Extracția substanțelor dizolvate din apă poate fi realizată prin metode de membrană. Nivelul de desalinizare a apei este determinat de selectivitatea membranelor utilizate.
Desalinizarea parțială a apei poate fi realizată prin utilizarea de filtre de nanofiltrare cu membrană. îndepărtarea sărurilor de rigiditate, împreună cu anionii dubli încărcați și cu cationii parțial încărcați de sodiu și potasiu și anionii de clor. Degajarea mai adâncă oferă osmoză inversă la presiune joasă. Selectivitatea maximă pentru toate componentele este asigurată de membranele cu osmoză inversă. lucrează la presiune ridicată. Gradul total de desalinizare depinde de compoziția cation și anion de apă și aproximativ: nanofiltrare - 50-70% pentru joasă presiune prin osmoza inversa - 80-95%, pentru înaltă presiune osmoza inversă - 98-99%.
Atunci când se compară diferite tipuri de filtre de membrană cu osmoză inversă, se arată că aparatul cu elemente OO spiralate pe fibrele goale are cea mai mare suprafață de filtrare per unitate de volum. Aceleași aparate cu osmoză inversă au un consum minim de material și ocupă o suprafață minimă. Progresul în dezvoltarea tehnologiei membranei în dezvoltarea de membrane plate, creând cea mai largă gamă lor de materiale și gradul de separare și flotare pe baza lor a condus la faptul că, pentru procesele de osmoza inversa cu mai mult de 90% sunt dispozitive folosite cu elemente de osmoza inversa laminate. Dispozitivele moderne cu cota de piață rămase, cu elemente plate cu membrană de osmoză inversă de tip "Rochem" și aparate de tratare a apei pe fibrele goale.
Așa cum s-a menționat mai sus, de obicei, instalațiile de tratare a apei cu osmoza inversă sunt construite în conformitate cu schema de comutare secvențială a blocurilor modulelor prin concentrat, ceea ce mărește conversia, adică, randamentul relativ al permeatului. Dacă este necesar să se obțină o purificare mai profundă a permeatului, acesta este trecut printr-un al doilea bloc de module conectat la serie. În acest caz, concentratul celui de-al doilea bloc este mai puțin salin decât apa de alimentare și, prin urmare, este alimentat la intrarea unității de osmoză inversă (vezi Fig.). Trebuie notat că atunci când conținutul de sare scade, selectivitatea membranelor de osmoză inversă scade, iar gradul de desalinizare la al doilea bloc este mai mic decât la primul. Obținerea apei ultrapură prin osmoză inversă este aproape imposibilă.
Pentru a asigura funcționarea normală a instalațiilor de tratare cu osmoză inversă și nanofiltrare, este necesar ca apa care intră în membrane să îndeplinească anumite standarde. În plus, este necesar să se asigure aprovizionarea cu apă de alimentare și îndepărtarea concentratului în limitele specificate pentru o anumită dimensiune a membranei.
Filtru cu membrană de osmoză inversă cu două etape de desalinizare a apei:
1 - elemente de membrană din prima etapă; 2 - a doua etapă
Apa alimentată în membranele de osmoză inversă trebuie să conțină.
- mai puțin de 1 NTU solide în suspensie (1 NTU = 0,56 mg / l);
- mai puțin de 4 impurități coloidale SDI (aproximativ, mai puțin de 2-3 mg O2 / L);
- clor liber mai mic de 0,1 mg / l pentru membranele compozite din poliamidă și mai mic de 0,6-1,0 mg / l pentru membranele de celuloză acetică;
- săruri slab solubile (fier, calciu, magneziu, stronțiu) în concentrații care nu determină depunerea lor pe membrane de osmoză inversă;
- contaminarea microbiologică ar trebui să fie absentă;
- temperatura apei furnizate nu trebuie să depășească 35-45 ° C;
- PH-ul apei sursă ar trebui să fie în domeniul 3,5-7,2 pentru membranele de celuloză acetat și 2,5-11,0 pentru membranele de poliamidă.
Pentru a asigura aceste cerințe, este necesar să se asigure purificarea apei înainte de a fi alimentată la instalația cu membrană cu osmoză inversă. Acesta include noduri: filtrare mecanică - eliminarea apei. decolorarea apei, înmuierea apei sau dozarea inhibitorului, dezinfectarea apei prin ultraviolet. Se poate observa că schema de astfel de preparare nu diferă de schemele de pregătire a apei pentru multe procese tehnologice. Prin urmare, dacă există un sistem de tratare a apei la întreprindere care furnizează parametrii specificați, apa sa poate fi folosită pentru alimentarea unei unități de membrană cu osmoză inversă sau nanofiltrare.
