Обратный осмос
Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Обратный осмос — прохождение воды или других растворителей через полупроницаемую мембрану из более концентрированного в менее концентрированный раствор в результате воздействия давления, превышающего разницу осмотических давлений обоих растворов. При этом мембрана пропускает растворитель, но не пропускает некоторые растворённые в нём вещества.
Обратный осмос используется в различных технологиях очистки воды от примесей, в том числе для опреснения воды и очищения питьевой воды для различных целей с начала 1970-х годов.
Применение для очистки воды
При очистке воды многие растворённые в ней вещества задерживаются на мембране фильтра. Для преодоления на мембране осмотического давления воду подают под давлением около 2…17
атм. для фильтрации и опреснения питьевой и солоноватой воды, и 24…70 атм для морской воды.
В системах очистки воды обычно используются синтетические полупроницаемые мембраны. Мембрана задерживает высокомолекулярные загрязнители, но пропускает низкомолекулярные вещества, например, такие газы, как кислород, хлор, углекислый газ и пр. Некоторые газы могут определять вкус воды.
В отличие от перегонки, в процессе обратного осмоса вода практически не нагревается.
Современная промышленная установка обратноосмотического опреснения включает следующее оборудование: фильтр тонкой очистки воды, система реагентной подготовки, насос высокого давления, блок фильтрующих модулей, блок химической промывки. Основной элемент установки обратного осмоса — полупроницаемая обратноосмотическая мембрана, помещённая в корпус. В неё поступает исходная вода, а отводится два потока — очищенная и обессоленная, которая называется пермеатом, и вода с концентрированными примесями, называемая концентратом, которая сливается. Продавливание воды через мембрану ведётся при высоком давлении, которое создает насос, обычно центробежный многоступенчатый или роторный. Для замедления образования нежелательных отложений на мембранах применяется дозирование ингибитора осадкообразования. Для снятия осадков с поверхности мембран используется система химпромывки. Для контроля качества очистки и рН — проточные измерители солесодержания и рН-метры. Для контроля расхода пермеата и концентрата — проточные расходомеры. Управление системой обратного осмоса можно осуществлять в полуавтоматическом и автоматическом режиме. Проверить качество работы обратноосмотической мембраны можно TDS метром.
Примером бытовой очистки воды мембраной обратного осмоса может служить фильтр, имеющий 3 картриджа: грубой (механической) очистки, угольным картриджем, и тонкой механической осичтки, мембрану обратного осмоса и угольным фильтром. Такие фильтры получили широкое применение в Америке, Европе и Азии. Интересны так же последние модели компактных фильтров обратного осмоса, имеющих ряд нововведений, а именно: автоматический клапан отключения воды при обнаружении утечек, насос повышающий давление, сменные фильтры с быстро разъёмными фитингами.
Что такое обратный осмос ?
Обратный осмос – это процесс удаления растворителя из раствора с помощью полупроницаемой мембраны.
Растворителем в нашем случае является вода (молекулы воды), а раствором – раствор других веществ в этой воде (как правило, растворенные вещества в воде представлены в виде ионов), от которых мы хотим избавиться в процессе водоочистки.
Представим себе такую мембрану, которая полностью прозрачна для растворителя (воды), и непрозрачна для ионов солей. Если по разные стороны мембраны создать разную концентрацию ионов, то вода начнет свободно переходить через мембрану в направлении той части, где концентрация ионов выше, пытаясь выровнять концентрацию раствора по обе стороны мембраны. Это является осмосом, и это термодинамически обусловленный натуральный процесс.
Осмос может быть остановлен или развернут в противоположном направлении, если со стороны раствора с высокой концентрацией ионов приложить гидростатическое давление. Величина гидростатического давления, необходимого для полной остановки процесса осмоса, называется осмотическим давлением.
Осмотическое давление зависит от разности концентраций ионов с разных сторон мембраны и параметров самой мембраны. Иногда осмотическое давление называют осмотическим сопротивлением мембраны. Осмотическое сопротивление возрастает с ростом разности концентраций ионов с двух сторон мембраны.
Для возникновения обратного осмоса со стороны раствора с высокой концентрацией ионов требуется приложить гидростатическое давление на мембрану, превышающее осмотическое сопротивление.
При возникновении обратного осмоса растворитель (вода) начнет перетекать сквозь мембрану из той части, где концентрация ионов выше, в ту часть, где концентрация ионов ниже. При этом по мере убыли воды из зоны высокой концентрации ионов их концентрация там возрастает еще больше, следовательн о возрастает и осмотическое сопротивление. Наконец, наступает такой момент, когда осмотическое сопротивление в системе вновь сравняется с внешним давлением на мембрану, и процесс обратного осмоса остановится. Чтобы продолжить процесс, требуется увеличить давление на мембрану. Поскольку до бесконечности такой процесс увеличения давления невозможен (мембрана либо разрушится, либо станет проницаемой для ионов), существует такое предельное количество воды, которое может быть при заданном давлении на мембрану удалено из данного раствора.
Таким образом, при обратном осмосе из раствора удаляется растворитель, который в терминах водоочистки и является очищенной от растворенных примесей водой.
Чистая вода, удаленная из раствора, называется пермеатом. Вода, оставшаяся по другую сторону мембраны и содержащая повышенную концентрацию растворенных примесей, сливается в процессе обратного осмоса в дренаж. Таким образом, подающийся на мембрану водный раствор разделяется мембраной на два потока: пермеат и концентрат (дренаж).
Отношение объема пермеата к объему всего поданного на мембрану раствора называется коэффициентом отбора пермеата, и существует предельное значение данного коэффициента, достижимое при заданных параметрах раствора и приложенного давления. Этот коэффициент в зависимости от условий может достигать 10–30% и даже теоретически не может приблизиться к 100%.
Рекомендуемые системы обратного осмоса: