Принцип очистки воды обратным осмосом

Обратный осмос — прохождение воды или других растворителей через полупроницаемую мембрану из более концентрированного раствора в менее концентрированный в результате воздействия давления, превышающего разницу осмотических давлений обоих растворов.  При этом мембрана пропускает растворитель, но не пропускает некоторые растворённые в нём вещества.

Обратный осмос используется в различных технологиях очистки воды от примесей, в том числе для опреснения воды и очищения питьевой воды для различных целей с начала 1970-х годов.

Применение для очистки воды

При очистке воды многие растворённые в ней вещества задерживаются на мембране фильтра. Для преодоления на мембране осмотического давления воду подают под давлением около 2…17 атм для фильтрации и опреснения питьевой и солоноватой воды, и 24…70 атм для морской воды.

В системах очистки воды обычно используются синтетические полупроницаемые мембраны.

Мембрана задерживает высокомолекулярные загрязнители, но пропускает низкомолекулярные вещества, например, такие газы, как кислород, хлор, углекислый газ и пр. Некоторые газы могут определять вкус воды.

В настоящее время, самыми распространенными на российском рынке являются мембранные обратноосмотические элементы американских и японских производителей (Filmtec, Hydranautics, Osmonics, Toray). Отечественные элементы владимирского производства Полимерсинтез/Владипор выпускаются небольшими партиями для специфических применений.

В настоящее время реализуется совместный проект ОАО «Роснано», ЗАО НТЦ «Владипор» и ОАО «Полимерсинтез» по созданию к 2015 году современного завода по производству обратноосмотических мембран в г. Владимире.  По заявлению ведущих специалистов, реализация проекта позволит отечественным производителям выйти на лидирующие позиции в мире.

Современная промышленная установка обратноосмотического опреснения включает следующее оборудование: фильтр тонкой очистки воды, система реагентной подготовки, насос высокого давления, блок фильтрующих модулей, датчики и приборы управления.

Основной элемент установки обратного осмоса — полупроницаемая обратноосмотическая мембрана,

помещённая в корпус. В неё поступает исходная вода, а отводится

два потока — очищенная и обессоленная, которая называется пермеатом, и вода с концентрированными примесями, называемая концентратом, которая сливается. Продавливание воды через мембрану ведётся при высоком давлении, которое создает насос, обычно центробежный многоступенчатый или роторный. Для замедления образования нежелательных отложений на мембранах применяется дозирование ингибитора осадкообразования. Для снятия осадков с поверхности мембран используется система химпромывки. Для контроля качества очистки и рН — проточные измерители солесодержания и рН-метры. Для контроля расхода пермеата и концентрата — проточные расходомеры. Управление системой обратного осмоса можно осуществлять в полуавтоматическом и автоматическом режиме. Проверить качество работы обратноосмотической мембраны можно TDS метром.

С 80-90-х годов прошлого века обратноосмотическое оборудование получило широкое распространение в отечественной промышленности. Металлургия и энергетика, пищевая и химическая промышленность – вот далеко не полный перечень отраслей народного хозяйства, в которые происходит активное внедрение обратноосмотических технологий. Обратноосмотические системы предназначены для удаления ионов растворенных солей и органических соединений.

Области применения обратноосмотических систем включают: опреснение морской и солоноватой воды, очистку и повторное использование сточных вод, производство пищевых продуктов и напитков, биомедицинское раполучение питьевой воды и технологической воды для промышленноссистемы обратного осмоса часто используются для производства сверхчив электронной промышленности, энергетике (котловая вода), в химметаллургических производствах, в медицине (лабораторное применение).

Применение обратного осмоса в быту

Примером бытовой очистки воды мембраной обратного осмоса может служить фильтр, имеющий 3 картриджа грубой (механической) очистки, мембрану обратного осмоса, фильтром угольным. Такие фильтры получили широкое применение в Америке, Европе и Азии. Интересны также последние модели компактных фильтров обратного осмоса, имеющих ряд нововведений, а именно : автоматический клапан отключения воды при обнаружении утечек, насос повышающий давление, сменные фильтры с быстроразъёмными фитингами.

Влияние на здоровье человека воды, подготовленной с использованием технологии обратного осмоса

Достоинства и недостатки результата подготовки питьевой воды при помощи технологии обратного осмоса определяются особенностями технологии и целями фильтрации, которые зависят в первую очередь от изначального качества воды. Главной особенностью фильтров, использующих технологию обратного осмоса, является практически полная стерилизация, дистилляция воды. Через фильтр проходит молекула воды (размер 0,3 нм), но не проходит большая часть химических примесей и включений биологического происхождения, в частности микроорганизмов и вирусов (размеры от 20 до 500 нм). Например, фильтр может задержать бактерии холеры или вирусы гепатита.

Свойство практически полностью очищать воду от всех примесей трактуется и как достоинство, и как недостаток. Единого мнения на этот счет нет. Сторонники первого подхода считают, что вода выполняет в организме только функцию растворителя, поэтому должна быть максимально чистой. Другие же полагают, что в воде в обязательном порядке должны быть микроэлементы.

ВОЗ не установила рекомендуемого уровня минерализации питьевой воды, но по органолептическим показаниям рекомендует предел общей минерализации питьевой воды в 1000 мг/л, а вода с содержанием солей менее 1000 миллиграм на один литр уже считается слабоминерализированной.

Вода получается с низким уровнем pH. То есть обратный осмос выдает «кислую» воду. На вкус это еле заметно, и только если есть с чем сравнить. Причина — растворенный углекислый газ, который проходит через мембрану без задержки. А ионы (HCO3-), которые в водопроводной воде корректируют pH, мембрана отбрасывает в дренаж.

Недостатки воды, подготовленной с применением технологии обратного осмоса

Эксперты Центра питьевой воды называют такую воду мертвой и пить каждый день её не советуют, так как полезные и необходимые организму микроэлементы, фтор, магний и кальций в процессе очистки тоже отсеиваются. Директор ЗАО «Главный контрольно-испытательный центр питьевой воды» Юрий Николаевич Гончар:

Но для питья, такой воды мы, конечно, не рекомендуем, потому что в результате экспериментов, которые проводились, например, на мальках рыб, можно было заметить, что через поколение рыбы становились практически бесплодными, которые содержались в такой воде, и корневая система растений угнетается при поливе такой водой существенно по сравнению с поливом обычной водой.

Достоинства воды, подготовленной с применением технологии обратного осмоса

К достоинствам системы обратного осмоса можно отнести то, что качество очищенной с помощью такой системы воды приближается к уровню дистиллированной, то есть в воде отсутствуют любые примеси. В случае наличия в фильтруемой воде вредных микроорганизмов (например, вода в сельских районах или в других случаях отсутствия качественной трубопроводной воды) обратный осмос можно сравнить с кипячением:

Сегодня существует множество методов обработки воды, но, к сожалению, ни один из них не гарантирует полное освобождение воды от микроорганизмов. Наиболее эффективные методы очистки воды от микроорганизмов — это дистилляция и обратный осмос.

В процессе очистки не происходит удаление из воды  растворенного кислорода , так как размер молекулы кислорода (0,3 нм) соответствует размеру молекулы воды (0,3 нм).