Пермеат обратного осмоса – Обратный осмос и нанофильтрация · Ионообменные технологии

Установка обратного осмоса

Обратным осмосом называют процесс, в котором поток воды разделяется на две неравные части с различной плотностью.

Водопроводная вода практически повсеместно для питья непригодна и требует предварительной подготовки. Кипячение и отстаивание — методы простые, но не слишком эффективные. Бытовые фильтры справляются с этой задачей намного лучше, но самую высокую степень очистки дает установка обратного осмоса. Метод дорогой, но полностью оправдывающий вложения.

Как работает обратный осмос

Обратным осмосом называют процесс, в котором поток воды разделяется на две неравные части с различной плотностью. Одна часть представляет собой чистую воду, а вторая — воду с большим количеством загрязнений. Для такого разделения используется специальная мембрана с очень мелкими отверстиями. Их размер составляет 0,0001 микрон.

Обратный осмос используется в сфере тонкой очистки на молекулярном уровне, позволяющей использовать воду без подготовки путем кипячения. Разделяющая две среды мембрана способна не только удерживать тонкодисперсные загрязнения, но и не пропускать вирусы и бактерии

Через поры мембраны могут проникать только частицы, размер которых соответствует размеру молекулы воды или меньше. Крупные частички через мембранный барьер не проникнут, но они способны засорить эти мелкие поры, поэтому перед тем, как подвергать воду процедуре обратного осмоса, ее необходимо подготовить.

Для механического удаления загрязнений используют два фильтра с отверстиями соответственно в пять и в один микрон. Между этими двумя фильтрами устанавливают еще один — с угольным наполнителем. Он задерживает молекулы различных химических веществ, растворенных в воде: железа, соединений хлора, тяжелых металлов и т.п.

Молекулы некоторых веществ по размеру меньше, чем молекулы воды. Если предварительная очистка отсутствует, они могут проникнуть сквозь мембрану и загрязнить воду. Продукты, полученные в результате обратного осмоса, называют пермеат и концентрат. Последний — это та часть воды, в которой сконцентрированы загрязнения. Эта часть составляет обычно около 60-65% воды, она утилизируется в канализацию.

На этой схеме подробно отражен порядок подключения и функционирования системы обратного осмоса и обозначены все ее основные элементы

Пермеат — это очень чистая воды, степень очистки достигает 98%. Вместе с вредными загрязнениями мембрана и фильтры отсекают также многие полезные вещества, которые придают природной питьевой воде уникальный привкус и свойства.

Чтобы устранить этот небольшой недостаток, пермеат пропускают через еще один фильтр. Чтобы обогатить очищенную воду полезными минералами, используют минерализатор. Биокерамический фильтр с турмалином позволяет приблизить структуру пермеата к естественному состоянию. Существуют также постфильтры со способностью подвергать воду ультрафиолетовому излучению.

Самый простой постфильтр содержит активированный уголь и кокосовую скорлупу. С его помощью пермеат подвергают дополнительной очистке и придают ему приятный природный вкус. При желании, от таких модулей можно отказаться, но тогда вода, полученная из системы обратного осмоса, будет не такой вкусной и полезной.

Что входит в комплект

Обычно системы обратного осмоса поставляются в виде комплекта, в котором уже есть все необходимое, даже крепежные элементы. Список оборудования может варьироваться в зависимости от модели и включать следующие элементы:

• мембрана обратного осмоса;
• блок с колбами предварительной очистки, в которых установлены три фильтра: два механических и один угольный;
• постфильтр;
• минерализатор;
• кран для питьевой воды;
• ключ для замены фильтров;
• ключ для корпуса мембраны;
• набор тройников-коннекторов;
• крепежная панель для крана;
• набор гибких шлангов и т.п.

Перед покупкой нужно определиться с такими вопросами, как производительность мембраны и наличие дополнительных модулей. Например, можно одновременно установить и постфильтр, и минерализатор, и биокерамический картридж или ограничиться только постфильтром.

Перед началом монтажа системы обратного осмоса необходимо проверить комплектацию набора. Обычно там находятся все необходимые элементы для проведения работ

Сразу же следует выбрать место установки собственно системы обратного осмоса и питьевого крана для воды. Чаще всего этот элемент ставят на кухонную мойку, для чего в ее корпусе просверливают небольшое отверстие. При желании место размещения крана питьевой воды можно изменить.

Но тогда обязательно следует предусмотреть доступ к канализации, чтобы случайно перелившаяся за край емкости вода не разлилась по всей кухне. В просторной кухне можно поставить еще одну небольшую мойку специально для питьевой воды, но такая необходимость возникает крайне редко.

Удобнее всего устанавливать элементы системы недалеко от питьевого крана и друг от друга. Чем короче шланги, по которым перемещается вода, тем эффективнее работает система. Традиционно систему устанавливают там же, где и бытовые фильтры, т.е. под мойкой. Размеры накопительного бака и блока с фильтрами вполне позволяют это сделать.

Выбирая систему обратного осмоса, следует обратить внимание на размеры ее элементов. Чаще всего популярные модели имеют стандартные размеры. Это позволяет при замене мембраны или фильтров выбирать подходящие варианты производства разных фирм. Но если размеры модели уникальны, возможно, придется устанавливать только особые фирменные картриджи, а это не всегда выгодно и удобно.

Фильтры предварительной очистки находятся в трех колбах. Обычно ставят механический фильтр на 5 микрон, затем угольный фильтр, а в конце еще один механический фильтр на 1 микрон, но этот набор может быть изменен в зависимости от качества воды

Перед установкой не помешает точно понять, каким именно образом жидкость движется по системе. Сначала нужно сделать врезку в водопроводную трубу, чтобы подключить к ней шланг, соединяющий водопровод с фильтрами предварительной подготовки. Вода проходит эти фильтры, оставляя в их картриджах частички механических и химических загрязнений.

Затем подготовленный поток перемещается к мембране и проходит через ее корпус. От мембранного блока отходит два шланга. Один из них предназначен для концентрата и соединен с канализационной системой. С помощью этого шланга загрязнения утилизируются. По второму шлангу пермеат, т.е. очищенная вода, поступает к расширительному баку.

Элементы системы обратного осмоса достаточно компактны по размеру, поэтому их не сложно установить в пространстве под кухонной мойкой

Здесь вода накапливается и хранится. Обойтись без такой емкости и обеспечить нормальное функционирование системы обратного осмоса практически невозможно. Дело в том, что средняя производительность бытовой мембраны обычно составляет около семи литров в час. Для бытовых нужд такого медленного потока в какой-то момент может и не хватить.

Накопительный бак полностью решает проблему. В нем хранится достаточное количество чистой воды, которое постоянно пополняется по мере убывания жидкости. После расширительного бака воду можно подавать непосредственно на кран для питьевой воды, но так делают редко.

Если уж принято решение обеспечить дом качественной водой, имеет смысл доплатить за качественный постфильтр, минерализатор или другое подобное устройство. Некоторые предпочитают использовать сразу несколько таких блоков. В этом случае нужно выбрать питьевой кран с двумя вентилями. Его подключают таким образом, чтобы через один вентиль поступала только очищенная вода, а через другой — обогащенная минералами.

Это делается для того, чтобы не использовать минерализованную или структурированную воду для приготовления пищи, поскольку при кипячении этот эффект просто исчезнет. Таким образом, применение крана с двумя вентилями позволяет увеличить срок службы минерализатора.

Установка системы обратного осмоса

Установить такую систему относительно не сложно, тем более что изготовитель обычно снабжает каждый комплект подробной и понятной инструкцией. Перед началом работ рекомендуется освободить пространство под мойкой, очистить его. Поскольку в процессе работ может пролиться вода, не помешает иметь под рукой какую-нибудь емкость, например, ведро, а также половую тряпку.

Порядок проведения работ выглядит приблизительно так:

1. Сначала выполняют врезку в водопровод.
2. Затем устанавливают кран для питьевой воды.
3. После этого монтируют подключение к канализационной системе.
4. Затем устанавливают накопительный бак.
5. Собирают и закрепляют блок предварительной фильтрации, мембрану и постфильтры.
6. Все элементы соединяют шлангами.
7. Выполняют запуск системы.

Перед началом установки обратного осмоса воды систему следует распаковать, осмотреть, изучить инструкцию. Также нужно проверить комплектацию системы обратного осмоса. Если какие-то элементы отсутствуют или требуют замены, следует разобраться с этими проблемами заранее.

Процесс врезки в водопровод

Обычно система обратного осмоса включает элементы, необходимые для подключения к водопроводу: полудюймовый тройник типа “папа-мама”, а также кран на четверть дюйма, к которому в дальнейшем будет подключен шланг. Сначала, конечно же, необходимо перекрыть подачу холодной воды.

При подключении системы обратного осмоса к водопроводу используют специальный тройник. Все резьбовые соединения уплотняют льняной нитью или ФУМ-лентой

Затем выполняют установку тройника. Для этого отвинчивают гибкую подводку к крану холодной воды и присоединяют тройник между подводкой и краном. Все резьбовые соединения при этом тщательно уплотняют ФУМ-лентой. После этого к тройнику присоединяют запорный кран.

Кран питьевой воды

Если на раковине уже имеется дополнительное отверстие, например, для дозатора жидкого моющего средства, его вполне можно использовать под питьевой кран системы обратного осмоса. Если же такого отверстия не имеется, его придется проделать самостоятельно. Особую осторожность следует проявить при работе по эмалированной поверхности, чтобы не повредить защитный слой.

В этом случае сначала удаляют слой эмали с помощью сверла на 13 мм с алмазным напылением. Эмаль нужно полностью убрать, чтобы обнажить металлическое основание. После этого нужно сделать отверстие в металле, используя сверло на 7 мм на низких оборотах. Некоторые специалисты также рекомендуют добавить в месте сверления пару капель машинного масла. После этого сверление выполняют повторно, но уже сверлом на 13 мм.

