Вода из осмоса. Как работает обратный осмос: принцип действия устройств тонкой очистки воды
Одним из самых современных способов очистки воды от примесей является обратный осмос. Это технология осуществляется при использовании обратноосмотической мембраны. Вода при обратном осмосе пропускается через мембрану, поры которой пропускают воду, но не пропускают растворенные в ней примеси.
Система обратного осмоса позволяет получать воду очень высокой степени очистки (близкую к дистиллированной). Фильтры обратного осмоса производят наиболее качественную (полноценную) очистку воды.
Из воды удаляются такие вредные вещества как магний, ртуть, нитраты, нитриты, стронций, мышьяк, свинец, сульфаты, железо, хлор, а также многие (но не все), бактерии и вирусы.
К сожалению, обратный осмос удаляет из воды и более 20-ти полезных веществ: соли кальция, магния, натрия, фтора, и т д., крайне необходимые для здоровья человека (в питьевой воде должно находиться, как минимум, 500 мг полезных солей).Поэтому вода, очищенная обратным осмосом, является «мертвой», - очищенной, но не полезной для здоровья человека. Более того, такая вода является агрессивной и с легкостью вымывает из организма человека жизненно необходимые минералы, приводит инсультам и инфарктам.
Обратный осмос реализуется следующим образом. Полупроницаемая осмотическая мембрана препятствует выравниванию концентраций веществ по разные стороны от себя. Поток воды продавливается через мембрану, которая отторгает примеси, поддерживая их высокую концентрацию с той стороны, откуда течет вода.
Фильтр, работающий по принципу обратного осмоса, устроен достаточно просто: основной элемент, позволяющий получать воду высокой степени очистки - это тонкопленочная мембрана. Мембрана обратного осмоса представляет собой некое подобие сетки, размер ячеек которой сравним с размером молекулы воды. Благодаря такой структуре мембраны, из воды удаляются практически все растворенные компоненты, а также соли тяжелых металлов, органические примеси и бактерии. В процессе работы постепенно перед мембраной накапливаются отфильтрованные соли и различные примеси, из-за чего она может засориться и перестать работать. Для того чтоб этого не случилось, перед мембраной устанавливаются префильтры - несколько ступеней предварительной очистки. Среди них обязательно присутствует ступень очистки от механических загрязнений, задерживающая песок и нерастворимые примеси. Для постоянного слива этих "отходов" вдоль мембраны создается принудительный поток воды, смывающий сконцентрированные загрязнения в дренаж.
Стоит отметить, что обратный осмос заимствован из живой природы. Осмотическая регуляция лежит в основе обмена веществ всех организмов. Стенки клеток растений, животных и человека представляют собой естественную мембрану обратного осмоса, которая является частично проницаемой, поскольку она свободно пропускает молекулы воды, но не молекулы других веществ. Фильтрующая способность природной мембраны уникальна, она отделяет вещества от воды на молекулярном уровне и именно это позволяет любому живому организму существовать.
Благодаря ей, в каждую живую клетку поступают необходимые вещества и выводятся ненужные. Принцип обратного осмоса первоначально применялся ДЛЯ опреснения морской воды.
Однако способ очистки - обратный осмос имеет ряд минусов.
Во-первых, хотя обратноосмотические установки на первый взгляд не очень дороги, эксплуатационные расходы по их функционированию примерно на порядок выше эксплуатационных расходов других методов очистки воды (аэрации, ионного обмена, озонирования и т.д.). Расхожая фраза «посадить как наркомана на иглу», как нельзя точно отражает положение покупателя обратноосматической (мембранной) установки. Если в среднем стоимость 1 м куб московской водопроводной воды составляет 30 руб/м куб, то стоимость 1 м куб воды, очищенной на установке обратного осмоса, - около 300 руб м/куб.
Столь значительная величина эксплуатационных расходов определяется еще и тем, что для работы установки обратного осмоса, требуется круглосуточная работа весьма мощных насосов, которые прокачивают воду через весьма тонкие мембраны. Кроме этого, чем более грязнее вода на входе на мембранную установку, тем более чаще надо менять дорогостоящие мембраны, - тем значительнее возрастают эксплуатационные расходы.
Во-вторых, обратный осмос - это один из самых низкопроизводительных методов водоподготовки. Мембраны пропускают воду медленно, и имеют низкую производительность. Поэтому в ряде случаев этот метод требуют установки внушительной и дорогостоящей накопительной емкости из пищевой нержавеющей стали.
В-третьих, вода перед мембраной обратного осмоса должна обязательно пройти тщательную предварительную очистку на какой-либо установке с традиционной технологией очистки воды. По сути это означает увеличение первоначальной стоимости мембранной установки.
В - пятых, технология очистки воды обратным осмосом, по сути является самоедской: при работе системы обратного осмоса в дренаж сбрасывается до 75% очищаемой воды (тогда как при традиционных методах очистки воды, - всего не более 5 %).. На выходе пользователь получает лишь 25-30% воды. Правда, воды очень хорошо очищенной. Но не полезной, а вредной для здоровья человека.
