4. Очистка сточных вод методами обратного осмоса и ультрафилътрациий. Очистка воды методом обратного осмоса
Очистка воды методом обратного осмоса
Прежде, чем говорить о системе очистки воды методом обратного осмоса, следует разобраться, что в это понятие входит. Сам принцип осмоса и обратного осмоса (проникновения), как и большинство человеческих открытий, был найден в процессах живой природы еще в середине прошлого века. И первые опыты применения обратного осмоса относятся к системам опреснения морской воды, в которых чистая пресная вода скапливалась в резервуарах, а солевое содержание морской воды оказывалось с другой стороны полупроницаемой мембраны.
Что такое осмотическое давление, осмос и обратный осмос?
Все клетки живого организма имеют оболочку, так называемую мембрану, через которую могут походить только молекулы определенного размера. В частности, через полупроницаемую мембрану живых клеток человеческого организма легко проходят молекулы воды, но полурастворенные в воде солевые отложения и твердые частицы, имея больший размер молекул, пройти не могут через такую мембрану. Такой процесс получил название осмос. Все живые организмы живут и здравствуют за счет осмоса, поскольку с водой внутрь клетки проникают только питательные вещества, а шлаки, токсины, и даже вирусы, бактерии – все это остается снаружи живой и здоровой клетки.
Полупроницаемая мембрана позволяет молекулам воды попасть внутрь клетки из слабоконцентрированного раствора, при этом в самой клетке раствор становится более насыщенным, а уровень жидкости, соответственно, повышается. Даже, если оба раствора находятся под одинаковым давлением извне, переход молекул воды через мембрану все равно происходит – это и называется осмотическим давлением. Ученые провели эксперимент: к концентрированному раствору (морская вода) приложили давление, которое больше естественного осмотического давление. Результат оказался ошеломляющим: Молекулы воды стали переходить из более концентрированного раствора в менее концентрированный, тем самым, на выходе ученые получили насыщенную кислородом чистую воду, а в сосуде, остались солевые отложения. Это явление получило название обратного осмоса, и именно оно лежит в основе большинства способов очистки растворов от примесей и солей. Процесс обратного осмоса может обеспечить наивысшую очистку воды от загрязнений и солевых включений в сравнении с другими способами очистки.
Как работает система очистки воды методом обратного осмоса?
Обычная система очистки воды методом обратного осмоса включает в себя четыре степени очистки:
- Предварительная очистка воды от механических загрязнений (грязи, взвешенных частиц с размером до 4-5 мкм)
- Заменяемые угольные картриджи (удаление хлорных примесей, бактериальных частиц)
- Непосредственно сама обратноосмотическая мембрана
- Еще один угольный специальный фильтр, который обеспечивает воде приятный вкус, удаляет неприятные запахи.
По сути, в процессе обратного осмоса происходит разделение воды и растворенных в ней веществ на молекулярном уровне, поэтому никакие другие способы очистки воды не могут быть сравнимы с данной системой по качеству выпускаемой воды. Никакие традиционные методы фильтрации не дадут такого качества, поскольку они основаны только на отделении механических частиц и адсорбции некоторых растворенных в воде веществ с помощью активированного угля. При использовании обратного осмоса с одной стороны мембраны мы получаем чистую воду, а с другой – все примеси, включая примеси органического характера.
Системы обратного осмоса, которые используются в бытовых трубопроводах, основаны на давлении воды непосредственно в трубе, причем, чем выше это давление, тем более эффективно работаем мембрана, тем больше примесей и солей она отделяет. При высоком давлении в трубопроводе очищенная вода практически не имеет примесей, но пространство перед мембраной быстро засоряется, поэтому для очищения мембраны со стороны накопления «отходов» принудительно создается слив воду в дренаж вдоль всей мембраны. Тем самым, эффективность работы мембраны обратного осмоса будет зависеть и от промывки стороны мембраны, с которой подается под давлением вода для очистки.
Кроме того, на чистоту воды после обратного осмоса будут влиять ряд других факторов и это влияние надо учитывать при производстве чистой воды:
- Давление загрязненной воды в трубопроводе: при слабом давлении степень очистки воды будет падать
- Температура подаваемой на очистку воды: горячая вода очищается хуже, поскольку в ней больше растворенных веществ, которые мало увеличивают размер молекулы воды
- PH воды, который влияет больше на саму мембрану, на вещество, из которого она изготовлена, за счет чего может изменяться степень очистки воды
- Сам материал, из которого изготовлена мембрана (ацетатцеллюлозная или тонкопленочная композитная), влияет на степень очистки воды (изменения составляют не менее 15%)
- Химический состав загрязненной воды: неорганическая составляющая удаляется полностью, органическая составляющая с молекулярным весом меньше 100 уд.ед. может пропускаться мембраной в незначительных количествах. Так же, бактерии, вирусы задерживаются мембраной полностью вследствие большого размера их молекул
- Мембрана легко пропускает растворенные в воде газы, которые обеспечивают приятный вкус очищенной обратным осмосом воды.
Добавить комментарий
bgdstud.ru
Обратный осмос - метод очистки воды
Метод обратного осмоса, как и большинство открытий в физике, заимствован у естественной природы и является самым экологически оправданным медодом очистки воды.При изучении протекания обмена веществ у многоклеточных организмов, было обнаружено, что клетки состоят из материалов, которые условно можно разделить на две категории: которые пропускают воду и те которые её задерживают.
