Что такое пермеат и концентрат

Обратный осмос и нанофильтрация

История

С тех пор, как были разработаны методы обратного осмоса (ОО) и ультрафильтрации (УФ) в конце 50-х – начале 60-х гг прошлого века, спектр их применения постоянно расширялся. Изначально обратный осмос использовался для обессоливания морской и солоноватой воды. Повышение требований к промышленным предприятиям по сбережению воды, снижению расхода электроэнергии, контролю загрязнений и переработке отходов с целью повторного использования сделали новые применения обратного осмоса экономически привлекательными. Кроме того, благодаря прогрессу в биотехнологии и фармацевтике, вместе с продолжающимся прогрессом в развитии мембран, мембраны в настоящее время представляют собой важный этап для сепарации воды и примесей, который является более энергосберегающим, чем дистилляция, и не приводит к разрушению продуктов под действием температуры.

В целом, в настоящее время мембраны обратного осмоса делают возможным более интенсивное удаление солей при значительно меньшем рабочем давлении и, следовательно, меньших затратах. С помощью нанофильтрационной мембранной технологии можно удалять определённые соли и соединения при сравнительно низких рабочих давлениях.

Технологии мембранной очистки и их применение

Мембранные технологии обратного осмоса (ОО) и нанофильтрации (НФ) получили широкое признание в качестве наиболее эффективных и экономичных из доступных в настоящее время процессов. Обратный осмос и нанофильтрация способны очищать пресную, солоноватую, морскую воду из большинства естественных источников. Комбинация различных типов фильтрации и их ступеней очистки позволяет получать фильтрат, соответствующий большей части требований разных отраслей промышленности и питьевому качеству.

Различают по качеству воду, используемую для хозяйственно-питьевых нужд, для пищевой промышленности, орошения полей, для животноводства и др. отраслей народного хозяйства; для охлаждения элементов технологических агрегатов, пара, жидких и газообразных продуктов в холодильниках и конденсаторах; для нужд энергообеспечения населения и предприятий (питание паровых котлов); технологических целей промышленности; заводнения нефтяных пластов и т. д. За счёт применения ОО и НФ по отдельности, в сочетании друг с другом или с другими процессами, например, ионным обменом, можно снизить эксплуатационные затраты на реагенты, количество и качество сбрасываемых стоков. ОО занял свое место для производства сверх чистой воды, применяющейся в производстве полупроводников, энергетике (вода для подпитки котлов) и для медицинских/ лабораторных целей.

Различные технологии фильтрации, существующие в настоящий момент, можно классифицировать по размеру частиц, удаляемых из потока исходной воды. Традиционная макрофильтрация предназначена для очистки от взвешенных веществ и представляет собой пропуск исходной воды через фильтрующую загрузку. Очищаемая вода проходит через весь слой загрузки, а взвешенные вещества и грубодисперсные примеси оседают на поверхности или в объеме загрузки. Примерами такой фильтрации служат патронные фильтры, мешочные фильтры, песчаные фильтры и многослойные фильтры (фильтры с разнородной загрузкой). Разделяющая способность макрофильтрации обычно ограничивается удалением нерастворенных частиц крупнее 1 мкм. Для удаления мелких частиц и растворенных солей используются разные виды мембранной очистки.

При мембранной очистке исходная вода подается под давлением, поток воды проходит параллельно мембранной поверхности. Часть этого потока проходит через мембрану, оставляя задержанные частицы на поверхности или же задержанные примеси в концентрированном виде выводятся с отдельным потоком, называемым концентратом. Так как поток через мембранную поверхность проходит непрерывно, задержанные частицы не скапливаются, а отводятся с потоком концентрата. Таким образом, один поток исходной воды разделяется на два: поток очищенной воды (пермеат) и поток, насыщенный примесями (концентрат). По рейтингу фильтрации мембранная очистка делится на: микрофильтрацию, ультрафильтрацию, нанофильтрацию, обратный осмос.

Микрофильтрация (МФ)

Микрофильтрация позволяет удалять частицы в диапазоне приблизительно 0,1–1 мкм. В целом, взвешенные частицы и крупные коллоидные частицы задерживаются, в то же время макромолекулы и растворенные твёрдые частицы проходят через МФ мембрану. МФ применяется для удаления бактерий, хлопьевидных материалов или общей взвеси. Рабочее давление обычно составляет около 0,7 бар.

Ультрафильтрация (УФ)

Ультрафильтрация позволяет удалять частицы в диапазоне приблизительно от 20 до 1000 Ангстрем (до 0,1 мкм). Все растворенные соли и более мелкие молекулы проходят через мембрану. Вещества, задерживаемые мембраной, включают коллоиды, белки, микробиологические загрязнения и крупные органические молекулы. Большая часть УФ мембран имеет рейтинг по молекулярной массе между 1000 и 100 000 Ангстрем. Рабочее давление обычно составляет около 1–7 бар.

