Обратный осмос. Что такое обратный осмос воды

Обратный осмос — Википедия

Схема процесса обратного осмоса

Обратный осмос — процесс, в котором с помощью давления принуждают растворитель (обычно вода) проходить 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 некоторые растворённые в нём вещества.

Обратный осмос используют с 1970-х годов при очистке воды, получении питьевой воды из морской воды, получении особо чистой воды для медицины, промышленности и других нужд. С помощью обратного осмоса также можно производить концентраты соков без нагрева.

Опреснение морской воды[править]

Схема установки опреснения на основе обратного осмоса.1: Приток морской воды,2: Поток пресной воды (40 %),3: Поток солёного концентрата (60 %),4: Поток морской воды (60 %),5: Концентрат (слив),A: Насос высокого давления,B: Циркуляционный насос,C: Осмотический модуль с мембраной,D: Устройство обмена давлением

Для получения пресной воды из морской требуется давление, превышающее создаваемое морской водой осмотическое давление[1]. Эта величина достаточно высока — существующие установки развивают давление в 20 раз превышающее давление обычного бытового водопровода[2].

Мембраны, используемые для обратного осмоса, очень чувствительны к загрязнению, для чего механический фильтр для защиты мембраны обязателен. Многие растворённые в воде вещества задерживаются и не проходят через мембрану. Для преодоления осмотического давления на мембране воду подают под давлением около 2…17 атм для фильтрации и опреснения питьевой и солоноватой воды, и 24…70 атм для морской воды[3].

В системах очистки воды обычно используются синтетические полупроницаемые мембраны. Мембрана задерживает высокомолекулярные загрязнители, но пропускает низкомолекулярные вещества, например такие газы, как кислород, хлор, углекислый газ и пр. Некоторые газы могут определять вкус воды. Очищенная вода может иметь слабокислую реакцию (pH<7) из-за наличия растворенного углекислого газа.

Свойство практически полностью очищать воду от всех примесей лишает её важных микроэлементов (если они в ней были до опреснения). Поэтому добавление необходимых солей в опреснённую воду — следующий шаг в производстве качественной питьевой воды. Вода же для технических нужд, например для полива и мойки, может быть сразу получена на более простых и дешевых мембранах удалением лишь 95 % солей.

В отличие от перегонки, в процессе обратного осмоса вода практически не нагревается, затраты энергии только на работу насоса, однако насос при работе не только перекачивает воду (малая доля энергозатрат), но и преодолевает высокое осмотическое давление (основные энергозатраты). По оценке норвежских специалистов объединение опреснительных установок обратного осмоса и электростанций, использующих осмос, выглядит многообещающе[3].

Очистка сточных вод[править]

Технология очистки сточных вод с применением обратного осмоса принципиально изменилась — на последней стадии просто «отжимают» чистую воду от солей. Лидером технологий является на 2012 Сингапур, там запущена система NEWater. Сточные воды города после очистки возвращаются в оборот как питьевая вода, которая получила более высокую оценку от ВОЗ и USEPA, чем другие источники воды в Сингапуре[4].

Практически все современные морские суда, нуждающиеся в больших объёмах пресной воды, которые нерационально и просто невозможно брать на борт, имеют опреснительные установки. Например, круизные лайнеры имеют на борту тысячи пассажиров, несколько бассейнов и производят огромное количество сточных вод. Установки на основе обратного осмоса на борту и опресняют воду, и очищают стоки. Например, на Allure of the Seas и Oasis of the Seas сточные воды и вовсе направляются на вторичное использование[5].

Пищевая промышленность[править]

Обратный осмос — более экономичный процесс для повышения концентраций пищевых жидкостей, например фруктовых соков, чем термические процессы. Преимущество заключаются в низкой стоимости эксплуатации и возможности избежать термической обработки, что делает процесс пригодным для термочувствительных веществ, таких как белки и ферменты, в большинстве пищевых продуктов. Обратный осмос широко используется в молочной промышленности для производства порошков сывороточного белка и для концентрации молока — уменьшаются транспортные расходы.