В - шестых, - метод обратного осмоса неизменно связан с использованием современных мембран. Для того, чтобы повысить эффективность обратноосмотических фильтров, нередко применяются нанокристалы и специальные модификаторы. О безопасности подобных веществ споры в научном мире не прекращаются и по сей день.
В - седьмых, мембранные методы разделения не способны улавливать летучие органически вещества, размер молекул которых меньше диаметра молекул воды. Именно поэтому задержать частицы инсектицидов и гербицидов мембранные фильтры не могут. С другой стороны, обратноосмотические мембраны легко забиваются сульфатами бария, стронция, карбонатом кальция, диоксидом кремния и ферросоединениями, и требуют весьма частой замены.
Современные водоочистные системы, использующие принцип обратного осмоса, являются наиболее эффективными. Суть этого принципа состоит в применении мембранного фильтрующего элемента, способного убрать из воды все известные виды примесей. Более подробную информацию о возможностях использования принципа обратного осмоса можно получить, ознакомившись с нашей статьей.
Из этой статьи вы узнаете:
В чем заключается принцип работы обратного осмоса
Какую роль выполняет мембрана в процедуре очистки по принципу обратного осмоса
Почему некоторые фильтры обратного осмоса оснащены помпой
Как правильно установить фильтр обратного осмоса
Принцип работы обратного осмоса
Возможности полупроницаемых мембран отделять компоненты различных растворов были известны еще в Древней Греции. Уже в то время данную особенность использовали для опреснения воды из морей. Для этого создавали условия, при которых морская вода проходила сквозь стенки емкостей из воска.
Первые современные опреснительные установки, использующие принцип действия обратного осмоса, появились около 55 лет назад. Дальнейшие разработки в этой области привели к тому, что подобное оборудование стало применяться не только в промышленных, но и в бытовых целях. Современная бытовая система обратного осмоса, принцип работы которой основан на мембранной технологии, позволяет обеспечивать высочайший уровень очистки и получать экологически чистую питьевую воду. Характеристики очищенной таким способом воды сравнимы с водой, образующейся в результате таяния вековых ледников.
Новейшие фильтрационные устройства, использующие принцип обратного осмоса, могут подключаться непосредственно к водопроводной сети, при этом все отделенные примеси сразу отправляются в канализацию.
Принцип работы фильтра обратного осмоса, реализованный в системах водоочистки, предполагает следующую последовательность этапов:
Предварительная подготовка воды.
Прохождение предварительно очищенной воды через обратную мембрану.
Поступление очищенной воды в емкость-накопитель.
Финишная доочистка.
Подача чистой воды по отдельному крану.
Первый этап предочистки особенно значим. Наиболее дорогостоящим компонентом такой системы является мембрана обратного осмоса. Это сменная деталь, эксплуатационный срок которой зависит от степени загрязненности очищаемой воды. Принцип предварительной подготовки воды основан на использовании 3-х фильтрующих элементов. Вначале пятимикронный фильтр из полипропилена производит удаление песка, ржавчины и нерастворимых частиц, размер которых превышает 5 мк. После этого, с помощью угольного фильтрационного элемента вода очищается от хлористых соединений, углеводородов, пестицидов, тяжелых металлов и других элементов. На завершающем этапе водоподготовки работает механический фильтр, способный задерживать частички размером до 1 мк.
Второй этап предполагает очистку воды, основанную на принципе разных давлений. Очистка осуществляется в результате прохождения воды через мембрану или систему синтетических мембран с порами, размер которых не превышает 0,0001 мк. Через поры такого размера может проникать только молекула воды. Мембраны разделяют водный поток на две части:
очищенная вода, которая подается в накопитель;
плотный раствор, который сливается в канализацию.
Принцип действия фильтра обратного осмоса позволяет получать не только кристально чистую, но еще и вкусную воду. Это обусловлено способностью фильтра пропускать молекулы кислорода и других газообразных веществ, растворимых в воде и определяющих ее вкусовые характеристики.
Принцип работы системы обратного осмоса предполагает определенные временные затраты, а, следовательно, производительность таких установок весьма ограничена. Для изменения скорости, с которой молекулы воды проходят мембрану, необходимо менять давление потока воды, ее температуру, а также размер пор полупроницаемой мембраны. Современные бытовые фильтры обратного осмоса оснащают мембранами, позволяющими осуществлять фильтрацию 150-300 литров воды за 24 часа.
Третий этап – накопление воды в баке. Размер емкости у разных фильтров, работающих по принципу обратного осмоса, может быть от 4 до 12 л. При расходовании некоторого объема чистой воды из накопителя, система восполняет ее запасы. Баки для сбора чистой воды производят из эмалированной стали высокого качества. Для создания необходимого давления, обеспечивающего слив воды, накопители делят на две камеры с помощью мембраны из силикона. В одну из камер подается очищенная вода, а в другой находится сжатый воздух. Для регулировки давления в камере с воздухом присутствует специальный ниппель. В камере для чистой воды предусмотрено отверстие с резьбовым соединением для установки крана.