Suspensiile solide pot fi depozitate pe suprafața membranelor de osmoză inversă și nanofiltrare, prin urmare sunt stabilite astfel de cerințe înalte pentru conținutul lor în apa de alimentare. Cu toate acestea, în orice caz, un element integrant al oricărei unități de osmoză inversă cu membrană este prezența la intrarea sa a unui microfilter cu cartușe cu cartușe având pori de 5 sau mai mici de microni. Performanța unui astfel de filtru trebuie să asigure, cu o marjă, debitul de curgere al filtrului de apă cu osmoză inversă. Un astfel de filtru garantează conservarea membranelor de osmoză inversă atunci când sistemul de preparare a apei este întrerupt.
Coloizii pot bloca, de asemenea, suprafața membranelor de osmoză inversă și nanofiltrare. SDI (Silt Index densitate) - această notație, Comitetul ASME standard adoptat ca indice al gradului de contaminare a apei și a impurităților mecanice coloidale și este adecvat pentru alimentarea cu un filtru membrana de osmoza inversa. În determinarea SDI, procesele de sedimentare pe membrana de osmoză inversă sunt modelate folosind microfiltrarea apei. Acest parametru oferă o imagine a ratei de creștere a rezistenței hidraulice a sedimentelor formate pe membrana de osmoză inversă în timpul funcționării.
Dacă valorile SDI recomandate sunt depășite, filtrul mecanic este spălat sau cartușele de pre-curățare a apei sunt înlocuite.
Oxizanții puternici - clorul activ, ozonul etc. - sunt capabili să distrugă structura straturilor de separare și suport ale membranei cu osmoză inversă. Aceasta duce la o scădere ireversibilă a selectivității și a rezistenței sale. Îndepărtarea clorului liber din apă se efectuează prin decolorare pe un filtru cu cărbune activ de tip vrac sau cartuș. Este posibil să se introducă în apă un agent reducător puternic, de exemplu metabisulfitul de sodiu. Aceasta din urmă este mai dificilă în organizarea dozării reactivului și este nedorită pentru producția de alimente din cauza posibilității modificării parametrilor organoleptici ai apei.
Cea mai eficientă modalitate de a preveni precipitarea sărurilor de duritate pe membranele de nanofiltrare și osmoză inversă este de a alimenta filtrul de membrană cu apă dedurizată. Cu toate acestea, acesta este cel mai scump mod.
Acidificarea apei potabile este larg utilizată. Acid Doză, acid clorhidric, de obicei, ales astfel încât să indice Langelier ce caracterizează gradul de saturație a soluției de carbonat de calciu, a fost negativ, chiar și în concentratul de osmoza inversa. În funcție de compoziția apei sursă, cantitatea de acid care trebuie cântărită poate varia de la 5 la 200 mg / l. Cantitatea de acid introdusă nu trebuie să reducă pH-ul apei sursă sub limita admisibilă pentru membranele utilizate. Acidificarea duce la o scădere a pH-ului atât a apei inițiale cât și a permeatului. Pentru multe procese, aciditatea ridicată a apei desalinizate reprezintă un obstacol în calea utilizării acesteia.
Dozarea inhibitorilor necesită reactivi semnificativ mai mici - 4-10 mg / l. Inhibitorii încetinesc sau împiedică cristalizarea sărurilor slab solubile din soluție. Ca inhibitori, se folosesc compuși complexi ai acizilor organici cu greutate moleculară mare, de exemplu, acizii fosfonici. În procesul de separare cu membrană, complexul este reținut complet de o membrană de osmoză inversă sau de nanofiltrare și este îndepărtat cu un concentrat.
Utilizarea inhibitorilor nu este un panaceu. Acestea au un domeniu de aplicare limitat pentru concentrația de săruri slab solubile. Astfel, ele nu sunt recomandate pentru a fi utilizate în conținutul de fier în apă de mai mult de 1 mg / l, SiO2 - 150 mg / l, CaSO4 -. Mai mult de 8 g / l, și așa mai departe.
Trebuie remarcat faptul că atunci când concentrația de săruri slab solubile crește, este necesară creșterea dozei de inhibitor, ceea ce reduce semnificativ fezabilitatea economică a utilizării acestuia.
Inhibitorii de import sunt de obicei furnizați cu recomandări pentru doza lor, în funcție de compoziția apei. Medicamentul intern Aminat-K, din păcate, nu este prevăzut cu astfel de instrucțiuni.
