Давление обратного осмоса

Давление в системе – это основная сила, определяющая принцип фильтрации с использованием обратного осмоса. За счет давления вода подается на мембрану, и при падении этой величины очистка воды замедляется или прекращается. Таким образом, величина давления обратного осмоса – одна из ключевых характеристик, влияющих на стабильную работу оборудования.

Само явление осмоса основано на том, что при нахождении по двум сторонам от специальной полупроницаемой мембраны двух растворов солей с разной концентрацией, молекулы воды будут самопроизвольно перемещаться в более концентрированный раствор. Для осуществления этого процесса должны соблюдаться два условия:

• мембрана пропускает только молекулы воды и частицы меньшим размером (от 0,0001 мкм);
• оба раствора находятся под одинаковым давлением.

В процессе перехода молекул воды через мембрану повышается уровень жидкости в одном из растворов. Возникшая разница в высоте двух растворов с разной концентрацией пропорциональна силе, с которой вода продавливается через мембранные поры. Это и называется осмотическим давлением.  Другими словами, это характеристика, которая необходима для достижения равновесия между раствором и чистым растворителем, разделенными полупроницаемой мембраной.

При воздействии на раствор с большей концентрацией внешним давлением, которое превышает осмотическое, молекулы воды начнут переходить через мембрану в обратном направлении — в раствор с более низкой концентрацией. Данный процесс и называется обратным осмосом. Таким образом вода начнет проникать через мембрану и скапливаться с другой стороны, тогда как примеси останутся с исходной водой, увеличивая их концентрацию. Так исходная жидкость разделяется на чистую (пермеат) и с высоким содержанием растворенных веществ (концентрат).

Работа системы обратного осмоса зависит от давления, приложенного к концентрированному раствору на входе. До тех пор, пока оно не превысит осмотического, поток исходной воды не будет «продавливаться» через мембрану. При этом увеличивается удельная производительность мембраны (поток воды через нее). Селективность мембраны также увеличивается при повышении давления, так как уменьшается концентрация определенного растворенного компонента в пермеате. Поддержание стабильного давления является важным аспектом работы установки обратного осмоса для обеспечения эффективности и надежности процесса очистки воды. Для этого в комплект обязательно входит высоконапорный насос, который и подает исходную воду на мембрану под заданным давлением.

Обычно достичь оптимального соотношения между давлением и производительностью высоконапорного насоса достаточно сложно, поэтому на нанос опционально устанавливаются частотные преобразователи, обеспечивающие нужные показатели. Кроме того, в аналогичной функции между всасывающим и нагнетающим патрубками насоса может устанавливаться байпасный вентиль. Устройство работает исходя из показаний ротаметра и манометра исходной воды, поступающей на обратноосмотическую установку. Давление исходной воды повышается и регулируется разово при осуществлении пуско-наладочных работ. В процессе эксплуатации установки обратного осмоса необходимо только контролировать указанные параметры исходной жидкости.

Давление исходной воды, которая подается на мембрану обратного осмоса, – это внешний фактор, непосредственно влияющий на работу установки. С ростом давления исходной воды происходит некоторое сжатие (уплотнение) мембраны обратного осмоса, что влияет на снижение удельного потока пермеата, проходящего через модуль. Данный показатель оказывает влияние не только на удельный поток пермеата на выходе из обратного осмоса, но и на отвод концентрата из мембран.

На осмотическое давление влияет тип и концентрация солей или органических веществ, которые содержатся в исходной воде. С увеличением данного показателя увеличивается и осмотическое давление. Соответственно, давление, с которым подается вода на очистку, определяется уровнем ее солесодержания. При постоянном напоре исходной воды рост концентрации солей в исходной воде приводит к снижению удельного потока пермеата, то есть повышение осмотического давления должно компенсироваться рабочим давлением исходной воды. Предполагается, что это связано с тем, что в условиях почти постоянного значения удельной проницаемости полиамидной мембраны по хлориду натрия с повышением давления начинает быстро расти удельная производительность по пермеату; таким образом, увеличивается селективность.

Мембраны обратного осмоса, несмотря на свою эффективность, пропускают некоторые растворенные соли из фильтруемой воды. При увеличении давления исходной воды процесс прохождения солей замедляется, так как вода проникает через мембрану с большей скоростью, чем соли могут перемещаться. Однако существует предел для задержания солей мембраной обратного осмоса при повышении давления исходной воды. Когда давление достигает определенного значения, прохождение солей практически не увеличивается. Это означает, что часть солей остается связанной с водой, проходящей через мембрану.

Давление влияет и на выбор материала, из которого изготовлена мембрана обратного осмоса. Так, к примеру, половолоконная мембрана была постепенно вытеснена спирально-навитым модулем, так как для получения определенной удельной производительности к нему необходимо приложить давление на 50% меньше, чем к половолоконному.

Установки обратного осмоса все оснащены системой автоматического управления и контроля, в которую базово входят: контроллер для управления установкой, кондуктометр, измерители расхода (ротаметры), манометры и датчики давления.

Даже при условии, что вся система очистки воды была спроектирована и рассчитана верно, необходимо контролировать основные рабочие параметры, касающиеся давления на различных участках установки. Для этого используются показания манометров:

• давления исходной воды на выходе при подаче на первый модуль;
• давления концентрата на выходе;
• давления пермеата.

Таким образом, давление в различных конструктивно важных элементах осмотической установки оказывает непосредственное влияние на ее работу и степень очистки пермеата. Необходимо грамотно подходить не только к выбору, но и к настройке оборудования, а также отслеживать показатели в процессе эксплуатации для предотвращения выхода системы из строя или снижения качества работы. Специалисты «НПЦ ПромВодОчистка» имеют большой опыт внедрения данных технологий в процесс очистки воды на промышленных предприятиях.