Промишлени системи за обратна осмоза

В и КСтатииСп. Инженеринг ревю - брой 5, 2012

Водата е жизненоважен ресурс, а чистотата и доброто качество на питейната вода е от изключително значение за опазване здравето на хората. В тази връзка качеството на питейната вода е и нормативно регламентирано с Наредба 9 за качеството на водата, предназначена за питейно-битови цели, ДВ бр. 30 от 2001 г. Принципно отговорност за качеството на питейната вода носят фирмите, осигуряващи водоснабдяването, а контролът за изпълнение изискванията на Наредбата се извършва от Дирекция “Опазване и контрол на общественото здраве” при МЗ и РИОКОЗ. Нормите за качеството на питейната вода, които са разписани в Наредба №9 са съобразени с европейското законодателство в областта, като качеството на питейната вода се оценява по микробиологични, химични и радиологични характеристики. Спазването на съответните стандарти гарантира не само качеството, но и безопасността на питейната вода и отсъствието на вредни и опасни замърсители. Сред възможните замърсители са различни видове бактерии (повечето от които не са опасни за здравето на хората), вируси, пестициди, олово, нитрати, желязо и други.

За да бъде достигнато необходимото качество на питейната вода и да бъдат отстранени замърсяващите вещества, водата се подлага нa предварителна обработка в съответните пречиствателни станции. Използват се различни методи, сред които хлориране, озониране и други. Като един от най-добрите методи за пречистване и филтрация на водата се приема обработването на питейната вада чрез система за обратна осмоза. Подобни системи позволяват от водата да бъдат отстранени частици с много малки размери. Считат се за подходящи за пречистване на водата от различни примеси, соли и други, което позволява да се подобри вкусът на водата, нейните свойства, цвят и прозрачност.

Системите за обратна осмоза основно са предназначени за пречистване на питейна вода, като се предлагат и малки такива, подходящи за битова употреба. Освен за пречистване на питейна вода, те намират широко приложение и в различни отрасли на промишлеността, като например хранително-вкусова, химическа и т. н., където се използват за подготвка на водата, използвана в различни технологични процеси.

Процесът обратна осмоза
Осмозата е процес, при който под действието на осмотичния градиент водните молекули преминават през мембраните на клетките. Необходимо условие е мембраната да пропуска водата и намиращите се от двете й страни разтвори да са с различни осмотични концентрации. Съответно, водата преминава от разтвора с по-ниска концентрация към по-концентрирания до достигане на равновесие. Обратният процес, при който водните молекули преминават от по-концентрирания разтвор към този с по-ниска концентрация, е познат като обратна осмоза.

Обратната осмоза е физичен процес, характерен за метаболизма на всички живи организми. Благодарение на този обмен във всяка жива клетка постъпват хранителни вещества и се изхвърлят непотребните.

Процесът се явява и естествен физичен процес на филтриране на водата и е в основата на работата на обратноосмотичните системи за обработка на вода за питейни и стопански цели. Пречистването на вода чрез системите за обратна осмоза включва принудително преминаване на обработваната вода, през полупропусклива мембрана. Под въздействието на високо налягане, създавано от включената в системата помпа, молекулите на водата и някои разтворени вещества, чиито молекули са с малко молекулно тегло, обикновено по-малко от около 200 грама на мол, преминават през микропорите на мембраната. Останалите примеси, съдържащи се във водата като органични съединения, пестициди, тежки метали, нитрати и др. се задържат от нея. Обикновено диаметърът на порите на мембарната е около 0,0001 микрометра, което е достатъчно за преминаване на молекулите на водата, но недостатъчно за молекулите на различните примеси.

Пречистването на водата чрез обратна осмоза позволява да се задържат не само замърсяващите вещества, но и различни соли, протеини, кристали, бактерии, вируси и т. н. За разлика от обикновените методи за пречистване на вода в системите за обратна осмоза входящата вода се разделя на два потока: пречистена вода (preamt) и отпадна вода. Пречистената вода съответно се подава към потребителите, а отпадната вода, в която остават замърсяванията, които са се намирали във водата преди процеса на пречистването, се отвеждат в канализацията.

Обратната осмоза се счита за един от най-сигурните методи за пречистване на питейна вода. Пречистването е на ниво молекули, а нивото на отстраняване на вредни вещества достига до 99%.

Необходимо е предварително пречистване на водата
Нормалната работа на системите зависи от качеството на постъпващата към тях вода. Колкото по-чиста е водата, подавана към мембраната, толкова по-дълъг ще е и експлоатационният й срок, тъй като с течение на времето по повърхността на мембраната се отлагат соли, желязо, които намаляват пропусквателната й способност. В качеството си на основен елемент в системата за обратна осмоза, мембраната оказва пряко влияние върху качествата на обработената вода. Препоръчително е преди да бъде подадена към системата, водата да премине през предварителна очистка, която в зависимост от необходимостта може да включва омекотяване, отстраняване на неразтворени примеси, обеззаразяване и т. н. Предварителната филтрация на водата благоприятства и за удължаване живота на мембраната. В системите за обратна осмоза обикновено се използват филтри, изработени от полипропиленови влакна и активен въглен. Преминаването на водата през тях позволява да бъдат отстранени по-едрите частици.