Нанофильтрация (НФ)

Нанофильтрация позволяет удалять частицы в размером в нанометры, отсюда и термин «нанофильтрация». Нанофильтрация представляет собой средний процесс между ультрафильтрацией и обратным осмосом. Молекулы органических веществ с молекулярной массой 200–400 задерживаются. Кроме того, задерживаются растворенные соли на 20–98 %. Соли, содержащие одновалентные ионы (например, хлорид натрия или кальция), задерживаются на 20–80 %, в то время как соли с двухвалентными анионами (например, сульфат магния), задерживаются в большей степени (90–98 %). НФ используется для удаления цветности и общего органического углерода из поверхностных вод, удаления жёсткости или радия из артезианской воды, общего снижения содержания растворенных веществ. Рабочее давление обычно составляет около 3,5–16 бар.

Обратный осмос (ОО)

Обратный осмос представляет собой самый тонкий уровень фильтрации. ОО мембраны служат барьером для всех растворенных солей, а также для веществ с молекулярным весом более 100. Молекулы воды, наоборот, свободно проходят через мембрану, благодаря чему на выходе создаётся поток чистой воды. Задержание растворенных солей обычно составляет 95 %–99,9 %. Рабочее давление ОО обычно варьируется от 5 бар для солоноватой воды и до 84 бар для морской воды.

Принципы работы обратного осмоса и нанофильтрации

Как работает обратный осмос

Явление осмоса можно увидеть, если в одну часть сосуда, разделенного полупроницаемой мембраной, налить чистую воду, а в другую — соленую. Термин «полупроницаемая» означает, что мембрана является проницаемой для одних частиц и непроницаемой для других. Если использовать мембрану проницаемую только для молекул воды, то она не будет пропускать через себя растворенные в воде соли. Спустя некоторое время можно будет заметить, что концентрации в обеих частях сосуда выравниваются. Таким образом происходит явление осмоса — чистая вода проходит через полупроницаемую мембрану в сторону концентрированного раствора и концентрации выравниваются. Это явление естественно, т. к. любая система стремится к равновесию.

Из рисунка видно, что в результате осмоса увеличивается высота столба жидкости в той части сосуда, где находился соленый концентрированный раствор. Высота будет увеличиваться до тех пор, пока давление столба жидкости (соляного раствора) не будет достаточно высоким, чтобы поток воды остановился. Прилагаемое давление, при котором поток воды через мембрану остановится, называется осмотическим давлением. Если к жидкости приложить ещё большее давление, поток воды через мембрану может развернуться в обратном направлении. На этом и основан термин «обратный осмос». В результате воздействия давления из соляного раствора через мембрану будет выходить только чистая вода, так как соли мембрана не пропускает.

Как работает нанофильтрация

Нанофильтрационная мембрана не является абсолютным барьером для растворенных солей. Степень пропускания солей может быть низкой или высокой в зависимости от типа соли и типа мембраны. Нанофильтрационные мембраны с низкой проницаемостью имеют почти такое же рабочее давление, что и обратный осмос. Нанофильтрационные мембраны с высокой проницаемостью работают при более низком давлении. На практике обратный осмос и нанофильтарция применяются с тангенциальным процессом фильтрации. С помощью насоса высокого давления исходная вода непрерывно подается в систему мембран при повышенном давлении. Внутри мембранной системы исходная вода разделяется на поток с низким содержанием солей — очищенный продукт, называемый пермеатом, и высококонцентрированный поток, называемый концентратом. Клапан регулирования потока, называемый клапаном концентрата, регулирует выход пермеата.

При описании процессов обратного осмоса/ нанофильтрации обычно используются следующие термины.

Выход пермеата — процент получаемой очищенной воды (пермеата) от исходной воды, поступающей на мембранную очистку. Определенное значение выхода достигается регулированием расхода концентрата с помощью вентиля на концентрате. Выход пермеата фиксируется на максимальном уровне, при котором расход по пермеату является максимальным, но при этом исключается осаждение солей на поверхности мембран.

Степень очистки — процент растворённых веществ, удалённых на мембране из исходной воды. При обратном осмосе важно, чтобы степень удаления общего растворённого вещества была высокой, в то время как при нанофильтрации степень очистки от разных веществ может быть различной, например, возможна низкая степень удаления жёсткости и высокая степень удаления органического вещества.

Проскок — термин, противоположный термину «степень задержания», т. е. процентная доля растворенных (загрязняющих) веществ, содержащихся в — исходной воде, пропускаемых мембраной.

Пермеат — очищенная вода, полученная в результате мембранной очистки.

