Обратный осмос — процесс, в котором, при определённом давлении, растворитель (обычно вода) проходит через полупроницаемую мембрану из более концентрированного в менее концентрированный раствор, то есть в обратном для осмоса направлении. При этом мембрана пропускает растворитель, но не пропускает растворённые в нём вещества таки как соли жёсткости, сульфаты, нитраты, ионы натрия, малые молекулы, красители. Для более эффективной работы рекомендуется применение предварительных ступеней очистки (механическая очистка и микро-, ультра- или нанофильтрация), удаляющих более крупные частицы.
Предыстория промышленного обратного осмоса;
После Второй мировой войны американцы, используя немецкие наработки (наработки от 1927 года немецкой фирмы Сарториус «Sartorius»), наладили производство ацетат целлюлозных и нитроцеллюлозных мембран. В начале 1970-х годов появились первые промышленные обратно осмотические системы. Так началась эпоха промышленного обратного осмоса. Сейчас промышленный обратный осмос ассоциируется как универсальный и надежный метод очистки воды, который позволяет снизить концентрацию находящихся в воде компонентов на 96-99% и практически на 100% избавиться от микроорганизмов и вирусов.
Применение обратного осмоса:
Промышленные системы обратного осмоса (RO reverse osmosis) используются в самых различных областях:
Производство соков и напитков, производство питьевой воды, используется также в медицинской сфере, в парфюмерии, фармацевтике, при производстве целлюлозы и бумаги, опреснение морской воды для различных нужд, а также в теплоэнергетике, микроэлектронике и химической промышленности. Вода, используемая в паровых котлах на котельных (ТЭЦ, АЭС), должна содержать в себе минимальное количество растворенных веществ, в частности солей жесткости, железа и окиси кремния.
Основные термины и понятия промышленного обратного осмоса (RO)
Исходная вода – вода поступающая на установку обратного осмоса;
Пермеат – вода прошедшая стадию очистки на обратном осмосе;
Концентрат – концентрированная вода получаемая в ходе извлечения пермеата;
Антискалант – это химический реагент, предназначенный для предотвращения отложений различных солей на мембранах обратного осмоса.
Проницаемость или Удельная производительность мембраны - количество очищенной воды, проходящей в единицу времени через единицу площади мембраны. Иными словами это количество пермеата, которое может произвести 1 м2 поверхности мембраны за сутки или за час. Единицы измерения: м3/м2 * день, м3/м2 * час (метрическая система);
Селективность - определяется как процент растворенного вещества, задержанного мембраной или это способность мембраны иметь различную проницаемость по отношению к различным компонентам разделяемой смеси.
Мембранные элементы:
Мембранный элемент обратного располагается в корпусе. Корпус может вмещать от 1 до 6 обратноосмотических мембран. По своим конструктивным особенностям обратноосмотические мембраны различаются на спирально навитые и половолоконные. В настоящее время наиболее востребованы спирально навитые.
Конструктивно они представляют собой две мембраны, навивающиеся на центральную трубу, по которой отводится фильтрат (пермеат).
Основными материалами для изготовления мембран являются:
ацетаты целлюлозы, ароматические полиамиды, полисульфонамид, полиэфирсульфон, фторопласты, поливинилиденфторид, полиэтилентерефталат, полиакрилонитрил, полиамиды, полиимиды, полиэтилен, полипропилен и т.д.
Основные проблемы в работе установок обратного осмоса:
Как гласят инструкции к мембранным элементам, в среднем срок службы достигает не менее 5-ти лет при должной эксплуатации оборудования. Однако в современных реалиях наши специалисты всё чаще сталкиваются с тем, что УОО прекращает работу в спроектированном режим не прожив и 1-го года.
Давайте разберемся почему так происходит?
1) Не полноценная или отсутствие предочистки исходной воды перед подачей на УОО.
Все виды мембран предъявляют определенные требования к качеству исходной воды.
Основные показатели, которым должна соответствовать исходная вода, подаваемая на обратноосмотические мембраны:
- Мутность → до 0,6 мг/л;
- Жесткость → не более 20 мг/л;
- Солесодержание → не более 50 000 мг/л;
- Окисляемость → до 3 мгО2/л;
- рН → 3–10;
- Нефтепродукты → 0,0–0,5 мг/л;
- Хлор свободный → отсутствие;
- Марганец (Mn) → до 0,05 мг/л;
- Железо общее (Fe) → до 0,1–0,3 мг/л;
- Индекс SDI → до < 5 ед;
- Температура воды → 5–350С.
Для соблюдения вышеперечисленных требований, в зависимости от степени загрязнения исходной воды перед УОО, необходимо иметь комплексную систему предочистки (осветлительные, сорбционные, картриджные фильтра (5 мкм) и т.д.)
Примечание: когда источником исходной воды является местный гор. Водоканал, комплекс пред очистки может снизиться до минимума.
2) Игнорирование дозирования реагентов в исходную воду перед подачей на УОО.