Клетки окружают мембраны, которые пропускают только воду, одновременно задерживая взвешенные трвердые и полурастворенные частицы. Эти мембраны называются полупроницаемыми . А сам процесс называется осмосом. Клетки всех живых организмов состоят из таких мембран.
Таким образом осуществляется проникновение питательных веществ внутрь клеток, и вывод шлаков и токсинов наружу. Мембрана не пропускает молекулы большего размера, чем необходимо клетке. Молекулы растворенных в воде солей не могут попасть в клетку. Молекулу воды продавливаются через мембрану из слабо концентрированного раствора в более насыщенный, уровень жидкости в более насыщенном при этом повышается. Осмос обеспечивает продавливание воды через мембрану , даже если оба раствора находятся под одинаковым внешним давлением. Разница в высоте уровней двух растворов разной концетрации соответстует силе, под действием которой вода проходит через мембрану. Это называется "осмотическим давлением".
Обратный осмос: после исследований было выяснено, что если к концентрированному раствору приложить давление, больше осмотического, то будет протекать обратный процесс: молекулы воды будут переходить из концентрированного раствора в разбавленный. Этот процесс называется обратным осмосом. Метод очистки воды обратным осмосом работает по этому принципу. Вода и растворенные в ней вещества разделяются. С одной стороны мембраны накапливается чистая вода, а все загрязнения остаются по другую ее сторону.
Обратный осмос осуществляет значительно более высокую степень очистки, чем любой из традиционных методов очистки воды.
Системы обратного осмоса обеспечивают самую лучшую фильтрацию воды. Удаляются бактерии и вирусы, все вредные вещества (нитраты, нитриты, мышьяк, цианицы, асбест, фтор, свинец, сульфаты, железо, хлор и т.д. и т.д.) , которые могут быть в водопроводной воде. Добросовестные производители бутилированной питьевой воды очищают её методом обратного осмоса. Вода, очищеная домашней системой обратного осмоса будет такая же, как и у известных производителей.
В наше время ( да и в обозримом будущем) система обратного осмоса - это самая лучшая очистка воды, которая не имеет аналогов.
Поток воды продавливается через обратноосмотическую мембрану . Происходит полное удаление солей из жидкости.
Таким образом, установка осмоса позволяет уничтожить источник появления накипи в нагревательных приборах. Установка осмоса для очистки воды на молекулярном уровне, насыщает воду кислородом, который можно даже увидеть, благодаря появляющимся пузырькам на стенках стеклянного сосуда. Метод обратного осмоса применяется для опреснения морской воды, очистки воды в сточных коллекторах, в фармакологии.
Метод обратного осмоса применяется в производстве бутилированной питьевой воды, в производстве прохладительных напитков, сокосодержащих напитков, самых известных сортов пива и высококачественных ликероводочных изделий.
Ежедневное умывание водой, очищенной методом обратного осмоса полностью исключает аллергические реакции даже у очень чувствительной кожи. Употребление такой воды позволяет избежать таких заболеваний, как отложение солей в суставах, аритрит и мочекаменная болезнь.
Как правило, система обратного осмоса имеет четыре - пять ступеней очистки:
- первая ступень – механическая предварительнфя очистка , задерживает взвешенные включения размером до 5 мкм; - вторая и третья ступениочистки воды – угольные картриджи, задерживает бактериальные загрязнения и хлор; - четвертая ступень - обратноосмотическая мембрана; - пятая ступень очистки – это угольный фильтр улучшающий вкус и запах воды на выходе.
Подробнее об обратноосмотических фильтрах очистки питьевой водыСистемы обратного осмоса Angstra
Системы обратного осмоса Atoll
Системы обратного осмоса Hidrotek
Главным элементом системы является непревзойденная высокоселективная мембрана из полимерной композитного полимера, произведенная компанией Toray Industries Inc., Япония. Используя данную мембрану качество очистки на выходе системы достигает невероятных результатов: практическое остаточное содержание солей очищенной воды (пермеата) достигает значения - не более 10-15 ppm (для исходного солесодержания около 300 ppm, входного давления 0,6 МПа, температуре воды 20°С). Для большинства остальных мембранных элементов такие значения являются недостижимыми. Можно добавить, подобная мембрана относится к классу так называемых низконапорных мембран, что дает возможность применять ее в системах с низким давлением воды на входной магистрали. Во всех представленных системах обратного осмоса Hidrotek мембраны имеют производительность 100GPD (370 л/сутки), что для рынка систем обратного осмоса на Российском рынке является редким событием Таким образом, благодаря использованию подобных мембран соотношение количества чистой воды к количеству воды, ушедшей в дренаж (канализацию), составляет 1:3, а это соответствует невиданному ранее КПД работы системы в 25%.Характеристики оборудования для очистки воды Hidrotek
| Маркировка | Кол-во ступеней очистки | Тип системы | Производ-ть* / при вх. давлении (бар) |
| RO-100G-E01 | 5 | с внешним баком | 370 л/сут / 3,5 |
| RO-100G-A01 | 5 | с внешним баком | 540 л/сут / 1,0-3,0 |
| RO-100G-A02 | 6 | с внешним баком | 540 л/сут /1,0-3,0 |
| RO-100G-W01 | 6 | со встр. баком | 540 л/сут /1,0-3,0 |
| RO-100G-N01T | 5 | со встр. баком | 540 л/сут / 1,0-3,0 |
| RO-600G-N01B | 5 | проточный, без бака | 280 (+- 60) л/сут / 1,0-3,0 |
www.ekomarket.ru
Очистка воды обратным осмосом
О том, что нужно использовать качественную воду, тщательно очищенную, умягченную, сегодня не слышал и не видел наверное, только слепоглухонемой. Об этом кричат ото всюду. ТВ, радио, журналы и газеты. Постепенно такая информационная атака начинает приносить плоды. Мы, как потребители начинаем постепенно знакомиться с этой темой, и принимаем решение, поддерживать нам мысль об очищении воды или считать ее навязанной информационной атакой.