Главной особенностью фильтров, в которых используется технология обратного осмоса, является практически полная стерилизация воды. Через фильтр проходит молекула воды (размер 0,3 нм), но не проходит большая часть химических примесей и включений биологического происхождения, в частности микроорганизмов и вирусов (размеры от 20 до 500 нм). Например, фильтр может задержать бактерии холеры или вирусы гепатита.

По мнению специалистов ВОЗ, потенциальные последствия микробного заражения питьевой воды для здоровья таковы, что борьба с ним должна всегда иметь первостепенное значение и никогда не должна ставиться под угрозу[6].

Техническая реализация[править]

Бытовая система обратного осмоса

Промышленная установка обратноосмотического опреснения включает обычно следующее оборудование: фильтр тонкой очистки воды, система реагентной подготовки, насос высокого давления, блок фильтрующих модулей, датчики и приборы управления[7].

Основной элемент установки обратного осмоса — полупроницаемая обратноосмотическая мембрана, помещённая в корпус. В неё поступает исходная вода, а отводится два потока — очищенная и обессоленная, которая называется пермеатом, и вода с концентрированными примесями, называемая концентратом, которая сливается. Продавливание воды через мембрану ведётся при высоком давлении, которое создает насос, обычно центробежный многоступенчатый или роторный. Для замедления образования нежелательных отложений на мембранах применяется дозирование ингибитора осадкообразования. Для снятия осадков с поверхности мембран используется система химпромывки. Для контроля качества очистки и рН — проточные измерители солесодержания и рН-метры. Для контроля расхода пермеата и концентрата — проточные расходомеры. Управление системой обратного осмоса можно осуществлять в полуавтоматическом и автоматическом режиме. Проверить качество работы обратноосмотической мембраны можно TDS метром.

Примером бытовой очистки воды мембраной обратного осмоса может служить фильтр, имеющий 3 картриджа грубой (механической) очистки, мембрану обратного осмоса, фильтр угольный. Такие фильтры получили широкое применение в Америке, Европе и Азии. Интересны также последние модели компактных фильтров обратного осмоса, имеющих ряд нововведений, а именно : автоматический клапан отключения воды при обнаружении утечек, насос повышающий давление, сменные фильтры с быстроразъёмными фитингами[8].

В среднем мембрана обратного осмоса очищает воду на молекулярном уровне 10-9 м (1 нм).[9]

Влияние на здоровье человека воды, подготовленной с использованием технологии обратного осмоса[править]

Достоинства и недостатки результата подготовки питьевой воды при помощи технологии обратного осмоса определяются особенностями технологии и целями фильтрации, которые зависят в первую очередь от изначального качества воды.

Свойство практически полностью очищать воду от всех примесей трактуется и как достоинство, и как недостаток. Единого мнения на этот счет нет. Сторонники первого подхода считают, что вода выполняет в организме только функцию растворителя, поэтому должна быть максимально чистой. Другие же полагают, что в воде в обязательном порядке должны быть микроэлементы.[10].

ВОЗ не установила рекомендуемого уровня минерализации питьевой воды, но по органолептическим показаниям рекомендует предел общей минерализации питьевой воды в 1000 мг/л, а вода с содержанием солей менее 200 миллиграмм на один литр уже считается слабоминерализированной[11].

Обратный осмос — Определение термина " обратный осмос " (Российское мембранное общество)

wp.wiki-wiki.ru

Очистка воды методом обратного осмоса

Прежде, чем говорить о системе очистки воды методом обратного осмоса, следует разобраться, что в это понятие входит. Сам принцип осмоса и обратного осмоса (проникновения), как и большинство человеческих открытий, был найден в процессах живой природы еще в середине прошлого века. И первые опыты применения обратного осмоса относятся к системам опреснения морской воды, в которых чистая пресная вода скапливалась в резервуарах, а солевое содержание морской воды оказывалось с другой стороны полупроницаемой мембраны.

Что такое осмотическое давление, осмос и обратный осмос?