Кран питьевой воды системы обратного осмоса чаще всего ставят на кухонной мойке. Лаконичный дизайн подойдет практически для любого интерьера

После этого кран питьевой воды соединяют с декоративной панелью, которая скроет отверстие, и прокладкой, а затем устанавливают в проделанном отверстии. Снизу устройство затягивают специальной зажимной гайкой, одновременно придерживая его рукой или ключом.

Подключение к канализационной системе

Чтобы подключиться к канализации, используют специальный сливной хомут. Место врезки должно находиться на уровне выше гидрозатвора, т.е. сифона. Сначала в трубе проделывают отверстие диаметром семь миллиметров. Место врезки укрепляют специальной прокладкой, которую наклеивают вокруг отверстия.

Теперь нужно собрать опору хомута на отверстии таким образом, чтобы просветы этих двух элементов совпали. Проще всего это сделать, если просунуть в оба отверстия то самое сверло, которым выполнялись работы. Теперь необходимо поочередно и равномерно затянуть оба винта на хомуте. Элемент должен плотно прилегать к трубе, но не стоит перетягивать крепеж.

Как установить накопительный бак

Обычно накопитель устанавливают вертикально на специальной подставке. Но если возникнет такая необходимость, его можно поставить горизонтально или закрепить на кронштейнах. Если пространства под мойкой недостаточно, накопительный бак ставят где-нибудь рядом, например, в соседнем кухонном шкафу. Для шлангов придется проделать небольшие отверстия в стенах кухонной мебели.

Сам бак перед установкой необходимо подготовить — к резьбовому соединению нужно прикрепить пластиковый кран. Для этого резьбу уплотняют тефлоновой лентой. Еще один важный момент — давление в баке. При отсутствии воды оно должно составлять примерно 0,54-0,95 атм. Давление измеряют манометром и при необходимости в бак подкачивают воздух.

Подколючение фильтров и мембраны

Колбы фильтров предварительной очистки закреплены на специальной планке, которую можно повесить на стенке кухонного шкафа под мойкой. Место должно быть легкодоступным, чтобы было удобно заменять использованные картриджи. Чтобы открыть колбы, следует использовать специальный ключ.

Колбы с фильтрами предварительной очистки закреплены на специальной подставке, которую вешают на стену. При этом важно обеспечить свободный доступ к этим элементам, чтобы выполнять замену картриджей

После того, как фильтры установлены, сверху на специальных держателях устанавливают корпус, в котором находится мембрана обратного осмоса. Над мембраной закрепляют постфильтр и минерализатор или другие модули. После этого все элементы системы соединяют шлангами, которые закрепляют специальными фиксаторами.

Отверстия для шлангов в системе обратного осмоса защищены транспортными заглушками. Эти заглушки нужно удалить только перед подключением шлангов

Порядок соединения обычно полностью описан в инструкции. Нужно соединить водопровод с предфильтрами. Вывести воду от фильтров на мембрану, а затем от мембраны провести два шланга: к канализации и к накопительному баку. От крана накопителя выводят шланг к постфильтру, а затем — к крану питьевой воды. Еще один шланг проводят через минерализатор.

Запуск системы обратного осмоса

После того, как установка очистки воды типа обратный осмос собрана, ее необходимо правильно запустить. Для начала открывают кран водопровода, чтобы проверить наличие протечек. Теперь кран на накопительном баке перекрывают и дожидаются поступления воды через питьевой кран на мойке. Вода должна медленно капать, это нормально.

Систему оставляют в таком положении примерно на четверть часа. Это нужно, чтобы выполнить промывку угольного фильтра. Теперь нужно открыть кран накопительного бака и закрыть питьевой кран. Начинается процесс сбора воды в баке. Систему следует оставить без вмешательства примерно на полтора-три часа.

Накопленную в баке первичную воду следует полностью слить в канализацию. После этого воду снова открывают для очистки. Когда бак наполнится, можно приступать к использованию системы обратного осмоса в обычном режиме.

Несколько полезных советов

Если после запуска системы питьевая вода имеет молочный оттенок и содержит мелкие пузырьки воздуха, не стоит волноваться. Это влияние растворенного в воде воздуха, оно не опасно. Такой эффект исчезнет спустя несколько дней или недель.

Слишком быстрое загрязнение фильтров предварительной очистки, а также наличие слизи на картриджах может быть симптомом пониженного давления в водопроводной сети. Проблему обычно решают с помощью помпы.

Иногда промывка угольного фильтра может вызвать загрязнение третьего фильтра сразу же после установки. Чтобы этого не произошло, третий фильтр лучше установить после того, как будет промыт угольный картридж. Но не стоит пытаться промыть угольный фильтр под струей проточной воды, так его можно испортить.

Не стоит пренебрегать промывкой угольного картриджа, поскольку это может привести к быстрому засорению мембраны. Такой же эффект может производить слишком высокое давление в водопроводной системе, слишком редкая замена фильтров предварительной очистки или использование некачественных картриджей, засорение канализации.

Если при кипячении воды в чайнике образуется накипь, следует проверить порядок подключения. Возможно, к питьевому крану подключен шланг, по которому поступает концентрам, а очищенная вода уходит в канализацию.

Если очищенная вода приобрела не характерный запах и вкус, необходимо как можно скорее проверить фильтры предварительной очистки. Возможно, их ресурс исчерпан, нужна замена. Также это явление может свидетельствовать о наличии бактериального загрязнения.

Картридж мембраны системы обратного осмоса находится в пластиковом корпусе. Его необходимо заменять каждые 3-5 лет в зависимости от содержания солей в очищенной воде

Картриджи предварительной очистки следует заменять каждые шесть месяцев или чаще. Новую мембрану обычно нужно ставить каждые три-пять лет. Ежегодно следует проверять состояние очищенной воды. Если содержание солей превышает 20 мг/л, мембрану необходимо заменить.

Системы обратного осмоса: интересное видео

Подробная видеоинструкция по установке системы обратного осмоса “Генйзер Престиж” представлена здесь:

Этот видеоролик содержит полезную информацию по замене фильтров предварительной очистки:

Установить систему обратного осмоса не так уж сложно. Нужно внимательно изучить инструкцию и точно выполнить рекомендации производителя. А своевременное обслуживание системы и замена отработанных элементов позволит обеспечить дом качественной питьевой водой. опубликовано econet.ru 

P.S. И помните, всего лишь изменяя свое потребление – мы вместе изменяем мир! © econet

econet.ru

Обратный осмос

Промышленные установки обратного осмоса Ecosoft линейки MO производительностью от 2 до 3 м³/ч для деминерализации воды с солесодержанием до 5 г/л.

Деминерализация осуществляется с использованием обратноосмотических мембраных элементов Dow Filmtec™.

Процесс обратного осмоса, осуществляемый с использованием элементов Dow Filmtec™, позволяет удалять из воды большую часть таких растворенных солей, как бикарбонат кальция и хлорид натрия. Также обратноосмотическая мембрана удаляет 99+% взвешенных и коллоидных частиц, бактерий, молекул органических веществ. Это делает процесс обратного осмоса эффективным не только с точки зрения снижения минерализации воды, но и с целью полного обеззараживания воды питьевого качества.

Вода, поступающая на установку MO-2XLWE, разделяется на два потока:

– частично деминерализованная и обеззараженная вода (пермеат) подается потребителю очищенной воды (сборник пермеата)

– концентрат

Концентрат, в свою очередь, разделяется на два потока: часть концентрата во время работы установки сбрасывается прямо в канализацию, а часть – направляется на вход насоса (рецикл концентрата). Система регулирования на линии рецикла позволяет контролировать и регулировать объём сбрасываемого во время работы установки концентрата.

Защита насоса от сухого хода, защита мембранных элементов от избыточного давления, запуск и остановка работы системы по уровню в ёмкости пермеата и автоматическая промывка мембран пермеатом или исходной водой обеспечиваются системой автоматики установки обратного осмоса.

Установки линейки MO проходят полный цикл заводских гидравлических испытаний и испытаний электрической системы.

Когда дело касается питьевой воды, потребитель всегда хочет получить чистую и безопасную воду высочайшего уровня очистки. Простейший и энергетически наиболее эффективный способ получения такой воды – использование технологии обратного осмоса для обессоливания и обеззараживания воды питьевого назначения.

Процесс работы системы промышленной обратного осмоса состоит из следующих этапов очистки воды.

Вода, подаваемая на осмос, проходит предварительную очистку на картриджных фильтрах тонкой очистки 5 мкм, входящие в комплект установки. На мембранный модуль вода подается насосом высокого давления. В рабочем режиме в мембранном модуле установки происходит разделение воды на два потока: деминерализованную воду – пермеат и воду с повышенным солесодержанием – концентрат. Часть концентрата во время работы модуля сбрасывается в канализацию, а часть направляется на вход насоса высокого давления, обеспечивая так называемый рецикл концентрата. В поток входящей воды может дозироваться антискалант, который препятствует образованию отложений внутри мембранных элементов.

Деминерализованная вода (пермеат) поступает в накопительный бак пермеата, в котором монтируется датчик уровня, отключающий установку при заполнении бака. Установка перед отключением или с заданной периодичностью автоматически промывается исходной водой. Приведенный режим называется режимом гидравлической промывки, при этом на установку требуется кратковременная, в течение 1-2 минут подача воды, превышающая подачу в рабочем режиме.

Управление установкой производится от контроллера и обеспечивает:

• включение и отключение установки по уровню в накопительной емкости,
• выполнение автоматической гидравлической промывки мембран,
• блокировки и предупредительную сигнализацию при нештатных ситуациях для защиты насоса от сухого хода, защиты мембран от высокого давления и т. д.
• измерение и отображение электропроводности и температуры

Картриджи механической очистки предназначены для защиты мембранных элементов от крупных примесей, таких как песок, частицы глины и т. д. Промедление с заменой картриджа может привести к повреждению или разрушению мембраны. Для исключения таких критических ситуаций мы настоятельно рекомендуем менять картридж предварительной очистки воды не реже одного раза в 3 месяца.