Расход (производительность) — расходом по исходной воде называется скорость потока исходной воды в м 3 /ч, подаваемой в мембранный элемент или систему мембран. Производительность по концентрату — скорость концентрированного потока в м 3 /ч на выходе из мембранного элемента или мембранной системы. Производительность по пермеату — скорость потока по фильтрату (пермеату) в м 3 /ч на выходе из мембранного элемента или мембранной системы.

Удельная производительность — скорость потока пермеата, проходящего через единицу мембранной площади, обычно измеряется в литрах на квадратный метр (л/м 2 ×ч).

Факторы, влияющие на работу обратного осмоса и нанофильтрации

Удельная производительность по пермеату и степень очистки — ключевые параметры, на которые обращают внимание при проектировании установок обратного осмоса или нанофильтрации. В основном на удельную производительность и степень очистки мембранной системы влияют несколько параметров, а именно:

Для предоставления технико-коммерческого предложения необходимо заполнить форму заказа.

В этом разделе:

©АО Ионообменные технологии, 2015

+7 (495) 627–57–59
г. Москва, ул. Барклая, д. 13, стр. 2, этаж 5, ком. 37

Источник

Промышленные системы фильтрации воды. Обратный осмос.

Здравствуйте уважаемые читатели! Спасибо Вам за проявленный интерес к вопросам водоподготовки и очистки воды.

В данной обзорной статье, будем рассматривать, что такое Обратный осмос, Мембраны промышленного обратного осмоса и их виды, виды загрязнений обратноосмотических мембран, как очищаются обратноосмотические мембраны.

Хочу предупредить, что статья обзорная и не будет подробного переписывания из книг и статей.

Часть 2.- Мембраны промышленного обратного осмоса и их виды.

Часть 3.- Виды загрязнений обратноосмотических мембран.

Часть 4.- Как очищаются обратноосмотические мембраны.

Список используемой литературы.

Часть 1. Что такое промышленный обратный осмос и из чего он состоит.

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, о них знали и в СССР, например книга Москва: Стройиздат,1978 год Ясминов А.А. Орлов А.К., Карелин Ф.И., Рапопорт Я.Д. «Обработка воды обратным осмосом и ультрафильтрацией» или еще одна книга Москва: Химия,1978 год Дытнерский Ю.И. «Обратный осмос и ультрафильтрация». Так началась эпоха промышленного обратного осмоса. Сейчас промышленный обратный осмос ассоциируется как универсальный и надежный методов очистки воды, который позволяет снизить концентрацию находящихся в воде компонентов на 96-99% и практически на 100% избавиться от микроорганизмов и вирусов.

Промышленный обратный осмос (RO)

Промышленный обратный осмос (RO reverse osmosis), является технологией, в которой, при определённом давлении, вода проходит через полупроницаемую мембрану из более концентрированного раствора в менее концентрированный раствор, то есть в обратном для осмоса направлении (рисунок 1).

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 (рисунок 2.)

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 элементы промышленного обратного осмоса (RO)

1.- Каркас нержавеющей стали

3.- манометры давления на основных линях,

4.- 5-микронный механический фильтр

5.- Корпус для мембран (на рисунке их 3 шт.)

7.- Насос и бак для химической мойки мембран

8.- Станция дозирования антискаланта

9.-Станция дозирования метабисульфита (поглощение хлора)

10.- Бак накопитель пермеата.

Так в Базовую комплектацию по мимо перечисленного выше еще входит

11.- реле для защиты от «сухого хода» насоса;

12.- ротаметры на пермеатной и концентратной линии

Можно поставить практически все, например Блок контроля солесодержания и температуры.

Основные термины и понятия промышленного обратного осмоса (RO)

Исходная вода – вода поступающая на установку обратного осмоса

Пермеат – «чистая» вода

Антискалант – это химический реагент, предназначенный для предотвращения отложений различной природы на мембранах обратного осмоса.

Часть 2. Мембраны промышленного обратного осмоса

Источник

Ультрафильтрация

Чтобы получить качественный продукт, необходимо прибегнуть к различным способом обработки молока. В промышленности создано большое количество методов очистки сырья. Благодаря этому пользователи не беспокоятся о качестве готовых товаров, ведь каждый из них полностью соответствует нормам и стандартам. О них мы и расскажем далее.

Тонкости обработки

Ультрафильтрация молока (УФ) – вид мембранной системы очистки при переработке цельного, сквашенного и сепарированного сырья. Благодаря процессу из жидкости выделяются белки и сыворотка. УФ распределяет коллоидные элементы в высокомолекулярные вещества размером 1–10 мкм. Очистку производят под давлением 0,1–0,5 Мпа.

Многие покупатели при осмотре упаковки интересуются, что такое ультрафильтрация и для чего используется данный метод. УФ проводят для получения сгустка молочных белков. Готовый продукт сушится и применяется при выпуске напитков, десертов, мороженого и других изделиях.

