Проблемы получения пресной воды являются весьма актуальными в настоящее время. Количество источников качественной воды повсеместно сокращается ввиду как антропогенного действия человека, так и расширения ареала его обитания. Во многих новых местах жительства человека источники пресной воды просто отсутствуют, а во многих местах постоянного проживания источники воды загрязнены до такой степени, что получение воды питьевого качества возможно только путём применения установок опреснения. Единственным методом опреснения воды пригодным для бытового применения является метод обратного осмоса.
Немного углубимся в теорию процесса. Итак у нас есть солёная вода из которой необходимо получить пресную. Общеизвестно, что если взять сосуд, разделённый полупроницаемой мембраной (синтетическая структура способная по ряду причин пропускать через себя только определённые компоненты раствора, в нашем случае преимущественно молекулы воды) налив в одно отделение пресной воды, а другое солёной, то пресная вода начнёт переходить через мембрану до тех пор пока вода не станет одинаковой солёности по обе стороны от мембраны. Процесс самопроизвольного перетекания веществ через полупроницаемую мембрану, разделяющую чистую и солёную воду называется осмосом. Этот процесс происходит при атмосферном давлением, но если к части сосуда где у нас солёная вода приложить давление, то процесс пойдёт в обратную сторону. То есть вода пойдёт в часть ёмкости с чистой водой, а в части ёмкости с солёной водой раствор будет уменьшаться в объёме и становится всё более концентрированным. Это явление называется обратным осмосом. Таким образом для опреснения воды нам необходимо пропустить поток солёной воды под давлением через полупроницаемую мембрану, получив пресную воду, а сконцентрированный солёный раствор утилизировать.
Поговорим об особенностях процесса. Первое, что нужно отметить при обратном осмосе не происходит 100% опреснения воды. Если не вдаваться в особенности механизма переноса через полупроницаемую мембрану можно обратить внимание, на то, что солесодержание в среднем можно уменьшить в 10 раз от исходного. Наиболее глубоко из воды удаляются "большие" ионы (железо, магний, кальций), а вот "маленькие" - натрий, калий, хлориды, фториды удаляются в значительно меньшем отношении. На скорость прохождения воды через мембрану влияют приложенное давление и температура воды, ну и соответственно солёность обрабатываемой воды. Чем выше солёность воды, тем большее давление нужно приложить для инициирования процесса обратного осмоса. Температура обрабатываемой воды влияет на вязкость раствора. Соответственно чем температура воды выше, тем выше скорость прохождения воды через мембрану.
Полупроницаемые мембраны, для аппаратного применения заворачивают в рулон получая готовый модуль. Давайте рассмотрим как он устроен.
Для задач очистки воды существует множество типоразмеров мембранных модулей, отличающихся как количеством единичных пакетов, так и их площадью. Наиболее распространены типоразмеры 18*12, 20*12 (для малогабаритных питьевых установок) и 4040 и 8040 для более производительных систем, где опреснение воды идёт уже для всего дома. Эти две цифры обозначают диаметр элемента в дюймах * 10 и длину элемента в дюймах.
Для удобства восприятия рассмотрим установку с закреплёнными на стене корпусами с мембранными модулями и вспомогательной арматурой (в большинстве случаев всё это монтируется на раме, но в случае, если нет места или необходимо удешевить установку возможно крепление корпусом мембран на стене).
Технически ничего сложного в установке обратного осмоса нет. Как мы видим, входящая вода поступает через отсекающий электромагнитный клапан на вход корпусов мембранных модулей. Соответственно в самих мембранных модулях, как указывалось выше происходит разделение потоков воды на концентрат и пермеат. Избыточное давление в данном случае невелико и создаётся насосами водоканала. Этого хватает, так как вода на входе не солёная, а опреснение производится для технологических целей. В случае солёной воды перед корпусами мембранных модулей ставится насосное оборудование развивающее давление 10 - 16 Атм. Соотношение потоков пермеата и концентрата подлежит регулированию, для чего применяются расходомеры или ротаметры и запорная арматура. В случае пресной воды допускается соотношение пермеата/концетрата 2 к 1, а также возврат части концентрата обратно на вход мембранных модулей. В случае солёной воды такой вариант невозможен, а соотношение пермеата и концентрата меняется на 1 к 3 или ещё больше.
Поэтому следует обратить внимание на возможность утилизации концентрата, в случае опреснения солёной воды. Так например, при опреснении воды с солесодержанием 3 - 4 г/л доля концентрата составляет до 70 % от входящего на установку потока воды. Т.е на каждые 100 л очищенной воды 200 л утилизируется. Кроме того, не рекомендуется осуществлять сброс концентрата вблизи металлических конструкций во избежание их коррозии.
Поскольку процесс фильтрации методом обратного осмоса протекает можно сказать на молекулярном уровне установкам обратного осмоса требуется серьезна предводоподготовка. Не желательно наличие в обрабатываемой воде соединений железа, марганца, превышений по "перманганатной окисляемости"," мутности", "цветности". Снижение "общей жёсткости" в случае коттеджной водоподготовки целесообразно, если её значения превышают 15 мг-Экв/л. Для этих целей применяется дозирование антискалянтов. Также следует отметить, что в состав установки можно включить резервуар, в котором можно готовить кислотные и щелочные моющие растворы и через определённый промежуток времени прогонять эти растворы через мембранные модули для растворения и удаления образовавшихся на поверхности мембран нерастворимых осадков, восстанавливая тем самым рабочую поверхность мембран.
В этой статье мы рассмотрели общие закономерности процесса обратного осмоса и самое простое аппаратное решение. Надеюсь эта статья была полезна.
