Технологическая схема обратного осмоса

Обратный осмос представляет собой процесс пропуска воды или водного раствора через полупроницаемую мембрану с использованием давления. Технологическая схема обратного осмоса предполагает, что растворитель (как правило, вода), проходит через мембрану, на которой в процессе задерживаются определенные растворенные вещества.

Технология обратного осмоса заключается в явлении перемещения молекул через мембрану в менее концентрированный раствор при условии превышения осмотического давления внешним. Это приводит к повышению уровня жидкости в растворе с более высокой концентрацией. Вода будет проникать через мембрану благодаря явлению осмоса даже в том случае, если внешнее давление одинаково.

В процессе обратного осмоса вода и растворенные в ней вещества разделяются на молекулярном уровне. Практически идеально чистая вода накапливается с одной стороны мембраны, в то время как все загрязнения остаются на другой стороне. Таким образом, обратный осмос обеспечивает более высокую степень очистки по сравнению с большинством традиционных методов очищения воды, которые основаны на механической фильтрации частиц и адсорбции с использованием активированного угля.

Установка обратного осмоса предназначена для глубокой очистки и деминерализации жидкости, удаления органических соединений, микроорганизмов и взвесей. Она используется для подготовки воды для хозяйственно-бытовых, промышленных и питьевых целей. В результате получается высококачественная очищенная вода, соответствующая требуемым стандартам и потребностям различных отраслей и сфер применения.

Непосредственно в состав установки обратного осмоса входит несколько обязательных элементов.

Механический фильтр – 5 микрон. Данное устройство необходимо для предотвращения попадания механических примесей в мембрану обратного осмоса.
Электромагнитный клапан, который открывается в момент запуска установки и закрывается в момент выключения установки, предотвращая течение исходной воды из входящего трубопровода в дренажный трубопровод через концентратную линию обратноосмотической мембраны.
Манометр для визуального контроля давления.
Реле давления. Обеспечивает автоматический контроль давления для защиты системы от работы при отсутствии давления воды на входе в установку, а также от избыточного давления на входе.
Насос высокого давления для создания необходимого давления (10-16 бар).
Обратноосмотический модуль, который представляет собой мембрану в корпусе (картридж).
Кондуктометр (солемер). Обеспечивает контроль качества воды по показателю электропроводность.
Игольчатый вентиль. Регулирует расход в дренажный трубопровод, в следствие чего возможна регулировка увеличения давления в обратноосмотическом модуле.
Емкость для химической промывки.

Установки обратного осмоса задерживают различные частицы и загрязнения (бактерии, соли, сахара, протеины, частицы, красители и др.), молекулярная масса которых составляет больше 150-250 далтонов. Примеси, которые задерживаются при первом прохождении воды через оборудование обратного осмоса, имеют размеры на уровне молекул, ассоциатов, ионов, кислотных остатков. Ничтожно малый размер позволяет им свободно проходить через большинство мембран, используемых в баромембранных методах очистки жидкости, поэтому для процессов обратного осмоса используют более плотные мембраны, которые обладают значительно большим гидродинамическим сопротивлением.

Мембраны для установок обратного осмоса изготавливают из материалов, которые имеют особенно высокое сродство к растворителю (как правило, к воде) и низкое сродство к растворенному компоненту. Понятие «сродство» означает, что растворитель может легко пройти через мембрану, а разные растворенные соединения имеют, наоборот, низкую проницаемость. Данное явление дало мембранам обратного осмоса название полупроницаемых.

В современных системах используются три основных типа мембран обратного осмоса: целлюлозные (CA), из смеси триацетата целлюлозы с ацетатом целлюлозы (CTA), полностью из ароматического полиамида и тонкопленочные композитные (TFC) мембраны. Основные исходные требования, предъявляемые к мембранам следующие:

свободная проницаемость для воды;
высокая селективность;
работоспособность при высоких давлениях;
стойкость в широком диапазоне pH и температуры;
устойчивость к воздействию химических веществ, в том числе окислителей (таких, как свободный хлор);
биологическая стойкость к бактериям;
низкая адгезия поверхностного слоя к осаждаемым веществам;
проектный срок службы;
прочная конструкция для противодействия любым внешним и внутренним давлениям;
возможность оперативной замены мембраны.

Помимо селективности мембраны по отношению к различным растворенным веществам, важной характеристикой является величина потока, который проходит через обратноосмотическую мембрану. Вид мембранного материала подбирается исходя из разделительных свойств материал-растворителя, однако необходимо учитывать и величину потока, проходящего через выбранный компонент установки. Данную характеристику можно повышать или снижать обратно пропорционально толщине мембраны за счет ее уменьшения или увеличения соответственно. Это дает возможность получить нужную плотность материала.

Принципиальная технологическая схема установки обратного осмоса состоит из, по крайней мере, шести ступеней.

