Що таке зворотний осмос?

Зворотний осмос — це мембранний процес під час якого розчинник (частіше вода) проходить через напівпроникну мембрану з більш концентрованого в менш концентрований розчин, тобто в зворотному для осмосу напрямку. Мембрана пропускає розчинник, але не пропускає розчинені в ньому домішки.

Завдяки властивостям зворотньоосмотичних мембран і фізики самого процесу зворотний осмос дозволяє видаляти найдрібніші частинки забруднень, включаючи віруси й навіть іони металів.

Після очищення води ми отримуємо дистилят (в сучасних промислових процесах так він і виробляється).

Порівняння фільтраційних технологій

Якщо порівняти зворотний осмос з іншими мембранними процесами, можна стверджувати, що він найефективніша технологія очищення води.

Чому так?

На малюнку зображено порівняння зворотного осмосу з іншими методами фільтрації.

Для початку розглянемо інші методи поділу фаз, або фільтрації.

Звичайна фільтрація — передбачає видалення великих частинок забруднень (умовно тих, що можна відчути та бачити неозброєним оком) - пісок, іржа, мул.

Розмір цих часток від 1000 мкм (1 мм) до 1 мкм.

Процеси виділення таких частинок з рідкої фази проходять на засипних, картриджних, дискових, мішкових, промивних та інших типах фільтрів. Такі процеси зазвичай використовуються в ході попереднього очищення води.

Перевагою простої механічної фільтрації є те, що вона може відбуватися при низькому тиску, наприклад, фільтрування на засипних фільтрах найчастіше проходить без нагнітання тиску, а картриджні фільтри в побуті функціонують при тиску, що створюється трубопроводом.

Мікрофільтрація — являє собою процес видалення з води часток розміром від 1 до 0,1 мкм. Вони охоплюють бактерії, великі молекули барвників, пестициди, желатин, латексну емульсію.

Процеси мікрофільтрації не мають широкого поширення в технології підготовки питної води, але широко застосовуються для очищення стічних вод і технічної води для промислових процесів.

Ультрафільтрація дозволяє видаляти маленькі частинки розміром від 0,005 до 0,1 мікрона (віруси, частки деяких білків, частки медичних препаратів тощо). Процеси широко використовуються для підготовки питної води в країнах Європи. Ультрафільтрацію можна вважати найкращим методом для підготовки чистої питної води. Також ці процеси широко використовуються у фармацевтичній і харчовій промисловості.

Використання ультрафільтрації в побуті обмежене через те, що в цьому процесі не відбувається видалення домішок іонного розміру (солі твердості, важкі метали, нітрати), а вони складають чималу небезпеку для людини.

Зворотний осмос здатний видаляти частинки розміром менш як 0,001 мікрон, що забезпечує видалення навіть забруднень іонного розміру (іони жорсткості, важких металів, нітрати, сульфати тощо).

Технології зворотного осмосу часто використовуються в підготовці питної води, в процесах підготовки дистиляту для парових котлів, в харчовій промисловості.

Тепер розглянемо типи установок зворотного осмосу і їх застосування, починаючи від побутових пристроїв та закінчуючи великими промисловими процесами.

Що являє собою мембрана?

Мембрани зворотного осмосу бувають трьох типів: рулонні, половолоконні та пласкі.

“Рулонна "мембрана складається з корпусу і, власне, фільтрувального елемента

Всередині рулону знаходиться перфорована трубка, яка служить для створення міцності елемента, збору очищеної води та базою для намотування мембрани в процесі виробництва. На неї намотаний товстий шар напівпроникного поліамідного мембранного полотна.

У процесі фільтрування, вода потрапляє в товщину полотна і збирається в трубці.

Завдяки такій конструкції ці мембрани мають найвищу продуктивність, мінімальну матеріалоємність і займають найменше місця. Тому рулонні мембрани є найбільш поширеним в світі та займають 95% промислового ринку.

5% займають апарати з пласкими мембранними елементами та апарати для підготовки води на базі полих волокон.