Также данную очистку делают для нормализации по белку, что востребовано производителями сыра.

Некоторые изготовители применяют метод стандартизации жидкости. При этом уменьшается концентрация белка. К такому способу прибегают, готовя сыр Фета. Во время производства последнего в концентрированную смесь добавляют закваску, после чего закрывают в таре и поддерживают необходимую температуру.

Выпуская йогурты для подготовительного насыщения сырья, также используют ультрафильтрационные системы.

УФ — процесс, приобретший популярность своей экономичностью. Специальные полупроницаемые перепонки разделяют молоко на два потока. Мембраны дают возможность очистить жидкость от микроорганизмов почти на 100%.

Кроме ультрафильтрации, существуют еще несколько видов «процеживания»:

Первый способ используют для очистки от элементов около 1 нм. По отношению к содержанию ионов, высчитывается степень застопоривания частиц. Его применяют при деминерализации сыворотки (частичном обессоливании).

Микрофильтрация – очищение элементов от 0,1 до 1 мкм. Взвешенные и большие коллоидные частицы сохраняются в концентрате, а макромолекулы и разжиженные крупицы проходят сквозь перегородку. Применяется как прохладная стерилизация рассола для посолки сыров, обезжиренного молока и сыворотки.

Последний вид – мембраны препятствуют органическим, неорганическим молекулам и растворимым солям до 0,0005 мкм. Осмос применяется при глубокой очистке и пропускает только жидкость. Используется для концентрации практически всех компонентов сыворотки и молочного сырья.

Процесс разделения составляющих молока: что такое пермеат и ретенант

Сырье пропускается под давлением через мембраны на установках. В результате происходит его деление на фракции.

Когда скопление определенных компонентов уменьшается – это называется пермеатом (фильтратом), а увеличивается – ретентатом (концентратом).

Первый продукт является обеззараженным. При одноступенчатой очистке получается примерно 95% пермеата. При многоступенчатой обработке – до 99,5% от объема входящего обезжиренного молока.

В жидком УФ-пермеате содержатся микро- и макроэлементы, витамины и лактоза. В результате осушки получается безводный фильтрат. Последний имеет характеристики лучше сывороточного, тем самым придавая более приятный вкус изделиям.

Пермеат расходуют для нормализации в продуктах количества белка. Есть и возможность снизить показатели последнего. Также производители готовят обезжиренное стандартизированное молоко, в том числе и сухое.

Фильтрат иногда подменяет высушенную сыворотку во время изготовления некоторых пищевых продуктов.

Ретентат – это концентрат молочного белка (подсгущенная сыворотка). В веществе содержание казеина, жира и коллоидных солей увеличивается параллельно происходит удаление пермеата.

Другими словами: данный способ – это когда молоко прошло сквозь мембрану; ретентат – элементы, которые не просочились через фильтр (остались бактерии и споры).

Оставшийся концентрат смешивают со сливками и в течение нескольких секунд подвергают термообработке (120–130 °С). Тепло убивает бактерии. Далее ретентат добавляется в пермеат, и сырье попадает в пастеризатор.

Производители сыров повышают качество продукта, благодаря описанным действиям. После пастеризатора полученное вещество передается в специальные сырные ванны.

Концентрат позволяет решить проблемы при производстве творога и сыров:

УФ используется при переработке сыворотки и молока. Установка позволяет отделить лактозу, минералы и сосредоточить белки. Заблаговременная концентрация с помощью УФ делает больше долю сухих веществ, примерно от 12,5% до 16% и может увеличить в два раза производительность следующих стадий.

Функции УФ-обработки

Как уже сообщалось, процесс ультрафильтрации избавляет молоко от микроорганизмов. Из продукта удаляются возбудители, которые приведут к порче. Специальные установки оснащены фильтрами с микроскопическими отверстиями. УФ-стерилизация помогает сохранить вкусовые качества и пищевую ценность итоговых продуктов.

Специалисты сообщают, что важно соблюдать условия для получения хороших концентратов по микробиологическим показателям:

Для уничтожения микроорганизмов подойдет 10°С или более 50°С. В большинстве случаев отдается предпочтение последнему температурному режиму, при нем обеспечивается высокая производительность установок. УФ проводят на молочном сырье, прошедшем тепловую обработку в течение 15-20 минут на 65°С или 74 ± 2°С за 15–20 с.

К функциям фильтрации относят фракционирование (ректификацию). Таким способом жидкость делится с помощью мембран на 2 вида: пермеат и ретентат.

Фракционирование — это многостадийная и последовательная операция, которая проводится для разбора:

Также вследствие УФ на мембранах сгущается молочный жир. Фильтрацию делают для получения концентрированного молока и сывороточного белка. Содержание последнего в сухом веществе колеблется в пределах от 34 до 85%.

