Мембранні технології очищення води

1. осмос
2. Зворотній осмос
3. Установки зворотного осмосу
4. Мембранні елементи зворотного осмосу
5. Ультрафільтрація. установки ультрафільтрації
6. Нанофільтрація. установки ультрафільтрації
7. Переваги зворотного осмосу

В даний час серед споживачів стають все більш популярними фільтри для води, що працюють за принципом зворотного осмосу. З початку 60-х років процес зворотного осмосу використовується для очищення води. Спочатку з його допомогою опріснювати морську воду. На сьогоднішній день сотні тисяч тонн питної води на добу виробляються за принципом зворотного осмосу. З удосконаленням технології стало можливим використання обратноосмотічеськіх систем і в домашніх умовах. Тисячі таких систем вже функціонують по всьому світу. Вода, що отримується зворотним осмосом, має унікальну ступінь очищення і близька за своїми властивостями до талої води льодовиків, що вважається найбільш екологічно чистою і корисною для людини.

Нижче ми докладно опишемо принцип дії мембранних технологій. Якщо Ви відчуваєте дефіцит часу і Вам колись в цьому розбиратися, то фахівці компанії Waterman оперативно проконсультують Вас з питань, пов'язаних із специфікою цих процесів і зорієнтують у виборі необхідного Вам обладнання.

осмос

Відомо, що в основі обміну речовин всіх живих організмів лежить явище осмосу. Саме завдяки цьому процесу в кожну живу клітину надходять поживні речовини і виводяться шлаки.
Ми спостерігаємо явище осмосу при наявності двох соляних розчинів з різними концентраціями, розділених напівпроникною мембраною.
Така мембрана, пропускаючи молекули і іони певного розміру, непроникна для речовин з молекулами більшого розміру. Молекули води здатні вільно проникати через мембрану - на відміну від молекул розчинених у воді солей.
При наявності по обидва боки напівпроникною мембрани солесодержащих розчинів з різною концентрацією, відбувається переміщення молекул води через мембрану з слабо концентрованого розчину в більш концентрований, що підвищує в останньому рівень рідини. Навіть якщо обидва розчини знаходяться під однаковим зовнішнім тиском, в силу явища осмосу спостерігається процес проникнення води через мембрану.
Різниця в висоті рівнів двох розчинів різної концентрації пропорційна силі, під дією якої вода проходить через мембрану. Ця сила називається "осмотичним тиском".

Зворотній осмос

При впливі на розчин з більшою концентрацією зовнішнього тиску, що перевищує осмотичний, рух молекул води через напівпроникну мембрану відбувається в зворотному напрямку, тобто з більш концентрованого розчину в менш концентрований.
Такий процес отримав назву "зворотний осмос". Всі мембрани зворотного осмосу працюють за цим принципом.
Вода і розчинені в ній речовини в процесі зворотного осмосу поділяються на молекулярному рівні, в результаті з одного боку мембрани залишається ідеально чиста вода, а з іншого - все забруднення. Таким чином, зворотним осмосом забезпечується набагато вищий ступінь очищення, чим більшість традиційних методів фільтрації, заснованих на механічній фільтрації та адсорбції речовин за допомогою активованого вугілля.

Установки зворотного осмосу

Процес зворотного осмосу використовується в осмотических фільтрах, що мають спеціальні мембрани, які затримують розчинені у воді мінеральні та органічні домішки, віруси і бактерії. Тут очищення води проводиться на молекулярному і іонному рівні, при цьому значно зменшуючи загальний солевміст в воді. У Європі та США для очищення муніципальної води використовується багато домашніх фільтрів зворотного осмосу з вмістом солей від 500 до 1000 мг / л; обратноосмотичні системи високого тиску здатні довести до якості нормальної питної води солонувату і навіть морську воду (36000 мг / л).

Фільтрами на основі зворотного осмосу видаляються з води іони Са, Mg, Cl, Na, важких металів, миш'як, добрива, інсектициди й багато інших домішки. Таким чином, обратноосмотические мембрани являють собою «молекулярне сито», яке затримує практично всі домішкові елементи, що містяться у воді - незалежно від їх природи. Це запобігає можливим проблемам споживачів води, пов'язаних з неповною або неточною аналізом вихідної води , Особливо з індивідуальних свердловин.
Мембрана є найважливішим елементом обратноосмотічеськіх установок. Через пори мембрани пропускається вихідна вода, забруднена різними частинками і домішками. Ці пори настільки малі, що крізь них забруднення практично не проходять. Щоб запобігти забивання мембранних пор, уздовж мембранної поверхні прямує вхідний потік, що вимиває забруднення. Відбувається, таким чином, поділ вхідного потоку на два вихідних: на пермеат - розчин, що проходить через мембранну поверхню і концентрат - частина вихідного потоку, який не пройшов через мембрану.