Если качество очищенной воды ухудшилось или было замечено снижение производительности, необходимо провести химическую промывку обратноосмотической мембраны с помощью станции химической промывки и специальных реагентов. Для получения очищенной воды неизменного качества мы рекомендуем проводить химическую промывку обратноосмотической мембраны не реже двух раз в год.

В случае, если вы не планируете пользоваться системой в течение длительного времени, рекомендуется перекрыть подачу воды на систему, а также законсервировать мембранные элементы с использованием специального консервирующего раствора — это позволит сохранить работоспособность мембран при простое.

Рекомендуется вести журнал технического обслуживания системы обратного осмоса и журнал показателей работы системы и качества воды. Наличие истории обслуживания и работы системы позволит максимально эффективно и своевременно выполнять замену картриджей, химические промывки мембран и другие действия по обслуживанию системы. 

www.at53.ru

Описание процессе мембранного разделения

    Установки обратного осмоса

Основной задачей, для решения которой применяются мембранные методы, является деминерализация воды до различной степени. Например, в питьевом водоснабжении данный процесс называется опреснением и проводится до определенной концентрации солей на выходе, что бы вода оставалась питьевой, а, например, для химической промышленности необходима дистиллированная вода для приготовления растворов заданного качества в больших объемах.

В основе деминерализации воды с помощью мембран лежит процесс обратного осмоса.

Осмос – процесс переноса растворителя из менее концентрированного раствора в более концентрированный раствор через полупроницаемую мембрану. Соответственно, обратный осмос – это перенос растворителя через полупроницаемую мембрану в менее концентрированный раствор путем приложения избыточного давления до мембраны.

 

  Проводят этот в процесс в устройствах, схематично изображенных на рисунке 1. Размер пор обратноосмотической мембраны около 0,0001 мкм.

 

Рисунок 1 – Схема осуществления процесса обратного осмоса:

1 – нагнетательный насос; 2 – мембранный аппарат;

3 – полупроницаемая мембрана; 4 – дроссель.

  С помощью насоса 1 повышают давление в растворе выше его осмотического, тогда через мембрану 3, размещенную в мембранном аппарате 2, происходит унос растворителя, и по мере продвижения раствора вдоль мембраны концентрация его повышается. С некоторой конечной концентрацией раствор постоянно выводится из аппарата в виде одного продукта – концентрата (ретентат), а проникший через мембрану пермеат  выводится в виде второго продукта.

Если сравнить процессы обратного осмоса и ультрафильтрации, то можно отметить, что высокая задерживающая способность мембран для обратного осмоса сопряжена с необходимостью применять высокие рабочие давления для достижения приемлемой производительности мембран. И наоборот, высокая удельная производительность мембран для ультрафильтрации сопровождается полным отсутствием задерживающей способности по неорганическим ионам.

  Поэтому, путем комбинации свойства полимеров, были получены мембраны с определенными параметрами:

  1 – высокая задерживающая способность по многозарядным ионам;

  2 – низкое рабочее давление за счет большого размера пор (4-6 атм, против 8-15 атм при обратном осмосе)

Данный промежуточный процесс назвали нанофильтрацией. Эффект разделения достигается за счет того, что на мембране создается постоянный электрический заряд, отталкивающий от поверхности частицы и ионы, несущие заряд того же знака. Размер пор нанофильтрационной мембраны 0,001 – 0,01 мкм.

Чем больше величина заряда у частицы, тем с большей силой она отталкивается мембраной. Это обстоятельство широко используется для фракционирования смесей. Например, можно задержать над мембраной двухзарядные ионы Са²⁺ и Mg²⁺, но пропустить ионы Na⁺ и К⁺ (эффект умягчения воды). Поэтому процессы неполной деминерализации воды весьма эффективны для получения питьевых вод в условиях засоленности поверхностных и подземных источников.

В последнее время большую популярность приобретают системы нанофильтрации для производства бутиллированной воды, так как на выходе нет необходимости в высокой степени подмеса исходной воды и прошедшей осмотическую установку, вода и так имеет жесткость от 0,5 до 1,5 мг-экв/л, что соответствует требованиям к полноценной питьевой воде.

         Процессы обратного осмоса и нанофильтрации позволяют получить воду с минимальным количеством солей в очищенной воде. По большинству многовалентных ионов (Ca²⁺, Mg²⁺, Al³⁺, Fe²⁺ и пр) обратноосмотические мембраны имеют селективность (эффективность задержания) порядка 95-99%, по моновалентным ионам (Na⁺, K⁺ и пр.) селективность всегда несколько ниже, так как ионы имеют меньший радиус, но в целом удается добиться селективности не ниже 95%. Так же осмотические мембраны позволяют задерживать крупные органические структуры, бактерии и вирусы. Нанофильтрационные мембраны, как говорилось ранее, имеют больший размер пор, поэтому обладают меньшей селективностью по отношению к моновалентным (зачастую 50-70%, реже до 90%) и поливалентным (до 80-90%) ионам, но сохраняют эффективность по отношению к органическим веществам, бактериям и вирусам.

         Области применения методов.

Обратный осмос:

– получение дистиллированной воды (химическая, машиностроительная промышленность, водоподготовка для теплоэнергетики)

– получение сверхчистой воды (фармацевтика, медицина, электронная и химическая промышленность)

– опреснение соленых подземных и поверхностных вод (промышленное и питьевое водоснабжение)

– умягчение и деминерализация воды (водоподготовка для теплоэнергетики, пищевая промышленность, производство бутиллированной воды, соков, пива, водки и пр.)

– очистка сточных вод от ионов тяжелых металлов, органических веществ

– концентрирование полезных веществ из разбавленных растворов

Нанофильтрация:

– опреснение соленых подземных и поверхностных вод (промышленное и питьевое водоснабжение)

– умягчение и деминерализация воды (водоподготовка для теплоэнергетики, пищевая промышленность, производство бутиллированной воды, соков, пива, водки и пр.)

Ниже приведена таблица возможностей фильтрационных процессов (рисунок 2):

 

Рисунок 2 – Сравнительная таблица фильтрационных процессов

         Процесс мембранного разделения воды на пермеат (очищенная вода) и концентрат (сбросная соленая вода) осуществляется на специальных установках.

         Схема процесса приведена ниже на рисунке 3.

 

Рисунок 3 – Упрощенная схема установки обратного осмоса (нанофильтрации)

 

Основными узлами установки являются:

1. Дозатор ингибитора солеотложений
2. Механический фильтр
3. Многоступенчатый насос
4. Мембранные элементы и их корпуса
5. Запорно-регулирующая аппаратура
6. Автоматика и КИП
7. Блок химической регенерации мембран
8. Бак-накопитель чистой воды

Дозатор ингибитора необходим для введения в очищаемую воду комплексов органических веществ на основе фосфоновых кислот, которые являются наиболее эффективными антискалантами для солей кальция и магния. В установках небольшой производительности возможно использование вместо фосфоновых ингибиторов – полифосфата натрия в виде порошка или гранул.

Механический фильтр позволяет защитить мембранные элементы от крупных взвешенных веществ, способных забивать каналы мембранного элемента и пор самой мембраны.

Далее вода поступает в многоступенчатый насос высокого давления, который подает воду на мембранные элементы.

Мембранный элемент имеет рулонное строение, что позволяет максимально эффективно использовать занимаемую площадь и повысить КПД самого процесса. Устройство мембранного элемента и корпуса представлено на рисунке 4.

 

 

Рисунок 4 – Устройство мембранного элемента и модуля

Из мембранного элемента выходят два потока – пермеат и концентрат. Пермеат (очищенная вода) отводится в бак-накопитель очищенной воды, а концентрат разделяется на два потока. Часть его возвращается на всасывающую линию насоса для повторного разделения, тем самым достигается максимально полное использование исходной воды и создаются необходимые скорости движения жидкости в каналах мембранного элемента. Оставшийся концентрат удаляется в канализацию или используется для технологических нужд, так как обладает в основном только повышенной минерализацией.

         При использовании обратноосмотических и нанофильтрационных мембран необходимо учитывать их технические характеристики и состав воды:

1. Мембраны очень чувствительны к наличию окислителей в воде (хлор, оксид хлора, гипохлорит, перманганат), так как в данном случае происходит разрушение поверхностного селективного слоя на мембранах, что приводит к снижению их селективности
2. Вода не должна содержать взвешенных веществ размером более 5 мкм, в идеале 0,01 мкм, так как они могут забивать каналы мембраны и изнашивать торцевые уплотнения насоса. Это относится и к соединения железа и марганца, а так же сероводорода, так как они могут образовывать коллоидные осадки непосредственно на самой мембране
3. Наличие в воде бактериального загрязнения приводит к появлению биопленки на поверхности мембран и потерям производительности установки, поэтому по возможности необходимо предусматривать меры по обеззараживанию воды
4. В большинстве случаев из 1 м³ исходной воды удается получить 0,5-0,75 м³ очищенной воды, в отдельных случаях 0,85 м³. В целом, чем больше сброс концентрата по отношению к получаемому пермеату, тем эффективнее и дольше будет работать мембранная установка
5. Основным условием долгой и безаварийной работы мембранных установок являются правильно подобранное оборудование и технология с учетом анализа исходной воды, а так же соблюдение всех требований производителя во время эксплуатации оборудования. Если оба этих условия будут выполнены, то установки могут работать долгие годы без капитальных ремонтов и аварийных ситуаций.

Функционал и технические характеристики установок обратного осмоса и нанофильтрации могут быть различны и более подробно представлены в спец. разделах каталога.

sib-filter.ru

Промышленные установки обратного осмоса RO

Осмос – явление, лежащее в основе обмена веществ всех живых организмов и подразумевающее поступление питательных веществ в клетку, и выведение из нее метаболитов. Реализация этих процессов осуществляется через полупроницаемую мембрану, пропускающие молекулы одних веществ и препятствующие прохождению других. Если по разные стороны полупроницаемой мембраны, которая способна пропускать только молекулы воды, находятся солевые растворы с различной концентрацией, закономерно ожидать выравнивания концентрации, которое приведет к перемещению молекул воды из менее концентрированного раствора в сторону раствора с большей концентрацией. Движущей силой в данном случае является осмотическое давление.