Четвертый этап – окончательная очистка через постфильтр. Обеспечивает полную очистку воды, которая уже может использоваться для питья.
Пятый этап – разлив через кран очищенной питьевой воды. Для разлива чистой воды используется отдельный кран, который может устанавливаться на кухонной мойке или врезаться в столешницу.
В качестве дополнительной комплектации фильтра обратного осмоса может выступать минерализирующий картридж, который восстанавливает природную формулу воды, добавляя в нее полезные минералы.
Минерализатор наполнит очищенную воду калием, магнием, натрием, кальцием и другими компонентами. Кальций нужен для работы сердца, для нервно-мышечной системы, для зубов и костей. Для нормального протекания около трехсот биохимических процессов в нашем организме необходимо наличие магния, который защищает от атеросклероза, почечных камней и раковых опухолей. Натрий отвечает за регуляцию pH в крови и т.д.
Система обратного осмоса использует биокерамические картриджи , которые восстанавливают естественный водный баланс. Они содержат капсулы из запеченной глины с турмалином (минерал, излучающий длинные волны в инфракрасном диапазоне). Излучение турмалина сходно с той частью солнечного излучения, которая передает энергию. Под его воздействием формируется правильная форма молекул Н2О. Такое излучение получило название «Far Infrared Radiation» – «Луч жизни». Чтобы эффективно использовать принцип работы обратного осмоса, фильтры для воды дополняют специальным блоком, активизирующим соматические клетки. Полученная после такой обработки вода улучшает кровообращение и стимулирует обмен веществ. Основные последствия обработки этими лучами заключаются в активации воды, поступающей в организм человека, расщеплении жиров, выводе токсинов, повышении качественного уровня деятельности ЦНС и понижении кислотности.
Принцип работы мембраны обратного осмоса
1. В зависимости от способа изготовления различают следующие мембраны для фильтров обратного осмоса:
Полимерные сплавы сухой, мокрой и сухо-мокрой формовки.
Полиэлектролитные комплексы.
Изготовленные по принципу выщелачивания полимеров.
Мембраны, поры которых образованы с использованием ядерных частиц.
2. В зависимости от принципа действия и особенностей материала мембраны бывают:
монолитными;
пористыми.
В отдельную группу выделяют мембраны, изготовленные по принципу асимметрии. У таких изделий поверхностные слои имеют более высокую плотность по сравнению с общей массой. Качественные параметры мембран обратного осмоса классифицируются по следующим критериям:
показатель проницаемости – объем водного раствора, который пропускает мембрана в определенный промежуток времени;
разделяющие характеристики;
удельный показатель производительности;
устойчивость к воздействию кислот и щелочей (определяет срок службы при опреснении воды по принципу обратного осмоса).
В разрезе устойчивости мембраны к кислой и щелочной средам следует отметить, что к работе в таких условиях совершенно не пригодны образцы из ацетатной целлюлозы. Наиболее надежными являются изделия, выполненные на основе полисульфата и полиамида.
При выборе мембран для фильтров, работающих по принципу обратного осмоса, особое внимание уделяется стабильности их характеристик, которая и определяет надежность работы фильтрационного оборудования.
Изменение характеристик мембран может происходить в результате скачков давления, температурных перепадов либо при критичной закупорке пор компонентами очищаемой воды. Засорение мембраны сопровождается образованием солевого слоя, замедляющего прохождение водного раствора. Кроме того, закупорка мембран может быть вызвана коррозионными процессами. Снижение качественных характеристик мембраны в конечном итоге приводит к выходу из строя фильтра обратного осмоса.
Системы обратного осмоса
На ионообменные характеристики мембран полупроницаемого вида влияет показатель pH. Он меняет размерные параметры коллоидных частиц, из которых состоит мембрана, путем их растворения или коагуляции. В конечном итоге это замедляет прохождение воды через фильтр, так как высокий уровень pH провоцирует формирование отложений (сульфатно-карбонатных) на поверхности мембраны. По этой причине оборудование, работающее на основе принципа обратного осмоса, редко используется для опреснения морской воды. Оно эффективно для растворов с меньшим содержанием солей. Оборудование обратного осмоса используется только для начальной обработки морской воды, а ее окончательная очистка выполняется фильтрами другого типа.
Принцип обратного осмоса с помпой
Для очистки воды с высоким содержанием вредных солей или в условиях, когда ее давление на входе менее 2,5 атм, необходима комплектация системы помпой. Принцип работы фильтра обратного осмоса с помпой состоит в увеличении напора воды, что приводит к повышению производительности фильтрационной станции. Это оборудование актуально для домов старой постройки, квартир на верхних этажах и так далее.