В зависимости от качества исходного потока, индивидуально под каждую промышленную установку должны подбираться дозировки специальных реагентов, гарантирующих продление срока службы мембранных элементов.
Ассортимент реагентов для обслуживания мембранных установок включает в себя:
1. Антискалант (ингибитор отложений минеральных солей на поверхности мембран);
2. Бисульфит натрия (антиоксидант и консервант);
1) Антискалант: ингибитор солевых отложений для использования в мембранных системах обратного осмоса и нанофильтрации. Эффективность реагента достигается за счет комплексообразования с ионами минеральных солей. Реагент эффективен при высокой минерализации исходной воды. Применение реагента позволяет снизить частоту химических моек мембран. Дозируется постоянно перед мембранной установкой, дозировка зависит от качества исходной воды и варьируется в диапозоне 1-6 мг/л. Возможно разбавление реагента.
2) Бисульфит натрия: химическое соединение, кислая соль натрия и сернистой кислоты с химической формулой NaHSO3. Антиоксидант и консервант. Если источником исходной воды является водопроводная вода или перед в схеме ВПУ имеется станция дозирования гипохлорита натрия, это означает о наличии свободного хлора в воде поступающей на вход обратного осмоса. Дело в том, что активный хлор весьма отрицательно воздействует на обратноосмотические мембраны и вызывает их деструкцию (разрушение). Таким образом, для нормальной работы мембран установки обратного осмоса необходимо удаление остаточного активного хлора, осуществляемое либо фильтрованием через слой активированного угля в карбоновых фильтрах, либо дозированием в поток воды после механического фильтра сильного восстановителя, например бисульфита натрия. При простое установки более 7- дней также рекомендуется применять бисульфит натрия в качестве консервирующего раствора.
3) Периодическое проведение химических моек (кислотных и щелочных).
Химическая промывка используется для удаления загрязнений с поверхности мембран путем их растворения и/или физико-химического отделения при взаимодействии с химическим веществом. Частота промывки может изменяться в каждом конкретном случае. Оптимальным считается проведение промывки с частотой один раз в течение от 3 до 12 месяцев. Если существует необходимость проводить промывку чаще, чем один раз в месяц, необходимо усовершенствовать предочистку, применяемой перед установкой обратного осмоса, или реорганизовать работу установки.
Показатели загрязнения, свидетельствующие о необходимости промывки:
1.- Снижение расхода пермеата (производительности установки) на 15-20% от начального;
2.- Увеличение значения электропроводности пермеата на 15-20% от начального;
3.- Увеличение перепада давления между исходной водой и концентратом на 15-20% от первоначальной величины.
Очень важно выполнять химическую промывку мембран, когда они только начали загрязняться, а не после их сильного загрязнения. Сильное загрязнение может снизить эффективное воздействие промывных растворов, препятствуя их глубокому проникновению в отложения, тогда при промывке последние не удаляются с поверхности элемента.
Необходимые меры предосторожности при проведение моек:
· Химическую промывку следует выполнять в пределах рекомендуемой температуры (прописано в паспорте на поставку мембран) для обеспечения эффективности промывки и сохранения срока службы мембраны.
· При химической промывке следует выдерживать оптимальное время (прописано в паспорте на поставку мембран) воздействия химических реагентов, для сохранения эксплуатационного периода мембраны.
· Регулирование показателя рН при его минимальном или максимальном значении следует выполнять осторожно, чтобы продлить эксплуатационный срок мембраны. Оптимальный интервал pH 4-10, но допускается 2-12.
· Подача растворов для промывки должна осуществляться в том же направлении, как и подача питательной воды с целью предотвращения потери формы и повреждения элемента.
· Если осуществляется промывка многоуровневых систем обратного осмоса, наиболее эффективным является выполнять промывку каждого уровня отдельно, при этом поток очищающего раствора должен быть оптимизирован, а отложения из первых уровней не должны проходить через последующие стадии.
· Только обессоленной водой осуществляется промывание после кислотных и щелочных моющих веществ.
· Из соображений безопасности, убедитесь, что гибкие шланги и трубопроводы предназначены для работы при температуре, давлении и pH, при которых будет проводиться химическая промывка.
Реагенты применяющиеся при проведении промывочных работ:
a. Щелочной раствор: Концентрированный щелочной реагент для отмывки мембран. Эффективно удаляет биопленки, отложения кремниевой кислоты и других соединений, растворяющихся в щелочной среде.
b. Кислотный раствор: Концентрированный кислотный реагент для отмывки мембранных установок обратного осмоса от минеральных отложений. Эффективно удаляет с поверхности мембран оксиды металлов, гидроокиси и соли жесткости, а также соли бария. Максимальной щадящий по отношению к материалам обратноосмотических мембран, не разрушает полиамидный и селективный слой композитной мембраны. Обеспечивает высокую производительность и продолжительность работы мембран. Ориентировочная периодичность промывки: 1 раз в 3 месяца.