Обратный осмос – понятие, имеющее место в том случае, когда на раствор с большей концентрацией воздействуют внешним давлением, величина которого превышает осмотическое. В этом случае происходит перемещение молекул воды в обратном направлении, то есть от более концентрированного раствора в сторону раствора с меньшей концентрацией. Таким образом, избыточное давление, величина которого превышает величину осмотического, «заставляет» молекулы воды диффундировать через мембрану в обратном направлении, противоположном прямому осмосу.

В основе работы систем обратного осмоса лежат баромембранные технологии, в соответствии с которыми движущей силой процесса является разница давлений, создаваемая по обе стороны полупроницаемой мембраны.
Фильтрационная мембрана представляет собой композитный полимер, характеризующийся неравномерной плотностью и состоящий из двух слоев, которые неразрывно соединены между собой. Толщина наружного слоя составляет 0,00001 дюйма. Он выполняет барьерную функцию и лежит на менее плотном слое толщиной 0,005 дюймов. Мембрана обратного осмоса является фильтрующим элементом, отвечающим всем требованиям, в связи с этим, теоретически, в воде, пропущенной через мембрану, независимо от исходной концентрации минеральных веществ в воде, не должно присутствовать примесей вообще. Фактически, в воде, пропущенной через фильтр, присутствует незначительное количество минеральных примесей в концентрации 6-7 мг/л, что также соответствует санитарным требованиям, предъявляемым к питьевой воде..

На первом этапе, вода проходит очистку на фильтре тонкой очистки с размером пор 10 мкм. После чего насос повышения давления подает воду на мембранный модуль. Под действием давления, превышающего осмотическое, часть воды фильтруется через поры мембраны, при этом очищаясь от большинства растворимых частиц (соли металлов, органические соединения, вирусы и бактерии). Очищенная вода, прошедшая через обратноосмотическую мембрану (пермеат), поступает в резервуар чистой воды после установки.
Часть воды, не прошедшая через поры мембраны, вместе с отфильтрованными на мембране загрязнениями (концентрат), сбрасывается в канализацию.
Для уменьшения кол-ва воды сбрасываемой в канализацию , часть концентрата возвращается по линии рецикла на всасывающую линию насоса высокого давления и снова фильтруется на мембране обратного осмоса.
В процессе фильтрации на внешней поверхности мембраны накапливается частицы отфильтрованных веществ (увеличивается концентрация солей в воде перед мембраной). Для удаления с поверхности мембраны загрязнений, установка периодически в автомате выходит в режим промывки: закрывается клапан отведения пермеата, на полное сечение открывается клапан выпуска концентрата, увеличивается расход воды, проходящий вдоль наружней поверхности мембраны, который смывает, накопленные на поверхности мембраны загрязнения.

kirser.ru

установка обратного осмоса – патент РФ 2317138

Изобретение относится к установкам обратного осмоса для сырой воды, используемым для получения бедного солями пермеата. Установка содержит, по меньшей мере, один модуль (22, 23) обратного осмоса со входом (21) для сырой воды, выходом (24) для концентрата, выходом (25) для пермеата. В установке предусмотрены трубопровод рециркуляции (26) для повторного пропускания пермеата, выходящего на выходе (25) для пермеата, датчик давления (33) на выходе (25) для пермеата или в выпуске (29) для пермеата, расположенном по течению ниже выхода для пермеата, для регистрации давления Р _р пермеата. В насосе для подачи сырой воды (18) или между насосом и входом (21) предусмотрено устройство регулирования давления, которое устанавливает давление Р_R сырой воды в зависимости от предварительно заданного давления Р_р пермеата на выходе (25) для пермеата. Устройство регулирования давления содержит преобразователь частоты (19) для управления насосом, таким образом, что насос может непрерывно регулироваться или быть установлен в диапазоне давлений от 2 до 140 бар. Предложенное изобретение позволяет получать воду с низким содержанием солей. В установке предотвращается засаливание модулей обратного осмоса и развитие микроорганизмов при уменьшении энергетических и конструктивных затрат. 22 з.п. ф-лы, 3 ил.

Рисунки к патенту РФ 2317138

Изобретение касается установки обратного осмоса согласно ограничительной части пункта 1 формулы изобретения.

Вода может почти полностью опресняться методом обратного осмоса. Преимущество этого метода лежит, прежде всего, в незначительном загрязнении окружающей среды. Для этого метода не требуются никакие химикалии.

Опресненная таким образом вода используется, в частности, в индустрии, фармацевтике и в больницах. Также часто для увлажнения воздуха в вентиляционных установках и кондиционерах используется вода, которая была предварительно опреснена в установке обратного осмоса. Далее, установки обратного осмоса могут использоваться для обработки морской воды. Морская вода не подходит из-за высокого содержания солей как питьевая вода. С помощью установки обратного осмоса содержание солей морской воды может настолько сокращаться, что она пригодна в качестве питьевой воды. В таких установках нуждаются, в частности, в регионах морского побережья с небольшим наличием пресной воды или с ее полным отсутствием.

Из уровня техники известна установка обратного осмоса, перед которой подключена установка для умягчения воды. В этой установке для умягчения сырая вода умягчается до менее чем 1°dH. Выход установки для умягчения соединен со входом установки обратного осмоса. Установка обратного осмоса имеет на входе насос, который прокачивает умягченную воду под давлением от, примерно, 10 до 80 бар через модули. В этих модулях имеет место собственно процесс обратного осмоса, при котором вода под давлением продавливается через полупроницаемые мембраны. При этом соли и/или минералы будут отфильтрованы. Сырая вода расщепляется на пермеат (дилуат) и концентрат. Пермеат используется как особо бедная солью вода для многочисленных применений. Концентрат является отходом и отбрасывается. Обычно модуль производит, примерно, 75% пермеата и 25% концентрата. В обычной установке обратного осмоса давление насоса, а также масса пермеата и концентрата регулируются вручную. Пермеат хранится, как правило, в безнапорной емкости и оттуда перекачивается к конечному пользователю.

Обычная установка обратного осмоса имеет тот недостаток, что вода в безнапорной емкости может заселяться микроорганизмами. Это следует отнести, в частности на счет того, что емкость никогда не является совершенно герметичной, и вода пребывает в емкости часто продолжительное время. Нагрев воды в безнапорной емкости, в частности летом, дополнительно способствует развитию микробов. Обычно для стерилизации используются ультрафиолетовые лампы, химикалии или дополнительные меры. Однако вследствие этого повышаются энергетические и конструктивные затраты, а также растет загрязнение окружающей среды. Кроме того, обычная установка обратного осмоса из-за безнапорной емкости имеет относительно высокую занимаемую площадь.

Следующий значительный недостаток обусловлен пусковой фазой при обычной установке обратного осмоса. Во время этой пусковой фазы вода имеет более высокую проводимость, от примерно 150 до 200 мксек/см, чем желательно. Наконец, ручная установка важных параметров влечет за собой нежелательные неточности.

Следующий недостаток обычных установок обратного осмоса состоит в том, что содержание солей на выходе установки нерегулируемо.

Задачей изобретения является создание установки обратного осмоса, у которой проблемы уровня техники, по меньшей мере, частично уменьшены или устранены.

Эта задача решается признаками пункта 1 формулы изобретения.

В установке обратного осмоса согласно изобретению, состоящей, по меньшей мере, из одного модуля обратного осмоса со входом для сырой воды, выходом для концентрата, а также выходом для пермеата и одного загружающего модуль обратного осмоса сырой водой насоса, предусмотрено выпускаемый на выходе для пермеата пермеат целиком или частично снова проводить, по меньшей мере, через один модуль обратного осмоса посредством рециркуляции пермеата. Вследствие того, что часть пермеата возвращается в процесс обратного осмоса, гарантируется, что модуль(и) обратного осмоса постоянно промываются, а именно также тогда, когда пермеат не отбирается конечным пользователем. Таким образом, предотвращается засаливание модулей обратного осмоса. Дополнительно, этой рециркуляцией пермеата для установки обратного осмоса открываются разнообразные возможности управления и, соответственно, регулирования.

Согласно особенно предпочтительному аспекту данного изобретения, посредством частичной рециркуляции пермеата также может устанавливаться затребованное конечными пользователями количество пермеата. За счет этого гарантируется экономичная эксплуатация установки. Пермеат не приходится накапливать в емкости промежуточного резервирования и откачивать оттуда к конечному пользователю. Это сокращает конструктивные затраты. Поскольку больше не требуется промежуточное хранение пермеата, то и вода не сможет больше заражаться, а также нет необходимости в устройствах для стерилизации, подобных ультрафиолетовым лампам или химикалиям.

Частичной рециркуляцией пермеата можно регулировать также содержание солей на выходе модулей обратного осмоса. Это будет выгодным, если, например, конечный пользователь требует очень чистую воду или если содержание солей в сырой воде подвержено колебаниям.

В частности, отрегулированной рециркуляцией пермеата можно также значительно увеличивать выход установки обратного осмоса. Посредством установки обратного осмоса согласно изобретению будет возможно увеличивать выпуск пермеата от упомянутых вначале значений порядка, примерно, 75% до значений в диапазоне от 85 до 95% и даже до 97%.

Предпочтительно предусмотреть, чтобы рециркуляция пермеата содержала регулировочный клапан, который предварительно заданное количество пермеата пропускает через рециркуляцию пермеата. Необходимое количество возвращаемого пермеата может определяться с помощью предусмотренного для этого устройства, например одного или нескольких водяных расходомеров или датчика давления в потоке пермеата, в зависимости от затребованных конечным пользователем количеств пермеата.

Количество возвращаемого пермеата может определяться также с помощью предусмотренного для этого устройства в зависимости от концентрации I _c ионов. В целесообразном варианте выполнения данного изобретения концентрация I_c ионов в пермеате определяется посредством датчика проводимости на выходе пермеата.