Насосы, используемые для комплектации таких фильтров, работают совершенно бесшумно и потребляют минимум электроэнергии. В комплектацию фильтра c помпой входит монтажный набор, автоматическая защита от работы без воды, блок питания 24В, датчик давления, крепежная пластина. Самым эффективным вариантом фильтра обратного осмоса является пятиступенчатая модель с помпой. Назначение ступеней таких моделей:
1-я ступень производит удаление механических частиц размером от 15 до 30 мк с помощью картриджа предварительной очистки из полипропилена;
2-я ступень удаляет из воды хлористые соединения и другие органические примеси с помощью картриджа GAC (активированный уголь в гранулах), улучшающего вкус воды;
3-я ступень выполняет доочистку от механических частиц, размер которых находится в пределах 1-5 мк, и хлористых соединений с помощью CBC-CarbonBlock картриджа (спрессованный активированный уголь);
4-я ступень выполняет очистку воды по принципу обратного осмоса;
5-я ступень осуществляет завершающий этап очистки с помощью угольного картриджа in line, в котором содержится активированный уголь в гранулах.
В комплект поставки 5-тиступенчатого фильтра обратного осмоса входит мембрана, картриджи, накопительный бак, кран для подачи очищенной воды, крепежная арматура и помпа. Управляется помпа с помощью датчиков включения/выключения при изменении давления в системе. Кроме того, в комплекте идет датчик аварийного отключения насоса без воды, а также датчик контроля наполнения емкости.
Установка обратного осмоса: принцип работы
Вам поможет более наглядно рассмотреть принцип работы обратного осмоса видео, которое демонстрирует особенности самостоятельной установки такой системы в домашних условиях:
В конце статьи, по традиции, пришло время подвести итоги. Мы рассказали вам, что такое системы обратного осмоса, описали принцип их работы. И теперь остановимся на том, где же купить эти самые системы водоочистки. Представляем вашему вниманию компанию Biokit, которая в режиме онлайн предлагает широкий выбор систем обратного осмоса, фильтры для воды и другое оборудование, способное вернуть воде из-под крана ее естественные характеристики.
Кроме этого, специалисты компании Biokit готовы вам помочь:
Подключить систему осмоса самостоятельно.
Разобраться с процессом выбора фильтрующих материалов.
Устранить неполадки или решить проблемы с привлечением специалистов-монтажников.
Подобрать сменные материалы.
Найти ответы на интересующие вопросы в телефонном режиме.
Доверьте очистку воды системам от Biokit – пусть ваша семья будет здоровой!
Осмотическая система очистки воды на сегодняшний день считается самой прогрессивной и востребованной, у которой наивысшая степень очистки. Применение системы позволяет удалить из воды до 99-ти процентов всех известных загрязнителей, пропуская сквозь мембрану только молекулы кислорода и воды, защищая тем самым человеческий организм от влияния вредных веществ. Системы для воды, работающие по принципу обратного осмоса, делают воду не только вкусной, но и полезной, избавляя ее от примесей.
Преимуществ использования осмотической очистки очень много, вот только некоторые из них:
- вода идеально чистая, даже чище, нежели минеральная бутилированная.
- Благодаря встроенному минерализатору, вода насыщается полезными веществами - минералами.
- У вас под рукой будет неограниченное количество абсолютно чистой воды, которую можно использовать для любых целей - приготовления пищи, питья, купания, стирки.
- Отсутствие отложений на бытовых водонагревательных устройствах.
- Безопасная вода для детей.
Необходимость в чистой воде
Без воды невозможно существование ничего живого на Земле. В течение всей своей жизни человек употребляет до 75-ти тонн воды, «выпивая» при этом почти 90 процентов всех болезней, как утверждал знаменитый ученый Луи Пастер. Да и данные Всемирной организации здравоохранения также это подтверждают - ежегодно от употребления некачественной воды умирает более 25 миллионов человек на Земле. К тому же грязная вода почти на тридцать процентов ускоряет процесс старения. А в водопроводной воде, несмотря даже на наличие городских водоочистительных сооружений, содержатся десятки вредных химических соединений, а из них наиболее опасными считаются соли тяжелых металлов, растворенное железо, нитраты, пестициды, активный хлор и прочие.
Осмотические системы очистки воды самые современные, эффективные, но в то же время и самые сложные устройства. Первоначально такие системы разрабатывались для очистки воды в космических кораблях и подводных лодках, в замкнутой системе. Но сейчас они широко применяются в промышленности и в быту - в промышленности их используют для обессоливания и опреснения морской воды, также для качественной очистки в химической, медицинской и пищевой промышленности - при производстве соков, бутилированной воды, алкогольной продукции.
Технология очистки
В осмотической системе загрязненная вода вначале проходит через три , после чего поступает на полупроницаемую мембрану, где происходит ее разделение на чистую и грязную воду, выводимую в дренаж или канализацию. В процессе очистки очищенная вода скапливается в специальной емкости, а уже оттуда через кран подается потребителям. По пути из емкости вода проходит сквозь фильтр финишной очистки и встроенный минерализатор, который обогащает ее полезными веществами ионами натрия, калия, магния кальция, что делает ее максимально полезной и повышает вкусовые качества.