Все клетки живого организма имеют оболочку, так называемую мембрану, через которую могут походить только молекулы определенного размера. В частности, через полупроницаемую мембрану живых клеток человеческого организма легко проходят молекулы воды, но полурастворенные в воде солевые отложения и твердые частицы, имея больший размер молекул, пройти не могут через такую мембрану. Такой процесс получил название осмос. Все живые организмы живут и здравствуют за счет осмоса, поскольку с водой внутрь клетки проникают только питательные вещества, а шлаки, токсины, и даже вирусы, бактерии – все это остается снаружи живой и здоровой клетки.

Полупроницаемая мембрана позволяет молекулам воды попасть внутрь клетки из слабоконцентрированного раствора, при этом в самой клетке раствор становится более насыщенным, а уровень жидкости, соответственно, повышается. Даже, если оба раствора находятся под одинаковым давлением извне, переход молекул воды через мембрану все равно происходит – это и называется осмотическим давлением. Ученые провели эксперимент: к концентрированному раствору (морская вода) приложили давление, которое больше естественного осмотического давление. Результат оказался ошеломляющим: Молекулы воды стали переходить из более концентрированного раствора в менее концентрированный, тем самым, на выходе ученые получили насыщенную кислородом чистую воду, а в сосуде, остались солевые отложения. Это явление получило название обратного осмоса, и именно оно лежит в основе большинства способов очистки растворов от примесей и солей. Процесс обратного осмоса может обеспечить наивысшую очистку воды от загрязнений и солевых включений в сравнении с другими способами очистки.

Как работает система очистки воды методом обратного осмоса?

Обычная система очистки воды методом обратного осмоса включает в себя четыре степени очистки:

Предварительная очистка воды от механических загрязнений (грязи, взвешенных частиц с размером до 4-5 мкм)
Заменяемые угольные картриджи (удаление хлорных примесей, бактериальных частиц)
Непосредственно сама обратноосмотическая мембрана
Еще один угольный специальный фильтр, который обеспечивает воде приятный вкус, удаляет неприятные запахи.

По сути, в процессе обратного осмоса происходит разделение воды и растворенных в ней веществ на молекулярном уровне, поэтому никакие другие способы очистки воды не могут быть сравнимы с данной системой по качеству выпускаемой воды. Никакие традиционные методы фильтрации не дадут такого качества, поскольку они основаны только на отделении механических частиц и адсорбции некоторых растворенных в воде веществ с помощью активированного угля. При использовании обратного осмоса с одной стороны мембраны мы получаем чистую воду, а с другой – все примеси, включая примеси органического характера.

Системы обратного осмоса, которые используются в бытовых трубопроводах, основаны на давлении воды непосредственно в трубе, причем, чем выше это давление, тем более эффективно работаем мембрана, тем больше примесей и солей она отделяет. При высоком давлении в трубопроводе очищенная вода практически не имеет примесей, но пространство перед мембраной быстро засоряется, поэтому для очищения мембраны со стороны накопления «отходов» принудительно создается слив воду в дренаж вдоль всей мембраны. Тем самым, эффективность работы мембраны обратного осмоса будет зависеть и от промывки стороны мембраны, с которой подается под давлением вода для очистки.

Кроме того, на чистоту воды после обратного осмоса будут влиять ряд других факторов и это влияние надо учитывать при производстве чистой воды:

Давление загрязненной воды в трубопроводе: при слабом давлении степень очистки воды будет падать
Температура подаваемой на очистку воды: горячая вода очищается хуже, поскольку в ней больше растворенных веществ, которые мало увеличивают размер молекулы воды

PH воды, который влияет больше на саму мембрану, на вещество, из которого она изготовлена, за счет чего может изменяться степень очистки воды
Сам материал, из которого изготовлена мембрана (ацетатцеллюлозная или тонкопленочная композитная), влияет на степень очистки воды (изменения составляют не менее 15%)
Химический состав загрязненной воды: неорганическая составляющая удаляется полностью, органическая составляющая с молекулярным весом меньше 100 уд.ед. может пропускаться мембраной в незначительных количествах. Так же, бактерии, вирусы задерживаются мембраной полностью вследствие большого размера их молекул
Мембрана легко пропускает растворенные в воде газы, которые обеспечивают приятный вкус очищенной обратным осмосом воды.