При особенно предпочтительной форме выполнения данного изобретения может быть дополнительно предусмотрена рециркуляция концентрата, чтобы концентрат, выходящий на выходе для концентрата, целиком или частично снова пропускать через модуль обратного осмоса. Этим мероприятием повышаются возможности регулирования всей установки, в частности могут устанавливаться количество пермеата и содержание солей в пермеате соответственно запросам.

В целесообразной форме выполнения рециркуляция концентрата содержит второй регулировочный клапан, который пропускает предварительно заданное количество концентрата через рециркуляцию концентрата.

Предпочтительно предусмотреть устройство, которое определяет массу возвращенного концентрата в зависимости от затребованного конечным пользователем количества пермеата. Это устройство может быть образовано, например, одним или несколькими водяными расходомерами или датчиком давления в потоке пермеата.

В следующем предпочтительном варианте выполнения может быть предусмотрено, кроме того, устройство, которое определяет массу возвращенного концентрата в зависимости от концентрации I_c ионов в пермеате, например датчик проводимости на выходе для пермеата.

При конкретной форме выполнения установки обратного осмоса согласно изобретению может быть предусмотрено в насосе или между насосом и входом для сырой воды устройство регулирования давления, которое устанавливает давление сырой воды P_R в зависимости от предварительно заданного давления P_P пермеата на выходе для пермеата. Этим мероприятием к модулю подводится лишь такое количество сырой воды, какое необходимо для соответствующего количества бедного солью пермеата на выходе для пермеата. Благодаря этому не производится лишнего пермеата. Одновременно подводится меньше сырой воды.

Предпочтительно предварительно заданное давление P_P пермеата может устанавливаться предусмотренными средствами, например насосом, в соответствии с запросами подключаемых пользователей или, соответственно, – регулируемыми согласно изобретению объемами рециркуляции пермеата и/или концентрата.

В частности, может быть предусмотрено, что устройство регулирования давления установки обратного осмоса содержит преобразователь частоты для управления насосом таким образом, что насос может непрерывно регулироваться в определенном диапазоне давлений, предпочтительно, от 2 до 140 бар, в частности от 2 бар до 80 бар. Применение преобразователя частоты позволяет регулирование без потерь. К насосу подводится только та энергия, которая ему необходима. Никакая избыточная энергия не превращается в тепло.

В предпочтительной форме выполнения для регистрации давления P_P пермеата предусмотрен датчик давления на выходе для пермеата или в выпуске для пермеата, расположенном по течению ниже от выхода для пермеата.

В целесообразной форме выполнения установки обратного осмоса она содержит – после впуска для сырой воды – устройство контроля степени жесткости, чтобы прекращать подачу сырой воды при превышении предварительно заданной степени жесткости.

В частности, является выгодным, если предусмотрены устройства, в частности запорные вентили, чтобы отдельно подключать или отключать модули обратного осмоса.

В особенно предпочтительной форме выполнения в установке обратного осмоса предусмотрен шунтирующий трубопровод с третьим регулировочным клапаном, который проведен между выходом насоса и выпуском для пермеата. Шунтирующий трубопровод, предпочтительно, содержит третий регулировочный клапан, который пропускает предварительно заданное количество отфильтрованной сырой воды через шунтирующий трубопровод.

Согласно особенно предпочтительному аспекту данного изобретения к выпуску для пермеата может быть присоединен дополнительный датчик проводимости. Этот датчик проводимости может быть предусмотрен, чтобы определять количество отфильтрованной сырой воды, проходящей через щунтирующий трубопровод, в зависимости от проводимости.

В следующей предпочтительной форме выполнения данного изобретения предусмотрен датчик проводимости, присоединенный на выходе для пермеата, чтобы определять количество отфильтрованной сырой воды, проходящее через шунтирующий трубопровод, в зависимости от проводимости.

В целесообразной форме выполнения изобретения предусмотрено, чтобы насос был выполнен как плунжерный насос. Плунжерный насос не обладает практически никаким или лишь очень незначительным тепловыделением, так что благодаря этому не будет нагреваться и вода. Таким образом, предотвращается или, по меньшей мере, подавляется развитие микроорганизмов.

Далее, плунжерные насосы имеют преимущество в том, что они могут непрерывно регулироваться в большом диапазоне давлений – от 2 до 140 бар.

Изобретение подробнее разъясняется ниже при помощи примеров выполнения и со ссылками на прилагаемые чертежи.

При этом на чертежах показано:

фиг.1 – первая предпочтительная форма выполнения установки обратного осмоса согласно изобретению,

фиг.2 – измененная форма выполнения соответствующей изобретению установки обратного осмоса по фиг.1,

фиг.3 – измененная форма выполнения установки обратного осмоса согласно изобретению по фиг.2.

Фиг.1 показывает первую предпочтительную форму выполнения установки обратного осмоса согласно изобретению.

После входа 11 для сырой воды в трубопровод 27 для сырой воды подключены устройство 12 контроля степени жесткости, первый датчик 13 давления, фильтр 14, второй датчик 15 давления и вентиль с электромагнитным регулированием 16, а также водяной расходомер 34 и манометрический выключатель 17. Следующий затем насос 18 соединен с бесступенчато регулируемым преобразователем 19 частоты. Третий датчик 20 давления присоединен к выходу насоса 18.

Выход насоса 18 соединен со впуском 21 для сырой воды, по меньшей мере, одного, предпочтительно, – нескольких параллельно подключенных модулей 22 и 23 обратного осмоса. Кроме того, модули 22 и 23 обратного осмоса имеют выход 24 для концентрата и выход 25 для пермеата. После выхода 24 для концентрата подключены водяной расходомер 35 и выпуск 28 для концентрата. После выхода 25 для пермеата подключены датчик 32 проводимости, водоразборный кран 31, рециркуляция 26 пермеата и следующий датчик 33 давления. Затем пермеат подводится к выпуску 29 для пермеата, от которого он может распределяться, например, на систему трубопровода для пермеата. Рециркуляция 26 пермеата связана через регулировочный клапан 30 с трубопроводом 27 для сырой воды. Установкой обратного осмоса можно управлять и, соответственно, регулировать ее посредством управляющего устройства 36.

Через вход 11 для сырой воды к установке подводится сырая вода, которая была умягчена обычным образом в установке для умягчения воды. Устройство 12 контроля степени жесткости предусмотрено, чтобы регистрировать степень жесткости сырой воды, так что при превышении предварительно заданного предельного значения можно прекращать дальнейшую подачу сырой воды, например, закрытием вентиля 16 с электромагнитным регулированием, автоматически или вручную. Предпочтительно, при превышении значения 1°dH установка обратного осмоса автоматически выключается. Таким образом предотвращается, чтобы вода с более высокой степенью жесткости подавалась в модули 22 и 23 обратного осмоса и это имело бы те последствия, что модули обратного осмоса закупорились бы. Фильтр 14 в трубопроводе 27 для сырой воды служит для того, чтобы из сырой воды удалялись частицы, которые загрязняют насос 18, а также могли бы загрязнять, закупоривать или повреждать модули 22 и 23 обратного осмоса. С применением устройства 12 контроля степени жесткости и фильтра 14 сокращаются общие затраты на техническое обслуживание установки. Вентиль 16 с электромагнитным регулированием может закрываться с отключением установки, чтобы позволять, например, промывку установки.

Насос 18 служит для того, чтобы подавать сырую воду под давлением в диапазоне от 2 до 140 бар, в частности от 2 до 80 бар, в модули 22 и 23 обратного осмоса. Насос 18 выполнен бесступенчато регулируемым и может взаимодействовать с бесступенчато регулируемым преобразователем 19 частоты. Возможность бесступенчатого регулирования может использоваться для управления и, соответственно, регулирования количества пермеата. Насос 18 регулируется таким образом, что в модули 22 и 23 обратного осмоса подводится столько сырой воды, сколько, соответственно, пермеата необходимо конечным пользователям или, соответственно, сколько будет согласно изобретению направлено в рециркуляцию. Вследствие этого не требуется хранения пермеата в резервной емкости. Таким образом пресекается развитие микроорганизмов, так как это может встречаться в таких емкостях. Давление на выходе насоса 18 может устанавливаться, к примеру, в зависимости от параметров, которые регистрируются датчиками 20 и 33 давления, датчиком 32 проводимости и водяными расходомерами 34 и 35. Модули 22 и 23 обратного осмоса могут, предпочтительно, по отдельности подключаться и отключаться, соответственно, в зависимости от необходимого количества пермеата.

Посредством регулировочного клапана 30 для пермеата в рециркуляции 26 пермеата можно, предпочтительно, автоматически, но также и вручную устанавливать, какое количество пермеата подводится обратно ко впуску насоса 18. Управляемой и, соответственно, регулируемой рециркуляцией 26 пермеата повышаются возможности управления и, соответственно, регулирования содержания солей в установке обратного осмоса, а также количества пермеата, подведенного к выпуску 29 для пермеата.

Посредством рециркуляции 26 пермеата обеспечивается, в частности, возможность поддерживать содержание солей в пермеате очень низким. Это будет выгодным, если, например, конечному пользователю требуется очень чистая вода или содержание солей в сырой воде подвержено колебаниям. Рециркуляцией соответствующего количества пермеата может тогда устанавливаться содержание солей в пермеате в пределах предварительно заданных нижних и, соответственно, верхних границ. Далее, может быть задано, что содержание солей в пермеате не должно превосходить или нарушать предварительно заданных значений. Управление и, соответственно, регулирование рециркуляции пермеата происходит в зависимости от проводимостей, зарегистрированных посредством датчика 32 проводимости на выходе 25 для пермеата.

Одновременно модули обратного 22 и 23 осмоса могут промываться посредством рециркуляции пермеата, даже если конечным пользователем отбирается только немного пермеата или не отбирается совсем. Таким образом предотвращается засаливание модулей обратного осмоса.