Самый важный элемент осмотической системы очистки - полупроницаемая мембрана, диаметр которой составляет до 1-го Ангстрема (0,1 нанометра), что равняется размеру одной молекулы воды. В принципе, осмотическая система осуществляет на атомарном уровне, поскольку через нее проходят только молекулы растворенного кислорода и воды. Ну а так как размер большинства веществ, содержащихся в воде больше 1-го Ангстрема, то они сквозь мембрану не проходят, остаются на ней. По мере загрязнения мембраны она промывается обратным током воды, после чего все это смывается в канализацию.
Благодаря такому барьеру из нее удаляются абсолютно все посторонние примеси, так что по своим свойствам очищенная вода близка к дистиллированной. Скептикам это дает повод утверждать, что после такой очистки вода становится вредной для здоровья, так как из нее вместе с вредными, удаляются и полезные элементы. А как известно, постоянное употребление дистиллированной воды не очень полезно для здоровья людей. Тем не менее, это не так, потому что минерализатор вновь насыщает воду полезными минералами. Поэтому можно с уверенностью говорить, что осмотическая система очистки воды - это лучшее, что придумано на данный момент.
2. Назначение
3. Решаемые проблемы
4. Области применения
5. Принцип работы
6. Типы обратного осмоса
7. Устройство. Схемы
8. Автоматизация
9. Госты. Нормативы
10. Рекуперация энергии
11. Справочник
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.
Мембрана работающая на основе обратного осмоса пропускает молекулы и ионы определенного размера, но служит барьером для веществ с молекулами большего размера. Таким образом, молекулы воды способны проникать через мембрану, а молекулы растворенных в воде солей - нет.
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,
|
Мощность,
|
Вес, кг |
Габариты, мм |
Скачать.pdf |
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:
- АЭС (комплексы водоснабжения)
- ТЭЦ, ГЭС (системы технологической очистки воды)
- ГАЗОВАЯ ЭНЕРГЕТИКА (блочных комплексы водоподготовки)
- ЖКХ (водоснабжение объектов I категории)
- Научно-исследовательских комплексов (очистка воды для лабораторий по разработке бактериологического оружия)
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%.
Мембрана обратного осмоса также удаляет из воды и органические вещества. Органические вещества с молекулярным весом более 100-200 удаляются полностью; а с меньшим - могут проникать через мембрану в незначительных количествах. Большой размер вирусов и бактерий практически исключает вероятность их проникновения через мембрану.
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):
| мутность | до 1-5 ЕМФ |
| окисляемость перманганатная | до 3 мгО/л |
| водородный показатель (рН) | 3-10, (иногда 2-11) |
| нефтепродукты | 0,0-0,5 мг/л |
| сильные окислители (хлор свободный, озон) | до 0,1 г/л |
| марганец общий (Mn) | до 0,05 мг/л |
| железо общее (Fe) | до 0,1-0,3 мг/л |
| кремниесоединения (Si) | до 0,5-1,0 мг/л |
| сероводород | 0,0 мг/л |
| индекс SDI | до 3-5 ед. |
| минерализация общая | до 3,0-20 г/л |
| температура воды | 5-35 (иногда до 45) °С |
| давление | 0,3-6,0 МПа |
| температура воздуха в помещении | 5-35°С |
| влажность воздуха в помещении | ≤ 70% |
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
Высокая селективность
Работоспособность при высоких давлениях
Стойкость в широком диапазоне pH и температуры
Устойчивость к воздействию химических веществ, в том числе окислителей (таких, как
свободный хлор)
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.
Степень автоматизации установки обратного осмоса может быть различна. От самой простой - контролирование основных режимов работы, и заканчивая - сложным комплексом с контролированием более 50 различных параметров и вывода данных на ПК или диспетчерский пульт
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 |
не более 5 |
|
2. Массовая концентрация аммиака и аммонийных солей (NH 4), мг/дм 3 |
не более 0,02 |
|
3. Массовая концентрация нитратов (КО 3), мг/дм 3 |
не более 0,2 |
|
4. Массовая концентрация сульфатов (SO 4), мг/дм 3 |
не более 0,5 |
|
5. Массовая концентрация хлоридов (Сl), мг/дм 3 |
не более 0,02 |
|
6. Массовая концентрация алюминия (Аl), мг/дм 3 |
не более 0,05 |
|
7. Массовая концентрация железа (Fe), мг/дм 3 |
не более 0,05 |
|
8. Массовая концентрация кальция (Сa), мг/дм 3 |
не более 0,8 |
|
9. Массовая концентрация меди (Сu), мг/дм 3 |
не более 0,02 |
|
10. Массовая концентрация свинца (Рb), % |
не более 0,05 |
|
11. Массовая концентрация цинка (Zn), мг/дм 3 |
не более 0,2 |
|
12. Массовая концентрация веществ, восстанавливающих КМnО 4 (O), мг/дм 3 |
не более 0,08 |
|
13. рН воды |
|
|
14. Удельная электрическая проводимость при 20°С, См/м |
не более 5·10 -4 |
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.
