Как работает система обратного осмоса

• Основные понятия
• Системы обратного осмоса - применение
• Основа ОО – обратноосмотическая мембрана – фильтрующий элемент
• Заключение

 

Осмос пришел из «живой природы». Это неотъемлемая часть жизнедеятельности живых организмов и растений, обеспечивающая обмен веществ на уровне клеток. В статье рассматриваются системы обратного осмоса – далее ОО, принцип работы, применение, достоинства и недостатки.

Основные понятия

Существует два вида осмоса:

1. прямой осмос;
2. система обратного осмоса.

Прямой осмос – это односторонняя диффузия молекул растворителя через специальную мембрану в сторону меньшей его концентрации. Без мембраны происходило бы просто выравнивание концентрации в сосуде. Перенос вызывается осмотическим давлением, величина которого зависит от вида растворителя, состава и концентрации растворенных примесей. Больший интерес для практических целей представляет процесс ОО.

Обратный осмос требует для работы внешнего давления на растворитель, обычно это вода. При этом чистая вода проходит сквозь мембрану в сторону меньшей концентрации раствора и таким образом, очищается. Растворенные вещества остаются в растворе, концентрация их увеличивается. Давление в этом процессе выполняет две задачи:

• останавливает прямой осмос, при отсутствии давления неизбежно начинается процесс прямого осмоса;
• увеличивает производительность установки.

Величина внешнего давления зависит от условий и целей применения, чем оно выше, тем больше скорость фильтрации. Для очистки воды в водопроводе необходимо давление более 3-3,5 атм. При обессоливании морской воды давление находится в пределах 70-80 атм. На практике для получения необходимого давления используются специальные насосы (помпы).

Системы обратного осмоса - применение

Благодаря высокой эффективности система обратного осмоса нашла широкое применение в различных областях:

• опреснение воды;
• очистка воды от примесей в промышленности и быту;
• получение сверхчистой воды в медицине;
• для различных целей в промышленности, например, можно изготавливать концентраты соков без нагревания;
• опреснительные устройства ОО применяются на большинстве крупных кораблей и подводных лодках;
• в теплоэнергетике – системы водоподготовки;
• и др.

ОО получил промышленное применение в 70-х годах 20 века. Наиболее распространенная область применения – это очистка воды обратным осмосом. Такие системы делятся на два вида:

1. бытовые приборы;
2. промышленные системы.

osmos_byt.jpg

osmos_prom.jpg

 

Обе группы имеют много общего, здесь осмос и очистка воды связаны неразрывно. Все они выполнены в виде нескольких модулей, каждый выполняет свои функции. Это объясняется несколькими причинами:

1. различный срок службы модулей, каждый меняется независимо от других;
2. механические примеси засоряют мембрану, поэтому фильтр от них стоит первым в цепочке.

Обратный осмос удаляет не все примеси. Особенно неприятен и опасен хлор, который, кроме того разрушает мембраны. Хлор удаляют установкой 1-2 угольных фильтров после механического фильтра. Плюс, в них удаляются органические соединения и железо, которое также опасно для мембран.
После фильтра ОО часто имеется минерализатор для добавления необходимых, но удаленных фильтром минералов и солей.
Наконец, очищенную воду обрабатывают ультрафиолетом (УФ), что на 100% избавляет ее от микроорганизмов. Они, например, могут попасть в воду после замены блоков.
Таким образом, примерная схема установки ОО следующая: механический фильтр – угольный фильтр 1 – угольный фильтр 2 – фильтр ОО – минерализатор – стерилизатор УФ. Число ступеней очистки может достигать 6-7.
В результате очистки вода разделяется на два канала:

1. очищенная вода поступает потребителю или в емкость (бытовые системы);
2. вода (рассол) с повышенным солее содержанием солей сбрасывается в канализацию. В промышленных установках она может частично возвращаться на повторную обработку. Количество рассола обычно 30-40%.

Установки ОО, особенно промышленные, имеют автоматическую систему управления. Устройства выпускаются многими фирмами. В Москве и области известна система «Гейзер-Престиж», в пределах России и стран СНГ большой популярностью пользуется компания ООО «Нова».

Основа обратного осмоса – обратноосмотическая мембрана – фильтрующий элемент

Мембраны имеют древнюю историю, первые образцы были естественного происхождения. Еще Аристотель испытывал восковые сосуды для опреснения воды. Современные мембраны выполнены на основе синтетических полимерных композитных материалов. Механизм работы мембран недостаточно изучен. Считается, что у поверхности мембраны создается особый слой воды, который не растворяет имеющиеся в ней соли, препятствуя их прохождению через нее.
В зависимости то назначения мембрана может быть выполнена в виде пластины или рулонного материала (большинство бытовых и промышленных установок). По конструкции мембрана обратного осмоса представляет пористую структуру из композитного материала. Главное требование – поры мембраны должны пропускать только воду и задерживать растворенные примеси. Для воды диаметр пор равен приблизительно 0,0001 мкм, что, впрочем, не является препятствием для некоторых веществ (хлора, кислорода, фтора). Обратноосмотическая мембрана имеет два основных параметра:

1. степень очистки (достигает 99% для многих веществ);
2. производительность (зависит от давления).

Заключение

Первое, вода после ОО близка по составу к дистиллированной.
Второе, обратный осмос очищает на 96-99% от растворенных веществ и на 100% от микроорганизмов.
Третье, несмотря на высокую эффективность, процесс осмоса имеет и некоторые недостатки.
Сначала преимущества:

• высокая степень очистки.
• большой диапазон вариантов применения.
• высокая производительность.

В теплоэнергетике. Низкие расходы при эксплуатации по сравнению с ионообменными аппаратами, не нужна регенерация и запас реагентов.
Недостатки:

• очень высокая степень очистки (как ни странно) – в некоторых случаях требуется минерализация очищенной воды, особенно, питьевой. Правда, с этим согласны не все специалисты;
• чувствительность к некоторым примесям, разрушающим мембрану обратного осмоса. Это хлор, фтор, железо, марганец, соли жесткости. Нужна предочистка исходного раствора.

Видеообзор одной из типичных бытовых систем обратного осмоса.