Увага! Вода, що подається на установку зворотного осмосу, повинна відповідати певним вимогам (докладніше тут ). Використання мембранної установки для фільтрації води з індивідуальних свердловин у більшості випадків вимагає попереднього знезалізнення води .

Мембранні елементи зворотного осмосу

Зворотньоосмотична напівпроникна мембрана являє собою композитний полімер нерівномірної щільності. Цей полімер має два нерозривно з'єднаних між собою шару. Зовнішній бар'єрний шар - дуже щільний, з товщиною близько 10 мільйонних см. Другий шар - менш щільний, пористий; його товщина - п'ять тисячних см. осмотичного мембраною затримуються всі розчинені солі і неорганічні молекули, а також органічні молекули з молекулярною масою понад 100. Вільно проходять через мембрану молекули води створюють потік пермеата. За якістю пермеат можна порівняти з знесоленої водою, отриманої за традиційною схемою Н-ОН-іонірованія, а за окремими параметрами (вміст заліза і кремнієвої кислоти, окислюваність і ін.) Перевершує.
Таким чином, обратноосмотическая мембрана є прекрасним фільтром. У чистій воді, отриманої в результаті фільтрації, вміст розчинених мінеральних речовин незалежно від їх концентрації у вхідній воді теоретично має становити 0 мг / л.
І напівпроникна мембрана, і мінеральні речовини, розчинені у воді, мають свій власний електричний заряд. Тому 98 - 99% молекул мінеральних речовин відштовхується від зворотноосмотичної мембрани. Молекули і іони знаходяться в безперервному хаотичному русі. Рухомі протилежно заряджені іони, опиняючись на дуже близькій відстані, притягуються, при цьому відбувається нейтралізація їх електричних зарядів. Утворюються незаряджені частинки, здатні проходити через обратноосмотічеськую мембрану. фактично>

У чисту воду потрапляє лише мала частина незаряджених частинок. Так як величина пір зворотноосмотичної мембрани порівнянна з величиною молекул води, найменших в природі, через неї можуть проникати тільки дрібні незаряджені молекули мінеральних речовин. Вона не пропускає такі небезпечні великі молекули, як солі важких металів, наприклад.
Важливо, що з підвищенням тиску на вході вміст солей в очищеної мембраною воді не збільшується. Навпаки, збільшення тиску води призводить до зростання продуктивності мембрани, а також до поліпшення якості очищення при застосуванні методу зворотного осмосу. Тобто, вище тиск води на мембрані - більше чистої води кращої якості можна отримати!
При очищенні води за принципом зворотного осмосу з боку входу зростає концентрація солей, що може послужити причиною засмічення мембрани і припинення її роботи. Щоб цього уникнути, примусовий потік води вздовж мембрани змиває "розсіл" в дренаж.
Ефективність процесу зворотного осмосу залежить від ряду факторів: температури, тиску, рівня рН, матеріалу мембрани і хімічного складу вхідної води.
Обратноосмотичні мембрани відмінно очищають воду від неорганічних речовин. Ступінь очищення, в залежності від типу застосовуваної мембрани (тонкоплівкова композитна або ацетатцеллюлозное), по більшості неорганічних елементів становить 85% -98%.

Мембраною зворотного осмосу проводиться очищення води також і від органічних речовин. Повністю видаляються органічні речовини з молекулярною вагою понад 100-200; а з меншим - в незначних кількостях можуть проникати через мембрану. Практично виключається ймовірність проникнення через мембрану зворотного осмосу вірусів і бактерій, так як вони мають великий розмір.
У той же час, розчинені у воді кисень і інші гази, що визначають смак води, мембрана пропускає. В результаті, на виході системи зворотного осмосу споживач отримує свіжу, смачну, настільки чисту воду, що вона практично не вимагає кип'ятіння.
Такі мембрани в промисловості виготовляються з керамічних і полімерних матеріалів. З їх допомогою, в залежності від розміру пір, здійснюється:

• Зворотній осмос;
• мікрофільтрація
• ультрафільтрація ;
• нанофільтрація (нанометр - одна мільярдна метра, або одна тисячна мікрона, тобто 1 нм = 10 ангстрем = 0,001 мкм.).