При смешении даже самой простой системы: высоконапорного насоса и мембранной одноуровневой установки с выходом фильтрата 40% - удельное потребление энергии остается очень высоким (около 6-7 кВт*ч на 1 м 3 произведенной воды), при этом задвижка на сбросе концентрата должна пропускать 60% потока исходной воды, входящего с давлением, равным входному, минус потери напора в модулях (от 1 до 2 бар).
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.
При работе этой системы потребление энергии в рассмотренном случае снизится на 3 кВт*ч на 1 м 3 , если выбранный высоконапорный насос имеет КПД выше 85%, а система - только одну ступень обработки.
Примечание: Другие, менее совершенные типы турбин не используются для работы на больших установках.
В этом случае весь комплекс установок данной системы (предварительная обработка, перекачивание насосами из моря, нагнетание полученной воды) будет потреблять около 4,0-4,5 кВт*ч на 1 м 3 .
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)
11. Справочник.
Соотношение единиц измерения объема
|
Соотношение единиц измерения давления
|
› Метод обратного осмоса: принцип
— Почему процесс носит таков странное название — обратный осмос? Что такое осмос и почему он обратный?
— Осмос (от греч. osmos — толчок, давление) — процесс самопроизвольного переноса растворителя (преимущественно воды) через полупроницаемую перегородку (мембрану), разделяющую два раствора с разной концентрацией. Например, чистую воду и раствор солей. Если мембрана пропускает только воду и не пропускает растворенные вещества, то вода будет проходить через мембрану в направлении к более концентрированному раствору до тех пор, пока не наступит равновесие и не выровняется давление (или концентрация) по обе стороны мембраны. Давление, при котором наступает это равновесие, называется осмотическим давлением раствора.
Это давление зависит от природы растворенного вещества и его концентрации. Осмос играет очень важную роль в жизни животных и растительных организмов. Именно осмотическое давление в живых клетках придает растительным и животным тканям прочность и упругость. Давление крови у человека составляет 7,7 атм, а в клетках пустынных растений — более 100 атм. Благодаря осмосу растения могут всасывать воду и растворенные в ней питательные вещества. Чувство жажды у человека также вызвано изменением осмотического давления крови. По отношению к осмотическому давлению крови жидкости подразделяются на три типа: гипотонические, изотонические и гипертонические.
— Изотонический раствор — это что-то из области медицины?
— Гипотонические растворы имеют более низкое осмотическое давление , чем в крови (в них меньше содержание солей); изотонические — одинаковое давление; гипертонические — более высокое давление. Вот почему в сталелитейных цехах рабочим дают пить солоноватую воду для предотвращения обезвоживания организма, а спортсмены пьют специальные изотонические напитки для утоления жажды.
Процесс обратного осмоса заключается в фильтрации растворов через полупроницаемую мембрану под давлением, превышающем осмотическое, при этом через мембрану проходит преимущественно вода, а растворенные вещества остаются в растворе. Движущей силой этого процесса является разность приложенного и осмотического давлений.
— Расскажите немного об истории технологии обратного осмоса?
— Обратный осмос относится к мембранным процессам
разделения компонентов растворов и суспензий, так как разделение происходит на полупроницаемой перегородке, называемой мембраной. Это обстоятельство коренным образом отличает обратный осмос от других методов очистки
. Применение мембран для отделения одних компонентов раствора от других имеет очень давнюю историю, восходящую еще к Аристотелю, впервые обнаружившему, что морская вода
опресняется, если ее пропустить через стенки воскового сосуда. Изучение этого явления и других мембранных процессов началось гораздо позже, в начале XVIII века, когда Реомюр использовал для научных целей полупроницаемые мембраны природного происхождения.
Но до середины 20-х годов уходящего века все эти процессы имели сугубо теоретический интерес, не выходя за пределы лабораторий. В 1927 году немецкая фирма «Сарториус» получила первые образцы искусственных мембран. После Второй мировой войны американцы, используя немецкие наработки, наладили производство ацетатцеллюлозных и нитроцеллюлозных мембран. Лишь в конце 50-х — начале 60-х годов с началом широкого производства синтетических полимерных материалов появились первые научные работы, которые легли в основу промышленного применения обратного осмоса.
Первые промышленные обратноосмотические системы появились только в начале 70-х годов. Поэтому обратный осмос — сравнительно молодая технология по сравнению с тем же ионным обменом или адсорбцией на активированных углях. Тем не менее, метод обратного осмоса стал одним из самых экономичных, универсальных и надежных способов очистки воды, который позволяет снизить концентрацию коллоидных и растворенных компонентов на 96 — 99% и практически на 100% избавиться от микроорганизмов и вирусов. Так как качество водопроводной воды во всем мире после повального применения ДДТ значительно ухудшилось, возникла проблема эффективной очистки воды в бытовых условиях от разнообразных загрязнителей. Поэтому на основе промышленных схем и имевшихся бытовых картриджных систем очистки были разработаны недорогие, надежные и эффективные бытовые обратноосмотические системы.
— Пожалуйста, расскажите об устройстве этих систем подробнее.
