Сучасні системи зворотного осмосу широко використовуються для опріснення та очищення води в промисловості та в побуті. Щоб зрозуміти можливості установок, які використовують принцип зворотного осмосу, потрібно в загальних рисах розуміти, що являє собою процес зворотного осмосу.
Принцип роботи зворотного осмосу
Осмос це
Осмос (від грец. “поштовх, тиск”) – процес дифузії розчинника з менш концентрованого розчину в більш концентрований розчин.
Процес осмосу відбувається на напівпроникних мембранах, у природі це клітинні мембрани.
Напівпроникна мембрана – мембрана, яка має досить високу проникність не для всіх, а лише для деяких речовин, зокрема, для розчинника.
Якщо такою мембраною розділити ємність, в одній частині якої буде менш концентрований розчин, а в іншій – концентрованіший, то вода з розчину з меншою концентрацією стане переходити через мембрану в розчин з більшою концентрацією. При цьому підвищуватиметься тиск (рівень) у ємності з більшою концентрацією. Цей процес не нескінченний. Процес осмосу триватиме доти, доки тиск у ємності з більш концентрованим розчином не зросте до такого значення, коли процес дифузії припиниться. Цей тиск називається осмотичним тиском.
Осмотичний тиск – тиск, який потрібно створити в ємності з більш концентрованим розчином для того, щоб припинити процес осмосу.
Найголовніша властивість осмосу полягає в тому, що при створенні в ємності з більш концентрованим розчином тиску, що перевищує осмотичний тиск, процес осмосу звертається і починається зворотний осмос.
Зворотний осмос – проходження розчинника через напівпроникну мембрану з більш концентрованого в менш концентрований розчин унаслідок впливу тиску, що перевищує різницю осмотичних тисків обох розчинів. При цьому мембрана пропускає розчинник, але не пропускає деякі розчинені в ньому речовини.
Напівпроникна мембрана зворотного осмосу затримує не всі речовини, розчинені у воді. Вона затримує тільки високомолекулярні забруднювачі, такі як солі, віруси, бактерії, колоїди. При цьому мембрана пропускає низькомолекулярні речовини, наприклад, кисень, хлор, вуглекислий газ. Низькомолекулярних речовин потрібно позбуватися до того, як вода надійде в установку зворотного осмосу, оскільки багато хто з них несприятливо позначається на роботі установки і терміні життя мембран.
Установка зворотного осмосу
Напівпроникні мембрани випускаються промисловістю у вигляді плівок, які для компактності згортаються в рулони. У таких рулонах, крім самої мембрани, присутні всілякі елементи для розділення потоків і створення умов для нормальної роботи мембрани. Напівпроникна мембрана, згорнута в рулон і встановлена в спеціальну герметичну трубу-тримач, називається мембранним модулем.
В установці зворотного осмосу може бути від одного до сотень таких модулів. У мембранному модулі вихідна вода розділяється на два потоки. Чиста вода називається пермеат. Вода з високою концентрацією забруднень – концентрат. Пермеат використовується за призначенням, а концентрат скидається в каналізацію або за борт.
Промислова установка зворотного осмосу являє собою складну систему, завдання якої – забезпечити нормальну роботу мембранних модулів. Наприклад, забезпечити потрібний тиск у мембранному модулі від 8 до 80 МПа, залежно від призначення установки, забезпечити оптимальний потік води через модуль для запобігання засміченню мембран, забезпечити періодичні промивання мембран чистою водою і хімічними реагентами для видалення забруднень.
Промислові установки в окремих випадках обладнуються системами дозування інгібіторів відкладень – антискалантів, для запобігання сольовим відкладенням на мембранах у разі великої концентрації солей у вихідній воді. Системи управління промисловими установками можуть бути як повністю автоматичними, так і напівавтоматичними. Установки можуть комплектуватися приладами для експрес-аналізу основних параметрів води.
Зворотний осмос для дому являє собою комбіновану систему очищення води. Це, як правило, три попередні фільтри: механічний фільтр 5мкм для затримки механічних домішок, вугільний фільтр для очищення води від хлору та деяких органічних сполук, а також механічний фільтр 1мкм для видалення дрібних механічних забруднень і фрагментів вугільного фільтра, які можуть вимиватися з нього потоком води.
Потім слідує сама мембрана зворотного осмосу, концентрат з неї змивається в каналізацію, а пермеат подається в накопичувальний бак ємністю, зазвичай, 9-10л. Система обладнана запірним клапаном, який автоматично вимикає установку після наповнення накопичувального бака.
Іноді така система комплектується пост-вугільним фільтром для довидалення низькомолекулярних речовин, мінералізатором для насичення води корисними мінералами та біокерамічним активатором для часткового структурування води. Так само така система може бути оснащена електронасосом з автоматикою необхідного для роботи в умовах зниженого тиску вихідної води.