Работа обратного осмоса

На основе осмоса осуществляются все обменные процессы в живых организмах на нашей планете. Данный процесс обеспечивает поступление в любую живую клетку разнообразных соединений, необходимых для нормального функционирования, а также выведение из нее продуктов обмена и токсических соединений.

Осмос можно встретить в ситуациях, когда два раствора солей, отличающиеся концентрацией, разделяют посредством частично проницаемой мембраны.

Через мембрану, принцип работы которой построен на использовании обратного осмоса, могут беспрепятственно транспортироваться только молекулы и ионы заданной величины, так как для более крупных объектов она является непреодолимым препятствием. Из этого следует, что обыкновенные молекулы H₂O без труда проникнут сквозь поры мембраны, а для молекул растворенных в ней солей такое действие невозможно.

Если 2 солесодержащих раствора, отличающиеся концентрацией, разделить избирательно-проницаемой мембраной, молекулы воды будут транспортироваться через нее из менее концентрированной среды в среду с большей концентрацией, в результате чего объем жидкости в последнем увеличится.

Процессом осмоса обусловлен транспорт воды сквозь мембрану даже тогда, когда оба раствора находятся под воздействием внешнего давления одинаковой величины. Сила, воздействие которой на воду обеспечивает прохождение последней через мембрану, прямо пропорциональна величине, соответствующей разнице уровней жидкости в двух растворах различной концентрации. Эта величина носит название «осмотическое давление».

Если на раствор с большей концентрацией оказывает воздействие внешнее давление (величина его превышает таковую осмотического), молекулы воды будут передвигаться сквозь избирательно-проницаемую мембрану в обратном направлении, то есть из зоны высокой концентрации в зону низкой концентрации. Данный процесс называют «обратным осмосом». На нем базируется принцип действия всех существующих обратноосмотических мембран.

Основы функционирования обратноосмотических мембран

Явление ОО позволяет отделить растворенные загрязнители от воды на молекулярном уровне, в результате чего по одну сторону мембраны собирается почти на 100 % очищенная вода, по другую – различные загрязняющие объекты. Из этого следует, что ОО способствует достижению более высокого уровня очистки, чем большая часть общепринятых способов фильтрации, в основу функционирования которых положена фильтрация механических частиц и адсорбция различных соединений посредством неспецифических сорбентов.

Особенности обратноосмотической технологии

Суть обратноосмотической технологии заключается в использовании частично проницаемой мембраны, преодолимой лишь для молекул H₂O и задерживающей всевозможные загрязнители. Нередко в этой технологии встречается процесс, называемый прекрасным течением, служащий для самоочищения мембраны. Во время прохождения некоторого объема жидкости сквозь мембрану оставшийся ее объем движется в противоположном направлении, благодаря чему происходит вымывание из обратноосмотической мембраны осевших частиц загрязнителей.

Для процесса ОО необходимо наличие особой движущей силы, проталкивающей жидкость сквозь мембрану. Оптимально, когда в роли такой силы выступает давление, нагнетаемое помпой. Величина движущей силы прямо пропорциональна величине давления.

Обратноосмотические системы могут задерживать микроорганизмы, соли, полисахариды, белки, красящие соединения, механические объекты и прочие загрязнители с молекулярной массой, превышающей 150-250 Да.

В разделении ионов путем обратного осмоса принимают участие заряженные частицы. Следовательно, вероятность отбрасывания мембраной растворенных ионов, заряд которых соответствует таковому солей, существенно выше, чем вероятность отбрасывания незаряженных ионов (к примеру, органики). Вероятность отбрасывания частицы мембраной прямо пропорциональна ее заряду и размерам.

Устройство обратноосмических систем. Принципиальная технологическая схема

Первая стадия явления обратного осмоса представлена процессом тонкой очистки исходной жидкости от механических частиц. Чаще всего для этой цели используют патронные фильтры, которые размещают в специальных однопатронных либо мультипатронных держателях, что определяется производительностью применяемой установки.

Данный фильтр является фильтрующим элементом периодического действия и функционируют под давлением. Его работа базируется на глубинном и/или поверхностном методах фильтрации, то есть накопление механических примесей, оседаемых на фильтре, происходит внутри перегородки фильтрации.

Вода, подвергшаяся обработке патронными фильтрующими конструкциями, поступает на НВД, предназначенный для достижения давления исходной среды, которое является расчетным давлением для реализации процессов переноса вещества из одной фазы в другую, местом протекания которых служит обратноосмотическая полупроницаемая мембрана. При выборе высоконапорного насоса учитывают график зависимости его рабочих параметров. Также следует внимательно отнестись к тому, чтобы рабочая точка насоса составляла 0.6-0.7от его максимально возможной производительности.

В случае невозможности достижения соответствия между величиной давления и продуктивностью работы НВД (что встречается достаточно часто) для выполнения данной операции показана установка байпасного вентиля между всасывающим и нагнетающим отрезками труб агрегата (корректировка осуществляется согласно показаниям датчиков объемного расхода и давления исходной воды). Регулируют процесс повышения давления исходной жидкости однократно при проведении пусконаладочных мероприятий. В процессе пользования ОО-установкой производят контроль только указанных параметров исходной воды.

Вслед за повышением давления исходной жидкости производят ее подачу на модули, снабженные обратноосмотическими мембранами, служащими местом непосредственного отделения загрязнителей от воды (как результат получают фильтрат и концентрат). Для концентрата, получаемого на выходе из обратноосмотической системы, характерны значительные цифры давления, благодаря чему его транспортировка или ликвидация не составят труда. Фильтрат на выходе из ОО-установки крайне редко имеет давление, превышающее 1 атм. Этим обусловлена часто возникающая необходимость в подаче пермеата в накопительный резервуар, из которого она подается на следующие ступени очистки посредством повышающего насоса.