Некоторые люди предпринимают попытки разобраться в теме самостоятельно. Вот для таких любознательных читателей и создана эта статья. Мы постараемся максимально доступно и коротко рассказать о всех возможностях и преимуществах очистки воды обратным осмосом.
Сразу нужно отметить, что способов очищения воды и умягчения довольно много. И обратный осмос не единственный в своем роде. Но сегодня, это один из самых прогрессивных способов доведения воды до нужного полезного состояния. Ни один другой фильтр или умягчитель, не даст вам такой высокой степени очищения воды, как данный вид установки.
Обратный осмос – это прибор, который гарантирует наиболее качественную очистку, но очищать он будет только тонкие материи, если можно так высказаться. С грубыми и крупными примесями он не работает. Если вам необходима чистая питьевая вода или нужна вода специального назначения, дистиллят, то только осмос может вам ее дать. Здесь вы можете задать характеристики воды, выбрать подходящую по пропускной способности мембрану и получить воду с определенной жесткостью, минерализацией и степенью очистки.
Таблица. Система обратного осмоса для удаления загрязнений из питьевой воды
| Вид загрязнения | Качество очистки (в %) |
| Соли жесткости | 86% |
| Железо | 79% |
| Хлор | 100% |
| Алюминий | 77% |
| Барий | 93№ |
| Ил и известняк | 89% |
Состоит фильтр обратноосматический из корпуса, который может изготавливаться из обычного пластика или же стали. Работать прибор начинает при нормальном рабочем давлении в трубах от 3,5 атмосфер. Если такого давления не наблюдается в системе, то установку придется дополнительно снабдить насосом.
Основным фильтрующим элементом в обратноосматических приборах является мембрана. У нее очень высокая степень пористости, размеры диаметров отверстий, самые разные. Проницаемость не очень высокая, потому вода протекает через такую мембрану довольно медленно. Выполняют мембранные перегородки из полимерных материалов. В зависимости от химического метода очистки воды и степени пористости и получается соответствующая очистка воды обратным осмосом.
Если вам нужно получить определенную воду, то вы должны подобрать под нее соответствующую мембрану. К недостаткам мембранных методов относят высокую стоимость материалов мембраны и ее высокую способность к повреждениям. Эти материалы очень чувствительные. Даже довольно большой размер солей кальция и магния может повредить ее.
В результате систему обратного осмоса ни в коем случае нельзя устанавливать первее всех фильтров. Да и вообще использовать ее на любой воде, без подготовки нельзя. Это естественно удорожает саму установку. Как правило, обратноосматический прибор для быта – это много фильтровая установка. Туда входит как минимум три колбы разных фильтров. Иногда сюда может входить и 4, и 5 фильтров.
Такое количество электромагнитных фильтров для воды АкваЩит, как раз и обусловлено необходимостью предварительной очистки. Поэтому первая колба – это механическая фильтрация. Потом уже идет сам обратный осмос и в конце может стоять либо простой отстойник или же кондиционер, который помогает восстановить минералы в воде. Но об этом чуть позже.
Работают подобные фильтры на основе проникновения молекул воды через мембрану из концентрированной жидкости в менее концентрированную. Происходит все это с помощью резких перепадов давления. Даже осмос переводится с греческого, как давление. Это собственно и описывает всю суть обратного осмоса.
Все вредные органические примеси, размер которых превышает размер молекулы воды, остаются за пределами мембраны или застревают внутри нее. Поскольку такая мембрана также может забиваться, то установку в обязательном порядке снабжают дренажем для смывки и системой обратной промывки. Также мембрану в обязательном порядке пропитывают специальным раствором, который препятствует развитию роста бактерий и ила.
Поскольку мембраны имеют очень узкие сечения отверстий, то для них проблемой станут даже примеси хлора. Они довольно плотные, и испортить мембрану им не составит труда. Потому то и нужна предварительная подготовка воды, чтобы от любой примеси не менять потом мембрану.
Очистка воды обратным осмосом происходит следующим образом. Воду подают внутрь прибора. Там она медленно начинает проходить через мембрану. В системе медленно увеличивают давление. В результате чего, проток воды останавливается. Затем происходит резкий перепад давления, и вода выталкивается в обратном направлении. В результате все примеси остаются за пределами мембраны. Принцип работы достаточно прост.
Давление, которое работает в обратном осмосе, в 20 раз превышает давление, которое обычно присутствует в системе подачи воды. Но при этом электричества много при работе установки не используется. Все затраты связаны в основном с работой насоса.
Если использовать обратноосматический прибор для очистки воды в квартире, то у установки есть определенный набор как положительных, так и отрицательных качеств.
Кроме высокого качества очистки воды к плюсам очистки воды обратным осмосом относят еще и экологическую безопасность. Для таких установок очистки питьевой воды не нужно думать о химических составляющих, а также о том, как и куда их спрятать, чтобы никто из домашних их не достал.
Потом к плюсам относят и неприхотливость мембраны. Она устраняет все органические примеси, а также карбонатную жесткость воды не делая очистку только в одном направлении. И даже бактерии с вирусами мембрана уберет.