Deoarece inhibitorul consumat este evacuat împreună cu concentratul, toxicitatea acestuia este, de asemenea, importantă. Aminat-K are o concentrație maximă admisibilă pentru uz casnic și menajer de 4,0 mg / l, iar pentru rezervoarele de pescuit este de 0,1 mg / l. Pentru inhibitorii importați cu o compoziție necunoscută, astfel de date nu sunt disponibile. Acest aspect al aplicării lor trebuie, de asemenea, luat în considerare.
Stat Institutul de Cercetări pentru apă Alimentare Biotehnologie purificată prin osmoză inversă, în procesele de producție de alimente, de exemplu, sucuri, vodca si m. P. recomandă o tratare prealabilă numai dedurizare a apei. Acest lucru se explică prin teama de posibilitatea de a intra în urme de apă purificată a complexonei, ceea ce poate înrăutăți caracteristicile organoleptice ale apei. De asemenea, trebuie amintit că pentru multe procese de alimente necesită apă cu o compoziție de sare specifică, care se obține prin amestecarea în proporțiile dorite de apă, purificată pe filtre cu membrană de înmuiere și osmoza inversă.
Un aspect important atunci când comandați și dezvoltați instalații de membrană cu osmoză inversă este contabilizarea temperaturii apei de alimentare. Toți parametrii membranelor sunt date pentru o temperatură de 25 ° C. În condiții reale, temperatura este de obicei mult mai scăzută. Dependența productivității de temperatură pentru membranele de tip Desal de la Osmonics este prezentată în tabel.
Coeficient de corecție a temperaturii
În consecință, atunci când se calculează instalația de tratare a apei, este necesar să se stabilească o cantitate de elemente de osmoză inversă care să asigure o productivitate dată cu o temperatură descrescătoare. Și numărul elementelor membranare poate fi solicitat de aproape două ori mai mult decât la o temperatură standard.
Sistem de osmoză inversă industrială și ultrafiltrare a apei la CHP nr. 2 din Rostov-on-Don
Acest lucru crește semnificativ costul filtrului de membrană cu osmoză inversă. În unele cazuri, în prezența căldurii ieftine, este mai profitabil să se preîncălzească apa de alimentare.
Întrucât diverse microorganisme și compuși organici, precum și suspensii, sunt prezente în cantități mari în apa de mare, tratarea prealabilă a apei înaintea instalației de osmoză inversă cu membrană necesită o procedură mult mai complicată. Pe lângă etapele de filtrare mecanică a apei, acesta include situri pentru distrugerea și îndepărtarea materiei organice și inactivarea obiectelor biologice prin oxidare, de exemplu, prin ozonare.
O nouă direcție în organizarea pre-tratamentului apei înainte de osmoză inversă și nanofiltrare este utilizarea ultrafiltrare a apei. Ea permite excluderea totală a introducerii suspensiilor, contaminanți organici și microbiologici mari pe membranele de nanofiltrare și osmoză inversă. Acest lucru îmbunătățește semnificativ funcționarea instalațiilor de osmoză inversă și prelungește perioada de interregenerare. După cum sa arătat mai sus, noile metode de realizare a purificării apei de ultrafiltrare pe membrane, cu regenerare prin curent invers, au redus în mod semnificativ costurile și volumul de deșeuri.
Parametrii filtrului de osmoză inversă în membrană trebuie să se încadreze în anumite limite. Prin modificarea presiunii și a temperaturii soluției inițiale, consumul de permeat și concentrat, calitatea apei tratate poate fi ajustată. Creșterea presiunii conduce la o creștere a fluxului de permeat și, astfel, o membrană de etanșare - pentru a îmbunătăți selectivitatea și, în consecință, pentru a reduce sărurile de progres. Creșterea temperaturii reduce vâscozitatea apei și crește mobilitatea ionilor de sare, ceea ce conduce la o creștere a productivității ca nanofiltrare plantă prin membrană sau osmoza inversă, și săruri ale alunecării. Creșterea concentrației de sare din apa de alimentare la debit constant și amploarea rezultatelor sale de conversie, prin creșterea concentrației de polarizare pe suprafața membranei, degrada performanța și crește la un progres săruri naturale în permeat.
Pe măsură ce crește gradul de conversie, consumul de permeat scade, descoperirea de sare crește.
Spălarea și dezinfectarea membranelor cu osmoză inversă și nanofiltrarea
Prin funcționarea unităților de nanofiltrare cu membrană și a unităților de osmoză inversă, productivitatea acestora scade treptat. Este cauzată de contaminarea membranelor formate pe suprafața sedimentelor cu săruri slab solubile și microparticule de suspensii care au trecut prin filtre de purificare a apei, precum și formarea de biofilme. Precipitarea este deosebit de intensă atunci când modul de proiectare a funcționării plantei cu membrană sau a sistemului de pre-tratare este perturbat.
