Технология обратного осмоса

Для производств, работающих в некоторых сферах (таких, как фармацевтика), критически важно качество используемой воды — она должна быть максимально чистой. Очевидно, что городские сети водоснабжения не могут обеспечить ее подачу, и потому перед попаданием на производственную линию жидкость подвергается очистке. Способов фильтрации воды существует множество, однако ни один из них по эффективности не может сравниться с обратным осмосом. Именно эта технология применяется в случаях, когда от сырья требуется максимально возможная чистота.

ИСТОРИЯ

Механизм осмоса (прохождения жидкостей через непроницаемую мембрану) открыл в 1748 году французский физик Жан-Антуан Нолле. Применение этого явления для очистки воды началось существенно позже — уже после Второй мировой войны.

В 1959 году ученые из Калифорнийского университета (Лос-Анджелес) Сидни Лёб и Сриниваса Сурираджан создали из целлюлозных волокон первый прототип полупроницаемой мембраны, которая подходила бы для очистки воды. Первые серьезные испытания были проведены после некоторых доработок уже в 1965 году. Дальнейшее развитие технологии привело к появлению в 1978 году FT-30 — мембраны, которая могла полноценно использоваться для опреснения морской воды. Именно ее конструкция стала основой для дальнейших разработок в этой сфере.

ПРИНЦИП РАБОТЫ ОБРАТНОГО ОСМОСА

Обратный осмос — это процесс, который происходит при подаче раствора (обычно — водного) под давлением на полупроницаемую мембрану. При этом часть растворителя проникает через нее, а другая часть вместе с примесями остается в первом резервуаре. Во второй емкости оказывается почти идеально чистый растворитель.

В случае, если метод обратного осмоса используется для очистки воды, применяется мембрана с особыми свойствами. Она представляет собой тончайшую пленку с перфорацией; размер отверстий — около 0,0001 мкм (микрометра). Для сравнения: толщина волоса взрослого человека — 50 мкм или в 500 тысяч раз больше. 

Поры настолько малы, что через них не могут свободно проходить даже молекулы воды величиной 0,00027 мкм. Однако, если на раствор действует достаточно высокое давление, то небольшие частицы все же проникают через мембрану. При этом более тяжелые молекулы и соединения из-за гидратной оболочки (которая возникает при растворении) все еще не могут пройти через поры. 

В итоге по одну сторону мембраны оказывается чистая вода с предельно малой долей примесей (фильтрат или пермеат), а по другую — загрязненная жидкость, которая отправляется в дренаж (концентрат). Соотношение при этом может составлять до 30/70, что делает обратный осмос не самым экономичным способом очистки. 

При этом наилучших результатов удается достичь в том случае, если осмотическая установка оснащена подходящей системой предварительной очистки. 

«Лучше всего обратный осмос удаляет растворенные соли. Он может убирать и твердые примеси — но, чтобы мембрана прослужила расчетный срок, нужно удалять только растворенные вещества: различные соли металлов, какие-то другие растворенные элементы».

— Балобанов Александр Сергеевич, ведущий инженер-технолог  ООО «НПЦ ПромВодОчистка»

ПЛЮСЫ И МИНУСЫ ОБРАТНОГО ОСМОСА

Идеального способа очистки воды не существует: каждая технология обладает своими преимуществами и недостатками. Обратный осмос — не исключение. 

ПРЕИМУЩЕСТВА

Главное преимущество установок обратного осмоса перед другими методами очистки воды — потрясающая эффективность. Концентрация примесей в фильтрате составляет не более 1—2% от изначальной; остальные соли, металлы и минеральные вещества остаются в концентрате. 

В качестве подтверждения этому можно привести исследование, проведенное саранскими учеными. Они довели концентрацию фтора в воде до 15,3 мг/л, что в десять раз выше предельно допустимой концентрации (ПДК) согласно СанПиН 1.2.3685-21. После однократной фильтрации через систему обратного осмоса концентрация снизилась до 0,304 мг/л, что оказалось в пять раз ниже уровня ПДК.

Также можно выделить и другие достоинства этой технологии:

• сравнительно низкая стоимость эксплуатации и обслуживания на фоне других систем водоподготовки;
• совместимость с другими системами фильтрации;
• гибкость — технологию можно адаптировать практически для любых условий.

Последний пункт стоит выделить особо. Даже учитывая тот факт, что система обратного осмоса обойдется дешевле других вариантов водоподготовки, стоимость такой установки можно сделать еще ниже. О том, как это сделать, мы рассказали в другой статье. 

НЕДОСТАТКИ

При всех перечисленных преимуществах обратного осмоса как способа очистки воды от загрязнений и примесей, из существенных недостатков этой технологии можно привести лишь один — высокий расход воды. Однако, при грамотном проектировании расположения фильтров различных типов можно снизить затраты до приемлемого уровня. 

ГДЕ ИСПОЛЬЗУЕТСЯ ТЕХНОЛОГИЯ ОЧИСТКИ ОБРАТНЫМ ОСМОСОМ

Сравнительно небольшая стоимость и, вместе с тем, высокая эффективность очистки воды делает установки обратного осмоса востребованными во многих отраслях промышленности, а также некоторых других сферах. 

Так, системы этого типа будут незаменимы для фармацевтического производства, когда для производства лекарств требуется идеально чистая вода с предельно низкой концентрацией примесей. В этой ситуации повышенным расходом сырья, безусловно, можно пренебречь. Это же относится и к случаям с научно-исследовательскими лабораториями: наличие серьезного количества примесей может повлиять на результаты их работы.

Активно используются установки обратного осмоса и в пищевой промышленности. Небольшие системы, с производительностью до 2 кубометров в час, подходят для предприятий общепита и небольших производств. Этого вполне хватит для того, чтобы закрыть потребности в чистой воде высокого качества. 

Для крупных промышленных производств (например, в химической отрасли) подойдут системы с увеличенной производительностью. Типовые модели способны выдавать до 50 м³ фильтрата в час; НПЦ «ПромВодОчистка» также занимается индивидуальным проектированием установок обратного осмоса — в том числе, и с большей производительностью.

Также системы этого типа применяются для подготовки воды в других сферах — энергетике, жилищно-коммунальном хозяйстве, а также на промышленных производствах для очистки сточных вод перед сбросом. Наконец, эта технология зарекомендовала себя в качестве эффективного способа опреснения воды.