Недостатки обратного осмоса
Если говорить о недостатках, то это, прежде всего, невысокая скорость очищения. Да и во время одного цикла очистки в корпусе прибора находится слишком много воды. Из-за этого приходится использовать специальный бак для накопления очищенной воды. Иначе непрерывной поставки воды не будет.
К следующим недостаткам обратного осмоса относят и необходимость предварительной очистки. То есть обратный осмос сам по себе – это не просто один фильтр, это уже целая система водоподготовки. Да и воду от слишком многих примесей придется избавить, чтобы допустить к такой установке. Это достаточно хлопотно.
И наконец, нужно устанавливать насос, если в системе водоподготовки бассейнов подачи скачет давление. Если оно опускается ниже 2,5 атмосфер, то установка насоса обязательна.
К тому же осмос чувствителен к температуре. Производители не рекомендуют использовать его для очищения горячей воды. Что тоже награждает прибор весомым недостатком.
Кроме классического обратного осмоса есть еще низконапорный, который работает с помощью процесса диффузии, а не резких перепадов давления. Здесь очищение происходит еще медленнее. Но качество очистки воды еще выше. Этот метод называется нанофильтрация. Используют ее в микробиологии, фармакологии и для производства различных химических веществ.
О том, на сколько полезна вода, полученная в результате очистки подобными фильтрами спорят до сих пор. Многие врачи не рекомендуют использовать очистку воды обратным осмосом. И все из-за устранения полезных человеческому организму минералов. Получается, что мембраны чистят слишком хорошо и в результате получается «бедная» вода.
С другой стороны, защитники обратного осмоса говорят, что получить минералы, убранные установкой можно из обычной пищи. Но даже такие замечания, заставили производителей снабдить установки специальными минерализаторами. И сегодня покупая, подобный фильтрующий прибор, вы можете быть уверены, что покупаете прибор, который гарантирует вам воду с высокой степенью очистки. И при этом она будет вкусной и полезной.
vodopodgotovka-vodi.ru
4. Очистка сточных вод методами обратного осмоса и ультрафилътрациий.
Обратным осмосом (обессоливание воды, водоподготовка ТЭЦ) и ультрафильтрацией называют процессы фильтрования растворов через полупроницаемые мембраны под давлением, превышающим осмотическое давление. Мембраны пропускают молекулы растворителя задерживая растворенные вещества. При обратном осмосе отделяются частицы (молекулы, гидратированные ионы), размеры которых не превышают размеров молекул растворителя. При ультрафильтрации размер отдельных частиц dч на порядок больше. Условные границы применения процессов Процесс (dч мм) Обратный осмос(0,0001-0,001), Ультрафильтрация(0,001-0,02). Давление, необходимое для проведения обратного осмоса (6-10 МПа), значительно больше, чем для процесса ультрафильтрации (0,1-0,5 МПа).( Рис. Схема установки обратного осмоса: 1 – насос высокого давления; 2 – модуль обратного осмоса; 3 – мембрана; 4 – выпускной клапан)
Достоинствами метода: отсутствие фазовых переходов при отделении примесей, возможность проведения процесса при комнатных температурах с небольшими добавками химических реагентов; простота конструкций аппаратуры. Недостатки метода: возникновение явления концентрационной поляризации, которое заключается в росте концентрации растворенного вещества у поверхности мембраны.
Эффективность процесса зависит от мембран. Они должны обладать: высокой разделяющей способностью (селективностью), большой удельной производительностью (проницаемостью), устойчивостью к действию среды, неизменностью характеристик в процессе эксплуатации, достаточной механической прочностью, низкой стоимостью. Процесс мембранного разделения зависит от давления, гидродинамических условий и конструкции аппарата, природы и концентрации сточных вод, содержания в них примесей, температуры.
Применяют непористые – динамические и диффузионные мембраны, и пористые мембраны в виде тонких пленок, изготовленные из полимерных материалов. Наибольшее распространение получили полимерные мембраны из ацетатцеллюлозы. Разрабатываются мембраны из полиэтилена, фторированного этиленпропиленового сополимера, политетрафторэтилена, пористого стекла, ацетобутирата целлюлозы и др.Конструкция аппаратов для проведения процессов обратного осмоса и ультрафильтрации должна обеспечивать большую поверхность мембран в единице объема, простоту сборки и монтажа, механическую прочность и герметичность. По способу укладки мембран аппараты делят:1) типа фильтр-пресс с плоскопараллельными фильтрующими устройствами;2) с трубчатыми фильтрующими элементами; 3) с рулонными или спиральными элементами; 4) с мембранами в виде полых волокон.