— По сравнению с промышленными бытовые обратноосмотические системы устроены намного проще и компактнее. Размеры позволяют поместить их под стандартной кухонной мойкой. Для нормальной работы им достаточно давления водопроводной воды (3,5 — 4 атм). При давлении воды менее 2 — 2,5 атмосфер необходим повышающий давление насос. Бытовые обратноосмотические фильтры оснащены небольшим гидроаккумулятором, который устраняет неудобства, связанные с невысокой производительностью, а также автоматическим диафрагменным клапаном, отключающим систему при его заполнении.
Стандартная конфигурация бытовой системы включает в себя пятимикронный механический картридж, предохраняющий мембрану от загрязнения и повреждения механическими частицами, и угольный предфильтр, защищающий ее от разрушающего воздействия остаточного хлора. После предварительной очистки вода подается на мембрану. Та вода, которая прошла через мембрану, поступает в накопительный мембранный бак. А та, что не прошла, стекает в канализацию.
— Получается, что обратноосмотические системы сбрасывают часть воды. Почему не может быть отфильтрована вся вода?
— Первые лабораторные установки на плоских мембранах работали в режиме тупиковой фильтрации. Однако это приводит к концентрированию растворенных веществ у поверхности мембраны, что влечет за собой ухудшение производительности и качества очищенной воды. На поверхности мембраны происходит осаждение малорастворимых соединений (солей жесткости, железа, органических соединений), что, в конечном итоге, выводит мембрану из строя. Поэтому процесс обратного осмоса всегда проводят в режиме тангенциальной фильтрации (cross-flow): разделяемый поток движется в осевом направлении по межмембранным каналам рулонного модуля, а фильтрат — спиралеобразно по дренажному материалу и поступает в отводящую трубку. Концентрат выходит с другой стороны модуля и либо весь поступает на сброс, либо часть его возвращается обратно на вход системы. Соотношение потоков регулируется таким образом, чтобы избежать появления отложений на поверхности мембраны. Количество сбрасываемой воды обычно составляет 30-45%.
Вернемся к устройству системы. На выходе из бака стоит финишный угольный фильтр и ультрафиолетовый стерилизатор. Угольный фильтр используется для доочистки воды от низкомолекулярных органических соединений, которые могут проникнуть через обратноосмотическую мембрану или попасть в чистую воду из резиновой груши бака-накопителя, придавая воде неприятный запах и вкус.
— Если через мембрану не могут пройти микроорганизмы и вирусы, зачем ультрафиолетовый стерилизатор? Тем более на хлорированной воде?
— Да, обратноосмотическая мембрана является непреодолимым барьером для бактерий и вирусов, и вода после мембраны получается практически стерильная. Однако могут возникнуть ситуации, когда повреждается мембрана. К тому же замена картриджей осуществляется не в стерильных условиях. Возможно обратное заражение очищенной воды в накопительном баке через кран. Одним словом, вероятность всегда отлична от нуля. Поэтому наличие УФ-стерилизатора является гарантией качества очищенной воды.
Некоторые системы оснащаются мощным насосом, встроенными средствами контроля качества воды, а также в них может отсутствовать накопительная емкость, так как они имеют достаточно высокую производительность. Такое оборудование уже относится к классу высококачественной бытовой техники, оно очень удобно в эксплуатации, однако стоит на порядок дороже, чем вышеописанные системы. Добавлю также, что системы, компоненты которых имеют разборную конструкцию (например, мембранный корпус, накопительный бак, УФ-стерилизатор), более гибки и дешевы в эксплуатации.
— В беседе Вы постоянно упоминаете полупроницаемые мембраны. Почему они пропускают только воду? Что они собой представляют?
— Механизм обратного осмоса на сегодняшний день достоверно неизвестен. Обратноосмотическая мембрана со стороны рабочей поверхности имеет селективный слой, который и участвует в разделении. Этот слой имеет очень мелкие поры, соизмеримые по своим размерам с молекулами растворенных веществ. Согласно наиболее распространенной теории, на поверхности селективного слоя мембраны и в ее порах образуется слой связанной воды, которая сильно отличается по свойствам от обычной воды. Связанная вода обладает пониженной растворяющей способностью и образует своеобразный барьер для многих веществ, но не для обычной воды. Полупроницаемые мембраны являются важнейшей составной частью обратноосмотических систем и именно они определяют качество и количество очищенной воды.
Каждая мембрана имеет показатели: селективность (степень задержания) по тому или иному компоненту и производительность. Как правило, мембраны сами по себе в виде пленки используются только для производства мембранных модулей. Мембранные модули могут иметь разнообразную конструкцию, но в настоящее время наиболее распространены рулонные мембранные модули на основе обратноосмотических композитных тонкослойных (TF) мембран.
— Производители других питьевых систем утверждают, что пить такую обессоленную воду вредно для организма, поскольку в ней практически отсутствуют полезные минеральные вещества.
— Во-первых, растворенные минеральные вещества в тех количествах, в которых они содержатся в обычной воде, не обеспечивают потребности в них человеческого организма при нормальном водопотреблении.
