Промисловий зворотний осмос: переваги та сфера застосування

Згідно з даними, наданими міжнародними організаціями, чистої води на Землі стає все менше. Різні забруднення антропогенного характеру проникають навіть в глибинні (понад 100 м) підземні води і здатні представляти загрозу для здоров'я людини. У той же час, набагато більш вимогливою до якості води є промисловість. При цьому повністю або частково знесолена вода затребувана практично на будь-якому виробництві. В обов'язковому порядку водопідготовче обладнання використовується на підприємствах харчової промисловості, а також - підприємствах з виробництва побутової та автомобільної хімії, миючих засобів, засобів гігієни та косметики. Очищена вода потрібна для виготовлення склопакетів, на приладобудівних заводах, і багатьох інших підприємствах, включаючи ТЕЦ і АЕС. Гальванічні, паросилові ділянки і цехи, заводські лабораторії - вони є практично на будь-якому виробничому підприємстві, і всі вони є споживачами умягченной або знесоленої води. Ще не так давно практично безальтернативними схемами знесолення води були схеми з використанням іонообмінних смол. Їх переваги - можливість обробки великих обсягів води, невеликі енергетичні витрати, а також можливість селективно видаляти домішки з оброблюваної води добре відомі. У той же час, недоліками використання іонітів для знесолення води є необхідність наявності реагентного господарства (ділянки зберігання і дозування реагентів), резервуарів для регенераційних вод, досить складної системи трубопроводів і фільтрів, а значить - і персоналу, який би все це обслуговував. Коли мова йде про десятки і сотні кубометрів води на годину, з недоліками іонних методів пом'якшення і знесолення можна миритися. Багатьом підприємствам, особливо, невеликим, не потрібні значні обсяги води - їх споживання води високої чистоти вимірюється сотнями літрів, рідше - кубометрами на годину. Такі вже згадувані підприємства харчової та фармацевтичної промисловості, а також - мікроелектроніки. При цьому вимоги до якості води високі - загальний солевміст не повинен перевищувати кілька десятків міліграмів, виключається наявність бактерій, органічних речовин, і т.д. Саме для цих потреб добре підходить очищення води за допомогою напівпроникних мембран на основі зворотного осмосу. У чому ж переваги технології напівпроникних мембран на основі зворотного осмосу? Насамперед, у значнії економії площ. Традиційна технологія водоочищення з відкритих джерел включає в себе освітлювачі, вузол дозування хімреагентів і ділянку іонування. Для того, щоб забезпечити високий ступінь чистоти води, необхідно як мінімум двоступенева іонування, тобто щонайменше два іонообмінних фільтра з вузлами дозування реагентів. Але й цього буває недостатньо, щоб виключити проскакування іонів, тому за фільтрами, заповненими катионитом і анионитом, іноді встановлюють ще один фільтр зі змішаним завантаженням. Все це призводить до зростання потрібної площі приміщень, капіталовкладень і значної витрати реагентів. Звичайно, якщо в якості вихідної використовується водопровідна вода, то освітлювачі не потрібні. Але фільтри з іонообмінної смолою і реагентне господарство все одно необхідно. Крім того, значна протяжність трубопроводів і велика кількість з'єднань і одиниць різного устаткування змушує мати оперативний і ремонтний персонал для обслуговування водоочищення. Усіх цих недоліків позбавлені системи на основі зворотного осмосу. Наприклад, система RAIFIL RO-500 продуктивністю 500 л на годину зі ступенем очищення до 99% і солевмістом очищеної води (пермеата) 5-25 мг\л займає трохи більше одного квадратного метра площі і споживає при роботі близько 2 кВт електроенергії на годину. Малопотужні системи продуктивністю до 7 л на годину, наприклад RAIFIL RO-894-550-EZ, встановлювані в лабораторіях, взагалі не споживають електроенергії, функціонуючи за рахунок тиску води у водопроводі. При цьому на користь цієї технології говорить компактність, простота технологічної схеми, відсутність необхідності у використанні реагентів і регенераційних вод. Зазвичай немає необхідності і у виділенні окремої штатної одиниці для експлуатації та обслуговування