5. Химические методы очистки сточных вод: нейтрализация, окисление и восстановление. К химическим методам очистки СВ относят нейтрализацию, окисление и восстановление. Все эти методы связаны с расходом различных реагентов, поэтому дороги. Хим.очистку проводят иногда как предварительную перед биологической очисткой или после нее как метод доочистки сточных вод. Нейтрализация. СВ, содержащие минеральные кислоты или щелочи, перед сбросом их в водоемы нейтрализуют до рН = 6,5-8,5. Нейтрализацию проводят путем: смешением кислых и щелочных сточных вод, добавлением реагентов, фильтрованием кислых вод через нейтрализующие материалы, абсорбцией кислых газов щелочными водами или абсорбцией аммиака кислыми водами. Выбор метода нейтрализации зависит от объема и концентрации СВ, Нейтрализация смешением. Применяют, если на одном предприятии или на соседних предприятиях имеются кислые и щелочные воды, не загрязненные другими компонентами. Кислые и щелочные воды смешивают в емкости с мешалкой. Нейтрализация путем добавления реагентов. Для нейтрализации кислых водиспользуют: NaOH, КОН(если они являются отходами производства), Na2CO3, Nh5OH (аммиачная вода), СаСО3, MgCO3. Са(ОН)2 5-10% известковое молоко. Нейтрализация фильтрованием кислых вод через нейтрализующие материалы. Кислые воды фильтруют через слой магнезита, доломита, известняка, твердых отходов (шлак, зола). Процесс ведут в фильтрах-нейтрализаторах, которые могут быть горизонтальными или вертикальными. Нейтрализация кислыми газами. Для нейтрализации щелочных сточных вод используют ОГ, содержащие СО2, SO2, NO2, N2O3 и др. Что позволяет одновременно производить очистку самих газов от вредных компонентов. Процесс нейтрализации может быть проведен в реакторах с мешалкой, в распылительных, пленочных и тарельчатых колоннах. Окисление и восстановление. Для очистки СВ используют следующие окислители: газообразный и сжиженный хлор, диоксид хлора, хлорат кальция, гипохлориты кальция и натрия, перманганат калия, бихромат калия, пероксид водорода, кислород воздуха, пероксосерные кислоты, озон, пиролюзит и др. Окисление хлором. Хлор и вещества, содержащие «активный» хлор, являются наиболее распространенными окислителями. Их используют для очистки СВ от сероводорода, гидросульфида, метилсернистых соединений, фенолов, цианидов и др. При введении хлора в воду образуются хлорноватистая и соляная кислоты:С12+Н2О=НОС1+НС1. Далее происходит диссоциация хлорноватистой кислоты, степень которой зависит от рН среды. При рН = 4 молекулярный хлор практически отсутствует: Сумма– называется свободным “активным” хлором. Процесс хлорирования проводят в хлораторах периодического и непрерывного действия, напорных и вакуумных.Окисление пероксидом водорода. Н2О2 может быть использована для окисления нитритов, альдегидов, фенолов, цианидов, серосодержащих отходов, активных красителей. Промышленность выпускает 85 – 95%-ный пероксид водорода и пергидроль, содержащий 30% Н2О. Пероксид водорода в кислой и щелочной средах разлагается по следующим схемам:2Н++Н2О2+2е → 2Н2О2: 2ОН-+Н2О2+2е → 2Н2О+2О2-. Окисление кислородом воздуха. Кислород воздуха используют при очистке воды от железа для окисления соединений двухвалентного железа в трехвалентное с последующим отделением от воды гидроксида железа. Реакция окисления в водном растворе протекает по схеме: 4Fe2++O2+2h3O = 4Fe3++4OH-, Fe3++3h3O=Fe(OH)3+3H+. Окисление проводят при аэрировании воздуха через СВ. Гидроксид железа отстаивают в контактном резервуаре, а затем отфильтровывают. Процесс упрощенной аэрации. В этом случае над поверхностью фильтра разбрызгивают воду, которая в виде капель падает на поверхность фильтрующей загрузки. При контакте капель воды с воздухом происходит окисление железа. Кислородом воздуха окисляют также сульфидные стоки целлюлозных, нефтеперерабатывающих и нефтехимических заводов. Озонирование. Окисление озоном позволяет одновременно обеспечить обесцвечивание воды, устранение привкусов и запахов и обеззараживание. Озонированием можно очищать сточные воды от фенолов, нефтепродуктов, сероводорода, соединений мышьяка, ПАВ, цианидов, красителей, канцерогенных ароматических углеводородов, пестицидов и др. При обработке воды озоном происходит разложение органических веществ и обеззараживание воды; бактерии погибают. Растворимость озона в воде зависит от рН и содержания в воде растворимых веществ. Концентрация озона в смеси – около 3%. Для усиления процесса окисления смесь диспергируют в сточной воде на мельчайшие пузырьки газа. Озонирование представляет собой процесс абсорбции, сопровождаемый хим. реакцией в жидкой фазе. Поскольку озон приближается к сильным отравляющим веществам, на установках очистки сточных вод озонированием предусматривается стадия очистки ОГ от остатков озона Очистка восстановлением. Методы восстановительной очистки СВ применяют когда они содержат легко восстанавливаемые вещества. Методы используют для удаления из СВ соединений ртути, хрома, мышьяка. Органические соединения ртути сначала окисляют с разрушением соединения, затем катионы ртути восстанавливают до металлической ртути. Для восстановления ртути и ее соединений предложено применять сульфид железа, боргидрид натрия, гидросульфит натрия, гидразин, железный порошок, сероводород, алюминиевую пудру и др. Мышьяк в сточных водах находится в виде кислородсодержащих молекул, а также в виде анионов тиосолей AsS2-, AsS33-. Удаления мышьяка из СВ осаждение его в виде труднорастворимых соединений. Метод очистки СВ от веществ, содержащих шестивалентный хром, основан на восстановлении его до трехвалентного с последующим осаждением в виде гидроксида в щелочной среде.
studfiles.net
Очистка воды методом обратного осмоса
Так как вода, поступающая к нам в дома, в последнее время становится все хуже и хуже, люди постоянно изобретают новые способы ее очистки, чтобы привести воду в состояние, при котором ее можно было бы без вредных последствий употреблять для питья или приготовления пиши. На сегодня придумано довольно много различных методов водоподготовки, но очистка воды методом обратного осмоса является наиболее эффективной и результативной. Данный метод, как и большинство физических открытий, был позаимствован изобретателями у живой природы. Ну а поскольку в природе не может быть ничего плохого, то этот метод и стал самым экологически безопасным способом очистки воды. Ученые обнаружили такой метод водоочистки во время изучения обменных процессов у многоклеточных организмов, когда они заметили, что их клетки, в большинстве случаев, состоят из материалов двух видов – пропускающих воду и задерживающих ее.