Этап нормализации по белку очень значим в выпуске сыра из-за нестабильной сезонности. УФ позволяет сконцентрировать молоко с закрепленным уровнем протеина, тем самым увеличив выход продукта.

Во время ультрафильтрации при сгущении жидкости получается концентрат с высоким содержанием белка. Произведенные продукты, с различным содержанием протеинов, высушиваются и реализуются в сухом виде. Такой концентрат становится основой в изготовлении напитков, мороженого и молочных десертов.

После термических процессов, УФ-технологии помогают удалить из жидкости кальций. Фильтрат просушивается на установках обратного осмоса или нанофильтрации. Далее фосфат убирают в ультрафильтрационных приборах.

После этого приборы УФ удаляют часть лактозы. Следующий этап — добавление фермента (лактаза), убирающего остатки указанных углеводов до 0,01%. Сладость полученной жидкости становится меньше.

Безлактозное молоко употребляется людьми, страдающими непереносимостью данного углевода. При этом изготовители стараются придерживаться технологий, обеспечивающих сохранение вкуса.

Направления использования

УФ включает в себя несколько методов обработки. Они используются для:

Также существуют направления использования ретентата при обработке:

Молочный продукт, прошедший УФ, используется при изготовлении сыров, мороженого, различных десертов и напитков. Благодаря процессу, продукты хранятся дольше, не теряя свой вкус.

Источник

Обратный осмос

3. Решаемые проблемы

4. Области применения

6. Типы обратного осмоса

7. Устройство. Схемы

10. Рекуперация энергии

1. Описание явления обратного осмоса

Явление осмоса лежит в основе обмена веществ всех живых организмов. Благодаря ему в каждую живую клетку поступают питательные вещества и, наоборот, выводятся шлаки.

Явление осмоса наблюдается, когда два соляных раствора с разными концентрациями разделены полупроницаемой мембраной.

Если по разные стороны полупроницаемой мембраны находятся солесодержащие растворы с разной концентрацией, молекулы воды будут перемещаться через мембрану из слабо концентрированного раствора в более концентрированный, вызывая в последнем повышение уровня жидкости. Из-за явления осмоса процесс проникновения воды через мембрану наблюдается даже в том случае, когда оба раствора находятся под одинаковым внешним давлением.

Разница в высоте уровней двух растворов разной концентрации пропорциональна силе, под действием которой вода проходит через мембрану. Эта сила называется «осмотическим давлением».

В случае, когда на раствор с большей концентрацией воздействует внешнее давление, превышающее осмотическое, молекулы воды начнут двигаться через полупроницаемую мембрану обратного осмоса в обратном направлении, то есть из более концентрированного раствора в менее концентрированный.

Этот процесс называется «обратным осмосом». По этому принципу и работают все мембраны обратного осмоса.

Вещества разделяются на молекулярном уровне, при этом с одной стороны мембраны накапливается практически идеально чистая вода, а все загрязнения остаются по другую ее сторону. Таким образом, обратный осмос обеспечивает гораздо более высокую степень очистки, чем большинство традиционных методов фильтрации, основанных на фильтрации механических частиц и адсорбции ряда веществ с помощью активированного угля.

Установки обратного осмоса в наличии на складе:

Модель

Произв-ность,
м3/час

Мощность,
кВт

Вес, кг

Габариты, мм

2. Назначение

Система обратного осмоса предназначена для глубокой очистки и обессоливания воды, удаления органических соединений, микроорганизмов, взвесей, для подготовки воды хозяйственно-бытового, промышленного и питьевого назначения.

А также применяется на объектах:

3. Решаевые проблемы

Обратноосмотическая мембрана очень хорошо отделяет неорганические вещества. В зависимости от типа применяемой мембраны (ацетатцеллюлозная или тонкопленочная композитная) степень очистки составляет по большинству неорганических элементов 85%-98%.

В то же время, мембрана пропускает растворенные в воде кислород и другие газы, определяющие ее вкус. В результате, на выходе системы обратного осмоса получается свежая, вкусная, настолько чистая вода, что она, строго говоря, даже не требует кипячения.

Ниже приведены ориентировочные показатели, которым должна соответствовать исходная вода, подаваемая на обратноосмотические мембраны (наличие некоторого диапазона обусловливается требованиями разных производителей мембран):

4. Области применения

Наиболее актуальными на сегодняшний день применениями фильтров обратного осмоса считаются:

— обессоливание, снижение минерализации (опреснение) подземных вод;

— опреснение морской воды;

— приготовление технологических растворов специального применения в промышленности;

— отделение ценных компонентов из растворов (концентрирование);

— концентрирование растворенного вещества.

