Эксплуатация системы обратного осмоса: мембранные элементы

Одной из наиболее распространенных технологий удаления из воды растворенных солей и ионов является очистка воды с помощью обратного осмоса.

            Обратный осмос - процесс, в котором при внешнем приложенном давлении растворитель (в данном случае вода) проходит через полупроницаемую мембрану из более концентрированного раствора в менее концентрированный раствор. Сама мембрана пропускает молекулы воды, но практически не пропускает растворенные соли (ионы химических элементов). Доля ионов, которые всё-таки проходят через мембрану, зависит от нескольких факторов.

Рис. 1. Мембраны, применяемые в обратном осмосе

            Рассмотрим процессы, происходящие вблизи мембранного слоя:

1. Часть воды проходит вдоль слоя мембраны, унося растворенные соли. Этот поток воды называется "концентрат";
2. Часть воды проникает через мембрану и отводится в накопительную ёмкость. Этот поток воды называется"пермеат".

            С точки зрения концентрации солей, происходят следующие изменения:

1. Вода, идущая по линии концентрата, содержит исходное количество солей, и дополнительно соли из воды, прошедшей через мембрану.
2. Вода, идущая по линии пермеата, содержит лишь остаточное количество солей.

            Соотношение этих потоков определяет срок службы мембран и качество очищенной воды, а так же давление, которое необходимо приложить для работы. Расстояние между слоями мембраны невелико, и необходимо не допускать выпадения осадка.

            Слишком большое соотношение пермеат/концентрат приводит к тому, что количества воды в линии концентрата уже не достаточно для растворения всех солей. В этом случае начинается выпадение твердого осадка в пространстве между мембранами, а так же на поверхности мембран. Такой осадок может быть труднорастворимым, и даже проведение химической промывки не удалит его и, как следствие, не восстановит номинальную производительность установки.

Рис. 2. Твёрдый осадок на поверхности между мембранами

            Для увеличения растворимости солей используется антискалант (ингибитор солеотложения). Он имеет различную эффективность для разных веществ и подбирается индивидуально. Например, производитель Toray предлагает собственную компьютерную программу для расчета необходимой дозы антискаланта. Неправильно подобранный антискалант или его дозировка приводят к нарушению работы системы и забиванию мембраны осадком.

            В основе расчета типа и дозировки антискаланта, модели мембран и их рабочих параметров лежит достоверная информация по ионному составу воды – содержание ионов кальция и магния, хлоридов, сульфатов и т.д. Это связано с тем, что разные ионы образуют разные по растворимости осадки, а так же имеют разный размер (с разной степенью проходят через мембрану).

            На выпадение солей оказывает влияние и температура - чем она выше, тем меньше вероятность образования осадка. Но нужно помнить, что при более высокой температуре снижается селективность - мембрана пропускает больше ионов.

            В связи с вышесказанным, важным этапом при поставке системы обратного осмоса является сбор исходных данных. Чем больше известных параметров и характеристик, тем точнее можно разработать систему для обессоливания определенного типа воды. В случае затруднений в ходе сбора исходных данных, или необходимости тестирования установки на реальной воде компания ООО «НПЦ ПромВодОчистка» готова предложить проведение пилотных испытаний на установке обратного осмоса. Так же возможно проведение предварительной подготовки воды на пилотных установках с использованием технологий ультрафильтрации (половолоконной и/или рулонной) и фильтрации на засыпных фильтрах.

Рис. 3. Пилотный осмос компании НПЦ ПромВодОчистка для проведения пилотных испытаний

            С учетом результатов уже проведенных испытаний важно отметить, что такой подход позволяет оценить как эффективность подготовки воды перед системой обратного осмоса (особенно актуально для речной воды), так и границы производительности и качества пермеата самой обратноосмотической установки.