Было замечено, что клетки практически всех живых элементов в природе состоят из мембран, через которые просачиваются только молекулы воды, а твердые растворенные или полурастворенные частицы задерживаются. Такие мембраны получили название полунепроницаемые, а данный процесс – осмоса. При таком процессе осмоса происходит попадание внутрь клеток необходимых питательных веществ, а токсины и шлаки выводятся наружу, потому что сквозь поры мембран не просачиваются вещества большего размера, чем требуется клетке. Не могут попасть в клетку и соли, растворенные в воде.
Таким образом, происходит продавливание воды сквозь мембрану из низкоконцентрированного раствора в более концентрированный. При этом уровень жидкости в последнем значительно повышается. В процессе осмоса происходит продавливание через мембрану воды, даже если на оба раствора действует одинаковое внешнее давление. Сквозь мембрану вода просачивается под воздействием той силы, которая образуется за счет различной высоты в двух растворах. Эта сила получила название «осмотического давления». Это все совершается в природе, а человек приспособил данный процесс под собственные нужды и сегодня очистка воды методом обратного осмоса является наиболее популярной.
После проведения исследований люди поняли, что если на более насыщенный раствор воздействовать давлением, которое превышало бы осмотическое, то можно будет наблюдать обратный процесс – будет происходит перетекание молекул воды из насыщенного раствора в менее концентрированный. Данный метод назвали методом обратного осмоса воды, и на основании этого метода и работают установки очистки воды. Происходит разделение воды по обе стороны полунепроницаемой мембраны – по одну сторону собирается чистая вода, а на другой остаются все загрязняющие вещества. Как свидетельствуют проведенные исследования, метод обратного осмоса очищает воду намного эффективнее, чем остальные традиционные способы очистки.
Установки, использующие в своей работе принцип обратного осмоса, в состоянии обеспечить наилучшую фильтрацию воды, из которой удаляются практически все вирусы и бактерии, а также органические и неорганические соединения, которые присутствуют в водопроводной воде. Также метод обратного осмоса применяется при очистке бутилированной воды, обессоливании воды, а если с помощью данного метода очищать домашнюю воду, то ее качество не будет отличаться от свойств воды, выпущенной известными производителями.
Как говорят ученые и разработчики установок очистки воды, на сегодняшний день метод обратного осмоса является самым лучшим, и в обозримом будущем аналогов ему не предвидится.
Очистка воды методом обратного осмоса позволяет полностью удалить из воды соли жесткости и металлов, которые являются причиной появления накипи на посуде и на элементах нагревательных приборов. Установка, работающая по принципу обратного осмоса, подает в воду кислород, который можно даже рассмотреть, так как в воде появляются пузырьки. С помощью обратного осмоса можно также эффективно осуществлять опреснение и обессоливание морской воды, очищать воду для нужд кондитерской, пищевой и фармацевтической промышленности, а также очищать воду в сточных коллекторах.
Смотрите также:
www.bwt.ru
Очистка воды методом обратного осмоса
Обратный осмос — прохождение воды или других растворителей через мембрану из более концентрированного в менее концентрированный раствор в результате воздействия давления, превышающего разницу осмотических давлений обоих растворов. 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
Технология основана на процессе диффузии, который непрерывно происходит в клетках живых организмов и называется осмосом (молекулы воды поступают внутрь клетки, окруженной полупроницаемой мембраной, через поры мембраны из раствора с меньшей концентрацией солей в раствор с большей концентрацией). Если со стороны раствора с большей концентрацией солей создать определенное давление, то происходит обратный процесс (обратный осмос): молекулы воды начинают проникать через поры мембраны из раствора с большей концентрацией солей в раствор с меньшей концентрацией. Этот процесс требует создания давления со стороны концентрата, обычно 2-17 атм. для питьевой и солоноватой воды, и 40-70 атм. для морской воды, которая имеет естественное осмотическое давление порядка 24 атм., которое требуется преодолеть.Обратноосмотический процесс в системах очистки воды также основан на прохождении молекул воды через полупроницаемую синтетическую мембрану, при котором удаляется абсолютное большинство загрязнений (до 99,9 % в бытовых системах, что лучше простой дистилляции). Такая высокая степень очистки связана с очень маленьким диаметром пор мембраны, которые в 200 раз меньше размеров вирусов и в 4000 раз меньше размера бактерий. В то же время, мембрана пропускает растворенные в воде кислород и другие газы, определяющие её вкус. В результате, на выходе системы обратного осмоса получается свежая, вкусная, настолько чистая вода, что она, строго говоря, даже не требует кипячения. Некоторые люди сначала отмечают лёгкое послевкусие «жгучести» или «суховатости» после питья деминерализованной воды, но значительно меньше, чем после дистиллированной (по-видимому, эффект прямого осмоса на фоне очищенных вкусовых рецепторов языка). В процессе обратного осмоса вода не нагревается - фильтрация происходит при температуре 12-20 °С.
