Первый интернет-магазин в городе Севастополь c 2008 года

Системы обратного осмоса по Крыму доставляем бесплатно. (условия)

Промышленный обратный осмос: преимущества и сфера применения

Историческая справка

Против законов природы? Или по ним?...

Обратный осмос относится к мембранным процессам разделения компонентов растворов и суспензий (уменьшение концентрации раствора), так как разделение происходит на полупроницаемой перегородке, называемой мембраной. Это обстоятельство коренным образом отличает обратный осмос от других методов очистки. Применение мембран для отделения одних компонентов раствора от других имеет очень давнюю историю, восходящую еще к Аристотелю, впервые обнаружившему, что морская вода опресняется, если ее пропустить через стенки воскового сосуда.

Изучение этого явления и других мембранных процессов началось гораздо позже, в начале XVIII века, когда Реомюр использовал для научных целей полупроницаемые мембраны природного происхождения. Но до середины 20-х годов уходящего века все эти процессы имели сугубо теоретический интерес, не выходя за пределы лабораторий.

В 1927 году немецкая фирма «Сарториус» получила первые образцы искусственных мембран. После Второй мировой войны американцы, используя немецкие наработки, наладили производство ацетатцеллюлозных и нитроцеллюлозных мембран. Лишь в конце 50-х - начале 60-х годов с началом широкого производства синтетических полимерных материалов появились первые научные работы, которые легли в основу промышленного применения обратного осмоса. Первые промышленные - системы появились только в начале 70-х годов. Поэтому обратный осмос - сравнительно молодая технология по сравнению с тем же ионным обменом или адсорбцией на активированных углях.

Сегодня обратноосмотические технологии очистки воды востребованы практически во всех отраслях промышленности, и их применение все расширяется.

Промышленный обратный осмос: преимущества и сфера применения.

Согласно данным, предоставляемыми международными организациями, чистой воды на Земле становится все меньше. Различные загрязнения антропогенного характера проникают даже в глубинные (свыше 100 м) подземные воды и способны представлять угрозу для здоровья человека.

В тоже время, намного более требовательной к качеству воды является промышленность. При этом полностью или частично обессоленная вода востребована практически на любом производстве. В обязательном порядке водоподготовительное оборудование используется на предприятиях пищевой промышленности, а также – предприятиях по производству бытовой и автомобильной химии, моющих средств, средств гигиены и косметики. Высокочистая вода нужна для изготовления стеклопакетов, на приборостроительных заводах, и многих других предприятиях, включая ТЭЦ и АЭС. Гальванические, паросиловые участки и цеха, заводские лаборатории – они есть практически на любом производственном предприятии, и все они являются потребителями умягченной или обессоленной воды.

Еще не так давно практически безальтернативными схемами обессоливания воды были схемы с использованиями ионообменных смол. Их преимущества – возможность обработки больших объемов воды, небольшие энергетические затраты, а также возможность селективно удалять примеси из обрабатываемой воды хорошо известны. В тоже время, недостатками использования ионитов для обессоливания воды является необходимость наличия реагентного хозяйства (участка хранения и дозировки реагентов), емкостей для регенерационных вод, достаточно сложной системы трубопроводов и фильтров, а значит – и персонала, который бы все это обслуживал. Когда речь идет о десятках и сотнях кубометров воды в час, с недостатками ионных методов умягчения и обессоливания можно мириться.

В тоже время, намного большему числу предприятий, особенно, небольших, не нужны значительные объемы воды – их потребление воды высокой чистоты измеряется сотнями литров, редко – кубометрами в час. Таковы уже опоминавшиеся предприятия пищевой и фармацевтической промышленности, а также – микроэлектроники. При этом требования к качеству воды высоки – общее солесодержание не должно превышать несколько десятков миллиграмм, исключается наличие бактерий, органических веществ, и т.д. Именно для этих нужд хорошо подходит очистка воды с помощью полупроницаемых мембран – на основе обратного осмоса.

В чем же преимущества этой технологии?.. Прежде всего – в значительной экономии площадей. Традиционная технология водоочистки из открытых источников включает в себя осветлители, узел дозирования химреагентов и участок ионирования. Для того, чтобы обеспечить высокую степень чистоты воды, необходимо как минимум двухступенчатое ионирование, т.е, по меньшей мере два ионообменных фильтра с узлами дозирования реагентов. Но и этого бывает недостаточно, чтобы исключить проскок ионов, поэтому за фильтрами, заполненными катионитом и анионитом, иногда устанавливают еще один фильтр со смешанной загрузкой. Все это приводит к росту потребной площади помещений, капиталовложений и значительному расходу реагентов.

Конечно, если в качестве исходной используется водопроводная вода, то осветлители не нужны. Но фильтры с ионообменной смолой и реагентное хозяйство все равно необходимо.

Кроме того, значительная протяженность трубопроводов и обилие соединений и единиц различного оборудования вынуждает иметь оперативный и ремонтный персонал для обслуживания водоочистки.