Виробництво мембран зворотного осмосу

Світовим лідером виробництва мембранних елементів є корпорація FilmTec - структурний підрозділ корпорації DOW Chemical (США). Виробництво мембранних елементів ведеться безпосередньо в США.

Мембрани компанії сертифіковані у всьому світі для очищення води як для питних цілей, так і в промисловості.

Мембрани DOW FilmTec діаметром 2,5 "- 4" - 8 "представлені кількома серіями для основних типів води:

• XLE – для прісної;
• BW – для соленої;
• SW – для морської та води з підвищеним рівнем солоності.

Офіційним імпортером мембран "DOW FilmTec" в Україні з 1995 року є компанія "Екософт".

А з 2017 року компанія почала виробництво власних мембранних елементів з американського полотна, що дозволило здешевити технологію зворотного осмосу.

Вимоги до води, що подається на мембрану зворотного осмосу

Мембранне полотно виготовлене з достатньо чутливого матеріалу, тому якість вода, яка потрапляє на очистку має строго відповідати допустимим значенням:

• не більше 0,56 мг/л зважених речовин;
• окиснюваність - менше 4 мгО₂/л;
• вільного хлору менше 0,1 мг/л;
• температура води, що подається- 4 - 30 °С;
• залізо - до 0,1 мг/л;
• манган - до 0,05 мг/л;
• твердість - до 3 мг-екв/л.

Частина параметрів (залізо, манган, силікати) можуть бути вище заявлених норм в разі використання антискалантів (спеціальних речовин, які перешкоджають відкладенню осаду на поверхні мембрани).

Інші параметри досягаються завдяки попередньому очищенню, яке може передбачати механічне фільтрування, пом'якшення, знезалізнення або адсорбцію, в залежності від параметрів початкової води.

Системи зворотного осмосу

Побутові фільтри зворотного осмосу

Побутові фільтри зворотного осмосу являють собою комплексну технологію тонкого очищення води від домішок різного характеру. Процес фільтрації виглядає так: вода з-під крана надходить на блок попереднього очищення, яке передбачає такі етапи:

Попереднє очищення

• видалення механічних домішок розміром понад 5 мкм — пісок, іржа, накип, частинки водоростей тощо.

Процес проходить на картриджі зі спіненого поліпропілену. Такі картриджі виготовляються з високоякісного харчового поліпропілену харчової якості.

• адсорбція органічних домішок і хлору;

Адсорбція — це поглинання внутрішньою поверхнею твердих тіл певних речовин внаслідок сил міжмолекулярної взаємодії. Процеси адсорбції протікають на особливих матеріалах — сорбентах (активоване вугілля, ксерогелі, глиноземи та ін.). Найпоширенішим сорбентом в технологіях водопідготовки є активоване вугілля отримане з натуральної сировини (шкаралупи кокосового та волоського горіха, деревини).

Речовини, які видаляються з води в процесі такого очищення називаються адсорбатом, вони містять органічні та хлорорганічні домішки, пестициди та активний хлор.

Картриджі для сорбційних фільтрів являють собою полімерний корпус заповнений високоякісним активованим вугіллям, отриманим з кокосової шкаралупи.

• фінішне очищення.

Є два варіанти фінішного очищення: дешевий з використанням картриджа зі спіненого поліпропілену з рейтингом фільтрації 1 мкм і дорогий з використанням картриджа у вигляді спресованого карбонблоку, який крім механічних домішок видаляє також залишки органіки та хлору.

Важливість даного етапу полягає в тому, щоб уберегти мембранний елемент від засмічення частинками великих забруднень і хлору, які можуть викликати її пошкодження і вихід з ладу.

Мембранне очищення

З води видаляється 99,8% домішок, включаючи віруси, бактерії та іони важких металів.

Мембрана являє собою корпус-мембранотримач в якому міститься туго-намотаний полімерний мембранний елемент.

Мембранний елемент складається з полімерного напівпроникного волокна.

Корпус мембранотримач виготовлений з високоякісного пластику харчової якості.