Во-вторых, та форма, в которой они присутствуют в воде, плохо способствует их усвоению. Человеческий организм привык усваивать ионы и микроэлементы в том виде, в котором они присутствуют в растительной и животной пище, т. е. в виде органических комплексов.
В-третьих, пища обеспечивает поступление в организм более 90% всех минеральных веществ. Например, в молоке содержание кальция (иона, отвечающего за жесткость воды) в 40 раз превышает его содержание в воде московского водопровода. При этом молоко пить полезно, а вода с такой жесткостью неминуемо приведет к образованию камней в почках и отложению солей в суставах. Вишневый нектар (разбавленный сок) содержит железо в концентрации 4 мг/л, что более чем в 10 раз превышает допустимую норму для воды. Регулярное употребление воды с таким содержанием железа для печени вреднее алкоголя. Лучше съесть одно яблоко, чем выпить 5 литров жесткой и железистой воды. Для обеспечения необходимой потребности в минеральных веществах человек должен, прежде всего, иметь полноценное питание.
И, в-четвертых: много ли Вы пьете воды?
— Литр кофе в день.
— То-то и оно, что кофе. За счет своих высоких экстрактивных (извлекающих) свойств такая вода хорошо подходит для приготовления пищи, а также разнообразных напитков: кофе, чая, коктейлей (). Супы и борщи получаются более наваристыми и вкусными (), чай и кофе — более ароматными и насыщенными. При умывании такой водой исключается аллергическая реакция со стороны чувствительной кожи.
Эта вода часто используется в пищевой промышленности. Например, те же фруктовые соки в пакетах. Эти соки на Лианозовском или Останкинском заводе только разбавляются из концентрата. Или нормализованное молоко и молокопродукты, приготовленные из порошкового молока. Другие потребители чистой воды — предприятия по производству пива, прохладительных напитков, ликероводочных изделий, бутилированной столовой воды и многого другого.
— С пищевым производством все понятно. А где еще требуется обессоленная вода?
— Помимо пищевых производств обратноосмотические системы поставляют воду для медицины, микроэлектроники, фармацевтики, парфюмерии, химической промышленности и теплоэнергетики.
— В теплоэнергетике? А ионный обмен?
— Вода для паровых котлов должна иметь очень низкое содержание растворенных веществ, особенно таких, как соли жесткости, окись кремния, железо. Обратный осмос позволяет снизить содержание этих компонентов до требуемых величин. Действительно, традиционно в этой области применяются деионизаторы с регенерацией ионообменных смол растворами кислот и щелочей. Эти устройства при сопоставимой с обратноосмотическими системами стоимости имеют ряд существенных недостатков. Это и необходимость содержания реагентного хозяйства, и большой объем агрессивных кислотно-щелочных стоков, что предъявляет особые требования к дренажной системе. Затраты на расходные материалы (кислоты, щелочи) составляют зачастую немалые суммы. Для обеспечения непрерывной подачи очищенной воды необходимо дублирование оборудования, поскольку не допускается перерыв в работе.
Обратноосмотические системы практически лишены этих недостатков. Они способны работать 24 часа в сутки, более удобны в эксплуатации, требуют гораздо меньше расходных материалов (ингибиторы, моющие растворы), имеют неагрессивные сточные воды.
— Из Ваших слов получается, что обратный осмос позволяет решить все проблемы, связанные с очисткой воды. Так ли это на самом деле?
— И так, и не так. Принципиально на обратноосмотической установке возможно очистить воду любого качества. Однако от качества исходной воды будет зависеть производительность установки и ее ресурс. Например, если исходная вода очень жесткая или содержит большое количество железа или марганца, обратноосмотическая установка проработает на такой воде недолго и может выйти из строя. Потому что на поверхности рабочих колес насоса высокого давления и мембран образуются отложения, значительно снижающие производительность системы. Поэтому существует ряд требований к качеству исходной воды, при соблюдении которых обеспечивается большой срок эксплуатации без замены или промывки мембран.
Как правило, исходная вода проходит предварительную очистку. Состав системы предочистки определяется качеством исходной воды: при работе на хлорированной водопроводной воде устанавливают угольный фильтр. Подземные воды часто содержат железо и марганец, попадание которых в обратноосмотическую систему недопустимо. Для их задержания устанавливают обезжелезиватель. Иногда достаточно дозирующего насоса, который подает в исходную воду раствор ингибитора, препятствующего образованию отложений. Для предотвращения роста бактерий в стерильной воде устанавливают УФ-стерилизатор или озонатор. Поэтому обычно проблему получения чистой обессоленной воды решают комплексно, с привлечением других методов водоочистки.
— Существуют ли другие мембранные методы разделения, помимо обратного осмоса?
— Конечно: микрофильтрация, ультрафильтрация, нанофильтрация, электродиализ, первапорация и многие другие. Но это тема для отдельного разговора.
Беседовал Кирилл Иванов
› › Метод обратного осмоса: принцип