Установки очистки воды методом обратного осмоса
Устройство установки очистки воды методом обратного осмоса не очень сложно, но при её выборе в каждом случае необходимо учитывать степень загрязнения и состав исходной воды, её физические параметры (давление и температуру), максимальный объём суточного потребления, степень желаемой очистки, периодичность смены предфильтров и мембраны (и их доступность), удобство пользования установкой и, если нужно, её дизайн. Точно выверенные достаточные требования помогут минимизировать как начальную, так и эксплуатационную стоимость установки.Примерно 10 % входящего потока воды проходит через мембрану, а 90 % потока и загрязнения, находящиеся в концентрированном растворе солей, во избежание засорения пор мембраны смываются в дренаж. Соответственно жизнеспособность и производительность фильтров предочистки должна быть гораздо выше производительности обратноосмосмотической мембраны. Как правило, их нужно менять в 2-8 раз чаще, чем мембрану, в зависимости от чистоты исходной воды и водопотребления, но не реже 1 раза в год, во избежание образования колоний бактерий и другой микрофлоры на развитой поверхности предфильтров.Мембрану заменяют по мере забивания пор загрязнениями и, соответственно, уменьшению её производительности ниже необходимой, но не реже 1 раза в 2 года, так как потом происходит постепенное разрушение мембраны, увеличение пор, появление дефектов (микропробоин), что ведёт к ухудшению качества очистки воды.Поскольку мгновенная производительность бытовых мембран не высока (примерно 5-15 л/час), в хороших бытовых установках обратноосмотической очистки воды после мембраны устанавливают накопительный бак, разделённый пополам диафрагмой из силиконовой резины. Эффективный объём бака примерно 10 л, что как правило достаточно для краткосрочных нужд даже большой семьи, а к следующему активному водопотреблению он снова постепенно наполнится. Вода из бака в специальный кран выталкивается за счёт давления воздуха, предварительно закачанного со второй стороны диафрагмы. После полного наполнения бака специальный дифференциальный клапан перекрывает водопотребление для уменьшения водопотерь и увеличения срока службы системы предфильтров.В некоторых установках между накопительным баком и выходным краном устанавливают финишный угольный постфильтр, для улавливания микроскопического количества молекул материалов мембраны, накопительного бака и диафрагмы, попавших в накопленную воду, что дополнительно улучшает вкус очищеной воды. Замена постфильтра производится вместе с мембраной или 1 раз в 2 года.
Свойства очищенной воды
Вода, полученная из установки очистки методом обратного осмоса, практически полностью лишена минеральных солей.Если с пищей не поступает их достаточное количество, то воду для питья и приготовления пищи можно дополнительно целенаправленно минерализовать добавляя соли NaF, KI, CaCl и MgCl, а также, если нужно, другие микроэлементы, причём состав и степень минерализации можно подбирать индивидуально по региону проживания, личным анализам и т. д. Корректирующие порошки солей можно заказать в аптеке. Можно также просто пользоваться качественными витаминно-минеральными комплексами.Современная промышленная установка обратноосмотического обессоливания включает следующее оборудование: фильтр тонкой очистки воды, система реагентной подготовки, насос высокого давления, блок фильтрующих модулей, блок химической промывки
www.voda69.ru
Обратный осмос | Промышленная водоподготовка и очистка сточных вод
Суть обратного осмоса заключается в фильтровании растворов под давлением, превышающем осмотическое, через полупроницаемые мембраны, пропускающие молекулы воды, но задерживающие молекулы или ионы растворенных низкомолекулярных веществ.
Отчего обратный осмос получил такое название?
Если отделить воду от водного раствора полупроницаемой мембраной, то вода будет самопроизвольно переходить в сторону раствора. Это обычный, или, как стали говорить в последние годы, прямой осмос:
Если приложить к раствору давление, равное осмотическому, то наступает равновесие: сколько воды переходит слева направо, столько же и справа налево:
Если давление, прилагаемое к раствору, больше осмотического, то будет происходить течение воды из раствора в сторону чистой воды, т.е. в направлении, обратном направлению течения воды в прямом осмосе:
Исходя из такой слегка упрощенной схемы следует, что движущей силой обратного осмоса является разница между приложенным гидростатическим давлением и осмотическим давлением раствора. В реальной практики фильтрации на мембранах обратного осмоса мы сталкиваемся с тем, что почти никогда мембраны не обладают идеальной полупроницаемостью, то есть не полностью задерживают молекулы и ионы растворенных веществ. К тому же, со стороны раствора возникает явление концентрационной поляризации, из-за которой концентрация растворенных веществ у поверхности мембраны больше, чем в объеме раствора. Наконец, давление со стороны воды может быть больше атмосферного из-за гидравлического сопротивления дренажного канала. Поэтому запись выражения для движущей силы обратного осмоса Δp принимает следующий вид:
Здесь p – разность гидростатического давления над раствором и пермеатом, π3– осмотическое давление разделяемого раствора у поверхности мембраны, π2 – осмотическое давление пермеата, т.е. воды (с некоторой примесью растворенных веществ), перешедшей через мембрану.
Величину p называют рабочим давлением.
Для расчета движущей силы необходимо уметь правильно определять осмотическое давление.
Надежных методов расчета осмотических давлений многокомпонентных растворов нет. Однако в разбавленных растворах сильных электролитов без существенной погрешности можно считать осмотическое давление равным сумме осмотических давлений составляющих компонентов.
В практике обратного осмоса осмотические давления растворов варьируются от нескольких килопаскалей до нескольких мегапаскалей, а рабочее давление от десятков долей мегапаскаля до 5 – 7 МПа.
Несмотря на сравнительно высокие рабочие давления, обратный осмос оказывается энергетически выгоднее большинства других массообменных процессов и даже многокорпусного выпаривания.