Далее, с помощью рециркуляции 26 пермеата может, например, устанавливаться то количество пермеата, которое доставляется к выпуску 29 для пермеата и, соответственно, конечным пользователям. Поданное конечному пользователю количество пермеата получается в итоге из разности зарегистрированных водяным расходомером 34 в трубопроводе 27 для сырой воды масс отфильтрованной сырой воды за вычетом зарегистрированных водяным расходомером 35 в рециркуляции 28 концентрата масс удаленного концентрата. Определенные водяными расходомерами 34, 35 расходы воды, которые, предпочтительно, автоматически передаются в управляющее устройство 36, могут служить для того, чтобы непрерывно регулировать количество пермеата. В качестве следующей регулируемой величины для насоса 18 и/или регулировочного клапана 30, которые устанавливают поданное конечному пользователю количество пермеата, может служить давление в выпуске 29 для пермеата, которое регистрируется датчиком 33 давления.

Все компоненты для управления и, соответственно, регулирования установки обратного осмоса и все компоненты для регистрации измеряемых параметров связаны, предпочтительно, с центральным управляющим устройством 36. Зарегистрированные результаты измерений всех датчиков подаются на управляющее устройство 36. На базе результатов измерений управляющим устройством 36 управляются, регулируются и, в частности, устанавливаются преобразователь 19 частоты и, предпочтительно, регулировочный клапан 30.

В особенно предпочтительном выполнении управляющее устройство 36 оборудовано индикаторным устройством для постоянного контроля установки и, соответственно, отдельных параметров, а также устройством для архивирования данных. Управляющее устройство 36 можно реализовать, например, с PC. Например, также может использоваться SPS. Через интерфейс объединенных в сеть связей установки все данные и случаи неполадок могут передаваться непосредственно и незамедлительно управляющим устройством 36 в центральный пост управления.

В предпочтительной, измененной форме выполнения соответствующей изобретению установки обратного осмоса по фиг.1 установка обратного осмоса, наряду с рециркуляцией 26 пермеата, дополнительно содержит рециркуляцию 37 концентрата (фиг.2). Вследствие этого значительно расширяются возможности управления и регулирования установки обратного осмоса. Посредством регулировочного клапана 38, который выполнен, предпочтительно, как регулировочный двухходовой клапан, можно, предпочтительно, автоматически, но также и вручную устанавливать, какое количество концентрата пропускается обратно через рециркуляцию 37 концентрата к впуску насоса 18. Остальная доля концентрата подводится через водяной расходомер 35 к выпуску 28 для концентрата и удаляется обычным образом как отходы.

Посредством рециркуляции 37 концентрата можно устанавливать, например, количество пермеата, а также содержание солей в пермеате. Если например, в пермеате допускается повышенное содержание солей, то можно с помощью рециркуляции концентрата при постоянном потоке пермеата, кроме того, экономить сырую воду. Далее, при рециркуляции концентрата модули 22 и 23 обратного осмоса могут промываться, даже если конечным пользователем отбирается очень много пермеата. Таким образом предотвращается засаливание модулей обратного осмоса. Однако возможности управления и, соответственно, регулирования посредством рециркуляции 26, 37 пермеата и, соответственно, концентрата не ограничиваются упомянутыми здесь примерами.

Фиг.3 показывает измененную форму выполнения установки обратного осмоса согласно изобретению по фиг.2. Установка обратного осмоса, представленная на фиг.2, расширяется за счет введения устройства разбавления. Устройство разбавления содержит шунтирующий трубопровод 39 с регулировочным клапаном 40. За счет этого перемыкаются модули 22 и 23 обратного осмоса, в частности, так что часть отфильтрованной сырой воды может непосредственно подводиться к выпуску 29 для пермеата и/или в рециркуляцию 26 пермеата. При этом предоставляется дополнительная возможность управления и, соответственно, регулирования для установки обратного осмоса. Теперь часть отфильтрованной сырой воды может проводиться мимо модулей 22 и 23 обратного осмоса, если, соответственно, можно допускать предварительно заданное содержание солей в воде. В зависимости от допускаемого содержания солей отношение выходящего из модулей 22 и 23 обратного осмоса пермеата и проведенной через шунтирующий трубопровод 39 сырой воды тогда может устанавливаться посредством регулировочного клапана 40 вручную или автоматически. Шунтирующий трубопровод 39 от выхода насоса 18 может выборочно направляться на выход 25 для пермеата или на выпуск 29 для пермеата (здесь не представлено). С помощью устройства разбавления создается дополнительная возможность оптимизировать конструктивные и технологические затраты на установку обратного осмоса в соответствии с имеющимися требованиями. Еще одно преимущество устройства разбавления состоит в том, что норма расхода для модулей 22 и 23 обратного осмоса может быть существенно ниже, чем у всей установки обратного осмоса. Вследствие этого могут при определенных обстоятельствах повышаться интервалы технического обслуживания модулей обратного осмоса.

Для управления и, соответственно, регулирования устройства разбавления измеряется проводимость, предпочтительно, после подачи сырой воды в поток пермеата. Измерение проводимости разбавленного пермеата происходит, предпочтительно, при помощи датчика 41 проводимости, который присоединен к выпуску 29 для пермеата. Далее, может быть выгодно дополнительно также регистрировать текущее значение проводимости выданного из модулей 22 и 23 обратного осмоса пермеата перед разбавлением отфильтрованной сырой водой. Настройка вследствие этого может улучшаться, так как по качеству пермеата, выходящего из модулей 22 и 23 обратного осмоса, может предположительно оцениваться возможное добавление отфильтрованной сырой воды из шунтирующего трубопровода 39. Затем может происходить повторный контроль проводимости разбавленного пермеата. Проводимость выходящего из модулей 22 и 23 обратного осмоса пермеата определяется, предпочтительно, при помощи датчика 32 проводимости.

В соответствующей изобретению установке обратного осмоса согласно фиг.2 и фиг.3 все компоненты для управления и, соответственно, регулирования установки обратного осмоса и все компоненты для регистрации результатов измерений связаны, предпочтительно, с центральным управляющим устройством 36. Зарегистрированные измеряемые параметры от всех датчиков подаются на управляющее устройство. На базе результатов измерения управляющим устройством управляются, регулируются и, в частности, устанавливаются преобразователь 19 частоты и, предпочтительно, все регулировочные клапаны.

Далее, следует указать на то, что установка согласно изобретению имеет очень незначительную занимаемую площадь. Наконец, релевантный для содержания микроорганизмов Германский промышленный стандарт DIN 6022 может соблюдаться этой установкой без проблем. Также установкой обратного осмоса согласно изобретению может выполняться релевантный относительно требований к питьевой воде Германский промышленный стандарт DIN 2000, который касается также развития микроорганизмов.

Установка обратного осмоса согласно изобретению может использоваться в промышленности. Для многочисленных изделий и способов изготовления требуется вода с низким содержанием солей. В частности, эта установка обратного осмоса с успехом подходит для фармацевтической промышленности. Наряду с тем, что посредством рециркуляции 26 пермеата можно поддерживать крайне низкое содержание солей, также очень незначительно содержание микроорганизмов, что важно, в частности, для фармацевтической продукции.

Установка обратного осмоса согласно изобретению также может использоваться в больницах, где также низкое содержание микроорганизмов играет важную роль наряду с низким содержанием солей. Наконец, установка обратного осмоса согласно изобретению может использоваться как станция для очистки морской воды, так что таким образом может производиться питьевая вода.

Перечень основных обозначений

11 впуск для сырой воды

12 устройство контроля степени жесткости

13 датчик давления

14 фильтр

15 датчик давления

16 вентиль с электромагнитным регулированием

17 манометрический выключатель

18 насос

19 преобразователь частоты

20 датчик давления

21 вход для сырой воды

22 модуль обратного осмоса

23 модуль обратного осмоса

24 выход для концентрата

25 выход для пермеата

26 рециркуляция пермеата

27 трубопровод для сырой воды

28 выпуск для концентрата

29 выпуск для пермеата

30 регулировочный клапан (рециркуляция пермеата)

31 водоразборный кран

32 датчик проводимости

33 датчик давления

34 водяной расходомер (трубопровод для сырой воды)

35 водяной расходомер (выпуск для концентрата)

36 управляющее устройство

37 рециркуляция концентрата

38 регулировочный клапан (рециркуляция концентрата)

39 шунтирующий трубопровод

40 регулировочный клапан (шунтирующий трубопровод)

41 датчик проводимости

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Установка обратного осмоса для сырой воды, в частности городской или колодезной воды, для получения бедного солями пермеата, содержащая

по меньшей мере, один модуль (22, 23) обратного осмоса со входом (21) для сырой воды, выходом (24) для концентрата, выходом (25) для пермеата, а также одним расположенным по течению ниже выхода (25) выпуском (29) для пермеата,

насос (18) для подачи сырой воды, по меньшей мере, в один модуль (22, 23) обратного осмоса,

трубопровод (26) рециркуляции для повторного пропускания пермеата, выходящего на выходе (25) для пермеата, целиком или частично, по меньшей мере, через один модуль (22, 23) обратного осмоса, и

датчик (33) давления на выходе (25) для пермеата или в выпуске (29) для пермеата, расположенном по течению ниже выхода для пермеата, для регистрации давления Р_р пермеата,

отличающаяся тем, что в насосе (18) или между насосом и входом (21) для сырой воды предусмотрено устройство регулирования давления, которое устанавливает давление Р_R сырой воды в зависимости от предварительно заданного давления Р_р пермеата на выходе (25) для пермеата, и устройство регулирования давления содержит преобразователь (19) частоты для управления насосом (18), таким образом, что насос может непрерывно регулироваться или быть установлен в диапазоне давлений, предпочтительно от 2 до 140 бар, в частности от 2 до 80 бар.

2. Установка обратного осмоса по п.1, отличающаяся тем, что установка содержит управляющее устройство (36) для управления и ее регулирования.

3. Установка обратного осмоса по п.2, отличающаяся тем, что трубопровод (26) рециркуляции пермеата содержит регулировочный клапан (30), который установлен с возможностью управления и регулирования управляющим устройством (36).

4. Установка обратного осмоса по п.3, отличающаяся тем, что регулировочный клапан (30) предназначен для пропускания предварительно заданного количества пермеата в зависимости от заранее заданного давления Р _р на выходе (25) для пермеата через трубопровод (26) рециркуляции пермеата.

