Обратноосмотические установки и системы — фильтры обратного осмоса

Технология обратноосмотической фильтрации применяется главным образом для высококачественного опреснения морской воды, а также насыщенной солями.

Следующей областью применения технологии является очищение воды от соли для получения ультрачистой жидкости, применяемой в медицине, теплоэнергетике и производстве полупроводников, а также для очистки сточных вод предприятий в системах циклического водоснабжения.

Компания ЮПМК предлагает купить обратноосмотические установки, системы или мембраны по выгодной  цене и отличного качества.

Основные принципы технологии

В основе работы установок обратноосмотической фильтрации лежит явление обратноосмотического давления.

Исходя из закона равновесия, вода из раствора слабоконцентрированного солями будет проходить через водопроницаемую мембрану в раствор, концентрация которого больше, до момента, пока по разным сторонам мембраны концентрации растворов не уравновесятся.

Когда концентрации растворов станут одинаковыми, уровень жидкости по обе стороны мембраны будет отличаться. Разница между верхними границами, называемая осмотическим давлением, и будет равна разнице концентраций растворов.

Если на раствор с высокой концентрацией будет воздействовать внешнее давление, вода потечет сквозь мембрану в противоположном направлении. Это приведет к увеличению концентрации раствора, который в начале процесса имел большую концентрацию, и снижению концентрации первоначально слабоконцентрированной жидкости. Процесс имеет название обратный осмос.

В ходе обессоливания воды первоначальный поток на выходе превращается в пермеат (обессоленную воду) и концентрированный сток.

Мембраны, применяемые в данном процессе, являются главным элементом установок и имеют степень обессоливания от 90 до 99.6%.

Мембраны задерживают микроорганизмы, коллоиды и пирогенные вещества, проходящие сквозь них из растворов. Однако со временем эксплуатации мембраны уплотняются, задерживая вещества в меньшей степени. Поэтому данный способ фильтрации нельзя на 100% назвать стерильным.

Работа систем фильтрации по принципу обратного осмоса

Длительность эксплуатации фильтрационных установок зависит от нескольких факторов, в частности: правильно рассчитанной архитектуры механизмов, предварительной подготовки воды, соблюдения графика работы оборудования.

Основные факторы, влияющие на стабильность работы очистительной системы:

1. Качество первоначальной воды. К данному пункту относят: жесткость, соленасыщенность, мутность, цвет, окисляемость, содержание железа, сульфатов, фосфатов, кислотность, микробное количество.

Увеличение общей жесткости повышает жесткость пермеата, снижает производительность оборудования. Повышается перепад давления через мембрану, требуются частые промывки. В концентрационном стоке увеличивается количество малорастворимых солей, образуются пересыщенные растворы, которые могут стать причиной излишних осадков. Соотношение потоков обессоленной и первоначальной воды (так называемая конверсия системы) определяет уровень солей в растворе. Так при цифре в 75% происходит четырехкратное увеличение числа солей в концентрационном стоке.

Для смягчения жесткости исходной воды с целью предотвращения появления сложноудаляемых осадков применяют окисление воды соляной кислотой. Кислотность должна составлять менее 7.5.

Для определения дозировки используют индекс Ланжелье (описывает уровень насыщенности жидкости карбонатом кальция). Отрицательное его значение считается удовлетворительным для концентрированного стока установки. Этот метод довольно затратный, как показала эксплуатация.

Применяют также способ с добавлением ингибиторов (полиакрилаты, фосфоновые кислоты) в исходную воду. Ингибиторы приостанавливают рост кристаллов малорастворимых солей, не проходят через мембрану и выводятся с концентратом из установки. Область использования ингибиторов довольно ограничена по степени концентрации плохорастворимых солей в исходной воде.

Повышение количества солей в первоначальной воде способствует росту осмотического давления и потребности в увеличении давления в процессе разделения через мембрану. При стабильном расходе воды и степени конверсии увеличение количества солей означает повышение концентрационной поляризации перед мембраной. Это чревато риском проникновения солей в пермеат и повышению его солесодержания.

Повышенная мутность и окисляемость повышает давление на мембрану, уменьшает поток пермеата, вызывая необходимость частых промывок установки. Степень загрязнения исходной воды и возможность ее использования в очистительной установке определяется коллоидным индексом SDI. В норме его значение не превышает 2.

Большая концентрация железа, ионов магния и кальция, сульфатов, силикатов, фосфатов, равно как и повышение кислотности свыше 8, снижает производительность установки и длительность ее эксплуатации из-за скопления отложений на мембране.

Большое микробное число чревато обрастанием мембран биологическими организмами, ростом трансмембранного давления и сокращением длительности работы оборудования.