Работу, необходимую для продавливания воды через мембрану, А, можно представить как произведение рабочего давления на объем прошедшей через мембрану воды V. Посмотрим, какова будет работа на продавливание 1м3воды при сравнительно высоком рабочем давлении 5 МПа:
это величина в (Дж).
Это – теоретическая работа продавливания. С учетом коэффициентов полезного действия насоса и двигателя, потерь энергии с отходящим концентратом, затрат на преодоление трения и местных сопротивлений в установке обратного осмоса реальный расход энергии составит (10-20)·106 Дж. Это на полтора порядка меньше, чем при выпаривании 1 м3 воды в многокорпусной выпарной установке с оптимальным числом корпусов.
Сравнительно малые затраты энергии в обратном осмосе объясняются тем, что разделение осуществляется без фазовых превращений и почти всегда при температуре окружающей среды. Последнее обстоятельство помимо экономии энергии на подогрев раствора обеспечивает еще одно важное достоинство – возможность разделения нетермостойких растворов.
Следует отметить и простоту конструкции установок обратного осмоса, которые включают только два основных элемента – мембранный аппарат и насос.
Исходный раствор подается насосом в напорный канал мембранного аппарата, где разделяется на два потока – прошедший через мембрану (пермеат, или фильтрат) и задержанный мембраной (ретант, или концентрат). Необходимое рабочее давление в системе поддерживается с помощью вентиля на линии концентрата и контролируется по манометру.
Промышленное значение обратный осмос приобрел в 60-х годах 20-го века, когда были созданы анизотропные ацетатцеллюлозные мембраны. Ацетатцеллюлозные мембраны для обратного осмоса состоят из активного слоя с порами размером порядка 15-25 Ǻ и толщиной в десятые доли микрона и крупнопористого подслоя толщиной порядка 100 мкм. Слои эти слиты в единое целое и между ними имеется переходная область. Активный слой контактирует с разделяемым раствором и обеспечивает селективные свойства мембраны, а толстый подслой придает мембране прочность, практически не оказывая гидравлического сопротивления потоку пермеата. Благодаря этому ацетатцеллюлозные мембраны характеризуются приемлемо высокими значениями селективности и удельной производительности.
Селективность выражается в долях единицы (или процентах) и характеризует долю (процент) растворенного вещества, задержанного мембраной.
Удельная производительность G выражается как количество жидкости, проходящей в единицу времени через единицу рабочей поверхности мембраны. При этом под рабочей поверхностью понимается поверхность, контактирующая с разделяемым раствором (часть общей поверхности мембран находится под герметизирующими прокладками или в области склейки мембранных элементов и не участвует в процессе обратного осмоса).
Удельная производительность обычно представляется в следующих размерностях:
[л/м2·час], [л/м2 ·сутки], [кг/м2 ·час].
Порядок величин в этих размерностях – десятки и сотни.
В системе СИ размерность G [м/с] или [кг/м2·с]. Здесь получаются величины малых порядков, поэтому чаще пользуются указанными выше внесистемными размерностями.
Сферы применения обратного осмоса:
1. Подготовка питьевой воды.
Наиболее распространен процесс получения питьевой воды из речной воды, пресных озер и водоемов. При этом обратный осмос проводится при невысоких давлениях, что делает его особенно экономичным.
Пока менее распространено получение питьевой воды из морских и океанических вод. Они имеют осмотическое давление порядка 2,5 МПа, поэтому рабочее давление должно быть 3 МПа и выше. К тому же, требуются высокоселективные (а значит – менее производительные) мембраны. Однако с ростом дефицита пресной воды способ получения питьевой воды из соленых вод непрерывно расширяется.
2. Получение воды повышенного качества.
Очень высокие требования предъявляются к воде, которая используется для промывки деталей при изготовлении изделий микроэлектроники, и к воде, направляемой в котлы, где производится водяной пар. Здесь обратный осмос находит широкое применение. В качестве исходной обычно берется вода из артезианских скважин или водопроводов.
3. Обработка сточных вод.
Обратный осмос применяется при обработке сточных вод в химической, пищевой, целлюлозно-бумажной, атомной и других отраслях промышленности. При этом одновременно происходит очистка воды до санитарных норм на сбрасываемую воду или пригодную для технических нужд и концентрирование ценных компонентов, часто содержащихся в сточных водах, что облегчает их утилизацию.
4. Концентрирование и фракционирование растворов.
Типичные примеры – это концентрирование фруктовых и овощных соков, молока и молочной сыворотки, концентрирование обработанных технологических растворов электролитов в химической промышленности, реактивов для повторного использования в фото- и кинопромышленности. Выделение отдельных компонентов из многокомпонентных растворов путем фракционирования.
Говоря о применении обратного осмоса, нельзя не упомянуть о том, что как единственно необходимый процесс он используется при решении ограниченного числа задач – например, при получении питьевой воды из природных вод, где концентрат может сбрасываться в тот же водоем, откуда забирается вода.
В большинстве же случаев наибольшая эффективность достигается при сочетании обратного осмоса с другими методами разделения. Так, при концентрировании растворов целесообразно бывает на первой стадии использовать обратный осмос, а окончательное концентрирование провести выпариванием. При получении особо чистой воды пермеат со стадии обратного осмоса обычно направляется на ионный обмен, где вода окончательно очищается от солей.
Выбор той или иной схемы разделения является задачей технико–экономического анализа. Важнейшей составляющей, необходимой для его выполнения, является знание теоретических основ обратного осмоса.
me-system.ru