5. Установка обратного осмоса по п.4, отличающаяся тем, что она содержит устройство для определения количества возвращенного пермеата в зависимости от заранее заданного давления Р _р на выходе (25) для пермеата и концентрации I _c ионов в пермеате, выполненное с возможностью управления и регулирования с помощью управляющего устройства (36).

6. Установка обратного осмоса по п.1, отличающаяся тем, что к выходу (25) для пермеата присоединен датчик (32) проводимости.

7. Установка обратного осмоса по п.1, отличающаяся тем, что она содержит трубопровод (37) рециркуляции концентрата для повторного проведения через модуль (22, 23) обратного осмоса выходящего на выходе (24) концентрата, целиком или частично.

8. Установка обратного осмоса по п.2, отличающаяся тем, что она содержит трубопровод (37) рециркуляции концентрата для повторного проведения через модуль (22, 23) обратного осмоса выходящего на выходе (24) концентрата, целиком или частично.

9. Установка обратного осмоса по п.3, отличающаяся тем, что она содержит трубопровод (37) рециркуляции концентрата для повторного проведения через модуль (22, 23) обратного осмоса выходящего на выходе (24) концентрата, целиком или частично.

10. Установка обратного осмоса по п.4, отличающаяся тем, что она содержит трубопровод (37) рециркуляции концентрата для повторного проведения через модуль (22, 23) обратного осмоса выходящего на выходе (24) концентрата, целиком или частично.

11. Установка обратного осмоса по п.6, отличающаяся тем, что она содержит трубопровод (37) рециркуляции концентрата для повторного проведения через модуль (22, 23) обратного осмоса выходящего на выходе (24) концентрата, целиком или частично.

12. Установка обратного осмоса по любому из пп.7-11, отличающаяся тем, что трубопровод (37) рециркуляции концентрата содержит регулировочный клапан (38) для пропускания предварительно заданного количества концентрата через трубопровод (37) рециркуляции концентрата.

13. Установка обратного осмоса по любому из пп.7-11, отличающаяся тем, что она содержит устройство для определения количества возвращенного концентрата в зависимости от затребованного конечным пользователем количества пермеата.

14. Установка обратного осмоса по любому из пп.7-11, отличающаяся тем, что она содержит устройство для определения количества возвращенного концентрата в зависимости от концентрации I_c ионов в пермеате.

15. Установка обратного осмоса по любому из пп.1-11, отличающаяся тем, что она содержит средство для приведения в соответствие предварительно заданного давления Р_р пермеата с требованиями подключаемых нагрузок или, точнее, с нормами рециркуляции пермеата и/или концентрата.

16. Установка обратного осмоса по любому из пп.1-11, отличающаяся тем, что она имеет после впуска (11) для сырой воды устройство (12) контроля степени жесткости для прекращения подачи сырой воды при превышении предварительно заданной степени жесткости.

17. Установка обратного осмоса по любому из пп.1-11, отличающаяся тем, что она содержит устройства, в частности запорные вентили для раздельного подключения или отключения модулей (22, 23) обратного осмоса.

18. Установка обратного осмоса по любому из пп.1-11, отличающаяся тем, что она имеет шунтирующий трубопровод (39), который расположен между выходом насоса (18) и выпуском (29) для пермеата.

19. Установка обратного осмоса по п.18, отличающаяся тем, что шунтирующий трубопровод (39) содержит регулировочный клапан (40) для пропускания предварительно заданного количества отфильтрованной сырой воды через шунтирующий трубопровод (39).

20. Установка обратного осмоса по любому из пп.1-11, отличающаяся тем, что к выпуску (29) для пермеата присоединен датчик (41) проводимости.

21. Установка обратного осмоса по п.20, отличающаяся тем, что датчик (41) проводимости служит для определения количества отфильтрованной сырой воды, подаваемой через шунтирующий трубопровод (39) в зависимости от проводимости.

22. Установка обратного осмоса по п.6 или 11, отличающаяся тем, что она на выходе (25) для пермеата имеет датчик (32) проводимости для определения количества отфильтрованной сырой воды, подаваемой через шунтирующий трубопровод (39), в зависимости от проводимости.

23. Установка обратного осмоса по любому из пп.1-11, отличающаяся тем, что насос (18) выполнен как плунжерный насос.

www.freepatent.ru

Обратный осмос вред или польза

Технология, позволяющая опреснить соленую воду и очистить пресную от растворенных в ней примесей, называется обратным осмосом. Вопрос о том, что несет в себе обратный осмос – вред или пользу для нашего здоровья, – встает перед всеми, кто хочет выбрать эффективное устройство для очистки питьевой воды. Рассмотрим особенности, основные недостатки и достоинства подобной системы фильтрации, широко используемой в бытовых фильтрах, чтобы определится с ответом на этот вопрос.

Система обратного осмоса была разработана более века назад, но реальное ее применение началось во второй половине ХХ столетия. Первоначально подобный способ фильтрации использовался в промышленности, а после того как удалось минимизировать затраты и размер устройства, стал применяться и в быту.

Споры о том, обратный осмос несет вред здоровью или пользу, не утихают уже долгие годы.

Природный и обратный осмос

Для понимания целей и процессов обратного осмоса рассмотрим явление прямого осмоса.

Осмосом называют одно из важнейших природных явлений. Его примером служит поглощение воды корнями растений из почвы. Суспензия с меньшей концентрацией имеет природную тенденцию мигрировать в раствор с большей концентрацией, проходя через полунепроницаемую мембрану под давлением.

При обратном осмосе мы наблюдаем противоположный описанному выше явлению процесс, когда жидкость освобождается от растворенных в ней частиц. Осмос происходит естественным путем без применения энергии. Для осуществления обратного процесса к более сложному физиологическому раствору необходимо приложить давление. При этом мембрана играет роль своеобразной двери, пропускающей только вещества, габариты которых меньше либо равны диаметру молекул воды (кислород, хлор и некоторые другие примеси свободно проникают через нее).

Этот эффект был обнаружен еще Древней Греции, где на примитивном уровне его использовали для опреснения жидкости. Однако в широком применении обратный осмос появился  только после появления синтетических мембран (ячеистых ацетатов) в 1970-х. А с усовершенствованием технологий начал широко использоваться для домашней очистки.

Вода после обратного осмоса считается экологически чистой, по своим характеристикам она напоминает талую воду из древних ледников.

Процесс работы фильтра

Исходная вода поступает в фильтр обратного осмоса из водопроводного крана, все отделенные примеси сливаются в канализацию вместе со стоками. Процесс очистки разделен на несколько этапов:

1. Предварительная очистка. На этом этапе вода проходит через три фильтра. Первый фильтр из полипропилена очищает жидкость от ржавчины, песка, механических примесей, частиц, размер которых превышает 5 микрон. Второй, угольный, задержит нефтепродукты, пестициды, хлор, тяжелые металлы, химические и органические примеси. Третий, одномикронный, не пропускает примеси размером более 1 микрона.
2. Проход жидкости через мембрану, являющуюся самым дорогостоящим элементом фильтра. То, сколько она прослужит, зависит от качества поступающей воды. Поры в мембране имеют размер не более 0,0001 микрона. Они пропускают молекулы воды, кислород и некоторые газы, влияющие на вкус жидкости.
3. Накапливание очищенной воды в специальном баке, изготовленном из покрытых эмалью стальных листов.
4. Прохождение через дополнительный фильтр, служащий еще одной гарантией чистоты жидкости.
5. Разлив через отдельный кран, врезанный в столешницу или мойку.

Характеристики фильтров обратного осмоса

Фильтры обратного осмоса имеют следующие особенности:

• Производят от 120 до 300 литров чистой воды в сутки.
• Ресурс использования от 4 до 15 тыс. л. Чтобы было понятней, 4000 литров хватит средней семье из 4 человек примерно на 24 месяца.
• На выходе получаем чистейшую воду, очищенную от всяческих примесей, бактерий и вирусов, если их габариты превышают размер пор мембраны.
• Картриджи предварительной очистки нуждаются в замене раз в 6 месяцев, а дополнительные фильтры конечной очистки – раз в 12 месяцев. Работы мембраны обратного осмоса хватает на 2–3 года. Осуществить процесс замены может любой человек без дополнительных знаний и инструментов.

• Бытовые фильтры устанавливаются в квартире, частных домах, дачах, небольших по размерам офисах.

Плюсы бытовых систем обратного осмоса

Кроме того, что в результате такой очистки мы получаем воду, идеально подходящую для питья, у обратного осмоса есть и другие значимые преимущества:

• Очистке может быть подвергнута как водопроводная вода, так и другие расположенные на поверхности источники.
• Для поддержания полупроницаемой мембраны в рабочем состоянии не требуются химические реагенты. Именно поэтому фильтры обратного осмоса считаются безопасными и пригодными для бытового использования.
• Такие фильтры – устройства длительного использования. Семья может пользоваться одним фильтром более года. Выбор подобной системы положительно скажется на семейном бюджете.
• Накопительный бак фильтра обратного осмоса на 4–12 литров дает возможность иметь в своем распоряжении некоторый запас чистой воды.
• При помощи фильтра вода очищается от вредоносных вирусов и бактерий, например гепатита. Удаление из воды вредных примесей благоприятно сказывается на общем состоянии организма.

К сожалению, в нашем мире не существует совершенных вещей, поэтому и у фильтров обратного осмоса есть свои минусы:

• У полупроницаемых мембран есть свойство довольно быстро забиваться соединениями тяжелых металлов, от чего они нуждаются в предварительной очистке. Иначе дальнейшая работа будет не возможна.
• Не рекомендуется подключать обратноосмотический фильтр к горячей воде, это повлияет на результативность процесса.
• Скорость наполнения накопительного бака достаточно низкая. Процесс может растянуться на 6 часов.

Мифы и правда об обратном осмосе

Среди потенциальных потребителей распространяется из уст в уста множеств легенд, не подкрепленных фактами, о том, насколько вреден обратный осмос для организма человека.