Обратноосмотичні мембрани - самі селективні, так як мають найдрібніші пори. З їх допомогою затримуються всі віруси і бактерії, велика частина розчинених солей і органічних речовин (в тому числі гумусові з'єднання і залізо, які надають воді кольоровість і патогенні речовини). Обратноосмотичні мембрани, пропускаючи лише молекули води, легких мінеральних солей і розчинених газів, затримують 97-99% всіх розчинених речовин.
Матеріалом мембранних фільтрів є нітрат целюлози, і багаторічна практика довела його надійність.
Мембранний фільтр являє собою кілька шарів, з'єднаних разом і обмотаних навколо пластикової трубки. Вода продавлюється через напівпроникний матеріал мембрани. Схематичне зображення мембрани наведено нижче.
Обратноосмотичні мембрани широко застосовуються в тих галузях промисловості, де потрібна вода високої якості (харчова промисловість, розлив води, фармацевтика, виробництво алкогольних і безалкогольних напоїв, електронна промисловість і ін.). Двоступеневий зворотний осмос (через обратноосмотические мембрани вода пропускається двічі) дозволяє отримати демінералізовану і дистильовану воду. Ці системи - економічно вигідна альтернатива дистилятори-випарників, тому вони використовуються на багатьох виробництвах (електроніка, гальваніка і т. Д.).
Мембранні фільтри все частіше використовуються в побуті. Їх повсюдне поширення відбувається за рахунок того, що знизилися вартість мембранних апаратів і робочий тиск, зросла питома продуктивність. Найчистіша вода, отримана за допомогою систем зворотного осмосу, задовольняє СанПіН «Питна вода» і європейським стандартам якості для питного водокористування; відповідає всім вимогам для використання в побутовій техніці, сантехніці, системах опалення.
Колоїдні частинки і дрібні суспензії, що визначаються як каламутність, затримуються мікрофільтраційних мембранами з розміром пір 0,1-1,0 мкм. Зазвичай вони використовуються для грубої очистки води (або для попередньої підготовки води перед більш глибоким очищенням).
Зворотний осмос на відміну від мікрофільтрації характеризується меншим розміром мембранних пор, і, як наслідок, меншим мінімальним розміром затримуваних частинок. Мембрани з більш дрібними порами роблять більший опір потоку, тому для процесу фільтрації потрібно більший тиск.

Ультрафільтрація. установки ультрафільтрації

УФ-мембрана затримує мікроорганізми, зважені речовини, бактерії, віруси, водорості; істотно знижує мутність води. УФ-мембрани в ряді випадків значно зменшують кольоровість і окислюваність води. Ультрафільтрація замінює осадження, відстоювання, мікрофільтрацію.
Ультрафільтраційні мембрани мають пори розміром від 0,01 до 0,1 мкм і видаляють великі органічні молекули з молекулярною вагою понад 10 000, бактерії і віруси, колоїдні частинки, не затримуючи при цьому розчинені солі. Ці мембрани знаходять широке застосування в побуті і промисловості, стабільно забезпечуючи високу якість очищення від перерахованих вище домішок, зберігаючи при цьому мінеральний склад води. Таким чином, за допомогою уьтрафільтраціі вода освітлюється і знезаражується практично без застосування хімреагентів; при цьому сольовий склад води зберігається. Для водопідготовки в промисловості найбільш широко застосовуються половолоконной мембрани. Їх основним елементом є порожнисте волокно діаметром 0,5-1,5 мм, на внутрішній поверхні якого нанесена ультрафільтраційна мембрана. Групи порожнистих волокон групуються в модулі, щоб отримати більшу фільтруючу поверхню (до 47-50 м2).

Як правило, установка ультрафільтрації функціонує в режимі "тупикової фільтрації" без скидання концентрату. Відбувається чергування процесу фільтрації зі зворотним промиванням мембран від накопичених забруднень. При зворотному промиванні частина очищеної води (не більше 10-20% від потоку вихідної води) подається в зворотному напрямку. У промивну воду періодично надходить розчин миючих реагентів. Посилена циркуляційна промивка мембран проводиться спеціальними миючими розчинами один-два рази на рік. Ультрафільтрацією можна отримувати питну воду безпосередньо з поверхневого джерела. УФ-мембрана служить бар'єром для вірусів і бактерій, тому первинне хлорування води не потрібно. Здійснення знезараження води проводиться безпосередньо перед подачею її споживачеві.

Можливе використання даної технології в якості передпідготовки води перед зворотним осмосом, так як ультрафильтрат повністю вільний від колоїдних і зважених речовин.

Нанофільтрація. установки ультрафільтрації

Нанофільтрація (НФ), що займає проміжне положення між зворотним осмосом і ультрафильтрацией, проводиться очищення води від органічних сполук з молекулярною масою вище 300. нанофільтраціонние мембрани, що мають пори розміром від 0,001 до 0,01 мкм, пропускають 15-90% солей в залежності від структури мембрани.

