- Часть 2 «Принцип обратного осмоса и нанофильтрации»
- Часть 3 «Мембраны обратного осмоса»
Технологии очистки воды с помощью мембран обратного осмоса и нанофильтрации заслужили широкое признание ввиду своей эффективности и экономичности. Обрабатывая воду совершенно различного происхождения – пресную из подземных или поверхностных источников, сточную воду с большим количеством загрязнений или морскую воду с большим количеством солей – установки обратного осмоса нашли применение в различных сферах и в разных формах - от лабораторных установок для дистилляции небольшого размера до систем опреснения морской воды, предназначенных для водоснабжения целых городов. Вода после осмоса – пермеат – удовлетворяет большинству самых строгих требований к качеству питьевой воды.
Несмотря на то, что обратный осмос гораздо экономичнее ионного обмена, зачастую применяется вместе с ним для получения воды высочайшего качества. Такая вода используется в медицине при производстве растворов для инъекций, в электронной промышленности, в теплоэнергетике для подпитки котлов высокого давления.
Рисунок 1 дает примерное представление о наиболее экономичных процессах дистилляции в зависимости от солесодержания исходной воды.
Рис. 1 Основные процессы дистилляции – распределение по экономичности.
Существующие технологии фильтрации могут быть разделены на категории в зависимости от размеров частиц загрязнений в исходной воде. Обычная макрофильтрация взвешенных веществ – пропуск воды через фильтрующий материал. К ней относятся такие процессы как фильтрование с помощью картриджных-, сетчатых-, дисковых-, мешочных фильтров, скорых фильтров с фильтрующей загрузкой. Возможности такой фильтрации ограничиваются размером нерастворенных частиц более 1 мкм.
Для очистки воды от более мелких частиц и растворенных солей, используются мембранные методы фильтрования. В основном используется тангенциальное фильтрование, когда поток исходной воды с необходимым давлением направлен вдоль поверхности мембраны. Часть потока проходит через мембрану очищаясь от загрязнений и растворенных солей, которые задерживаются мембраной и концентрируются в потоке над ней. Концентрирование солей и загрязнений обычно ограничивается определенной величиной, для этого должен производиться непрерывный отвод загрязненной воды (концентрата). Таким образом, поток исходной воды разделяется на два – поток очищенной воды (пермеата) и концентрата (Рис. 2).
Рисунок 2. Тангенциальная фильтрация через мембрану
Основные методы, основанные на тангенциальной фильтрации с помощью мембран: микрофильтрация, ультрафильтрация, нанофильтрация, и обратный осмос.
Микрофильтрация удаляет загрязнения размером 0,1-1 мкм. Как правило, задерживаются взвешенные вещества и крупные коллоидные частицы, тогда как крупные молекулы и растворенные соли проходят через микрофильтрационные мембраны без препятствий. Установки микрофильтрации могут использоваться для удаления крупных бактерий, коагулированных частиц и снижения общего количества взвешенных веществ. Трансмембранное давление, обычно, не превышает 0,7 бар.
Ультрафильтрация позволяет удалять макромолекулярные соединения, частицы размером менее 0,1 мкм. Растворенные соли и небольшие молекулы не задерживаются мембранами ультрафильтрации. Список веществ, задерживаемых ультрафильтрационными мембранами включает в себя коллоиды, белки, микробиологические загрязнения и крупные органические молекулы. Большинство ультрафильтрационных мембран отсекают вещества с молекулярной массой от 1000 до 100 000 г/моль. Трансмембранное давление находится в пределах от 1 до 7 бар.
Рисунок 3. Распределение процессов фильтрации
Нанофильтрация относится к специальным мембранным процессам, с помощью которых задерживаются загрязнения размером до 1 нм, отсюда и термин «нанофильтрация». При нанофильтрации задерживаются молекулы с массой более чем 200-400 г/моль. Также, задерживаются растворенные соли в объеме от 20 до 98%. Одновалентные анионы, такие как хлорид натрия или хлорид кальция, задерживаются в меньшей степени, а двухвалентные (например, сульфат магния) – в большей (90-98%). Типичное применение мембран включает удаление цветности и природных органических соединений (гумусовых кислот и др.) из поверхностных вод, удаление жесткости и радия из подземных вод, частичное снижение общего солесодержания, разделение органических и неорганических веществ в специальных процессах пищевой промышленности. Трансмембранное давление составляет 3,5-16 бар.
Обратный осмос является наиболее качественным способом фильтрации из существующих. Мембраны обратного осмоса являются барьером для всех растворенных солей, а также неорганических и органических молекул, с молекулярным весом более 100 г/моль. Молекулы воды, при этом, свободно проникают через мембрану. Селективность мембран – способность задерживать растворенные вещества – составляет 95-99%, в зависимости от типа мембраны, состава исходной воды, температуры и формата системы.
Обратный осмос применяется в широком спектре процессов: в обессоливании морской воды, очистке оборотных вод, производстве алкогольных и безалкогольных напитков, в очистке промышленной и питьевой воды.
Обратный осмос часто используется для производства сверхчистой воды при производстве полупроводников (электронная промышленность), в теплоэнергетике для подпитки котлов, в медицинских лабораториях. В этих случаях, часто обратный осмос предшествует доочистке с помощью ионного обмена. Трансмембранное давление, как правило, находится в пределах 5-80 бар.
- Часть 2 «Принцип обратного осмоса и нанофильтрации»
- Часть 3 «Мембраны обратного осмоса»