Всех этих недостатков лишены системы на основе обратного осмоса. Например, система RAIFIL RO-500 производительностью 500 л в час со степенью очистки до 99 % и солесодержанием очищенной воды (пермеата) 5-25 мг\л занимает чуть больше одного квадратного метра площади и потребляет при работе около 2 кВт электроэнергии в час (а маломощные системы производительностью до 7 л в час, например RAIFIL RO-894-550-EZ, устанавливаемые в лабораториях, вообще не потребляют электроэнергии, функционируя за счет давления воды в водопроводе). При этом в пользу этой технологии говорит компактность, простота технологической схемы, отсутствие необходимости в использовании реагентов (и регенерационных вод). Обычно нет необходимости и в выделении отдельной штатной единицы для эксплуатации и обслуживания системы. Концентрат, являющийся «отходом» производства обессоленной воды, содержит в себе те же компоненты, что содержались в исходной воде, и не имеет каких-либо ограничений по сбросу в хозяйственно-бытовую канализацию.

Правда, минимальное количество реагентов для промышленных осмосов иногда приходится использовать. В основном, это касается случаев, когда речь идет об обработке воды с высокой жесткостью. В этом случае в исходную воду дозируются так называемые антискаланты – вещества, предотвращающие образование отложений кальция и магния на поверхности мембраны. Также может понадобиться периодическая химическая очистка мембраны, например, промывка ее лимонной кислотой. Но расход реагентов крайне мал по сравнению с другими методами очистки воды.

Для пищевой промышленности

Если для основных отраслей промышленности обратный осмос является современной альтернативой ионированию или дистилляции, то для пищевой и фармацевтической промышленности он, без преувеличения, незаменим.

Фильтры на основе обратного осмоса удаляют из воды ионы Na, Са, Cl, Fe, тяжелых металлов, инсектициды, удобрения, мышьяк и многие другие примеси. «Молекулярное сито», которое представляют собой обратноосмотические мембраны, задерживает практически все примесные элементы, содержащиеся в воде, независимо от их природы, что оберегает от неприятных сюрпризов, связанных с неточным или неполным анализом исходной воды, особенно из индивидуальных скважин.

Эффективность процесса обратного осмоса в отношении различных примесей и растворенных веществ зависит от ряда факторов: давление, температура, уровень рН, материал, из которого изготовлена мембрана, и химический состав входной воды, влияют на эффективность работы системы обратного осмоса. Степень очистки воды в таких фильтрах составляет по большинству неорганических элементов 85 % - 99 %. Органические вещества с молекулярным весом более 100-200 удаляются полностью; а с меньшим - могут проникать через мембрану в незначительных количествах.

Контроль состояния мембраны и степени очистки, в отличие от других методов, прост и заключается в измерении электропроводимости воды на выходе (поскольку труднее всего удаляются именно «легкие» ионы) и производительности (эти приборы уже встроены в промышленные системы). Увеличение электропроводности и падение производительности свидетельствует о необходимости промывки или замены мембраны.

Не счесть мембран – хороших и разных

Обратноосмотическая полупроницаемая мембрана представляет собой композитный полимер неравномерной плотности. Этот полимер образован из двух слоев, неразрывно соединенных между собой. Наружный очень плотный барьерный слой толщиной около 10 миллионных см (1 ангстрем) лежит на менее плотном пористом слое, толщина которого составляет пять тысячных см. Осмотическая мембрана действует как барьер для всех растворенных солей и неорганических молекул, а также органических молекул с молекулярной массой более 100.

В качестве материала для изготовления ультрафильтрационных мембран в основном используются полимерные вещества – ацетат или нитрат целлюлозы, полисульфон, полиэтерсульфон, полиамид, полиимид, поливинилиденфторид, полиакрилонитрил и их производные. Большинство ультрафильтрационных мембран - асимметричные, они состоят из тонкого селективного слоя толщиной несколько десятков мк или менее и пористой подложки, которая обеспечивает механическую прочность. Полимерным мембранам при их изготовлении могут придаваться разнообразные свойства, что позволяет управлять их селективными характеристиками и устойчивостью к загрязнению различными веществами.

В частности, сегодня промышленно производятся и доступны в Украине мембраны производительностью от 7 до 1900 л\ч, которые могут очищать как пресную, так и солоноватую и морскую воду.

Целлюлозные мембраны устойчивы в присутствии окислителей бактерицидного происхождения и по существу могут работать в присутствии дезинфицирующих веществ, применяемых для уничтожения микроорганизмов, паразитирующих на материале мембран.

Нецеллюлозные мембраны работают при значительно более низких давлениях и в широком диапазоне значений рН. Во многих наиболее прогрессивных технических решениях используются именно нецеллюлозные мембраны.

Преимущества технологии обратного осмоса – простота обслуживания, надежность, долговечность и малое энергопотребление - обуславливает ее широкое распространение в Украине.