системи. Концентрат, що є «відходом» виробництва знесоленої води, містить у собі ті ж компоненти, що містилися у вихідній воді, і не має яких-небудь обмежень по скиданню в господарсько-побутову каналізацію. Правда, мінімальна кількість реагентів для промислових осмосу іноді доводиться використовувати. В основному, це стосується випадків, коли мова йде про обробку води з високою жорсткістю. У цьому випадку у вихідну воду дозуються так звані антискаланти - речовини, що запобігають утворенню відкладень кальцію і магнію на поверхні мембрани. Також може знадобитися періодичне хімічне очищення мембрани, наприклад, промивка її лимонною кислотою. Але витрата реагентів вкрай мала у порівнянні з іншими методами очищення води. Для харчової промисловості Якщо для основних галузей промисловості зворотний осмос є сучасною альтернативою іонуванню або дистиляції, то для харчової і фармацевтичної промисловості він, без перебільшення, незамінний. Фільтри на основі зворотного осмосу видаляють з води іони Na, Са, Cl, Fe, важких металів, інсектициди, добрива, миш'як і багато інших домішок. «Молекулярне сито», яке являють собою зворотноосмотичні мембрани, затримує практично всі домішкові елементи, що містяться у воді, незалежно від їх природи, що оберігає від неприємних сюрпризів, пов'язаних з неточним або неповним аналізом вихідної води, особливо з індивідуальних свердловин. Ефективність процесу зворотного осмосу відносно різних домішок і розчинених речовин залежить від ряду факторів: тиск, температура, рівень рН, матеріал, з якого виготовлена мембрана, і хімічний склад вхідної води, впливають на ефективність роботи системи зворотного осмосу. Ступінь очищення води в таких фільтрах становить по більшості неорганічних елементів 85-99%. Органічні речовини з молекулярною вагою більше 100-200 видаляються повністю; а з меншим - можуть проникати через мембрану в незначних кількостях. Контроль стану мембрани і ступеня очищення, на відміну від інших методів, простий і полягає у вимірюванні електропровідності води на виході (оскільки найважче видаляються саме «легкі» іони) і продуктивності (ці прилади вже вбудовані в промислові системи). Збільшення електропровідності і падіння продуктивності свідчить про необхідність промивання або заміни мембрани. Не злічити мембран - хороших і різних Зворотньоосмотична напівпроникна мембрана являє собою композитний полімер нерівномірної щільності. Цей полімер утворений із двох шарів, нерозривно з'єднаних між собою. Наріжний дуже щільний бар'єрний шар товщиною близько десятимільйонна сантиметра (1 ангстрем) лежить на менш щільному пористому шарі, товщина якого становить п'ять тисячних сантиметрів. Осмотична мембрана діє як бар'єр для всіх розчинених солей і неорганічних молекул, а також органічних молекул з молекулярною масою більше 100. Як матеріал для виготовлення ультрафільтраційних мембран в основному використовуються полімерні речовини - ацетат або нітрат целюлози, полисульфон, поліетерсульфон, поліамід, полиимид, полівініліденфторид, поліакрилонітрил та їх похідні. Більшість ультрафільтраційних мембран - асиметричні, вони складаються з тонкого селективного шару завтовшки кілька десятків мікрон або менш і пористої підкладки, яка забезпечує механічну міцність. Полімерною мембраною при їх виготовленні можуть надаватися різноманітні властивості, що дозволяє управляти їх селективними характеристиками і стійкістю до забруднення різними речовинами. Зокрема, сьогодні промислово виробляються і доступні в Україні мембрани продуктивністю від 7 до 1900 л\год, які можуть очищати як прісну, так і солонувату і морську воду. Целюлозні мембрани стійкі в присутності окислювачів бактерицидного походження і по суті можуть працювати в присутності дезінфікуючих речовин, що застосовуються для знищення мікроорганізмів, що паразитують на матеріалі мембран. Нецелюлозні мембрани працюють при значно нижчих тисках і в широкому діапазоні значень рН. У багатьох найбільш прогресивних технічних рішеннях використовуються саме нецелюлозні мембрани. Переваги технології зворотного осмосу - простота обслуговування, надійність, довговічність і мале енергоспоживання - обумовлюють її широке поширення в Україні.