Обратный осмос: принцип работы и устройство промышленной установки

Установки обратного осмоса применяются в энергетике, микроэлектронике, пищевой промышленности, медицине и лабораториях, на промышленных предприятиях, а также в системах подготовки питьевой и технологической воды.

Для понимания принципа обратного осмоса сначала необходимо рассмотреть обычный процесс осмоса.

Если два раствора с различной концентрацией растворённых веществ разделить полупроницаемой мембраной, вода будет стремиться перейти из менее концентрированного раствора в более концентрированный. Возникающее при этом давление называется осмотическим давлением.

При обратном осмосе процесс направляется в противоположную сторону.
К исходной воде прикладывается давление, превышающее осмотическое. Под его действием вода проходит через полупроницаемую мембрану, в то время как значительная часть растворённых солей и других компонентов задерживается мембраной.

В результате получают очищенную воду — пермеат, а задержанные мембраной компоненты удаляются из установки с концентратом.

Упрощённо технологическую схему промышленной установки можно представить следующим образом:

Основным рабочим элементом системы является обратноосмотическая мембрана.

Исходная вода под давлением поступает в мембранные корпуса и проходит вдоль поверхности мембранных элементов. Часть воды проходит через мембрану и собирается в виде очищенной воды, а задержанные соли и загрязнения выводятся из системы.

Непрерывное движение воды вдоль поверхности мембраны позволяет снизить интенсивность накопления загрязнений и обеспечить стабильную работу системы при правильно подобранных параметрах эксплуатации.

Обратноосмотические мембраны обеспечивают высокую степень снижения содержания большинства растворённых солей.

В зависимости от типа мембраны, состава исходной воды, температуры и режима эксплуатации степень задержания растворённых солей промышленными мембранами может составлять около 95−99% и более.

При этом обратный осмос нельзя рассматривать как абсолютный барьер для всех без исключения веществ.

Эффективность удаления конкретного компонента зависит от его химической формы, молекулярных свойств, pH воды, типа мембраны и рабочих условий установки.

Поэтому для корректного проектирования системы необходим полный анализ исходной воды.

Конкретная комплектация определяется технологической задачей, однако типовая промышленная установка включает несколько основных узлов.

Селективность характеризует способность обратноосмотической мембраны задерживать растворённые в воде вещества.

Современные промышленные мембраны обеспечивают высокую степень задержания большинства растворённых солей, однако фактическое качество очищенной воды зависит не только от паспортных характеристик самой мембраны.

На результат влияют:

• состав исходной воды;
• температура;
• рабочее давление;
• тип мембранных элементов;
• состояние мембран;
• конфигурация установки.

Поэтому паспортные характеристики отдельного мембранного элемента и фактическое качество воды на выходе промышленной системы могут отличаться.
Для оперативного контроля качества пермеата на промышленных установках обычно используется измерение электропроводности воды.

Производительность обратноосмотической установки зависит сразу от нескольких факторов.

Одна из распространённых ошибок — воспринимать обратный осмос как универсальное оборудование, которое можно установить непосредственно после любого источника водоснабжения.

На практике надёжность и стабильность мембранной системы во многом определяются именно правильно спроектированной предварительной водоподготовкой.

Перед проектированием необходимо оценить:

• мутность;
• содержание взвешенных веществ;
• железо;
• марганец;
• жёсткость;
• щёлочность;
• pH;
• сульфаты;
• хлориды;
• кремний;
• общее солесодержание;
• органические загрязнения;
• наличие окислителей;
• температуру воды;
• другие показатели в зависимости от источника водоснабжения.

Для воды сложного состава дополнительно оценивается возможность образования труднорастворимых соединений на поверхности мембран. Именно поэтому технологическая схема предварительной подготовки должна разрабатываться на основании анализа исходной воды, а не по универсальному набору фильтров.

Промышленные установки обратного осмоса применяются практически во всех областях, где необходимо стабильное снижение солесодержания воды.

Технология получила широкое распространение в промышленной водоподготовке благодаря сочетанию нескольких характеристик:

Несмотря на универсальность технологии, обратный осмос имеет ряд особенностей, которые необходимо учитывать при проектировании.

Для проектирования промышленной установки обратного осмоса необходимо определить основные исходные параметры объекта.

На основании этих данных определяется технологическая схема и конфигурация оборудования.

Проектирование начинается не с выбора конкретной модели мембраны, а с определения задачи всей системы водоподготовки. Работа над проектом включает:

ОСМАТИКА может объединить оборудование предварительной водоподготовки, установку обратного осмоса, накопительные ёмкости, насосные станции, системы дозирования, автоматику и последующие ступени обессоливания в единую технологическую систему.