Впуск и предварительная очистка: неочищенная вода поступает в систему через входной водопровод и проходит через предварительные фильтры. Эти фильтры служат для удаления крупных частиц, песка, ржавчины и других загрязнений, которые могут повредить мембрану обратного осмоса. От этого этапа зависит эксплуатационный ресурс оборудования.
Насос: после предварительной очистки вода поступает в насос, который создает давление, необходимое для пропуска воды через мембрану обратного осмоса. Насос обеспечивает поддержание оптимального давления в системе для эффективного процесса очистки.
Фильтр обратного осмоса: вода под давлением поступает в фильтр обратного осмоса, который содержит полупроницаемую мембрану. Эта мембрана имеет мельчайшие поры, которые позволяют проходить только молекулам воды, удерживая при этом на своей поверхности органические и неорганические загрязнения, соли, бактерии и вирусы.
Разделительный клапан: данный элемент является обязательной частью схемы обратного осмоса. Он управляет потоком очищенной воды и отбрасываемой воды. Чистая вода проходит через разделительный клапан и направляется в накопительный бак, где она накапливается и хранится для дальнейшего использования. Концентрат, содержащий загрязнения и солей, выбрасывается из системы.
Накопительный бак: заключает в себе чистую воду, прошедшую через фильтр обратного осмоса. Этот бак имеет должен иметь достаточную для хранения чистой воды емкость, так как она используется в процессе по мере необходимости.
Регулирование и контроль: в установке обратного осмоса присутствуют системы регулирования и контроля, которые обеспечивают оптимальное функционирование всей системы. Это может включать регулировку давления, контроль качества воды, мониторинг процесса очистки и другие параметры.

Технологическая схема обратного осмоса включает два или более этапов в зависимости от количества элементов в ней, но первой стадией часто является тонкая очистка исходной воды от механических примесей. Так, при низком качестве водопроводной воды данную функцию выполняют фильтры грубой очистки патронного типа, которые располагаются в однопатронных или мультипатроных фильтродержателях, в зависимости от производительности установки обратного осмоса. Устройство работает под давлением и отличается принципом периодического действия. Фильтры обеспечивают глубинную и/или поверхностную фильтрацию, таким образом, механические примеси, которые задерживает фильтрующий элемент, накапливаются внутри слоя фильтрующей перегородки. Также, при необходимости, нужно дополнить комплект водоподготовки перед осмосом специальными ионообменными фильтрами. С их помощью воду очищают от кальция и других солей жесткости.

Чистая вода, подготовленная на патронных фильтрах, далее подается на насос высокого давления, который обеспечивает необходимое для исходной среды расчетное давление. Без заданного значения не смогут осуществляться массообменные процессы, протекающие на полупроницаемых обратноосмотических мембранах. Соответственно, высоконапорный насос подбирается исходя из его рабочих характеристик с условием нахождения рабочей точки насоса в диапазоне 0,6 – 0,7 от его максимальной производительности.

Как правило, достичь нужного значения между давлением и производительностью высоконапорного насоса бывает достаточно трудно, поэтому между всасывающим и нагнетающим патрубками насоса рекомендуется установить дополнительный байпасный вентиль. Устройство и выполняет данную функцию, исходя из показаний ротаметра и манометра исходной воды, поступающей на установку обратного осмоса. Давление исходной воды повышается и регулируется разово при осуществлении пуско-наладочных работ. В процессе эксплуатации установки обратного осмоса необходимо просто контролировать указанные параметры исходной жидкости.

После достижения необходимого давления исходной воды она поступает на осмотические модули, в которые предварительно устанавливают мембраны. Это главный функциональный элемент установок обратного осмоса, так как именно в нем происходит разделение исходной воды на пермеат и концентрат. Концентрат на выходе из установки находится под достаточно высоким давлением, поэтому его транспортировка к месту сброса или утилизации по трубам не вызывает особых трудностей. Давление чистой воды после прохождения через мембрану обратного осмоса установки редко превышает 1 атм, поэтому, как правило, пермеат необходимо подавать в накопительную емкость, откуда с помощью повышающего насоса он транспортируется на дальнейшие стадии очистки.

Осмотические давления растворов могут достигать десятков МПа. Рабочее давление в обратноосмотических установках должно быть значительно больше, так как их производительность определяется движущей силой процесса – разностью между рабочим и осмотическим давлением. Например, при осмотическом давлении 2,45 МПа для морской воды, содержащей 3,5% солей, рабочее давление в опреснительных установках рекомендуется поддерживать на уровне 6,85–7,85 МПа.

Таким образом, в процессе обратного осмоса вода и растворенные в ней вещества разделяются на молекулярном уровне так, что с одной стороны мембраны остается пермеат (чистая вода), а все загрязнения скапливаются по другую сторону (концентрат). Обратный осмос способен очистить воду даже от самых мелких растворенных молекул загрязнений, чего не может гарантировать большинство традиционных способов фильтрации, которые основаны на других принципах работы и их основная задача – задержание механических частиц или адсорбция ряда соединений с помощью твердых веществ.

Промышленные фильтры обратного осмоса позволяют получить воду высочайшего качества с содержанием примесей не более 0,3% от исходного. Полученный пермеат можно использовать для производства (в том числе — пищевого).

Компания НПЦ «ПромВодОчистка» имеет собственное производство, где осуществляет изготовление установок обратного осмоса с производительностью по объему от 250 л/час (0,25 м³/час) до 500 000 л/час (50 м³/час). При выборе сложного комплексного устройства, включающего множество элементов, необходимо учитывать все возможные нюансы и факторы производства. Вы можете оставить заявку на бесплатную консультацию и полный расчет оборудования от наших инженеров, которые помогут вам подобрать оборудование по индивидуальным характеристикам (с учетом особенностей объекта) и осуществить поставку в наиболее сжатый срок.