please reload