Pentru a preveni depunerea de contaminanți cristalini și îndepărtarea unei pelicule coloidale de pe suprafața membranelor de osmoză inversă sau de nanofiltrare, este necesară efectuarea spălării preventive regenerative. Tehnologia de spălare a membranelor cu ingrediente de detergent adaptate permite restabilirea completă a capacității unității de osmoză inversă. Plăcile de regenerare sunt realizate în conformitate cu următoarele caracteristici:
- o scădere a productivității filtrului cu membrană cu 10-15%, ținând cont de corecția de temperatură la presiune constantă;
- o creștere a rezistenței blocului membranar cu 10-15%, menținând productivitatea nemodificată;
- când selectivitatea membranelor de osmoză inversă sau nanofiltrare este redusă cu 10-15%;
- printr-o anumită perioadă de funcționare a instalației de osmoză inversă, determinată prin experiment.
Larg compozit poliamida folosit inversa membrane de osmoza sunt stabile la pH 2-12, care permite spălarea ambelor compoziții acide și alcaline. aplicabilitatea lor este determinată de natura impurităților caracteristice pentru o anumită instalație cu un anumit tip de membrane, iar parametrii apei de alimentare. Formulările sunt folosite pentru a Acide elimina membrane cu precipitare anorganică, cum ar fi carbonații și sulfații de calciu și magneziu, hidroxizii de fier și aluminiu. Formulările Alkaline proiectate în principal pentru îndepărtarea contaminanților organici inversa membrane de osmoza conținând material biologic și argilă, compuși de siliciu, humic și acizi fulvici. Principalele componente ale formulărilor sunt substanțe anorganice (clorhidric, fosforic) și (acid citric, acid oxalic) organic, baze, agenți de complexare organici și anorganici, precum și în unele cazuri, agenții de oxidare și de agenți de reducere. Concentrația lor este aleasă astfel încât pH-ul soluției de curățare să nu depășească rezistența membranelor de osmoză inversă sau nanofiltrarea.
De regulă, ciclul de regenerare a membranei constă în mai multe operații, printre care: spălarea prin circulație cu soluție regenerativă și spălarea plantei departe de resturile soluției.
Mecanismele de osmoză inversă și nanofiltrare sunt absolut impermeabile pentru orice microorganisme. Prin urmare, apa după tratamentul la astfel de instalații, cu designul și funcționarea corespunzătoare, este sterilă. Pe de altă parte, o suprafață mare a membranei peste care Microorganismele concentrate, impurități organice și săruri, este ideal pentru propagarea lor, mai ales în prezența unui precipitat pe membrana microlayer suprafață. Înmulțire, microorganismele (microflora) blochează suprafața membranei de osmoza inversa sau un nanofiltrare degradant performanța și poate deteriora stratul de separare, reducând selectivitatea. Acest lucru este valabil mai ales pentru membranele de celuloză acetat.
Pentru a preveni biodepunerile marine membranei și osmoza inversă nanofiltrare Necesitatea de a asigura puritatea biologică a tuturor căilor de pretratament a apei - filtre de schimb mecanice și ioni, rezervoare tampon. Semănarea intensă a echipamentului se produce în special atunci când lucrați cu opriri lungi. S-a observat că, atunci când o pauză în activitatea de câteva zile, toate filtrele de sisteme de tratare a apei pentru producerea de sucuri și votcă au dovedit de contaminare. Pentru dezinfecție a fost necesară efectuarea unui set de măsuri, inclusiv regenerarea și tratamentul cu dezinfectanți.
Eliminarea biofilmului format este efectuată prin dezinfectarea osmozelor inverse sau a unităților de nanofiltrare. Pentru dezinfectarea de oxidanți pot fi utilizate - peroxid de hidrogen și acid peracetic - și neookisliteli - formaldehidă, glutaraldehidă, compuși de amoniu cuaternar, și sulfat de cupru. Datorită toxicității ridicate a substanțelor utilizate, este necesară spălarea atentă a filtrului cu membrană după dezintoxicare. Canalizarea poate fi combinată cu spălarea regenerativă din precipitare.
Realizarea spălării regulate de regenerare a membranelor cu filtre de osmoză inversă și nanofiltrare. este posibil să se mențină performanța pasaportului și selectivitatea plantelor membranare timp de 3 sau mai mulți ani.