Перейти в каталог товаров → Промышленные установки обратного осмоса

• Часть 1 «Технологии дистилляции и процессы фильтрования»
• Часть 3 «Мембраны обратного осмоса»

Как работает обратный осмос

Феномен обратного осмоса происходит, когда молекулы воды переходят из менее соленого раствора в раствор с большим содержанием растворенных солей через мембрану.

Процесс обратного осмоса проиллюстрирован на рисунке 4. Между двумя растворами расположена полупроницаемая мембрана. Полупроницаемая – обозначает, что мембрана проницаема для одних молекул и не проницаема для других. В данном случае мембрана проницаема для воды и не проницаема для солей. Один из растворов является чистой водой, другой – солевым раствором.

Одно из фундаментальных правил природы заключается в том, что любая система стремится к равновесию. И данная система, также, будет стремиться выровнять концентрацию солей по обе стороны мембраны. Единственно возможный способ для этого – перетекание чистого раствора через мембрану в соленый раствор.

Рисунок 4 также показывает, что осмос вызывает увеличение высоты солевого раствора. Эта высота увеличивается до тех пор, пока давление высоты столба не сравняется с давлением, с помощью которого чистая вода проходит через мембрану. Эта точка равновесия и называется осмотическим давлением.

Если приложить давление к соленому раствору, то процесс пойдет в обратную сторону до тех пор, пока давление не сравняется с осмотическим. Это будет называться «обратным осмосом».

Рисунок 4. Осмос и обратный осмос

Как работает нанофильтрация

Нанофильтрационные мембраны не являются полным барьером для растворенных солей. В зависимости от типа мембраны и типа соли, мембрана будет проницаемой в большей или меньшей степени. В случае низкой проницаемости солей через мембрану, осмотическое давление будет таким же большим, как в процессе обратного осмоса. С другой стороны, высокая проницаемость солей через мембрану не приведет к большой разнице в солесодержании растворов по обе стороны мембраны. В этом случае, осмотическое давление не будет играть значимой роли.

Применение обратного осмоса и нанофильтрации на практике

На практике, обратный осмос и нанофильтрация используются только в виде тангенциальной фильтрации. Пример такого процесса представлен на рисунке 5.

Исходная вода насосом высокого давления непрерывно подается в систему. Внутри системы исходный поток разделяется на обессоленную воду или очищенный продукт, называемый пермеатом, и соленую воду или концентрированный продукт, называемый концентратом. Вентиль на линии концентрата позволяет регулировать поток концентрата и поток получаемого пермеата.

Далее перечислены основные понятия в процессах обратного осмоса и нанофильтрации.

Степень извлечения фильтрата (Recovery) – гидравлический КПД – процент получаемого пермеата относительно исходной воды. Этот параметр регулируется при первоначальной наладке системы с помощью вентиля на линии концентрата и, как правило, устанавливается в максимальное значение, рекомендованное производителем мембран. Обычно это значение лежит в пределах 10-15% для одного мембранного элемента. Такое ограничение предотвращает отложение сверхнасыщенных солей на поверхности мембраны.

Рисунок 5. Тангенциальная фильтрация. Обратный осмос.

Селективность (Rejection) – процент солей, задерживаемый мембраной. В процессе обратного осмоса, определяющим значением является селективность ко всем растворенным солям (TDS – общее солесодержание), тогда как для нанофильтрации этот параметр более специфичен, например, может иметь низкое значение к солям жесткости и высокое к органическим веществам.

Проницаемость (Passage) – понятие обратное селективности – процент солей, прошедших через мембрану.

Пермеат – вода или продукт очищенный с помощью обратного осмоса или нанофильтрации.

Удельная производительность мембраны (Flux) – отношение производительности по пермеату к единице площади мембраны. Как правило, измеряется в галлонах на квадратный фут в день (gfd) или литрах на метр квадратный в час (л/м²ч).

Параметры, влияющие на производительность систем обратного осмоса и нанофильтрации

Селективность и удельная производительность являются основными показателями эффективности процессов обратного осмоса и нанофильтрации. Ниже приведены параметры, оказывающие наибольшее влияние на эти показатели:

• Давление
• Температура
• Степень извлечения фильтрата
• Общее солесодержание исходной воды

Следующие графики показывают зависимость от одного параметра, при постоянном значении других. На практике же, одновременно воздействуют сразу несколько факторов. Графики 6-9 наиболее характерны для обратного осмоса, процесс нанофильтрации в меньшей степени зависит от этих условий.

Давление

При увеличении давления увеличивается производительность и селективность. Это связано с тем, что поток воды через мембрану и давление прямо пропорциональны, тогда как между потоком солей и давлением нет такой взаимосвязи. Также, некоторые мембраны подвержены сжатию, что уменьшает размер пор.

Температура

Если температура исходной воды растет, то увеличивается производительность и проницаемость (селективность снижается).

КПД или степень извлечения фильтрата

В случае увеличения КПД производительность по пермеату снижается и становится равной нулю, когда концентрация солей в концентрате достигает такого значения, при котором осмотическое давление становится равным приложенному к исходной воде. Селективность, тоже уменьшается.

Солесодержание исходной воды

• Часть 1 «Технологии дистилляции и процессы фильтрования»
• Часть 3 «Мембраны обратного осмоса»