Живые организмы в процессе жизнедеятельности образуют на поверхности мембран пленки из полимерных веществ: полисахаридов, протеинов, которые развиваются в самых жестких условиях и трудно удалимы в ходе химической промывки. Допустив однажды образование биологических отложений, в дальнейшем будет достаточно сложно избавиться от них. Эта проблема является основной и наиболее важной, ведущей к значительному снижению производительности системы.

Решить проблему можно двумя способами:

• Снижать микробное число, предварительно применяя обеспложивающую ультрафильтрацию. При этом также удаляются коллоиды и достигается уровень SDI<2.
• Применение микробиоцидов, которые самостоятельно очищают мембраны установки, не приводят к окислению и эффективно удаляют биологические образования с мембранной поверхности.

2. Температура первоначальной воды.

Увеличение температуры первоначальной жидкости уменьшает ее вязкость, активизирует ионы соли, благодаря чему повышается электропроводность обессоленной воды и производительная мощность оборудования.

Снижение температуры на 1°С понижает производительность на 3%. Мембраны производят с учетом, что они будут работать при температуре 25°С.

Производительность может регулироваться коэффициентом температуры.

В проектировке обратноосмотических фильтров нужно учесть необходимое количество элементов обратного осмоса, которые обеспечат максимальную производительность при самой низкой температуре в применяемых условиях.

Коэффициент температурной коррекции

3. Срок службы мембранного элемента. Со временем материал мембран уплотняется в установке, растет давление на мембрану и происходит попадание солей в пермеат. Мембраны должны «состариваться» не менее чем на 10% в год по сравнению с начальной производительностью.
4. Качество предварительной подготовки. К предварительной подготовке исходной воды относятся уменьшение ее жесткости, кислотности, мутности. Чем меньше эти показатели, тем дольше прослужит агрегат. Однако все операции предподготовки увеличивают затраты процесса фильтрации.
5. Давление через мембрану. Рост давления повышает поток пермеата, снижает риск проскока солей. Сверхмерный поток пермеата, с другой стороны, может повысить концентрацию солей в слое у мембраны и концентрате, образуя растворы с трудноудалимыми осадками.

Процедура восстановления мембранных элементов

В первую очередь стоит свести к минимуму возможность загрязнения мембран первоначальной водой. При соблюдении подходящих условий эксплуатации установок забивание элементов осадками значительно сокращается. При правильно отрегулированном расходе пермеата, степени конверсии, уровне кислотности, давлении процесса можно значительно продлить срок работы мембранного элемента до необходимости очистки и увеличить срок эксплуатации оборудования.

В мембранах фильтрационных установках происходит скопление коллоидных веществ, образование биопленок и отложений минералов.

Очищение мембранных элементов производится периодическими промывками химическими растворами. Показанием к необходимости осуществления промывки служат следующие факторы:

• Рост давления на 15%,
• Увеличение электропроводности обессоленной воды на 15%,
• Уменьшение производительности на 15%.

Важно не допустить превышения граничных значений для своевременной регенерации обратноосмотических мембран.

Не стоит допускать образования устойчивого осадочного слоя на мембране. В противном случае промывка может быть произведена некачественно. Возникнут сложности в проведении очистки, либо снять загрязнения будет и вовсе невозможно. Это приведет к неспособности восстановления полной функциональности агрегата.

Перед началом очистительных процедур необходимо определить тип загрязнения. Опознание возможно по отличительным чертам: цвету и устойчивости загрязнения. Коричневый цвет на мембране свидетельствует о наличии железа. Белый (бежевый) цвет означает появление биопленки на мембране или присутствии оксида кремния, кальция, глины. Характерной особенностью наличия биопленки также можно назвать вязкость осадка. Кальций или коллоиды формируют на мембране кристаллическую структуру.

Компания осуществляет установку систем фильтрации по принципу обратного осмоса серии FMS-RO по стандартной схеме или индивидуальным запросам.

Составные элементы фильтрационного оборудования FMS-RO:

• Стальной нержавеющий корпус,
• Многопатронный полировальный фильтр механической очистки с градиентом 1-5 мкм,
• Блок дозировки реагентов, обрабатывающих первоначальную воду,
• Блок насосов,
• Блок мембран, состоящий из рассчитываемого количества мембранных элементов обратного осмоса в корпусах,
• Система трубопроводов, запорная арматура, элементы регулировки,
• Система КИПиА (манометры, уровнемеры, датчики температуры, давления, электропроводности, расходомеры, главный контроллер, пусковая арматура для электрической части и пр.),
• Блок промывки мембран химическими растворами, состоящий из насоса, запорных элементов, емкости, содержащей промывочную жидкость.