Обратный осмос - технология очистки воды

В основе обратно осмотического метода очистки воды лежит явление осмоса, широко распространенное в природе. В частности, обратный осмос обеспечивает процесс обмена веществ в живых клетках.

Осмос - это самопроизвольный процесс перехода воды через полупроницаемую мембрану, из раствора с большей концентрацией соли в раствор с меньшей концентрацией соли в условиях, когда соль не проникает через мембрану. Процесс останавливается по достижении осмотического равновесия, т.е. когда разница давлений растворов будет равна разности их осмотических давлений. Если с одной стороны от мембраны поместить чистую воду, то при равновесии разница давлений воды и раствора будет равна осмотическому давлению раствора.

Таким образом, осмотическое давление - это избыточное гидростатическое давление на раствор, отделенный от чистого растворителя полупроницаемой мембраной, при котором прекращается диффузия растворителя через мембрану.

Величина осмотического давления определяется по формуле: π= СxRxT,

где: π - осмотическое давление (Па); С - молярная концентрация растворенного вещества, моль/л; R - газовая постоянная, бар/(К×моль); Т - температура, К. Зависимость осмотического давления от концентрации растворенного вещества проиллюстрирована в табл. 1 на примере раствора хлорида натрия NaCl.

Концентрация соли, мг/л Осмотическое давление, бар
100 0,1
3000 2,5
30000 25

 

Чем больше концентрация раствора, тем больше создаваемое им осмотическое давление.

Обратный осмос - это процесс, обратный осмосу, как следует из названия, т.е. процесс перехода воды из более концентрированного раствора в менее концентрированный раствор под действием внешнего давления. Внешнее давление должно превышать разницу осмотических давлений растворов. На этом принципе основан обратно осмотический метод очистки воды.

осмос

 

В мембранах для обратного осмоса различия в структуре четко не определяются. На микроуровне мембраны являются однородными. Предполагается, что основным механизмом переноса вещества через мембрану обратного осмоса является диффузия или, точнее, активированная диффузия.

Диффузия (от лат. diffusio - распространение, растекание) определяется как взаимное проникновение соприкасающихся веществ друг в друга. Диффузия происходит в направлении падения концентрации вещества и ведёт к равномерному распределению вещества по всему занимаемому им объёму. Активированная диффузия - диффузия, протекающая под действием разности давлений. 

Рабочее давление обратного осмоса складывается из двух основных составляющих: осмотическое давление исходной воды и гидродинамическое сопротивление мембраны. При этом гидродинамическое сопротивление мембраны вносит основной вклад в рабочее давление процесса в связи с отсутствием пор в мембране.

Применяемые в настоящее время композитные мембраны позволяют значительно снизить гидродинамическое сопротивление. В них тонкий селективный слой наносится химическим путем на пористую основу (подложку). Толщина селективного слоя составляет 0,1-1,0 мкм, а толщина пористой основы - 50-150 мкм. Подложка практически не создает сопротивления потоку благодаря широким порам, а сопротивление селективного слоя значительно снижается благодаря значительному сокращению его толщины. В целом композитная структура мембраны обеспечивает механическую прочность за счет толщины пористой подложки, а кроме того, позволяет снизить общее сопротивление мембраны за счет тонкости селективного слоя.

            Селективный слой мембран обратного осмоса выполнен из полиамидного материала. Рабочее давление таких мембран при минерализации исходной воды до 5 г/л составляет 10-15 бар. Стандартная рабочая температура обратного осмоса не превышает 40ºС, хотя в настоящее время производятся полиамидные мембраны, работающие при повышенных температурах - до 90°С. Селективность полиамидных мембран составляет 90-99,6%.

Мембраны обратного осмоса производятся в виде рулонных мембранных элементов, которые позволяют разместить мембранное полотно с большой площадью в небольшом объеме. Это обеспечивает компактность обратно осмотических установок.

фильтр

Смотрите также:

 

обратный осмос применяется при очистке воды в самых разных установках: обратный осмос в промышленных системах водоподготовки, обратный осмос в бытовых фильтрах очистки воды, обратный осмос в системах умягчения воды, обратный осмос в установках обезжелезивания воды, обратный осмос в установках подготовки питьевой воды для коттеджей, обратный осмос в системах глубокой очистки воды, обратный осмос при доочистке питьевой воды от тяжелых металлов и др.