Добавить комментарий

bgdstud.ru

Обратный осмос — WiKi

Схема процесса обратного осмоса

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 некоторые растворённые в нём вещества.

Применение

Обратный осмос относится к наиболее перспективным и широко применяемым методам очистки и подготовки воды. Установка обратного осмоса способна удалять из воды частицы с размерами 0,001-0,0001 мкм. В этот диапазон попадают 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.[1]

Опреснение морской воды

Для получения пресной воды из морской требуется давление, превышающее создаваемое морской водой осмотическое давление[2]. Эта величина достаточно высока — существующие установки развивают давление, в 20 раз превышающее давление обычного бытового водопровода[3].

В системах очистки воды обычно используются синтетические полупроницаемые мембраны. Мембрана задерживает высокомолекулярные загрязнители, но пропускает низкомолекулярные вещества, например такие газы, как кислород, хлор, углекислый газ и пр. Некоторые газы могут определять вкус воды. Очищенная вода может иметь слабокислую реакцию (pH < 7) из-за наличия растворённого углекислого газа.

Очистка сточных вод

Пищевая промышленность

Медицина

Влияние на здоровье человека воды, подготовленной с использованием технологии обратного осмоса

ВОЗ не установила рекомендуемого уровня минерализации питьевой воды, но по органолептическим показаниям рекомендует предел общей минерализации питьевой воды в 1000 мг/л, а вода с содержанием солей менее 200 миллиграммов на один литр уже считается слабоминерализированной[9].

Техническая реализация

Бытовая система обратного осмоса

Основной элемент установки обратного осмоса — полупроницаемая обратноосмотическая мембрана, помещённая в корпус. В неё поступает исходная вода, а отводится два потока — очищенная и обессоленная, которая называется пермеатом, и вода с концентрированными примесями, называемая концентратом, которая сливается. Продавливание воды через мембрану ведётся при высоком давлении, которое создает насос, обычно центробежный многоступенчатый или роторный. Для замедления образования нежелательных отложений на мембранах применяется дозирование ингибитора осадкообразования. Для снятия осадков с поверхности мембран используется система химпромывки. Для контроля качества очистки и pH — проточные измерители солесодержания и рН-метры. Для контроля расхода пермеата и концентрата — проточные расходомеры. Управление системой обратного осмоса можно осуществлять в полуавтоматическом и автоматическом режиме. Проверить качество работы обратноосмотической мембраны можно TDS-метром.

Обратный осмос относится к группе баромембранных технологий. Движущей силой процесса является разница давлений по обе стороны полупроницаемой пористой мембраны.

Сквозь поры материала происходит фильтрование. В составе отфильтрованного потока присутствуют молекулы воды, низкомолекулярные соединения и ионы, меньшие по размерам, чем молекулы воды. Все остальные компоненты раствора, как механические (отдельные молекулы, вирусы), так и растворённые (ионы металлов, соли), задерживаются.[11]

Примером бытовой очистки воды мембраной обратного осмоса может служить фильтр, имеющий 3 картриджа — грубой (механической) очистки, мембрану обратного осмоса, фильтр угольный. Такие фильтры получили широкое применение в Америке, Европе и Азии. Интересны также последние модели компактных фильтров обратного осмоса, имеющих ряд нововведений, а именно: автоматический клапан отключения воды при обнаружении утечек, насос-повыситель, сменные фильтры с быстроразъёмными фитингами[12].

В среднем мембрана обратного осмоса очищает воду на молекулярном уровне 10−9 м (1 нм).[13]

См. также

Примечания

Ссылки

Обратный осмос — Определение термина " обратный осмос " (Российское мембранное общество)

ru-wiki.org