Усередині мембранного модуля відбувається поділ води на два потоки — концентрат і пермеат. Концентрат відводиться в каналізацію, а пермеат надходить на дезодорацію і мінералізацію (якщо передбачено).

Дезодорація води пропусканням через постфільтр з активованого вугілля

Завдяки унікальним властивостям кокосового вугілля, вода пропущена через нього, має приємний солодкуватий присмак і абсолютно безпечна для людини.

Стадія мінералізації

На цьому етапі вода проходить через фільтр наповнений природними породами (кальцитом, вапняком тощо), які здатні до обмеженого розчинення в воді. Внаслідок цього користувач отримує воду насичену корисними мінералами в необхідній кількості, що покращує смак води та робить її максимально корисною для людського організму.

Мінералізація не є обов'язковою стадією очищення води та може встановлюватися опціонально.

Обслуговування побутових фільтрів зворотного осмосу для питної води передбачає заміну картриджів (зазвичай раз в 3 місяці, мембрани та постфільтра (раз на рік) і мінералізатора (раз на 6 місяців).

Для того щоб більш детально зрозуміти подробиці роботи побутового фільтра зворотного осмосу рекомендуємо переглянути відео.

Комерційні системи зворотного осмосу

Ці системи призначені для приготування очищеної води для великих приватних будинків, готелів, ресторанів, виробництв води, пекарень, пивоварень, парових котлів, теплиць, лабораторій.

Комерційна система зворотного осмосу має кардинальні відмінності від побутової. По-перше, вона забезпечує значно більший об'єм очищеної води, а по-друге, вимагає вищого прикладеного тиску, щоб підтримувати цю продуктивність.

До комерційної водопідготовки відносяться системи, які забезпечують обсяг води до 30 м³/добу, системи вищої продуктивності відносяться вже до промислових.

Вода надходить на префільтр, де позбавляється від механічних домішок розміром понад 5 мкм (це необхідно, щоб уникнути пошкодження і виходу з ладу дорогого мембранного елемента).

Після попереднього очищення вона подається на мембранний модуль, де відбувається поділ її на два потоки: очищеної води (пермеата) або забрудненої води (концентрату). Частина концентрату йде в каналізацію, а частина надходить на насос високого тиску для забезпечення рециклу концентрату.

Також перед подачею води на мембрану, в залежності від її якості, може використовуватися антискалант, що перешкоджає утворенню відкладень на мембрані.

Керування такими установками виконується з використанням контролера, який виконує ряд функцій:

• вмикання і вимикання установки при наповненні та спустошенні накопичувальної ємності;
• сигналізація та відключення установки в аварійних ситуаціях;
• постійний контроль якості очищеної води (загального солевмісту і температури).

Не дивлячись на наявність картриджного фільтра попереднього очищення води, в разі сильної її забрудненості рекомендується встановлення більш досконалих систем фільтрації, наприклад адсорбційних фільтрів для видалення хлору для сильно-хлорованої та забрудненої органікою води. Варто завжди брати до уваги те що фільтруючий матеріал мембранного елементу "боїться" хлору.

Обслуговування системи зворотного осмосу передбачає проведення хімічної промивки для видалення відкладень на мембрані та заміні картриджів попереднього очищення.

Також рекомендуємо вам подивитися відео про комерційні системи зворотного осмосу.

Промислові системи зворотного осмосу

Промислові системи зворотного осмосу являють собою великі агрегати призначені для застосування на великих підприємствах в різних сферах промисловості:

• хімічна;
• знесолення морської води;
• теплова;
• харчова;
• текстильна;
• паперова та ін.

Продуктивність промислових систем зворотного осмосу досягає 50 м³/год. Обмежується продуктивність кількістю мембранних елементів і потребою промисловості.

Ми сподіваємося, що відповіли на ваше запитання про те, що таке зворотний осмос. Також вам можуть бути цікаві інші статті:

• 10 секретів побутового зворотного осмосу.
• Популярно про якість води.