Основным направлением использования обратного осмоса является очистка воды, главным образом, обессоливание солоноватых вод и особенно морской воды с целью получения питьевой воды. Другой важной областью применения обратноосмотических установок является использование обратного осмоса как стадии предварительного обессоливания воды при производстве ультрачистой воды для полупроводниковой, медицинской и теплоэнергетической отраслей промышленности.

На стадии концентрирования обратный осмос широко используется в пищевой промышленности (концентрирование фруктовых соков, сахара, кофе) и в молочной промышленности (для концентрирования молока на начальной стадии сыроделия), а также при очистке сточных вод (в гальванике для концентрирования гальваностоков).

Сравнение методов обессоливания (ионный обмен и обратный осмос)

Обратный осмос

Преимущества:

— очень высокое качество получаемой воды, которое обусловлено весьма «мягкими» с физико-химической точки зрения условиями проведения процесса;

— неограниченная производительность (путем набора стандартных модулей и блоков) и одновременно – небольшие габариты;

отношение: производительность/габариты – лучшее по сравнению с другими методами обессоливания – дистилляцией, ионообменом, электродиализом;

— относительно низкие эксплуатационные расходы;

— малый расход ингибиторов отложений и реагентов для отмывки отложений на мембранах;

— низкая энергоемкость (процесс осуществляется без фазовых переходов, и, следовательно, энергия требуется лишь для создания градиента давления и рециркуляции раствора);

— возможность почти во всех случаях сброса концентрата в канализацию (в окружающую среду) без обработки.

Недостатки обратного осмоса:

— необходима тщательная предподготовка воды для обеспечения большой производительности мембран и длительного срока их службы;

— большой объем сбрасываемого концентрата (с учетом компоновочных решений расход пермеата может составить 75–80% исходной воды, концентрат – 20–25%) и, следовательно, значительный расход исходной воды;

— большие капитальные затраты;

-желательный непрерывный режим работы установок.

Ионообмен

Преимущества:

— возможность получения воды очень высокого качества (многоступенчатые установки), в том числе для котлов любого давления и промывки печатных плат электронного оборудования;

— способность работать при резко меняющихся параметрах питающей воды;

— небольшие капитальные и энергозатраты;

— небольшой объем воды на собственные нужды, особенно у противоточных фильтров;

Недостатки:

— относительно большой расход реагентов, особенно у натрий-катионитных фильтров;

— эксплуатационные расходы увеличиваются пропорционально солесодержанию исходной воды и при необходимости уменьшать предел обессоливания обработанной воды;

— в зависимости от качества исходной воды требуется предподготовка – иногда весьма сложная;

— необходима обработка сточных вод и сложности с их сбросом.

5. Принцип работы

В обратноосмотической технологии используется полупроницаемая мембрана, которая пропускает только молекулы воды и задерживает молекулы загрязняющих веществ. Наиболее часто в технологии обратного осмоса используется процесс, известный как перекресное течение, что позволяет мембране самоочищаться. В то время, как часть жидкости проходит через мембрану, другая ее часть двигается в обратном направлении, вымывая из мембраны обратного осмоса задержанные частички.

В процессе обратного осмоса требуется движущая сила, которая будет проталкивать жидкость через мембрану, наилучшим вариантом является давление, создаваемое помпой. Чем выше давление, тем больше движущая сила.

Установки обратного осмоса способны задерживать бактерии, соли, сахара, протеины, частицы, красители и другие загрязняющие вещества, молекулярная масса которых больше 150-250 далтонов.

Разделение ионов обратным осмосом происходит с участием заряженных частиц. Это значит, что расстворенные ионы, которые несут заряд, равный зараряду солей, более вероятно будут отброшены мембраной, чем те, которые не заряжены, например органика. Чем больше заряд частицы и ее размер, тем выше вероятность того, что она будет отброшена мембраной.

6. Типы обратного осмоса

В современной водоподготовке используются три основных типа мембран обратного осмоса: целлюлозные (CA) и 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

— работоспособность при высоких давлениях

— стойкость в широком диапазоне pH и температуры

— устойчивость к воздействию химических веществ, в том числе окислителей (таких, как

— биологическая стойкость к бактериям

— низкая адгезия поверхностного слоя к осаждаемым веществам

Целлюлозные мембраны появились первыми, и именно на них в конце 1950-х годов был продемонстрирован принцип обратного осмоса. Эти мембраны асимметричны и состоят из тонкого плотного поверхностного слоя (от 0,2 до 0,5 мкм) и толстой пористой подложки. Задержка растворенных веществ осуществляется тонким плотным слоем и пористой подложкой, обеспечивающей прочность конструкции.

Ацетат целлюлозы может использоваться в листах или в виде полых волокон. Мембраны из ацетата целлюлозы недороги и просты в изготовлении, но имеют ряд ограничений. Асимметричная структура делает их восприимчивыми к уплотнению при высоких давлениях и, особенно при повышении температуры. Уплотнение происходит, когда тонкий плотный слой мембраны утолщается за счет слияния с толстой пористой подложкой, что приводит к сокращению потока продукта.