Нанофільтрація і зворотний осмос дуже близькі за схемою організації процесу, механізму поділу середовищ, мембран, обладнання та робочому тиску. Нанофільтраціонние мембраною повністю затримуються мікроорганізми, віруси і бактерії, частково - органічні молекули, розчинені солі. При цьому ступінь знесолення нижче, ніж при зворотному осмосу. Нанофільтрат майже не містить солей жорсткості (зниження в 10-15 разів), тобто він пом'якшити. Нанофільтрація ефективно знижуються кольоровість і окислюваність води. В результаті цього процесу вихідна вода знезаражується, умягчается і частково знесолювальних.

Сучасні нанофільтраціонние фільтри є альтернативою установкам іонообмінного пом'якшення води.

Переваги зворотного осмосу

Але найбільше визнання отримали обратноосмотичні мембранні фільтри очищення води завдяки унікальному якості води, що досягається після фільтрації. Ці фільтри ефективні для очищення води від низькомолекулярних гумінових сполук, які надають воді жовтуватий відтінок і погіршують її смакові властивості, і які складно видалити іншими методами. В результаті використання мембранних обратноосмотічеськіх фільтрів виходить чистісінька вода, безпечна для здоров'я. Така вода продовжує термін служби побутової техніки, сантехніки та системи опалення.

У обратноосмотічеськіх фільтрів є ще ряд інших достоїнств. По-перше, за рахунок того, що забруднення, не накопичуючись всередині мембрани, постійно зливаються в дренаж, виключається ймовірність їх потрапляння в очищену воду. Це забезпечує стабільно високу якість очищеної води навіть при значному погіршенні параметрів початкової води. В такому випадку може лише знизитися продуктивність: вбудовані в систему лічильники це покажуть. Тоді буде потрібно промити мембрану спеціальними реагентами.

Досить регулярно (приблизно 4 рази на рік) такі промивання з одночасним контролем роботи установки проводяться фахівцями сервісної служби. Наступною перевагою є відсутність хімічних скидів та реагентів, що підтримує екологічну безпеку. Перевагою мембранних систем також є їх компактність і простота експлуатації.

Мембранні системи очищення води досить дорого коштують. Але «накопичувальні» системи теж недешево обходяться, з огляду на те, що при їх використанні швидше за все знадобиться кілька установок різного дії. А що стосується експлуатаційних витрат, то вони значно менше для мембранних систем.

На сьогоднішній день відбувається активний розвиток технологій зворотнього осмосу. Постійно вдосконалюються установки. Сучасні системи - це цілі агрегати з передочістку води, Які встановлюються під мийка або на Лінії подачі води. Завдяки надійності, зручності в експлуатації, компактності і стабільно високій якості отримуваної води, осмотичні фільтри все частіше використовуються в побуті. Композитні тонкоплівкові мембрани, якими комплектується більшість обратноосмотічеськіх фільтрів, використовуваних в житлових приміщеннях, затримують від 95 до 99% всіх розчинених речовин. Перевагою таких мембран є робота при високих концентраціях розчинених у воді домішок, а також в широкому діапазоні рН і температури.
Іноді застосування зворотного осмосу необхідно, наприклад, для пом'якшення води. Як правило, для цього використовуються фільтри-пом'якшувачі, з фільтруючим середовищем з іонообмінних смол, які замінять в воді іони магнію і кальцію, "відповідальні" за жорсткість, на іони натрію. Допустимі концентрації натрію в воді набагато більше, ніж кальцію і магнію, і солі натрію не утворюють накипу. Але в разі дуже великий жорсткості води (більше 30 мг-екв / л), при цьому процесі відбувається перевищення і по натрію. Накипу не буде, але пити таку воду не можна. І тоді зворотний осмос допоможе прибрати надлишок натрію - зробити "пом'якшення" води.
Обратноосмотичні системи - найбільш прогресивні системи підготовки питної води на сьогоднішній день. На виході вони дають воду, за ступенем очищення близьку до дистильованої. Але на відміну від позбавленою смаку дистильованої води, вона має прекрасні смакові якості за рахунок збереження розчинених в ній газів.

Споживач сучасного ринку чітко засвоїв, що не завжди висока ціна означає відмінну якість, а також що не завжди варто переплачувати за бренд, коли є більш дешеві, але не менш еффектівниетехнологіі.Однако системи зворотного осмосу - етокак раз той випадок, коли уровеньцен на товарсоответствует якості виробленої їм работи.Компанія Waterman предлагаетшірокій спектр современноговодоочістного устаткування, що підтримує високі стандарти якості очищеної води.

Наші фахівці підберуть для Вас оптимальний варіант системи очищення води, забезпечать її установку і подальше обслуговування.