Регенерация на мембраната
Независимо от предварителната обработка на водата с течение на времето производителността на системите за обратна осмоза постепенно намалява. Това се дължи на наслояването върху мембраната на трудно разтворими соли и суспензии, които са преминали през филтрите за предварителна филтрация. По-интензивно натрупване се формира при нарушение на текущия режим на работа на мембраната или на системата за предварително третиране. Това означава, че в даден момент мембраната може да спре да пропуска вода и нейната производителност значително намалява. В такива случаи се провежда регенерация за отстраняване на замърсители от повърхността на мембраната. За отстраняване на замърсителите могат да се използват киселини и алкални съединения, тъй като те са устойчиви при рН 2-12. Алкалните съединения се използват за отстраняване на органични замърсители, които съдържат глина и биологични вещества, хумусни киселини, съединения на силиция и др. Киселините се използват предимно за отстраняване на неорганични съединения - калциеви и магнезиеви сулфати, карбонати, хидроксиди на алуминий и желязо.

Регенерацията обикновено включва няколко етапа. Първоначално мембраната се промива с регенерационен разтвор, след което се измива от остатъците от разтвора, с което нейната производителност се възстановява напълно.

В голяма част от системите за обратна осмоза, поради работата им на принципа кръстосан поток, протича процес на самопочистване на мембраната.

Влияние на налягането и температурата върху производителността на мембраната
Скоростта и степента на филтрация зависят от входното налягане и температурата на водата. Колкото е по-голямо налягането на водата, постъпваща към мембраната, толкова по-висока е нейната производителност. Работната температура на мембраната обикновено е в диапазона от 2 до 35 оС. Съответно, колкото по-ниска е температурата, толкова по-ниска е и производителността на мембраната.
Обикновено като движеща сила, която отговаря за преминаването на водата през мембраната, се използва помпа. Колкото е по-голямо налягането, създавано от помпата, толкова по-силен е потокът вода.

Системите за обратна осмоза, използвани в промишлени и търговски приложения, които изискват големи обеми от вода с висока степен на чистота, обикновено работят с налягане в границите от около 100 докъм 1000 PSIG (от около 7 докъм 70 bar), в зависимост от избраните мембрани и качествата на третираната вода. Голяма част от тези системи включват няколко мембрани. За постигане на по-добро ниво на обработка на водата тя може да премине през допълнителен мембранен модул. Отпадната вода, преди да бъде отведена в канализацията, също може да премине през допълнителна обработка.

Към основните елементи на промишлените системи за обратна осмоза, освен филтрите за предварително механично пречистване на водата, помпата за осигуряване на високо налягане преди подаването на водата към мембраната и самата мембрана, се включват още: управляващ блок, резервоар за пречистената вода, помпена станция за подаване на чиста вода към потребителя. Към системата може да бъде включена и станция за дозиране на вещества предотвратяващи замърсяването на мембраната.

Предимства и приложение
Като основни предимства при използване на този метод на пречистване на водата обикновено се посочват възможността да се обработва вода с различно съдържание на соли, включително и морска вода, фактът, че не се използват химически продукти, сравнително ниските оперативни разходи, стабилното качество на водата, лесната експлоатация и други.

Възможните приложения на обратната осмоза освен за подготовка на питейна вода за битови нужди включват, обезсоляване или деминерализация на солена вода, използване на морска вода за питейни нужди, използване на морска вода за напояване, доставяне на вода за нуждите на хранително-вкусовата промишленост, доставяне на вода за нуждите на фармацевтичната и химическата индустрия, подготовка на вода за медицински и лабораторни цели, подготовка на вода за котли, техническа и питателна вода.

Добре е да се има предвид обаче, че в повечето случаи системите за обратна осмоза, използвани в промишлеността, не са универсални. Обикновено схемата на системата се разработва като се вземат предвид редица фактори, сред които дейността на самото предприятие, необходимите обеми пречистена вода и други.

Дестилирана и деминерализирана вода с висока степен на чистота може да се получи при използването на двустепенна обратноосмотична система. В този случай водата преминава два пъти през мембраната или чрез комбиниране на обратноосмотична система с последваща дейонизация в специални йонообменни смоли. В много производства, където се използва свръхчиста вода, като например електроника, енергетика и т. н., използването на подобни системи се счита за много подходящо.




ЕКСКЛУЗИВНО

Top