Мембраны из ацетата целлюлозы подвержены гидролизу и могут использоваться только в ограниченном диапазоне pH (самые низкие значен ия рН от 3 до 5, а самые высокие рН от 6 до 8, в зависимости от производителя). При температуре выше 35°C они начинают разрушаться, а также они уязвимы для атак бактерий.

Мембраны из ацетата целлюлозы имеют высокую проницаемость для воды, но плохо задерживают загрязнения с низким молекулярным весом.

В последствии были разработаны мембраны из триацетата целлюлозы с улучшенными характеристиками селективности по соли, сниженной чувствительностью к рН, высокой температуре и микробным атакам. Тем не менее, мембраны из триацетата целлюлозы имеют более низкую водопроницаемость, чем мембраны из ацетата целлюлозы. Чтобы получить желаемые характеристики обеих мембран, были разработаны смеси триацетата целлюлозы и ацетата целлюлозы.

Мембраны из армированного полиамида (е полиамидные мембраны) с полой конфигурацией волокна были впервые разработаны компанией Дюпон. Как и целлюлозные мембраны, они имеют асимметричную структуру с тонкой (от 0,1 до 1,0 мкм), плотной пленкой и пористой подложкой.

Полиамидные мембраны, в отличие от целлюлозных, имеют лучшую биологическую стойкость и менее восприимчивы к воздействию гидролиза. Они могут работать даже выше диапазона рН от 4 до 11, но постоянное использование на краях этого диапазона может привести к началу необратимого разрушения мембраны.

Оболочка этих мембран может выдерживать более высокие температуры, чем у целлюлозных. Однако, как и целлюлозные, они уплотняются при высоких давлениях и температурах. У них лучше селективность по NaCl и органическим веществам.

Основным недостатком полиамидных мембран является то, что они подвержены разрушению под воздействием окислителей, таких как свободный хлор.

Тонкопленочные композитные мембраны изготавливаются путем формирования тонкой и плотной поверхностной пленки (с большим сопротивлением по потоку для растворенных веществ) поверх пористой подложки.

Конструкционные материалы и технологические процессы для изготовления этих двух слоев могут быть различными и оптимизируются с целью получения лучшего сочетания большого потока воды и низкой проницаемости для растворенных в ней веществ.

Характеристики потока пропускаемой воды и сопротивляемости растворенным в ней веществам в основном определяются тонким поверхностным слоем, толщина которого колеблется в пределах от 0,01 до 0,1 мкм.

7. Устройство обратного осмоса.

Первой стадией процесса обратного осмоса является тонкая очистка исходной воды от механических примесей. Обычно для этого используются фильтры патронного типа, размещаемые в однопатронных или мультипатроных фильтродержателях, в зависимости от производительности ОО-установки. Данный фильтр относится к фильтрам периодического действия, работающим под давлением. Механизм работы патронных фильтрующих элементов относится к глубинной и/или поверхностной фильтрации, т.е. механические примеси, задерживаемые фильтрующим элементом, накапливаются внутри слоя фильтрующей перегородки.

Вода, очищенная на патронных фильтрах, подается на насос высокого давления, назначением которого является достижение давления исходной среды расчетного давления для осуществления массообменных процессов, протекающих на полупроницаемых обратноосмотических мембранах. Подбор высоконапорного насоса производится исходя из его рабочей характеристики. При этом рабочая точка насоса должна находится в диапазоне от 0,6 – 0,7 максимальной его производительности.

При невозможности установить «паритет» между давлением и производительностью насоса высокого давления (а это бывает чаще всего) между всасывающим и нагнетающим патрубками насоса устанавливается байпассный вентиль, с помощью которого и осуществляется данная операция (по показаниям ротаметра и манометра исходной воды, поступающей на установку обратного осмоса). Регулировка процесса повышения давления исходной воды производится один раз в процессе пуско-наладочных работ. В процессе эксплуатации ОО-установки осуществляется только контроль указанных параметров исходной воды.

После того как давление исходной воды повышено, она поступает на модули, в которых размещены обратноосмотические мембраны, где собственно и происходит разделение исходной воды на пермеат и концентрат. Концентрат, выходящий из установки обратного осмоса, имеет достаточно высокое давление и его транспортировка к месту сброса или утилизации не вызывает особых трудностей. Давление пермеата после обратноосмотической установки редко превышает 1 атм. Поэтому, чаще всего его приходиться подавать в накопительную емкость, откуда с помощью повышающего насоса он транспортируется на дальнейшие стадии очистки.

8. Автоматизация.

Компания ООО «НПЦ ПромВодОчистка» реализует установки обратного осмоса в различных комплектациях, в зависимости требования Заказчика и все установки без исключения разрабатываются индивидуально.