Миф № 1. Вследствие подобной очистки вода лишается всех минералов, становится «мертвой»

На самом теле она превращается в слабо минерализованную (10–15 мг/л). В то время как у эталонной талой воды из ледников этот же показатель равен 2–5 мг/л. При этом в процессе очистки удаляются тяжелые металлы, радионуклиды, примеси ила, песка, болезнетворные бактерии, фенолы и пестициды. Те, кто беспокоится по этому поводу, могут дополнительно установить минерализатор. Иногда это устройство продается в комплекте с фильтром.

Миф № 2. Вода, прошедшая обратноосмотическую очистку, вымывает из организма необходимые ему минеральные вещества

Подобное утверждение не подтверждено ни одним исследованием. Наоборот, дочищенная вода работает как магнит, который собирает по вашему организму отработанные, отторгнутые вещества и несет их к легким и почкам для скорейшего выведения.

Миф № 3. От такой воды раскрошатся зубы

Это утверждение пошло из рекламной компании одной из компаний-производителей фильтров. Они утверждают, что длительное употребление воды, лишенной фтора, пагубно повлияет на состояние зубов. Как показали практические исследования, у потребителей дочищенной воды подобных проблем не наблюдается.

Миф № 4. Дочищенная вода становится безвкусной

Этот миф активно распространяется и сбивает с толку многих потребителей. С одной стороны, это действительно так, ведь мы привыкли пить хлорированную воду с высоким содержанием тяжелых металлов. Металлический привкус на языке нам привычен и даже приятен. Но кристально чистая вода не должна его иметь.

При ежедневном использовании воды, очищенной системой обратного осмоса, по-новому раскроется вкус кулинарных шедевров, вы узнаете, какими на самом деле являются любимый кофе или чай, если не ощущать при их питье привкус хлора и железа. Оздоровится организм, начнут вымываться камни и песок из почек.

mr-build.ru

Белкина Е.А., Одоевцева М.В. Исследование влияния режимов работы установки обратного осмоса на качество пермеата

Белкина Екатерина Александровна¹, Одоевцева Марина Вячеславовна^1
1Волжский филиал Московского Энергетического Университета, магистрант

Belkina Ekaterina Aleksandrovna¹, Odoyevtseva Marina Vyacheslavovna^1
1Volzhskiy branch of Moscow Energy University, master degree student

Библиографическая ссылка на статью:
Белкина Е.А., Одоевцева М.В. Исследование влияния режимов работы установки обратного осмоса на качество пермеата // Современная техника и технологии. 2016. № 11. Ч. 1 [Электронный ресурс]. URL: http://technology.snauka.ru/2016/11/10754 (дата обращения: 07.02.2019).

руководитель Одоевцева Марина Вячеславовна, к.т.н.,

Филиал МЭИ в г. Волжском

Поскольку режимы работы комбинированной установки кондиционирования рабочего тела (ВПУ) влияют на качество рабочего тела, объемы потребления воды и на собственные нужды установки, затраты на закупку мембран и экономию энергоресурсов на участке подготовки воды промышленного предприятия, то представляет интерес оценить возможность регулирования режимов таких установок.

В работе использован метод планирования эксперимента [1, с.159]. Сочетание Na-катионитных фильтров и обратноосмотических установок проявляет достичь исключительно стабильных результаты работы водоподготовительной установки (ВПУ): качество фильтрата изменяется незначительно, химические промывки установки обратного осмоса проводятся реже, чем в полгода [3].

Преимущество данного метода заключается в том, что он позволяет установить взаимосвязь влияния сразу нескольких факторов на изучаемый объект. Задача метода заключается в нахождении регрессионного уравнения, пригодного для достаточно точного расчета параметров исследуемого процесса в принятых интервалах изменения факторов. При выборе факторов и интервалов их варьирования необходимо учитывать возможные ограничения технологического, экологического и экономического характера.

Численные исследования проводились с использованием программы «Hydranautics» для установки обратного осмоса состоящей из 2 аппаратов 1-ой ступени и одного аппарата 2-ой ступени. Характеристики мембраны приведены в таблице 1, где Р_{макс. раб}. – максимальное рабочее давление, Т_{макс. раб}  – максимальная рабочая температура [2].

Таблица 1- Характеристики мембраны

Тип элемента	Диаметр, мм	Длина, мм	Рмакс. раб, МПа	Производи-тельность, л/ч	Селектив-ность, %	Тмакс. раб.,
СРА2-4040	99	1016	4,1	379,2	99,5	45

Для получения математического описания процесса используется двухфакторный эксперимент. Исходной водой для 1-й ступени является умягченная вода, для 2-й ступени – пермеат 1-й стадии установки обратного осмоса. Исследования проводились с учетом влияния двух факторов:

Х₁ – температура. Была задана в пределах 15-35 ⁰С.

Х₂ – конверсия. Была задана в пределах 35-50%.

При проведении численного эксперимента учитывался ионный состав воды реки Волга. На основании метода планирования эксперимента, была построена таблица 2, в которой отражены результаты исследования влияния температуры и конверсии на производительность установки обратного осмоса по пермеату. С использованием матрицы планирования определены коэффициенты уравнения регрессии, описывающее взаимосвязь производительности установки обратного осмоса от температуры и конверсии: Y=19,39+3,5·х₁ + 0,21·х₁²-0,29·х₂²

Адекватность модели оценивалась с использованием критерия Фишера. Оценка значимости коэффициентов уравнения регрессии осуществлялась с помощью критерия Стьюдента [1, с.40-67].

Таблица 2 – Матрица планирования и результаты исследования часового расхода энергии (W₀) и производительности установки обратного осмоса по пермеату (G_перм).

Номер опыта	Исследуемые факторы				Gперм, м3/ч	W0 , кВт/ч
	В условных единицах		В физических величинах
	Х1	Х2	Х1	Х2
	-1	-1	35	15	0,16	6,7
	+1	-1	50	15	0,23	7,3
	-1	+1	35	35	0,16	3,5
	+1	+1	50	35	0,23	4,1
	-1	-1	42.5	25	0,19	4,9
	+1	-1	50	25	0,23	5,4
	-1	+1	35	25	0,16	4,8
	+1	+1	42.5	35	0,19	3,7
	0	0	42.5	15	0,19	6,8

Графическое отображение влияния температуры и конверсии на производительность представлено на рисунке 1.

Рисунок 1 – Влияние температуры и конверсии на производительность установки обратного осмоса по пермеату.

Уравнение регрессии, описывающее влияние температуры и конверсии на часовой расход энергии установки обратного осмоса имеет вид:

Y=4,95+0,3·х₁ -1,58·х₂+ 0,15·х₁²+0,30·х₂²-0,10·х₁·х₂

Графическое отображение влияния температуры и конверсии на часовой расход энергии установки обратного осмоса представлено на рисунке 2.

 

Рисунок 2 – Влияние температуры и конверсии на часовой расход энергии установки обратного осмоса.

Из рисунка 2 видно, что определяющим фактором является температура. При любой температуре будет формироваться требуемое качество воды, но для достижения минимального расхода энергии при большой температуре нужно учитывать и конверсию. Наибольшая эффективность работы установки обеспечивается при температуре не более 25 °С, конверсии 37-47%

На основании результатов планирования определены режимы работы установки обратного осмоса (таблица 3) и качество пермеата и концентрата после первой и второй ступени предлагаемой установки обратного осмоса (таблица 4).

Таблица 3 – Основные параметры действующей и предлагаемой схемы установки обратного осмоса

Показатели	Действующая схема		Предлагаемая схема
	1 ступень	2 ступень	1 ступень	2 ступень
рНисх	8,2	8,2	8,2	8,2
Gперм, м3/ч	0,65	0,49	0,65	0,23
G0, м3/ч	1,3	0,7	0,9	0,5
t, °С	35,0		35,0
Конверсия, %	50,0	75,0	50,0	50,0
Количество мембран, шт	2	1	2	1
Часовой расход, кВт/ч	5,8		4,6

Таблица 4 – Качество пермеата и концентрата после первой и второй ступени предлагаемой установки обратного осмоса.

Показатели качества воды	Пермеат		Концентрат
	1 ступень	2 ступень	1 ступень	2 ступень
Ca2+, мг/дм3	0,2	0,001	0,3	0,001
Na+, мг/дм3	1,4	0,08	196,6	0,8
HCO3–, мг/дм3	2,4	0,2	216,6	4,7
Cl–, мг/дм3	0,7	0,03	111,8	1,4
SO42-, мг/дм3	0,1	0,001	84,9	0,3
SiO2, мг/дм3	0,02	0,001	3,4	0,0
Солесодержание, мг/дм3	4,7	0,3	616,2	9,1
pН	6,5	5,6	8,4	6,8

Результаты численного моделирования показывают, что смена режима работы установки гарантирует:

–  высокое качество пермеата. Солесодержание пермеата предлагаемой схемы в 3,5 раза меньше, чем у действующей.

–  сокращение количества потребляемой питьевой воды, путем возврата концентрата в голову предлагаемой установки в объёме 0,4 м³/час

–  снижение давления перед мембраной предлагаемой установки, что приведет к увеличению продолжительности работы мембран и снижению энергопотребления в 1,2 раза установки в целом.

Библиографический список

1. Ахназарова С.А, Кафаров В.В. Оптимизация эксперимента в химии и химической технологии. – М.: Высшая школа, 1978.
2. Мембранные фильтрующие элементы. Официальный сайт «Индустриальные Системы Водоподготовки». URL: http://www.waterpurification.ru/content/nasha-produktsiya/membrannyye-filtruyushiye-elyemyenty (дата обращения: 12.10.2016)
3. Загретдинов И.Ш., В.В. Тропин, О.В. Симорова, А.А. Пантелеев и др. Ресурсосберегающие и энергоэффективные схемы в промышленной водоподготовке. Официальный сайт «НПК Медиана-Фильтр». URL: http://www.mediana-filter.ru (дата обращения: 15.10.2016)

---

Все статьи автора «Белкина Екатерина Александровна»

technology.snauka.ru