Установки обратного осмоса могут комплектоваться различным оборудованием. В стандартную комплектацию входит:
— Рама
— Насосы высокого давления
— Трубная обвязка и арматура
— Блок мембранных модулей
— Фильтр тонкой очистки, 5 мкм
— Блок CIP-мойка
— КИП и автоматика

Трубная обвязка и арматура изготовлена из ПВХ. Фильтр тонкой очистки предохраняет мембраны от засорения механическими частицами. Насос повышения давления – создает необходимое давление на входе в блок мембранных модулей. Блок мембранных модулей состоит из корпусов из стекловолокна, в которых установлены мембраны. Блок CIP-мойки предназначен для проведения периодических химических промывок мембран. КИП – обеспечивает автоматическое управление установкой.

9. Нормативы. Госты.

Питьевая вода. Требования по СанПин 2.1.4.1074-01

Дистиллированная вода. Требования по ГОСТ 6709-72

Дистиллированная вода широко используется в различных отраслях промышленности (для изготовления косметики, тосолов), в химических лабораториях, на химических производствах и т.д.

Физико-химические показатели дистиллированной воды по ГОСТ 6709-72

Наименование показателя

Норма

1. Массовая концентрация остатка после выпаривания, мг/дм 3

2. Массовая концентрация аммиака и аммонийных солей (NH₄ ), мг/дм 3

3. Массовая концентрация нитратов (КО₃ ), мг/дм 3

4. Массовая концентрация сульфатов (SO₄ ), мг/дм 3

5. Массовая концентрация хлоридов (Сl), мг/дм 3

6. Массовая концентрация алюминия (Аl), мг/дм 3

7. Массовая концентрация железа (Fe), мг/дм 3

8. Массовая концентрация кальция (Сa), мг/дм 3

9. Массовая концентрация меди (Сu), мг/дм 3

10. Массовая концентрация свинца (Рb), %

11. Массовая концентрация цинка (Zn), мг/дм 3

12. Массовая концентрация веществ, восстанавливающих КМnО₄ (O), мг/дм 3

14. Удельная электрическая проводимость при 20°С, См/м

Основным показателем, контролируемым при использовании дистиллированной воды, является электрическая проводимость, которая не должна превышать 5 мкСм/см.

Требования по микросименсам

деминерализованная вода—от 0,1 до 10 мкСм/см;
питьевая вода — от 100 до 1300 мкСм/см;
поверхностные воды — от 100 до 8000 мкСм/см;
сточные воды — от 1000 до 8000 мкСм/см;
солоноватая и морская вода — от 1000 до 80000 мкСм/см;
концентрированные кислоты — от 80000 до 2 млн. мкСм/см.

10. Рекуперация энергии.

Таким образом, идея использования концентрата для работы турбины в целях рекуперации его энергии возникла очень быстро и в настоящее время такая методика является экономически целесообразной для любых размеров установки.

Многочисленные системы рекуперации энергии, существующие в настоящее время, можно объединить в две большие группы.

1. Турбина типа “ Pelton ” рекуперирует энергию концентрата и используете повторно на валу высоконапорного насоса, что позволяет разгрузить двигатель с момента производства концентрата.

Примечание. Процедуры запуска и автоматического останова должны прорабатываться вместе с проектировщиком.

Примечание: Другие, менее совершенные типы турбин не используются для работы на больших установках.

2. Система, называемая системой обмена энергии рекуперирует энергию концентрата, чтобы воздействовать непосредственно на такой же объем предварительно обработанной воды с помощью давления на нескольки бар ниже давления подачи (из-за потерь давления в модулях и обменнике энергии).

В этом случае высоконапорный насос с точностью 1 или 2% (учитывая внутренние утечки в системе обмена) будет перекачивать только расход, равный расходу пермеата, т.е. в данном случае 41 м 3 /час, что показано в примере на рисунке.

Насос-бустер будет компенсировать потерю напора, о которой говорилось выше (3 бар). Такие системы (ротационные или линейные со свободным поршнемимеют более высокий КПД (94-97%) по сравнению с центробежными насосами. Удалось показать, что установка, работающая точно с проектнымипараметрами на морской воде с солесодержанием 36 г/л, может потреблять не более 2 кВт*ч на 1 м 3 полученной воды.

В целом выигрыш энергии по сравнению с турбиной “ Pelton ” составляет 0,5 – 0,8 кВт*ч на 1 м 3 и таким образом, общее потребление энергии этими системами составляет от 3,2 до 4 кВт*ч на 1 м 3 получаемой воды.

Примечание: При включении второй ступени обработки (100%) к вышеуказанным цифрам необходимо добавить 0,5 кВт*ч/м 3 (энергопотребление второй ступени)

Источник