Обратный процесс - опреснение может быть достигнуто путем, представленным на рис. 10.6(a). Так, если со стороны концентрированного раствора приложить давление выше осмотического, то будет происходить проницание (проникновение) через мембрану чистого растворителя, например, воды (рис. 10.6 (с)). Это является основой процесса обратного осмоса (RO - Reverse Osmosis), и на рис. 10.7 представлена простейшая его схема.

Рис. 10.6. Осмос и обратный осмос

Рис. 10.7. Упрощенное представление обратно-осмотической системы

Величина осмотического давления любого раствора прямо пропорциональна концентрации компонентов в растворителе, т. е. величине общего солесодержания (TDS) водного раствора. Таким образом, минимально необходимое давление (и, следовательно, энергетические затраты) для обратного осмоса увеличиваются с увеличением солевого содержания в воде, подвергаемой опреснению. Так, например, осмотическое давление растворов, содержащих 100 мг/л, 0,8% и 3,2% хлорида натрия составляет соответственно

0,08; 6,8 и 27 бар. В то время как осмотическое давление представляет собой минимально требуемое давление для создания условий обратного осмоса, промышленные установки требуют создания давления, значительно его превосходящего, поскольку получаемый поток воды прямо пропорционален величине, на которую рабочее давление превышает осмотическое:

Поток воды (м32 в день) = к( ( А р — А к ),    (1)

где А р и А л - соответственно рабочий перепад давления и разность осмотических давлений (через мембрану) ик(- проницаемость чистой воды через данную мембрану.

Другим важным требованием установок обратного осмоса является применение отвода солевого концентрата с минимизацией возможности проникновения солей через мембрану.

Поток соли = к2 АС ,    (2)

где к2 - константа солевой проницаемости, а АС - разница концентраций соли в исходной и очищенной воде. Солевой сброс, в основном, определяется следующим образом:

Солевой сброс = (Cf- Cd)/Cf, где Cf- концентрация соли в подаваемой воде и Cd- концентрация соли в продукте. В вышеприведенном соотношении концентрация солей обычно выражается в терминах общего солевого содержания, TDS, однако следует отметить, что обратноосмотические мембраны обладают разными способностями по удалению различных ионов. В основном, наилучшее удаление в большей степени присуще многовалентным ионам, нежели одновалентным.

Следует, однако, предупредить, что чем выше достигаемый поток очищенной воды, тем выше должен быть поток отводимого концентрата. Следовательно, увеличение рабочего давления приводит к достижению двух преимуществ, а именно, увеличению потока чистого продукта и его чистоте.

Другим важным рабочим параметром является понятие «выход»:

Выход = (поток продукта)/(поток подаваемой воды)

Обычно этот параметр характеризует степень извлечения выделяемой опресняемой воды из всего потока подаваемой воды. Очевидно, что крайне желательным является увеличение степени использования воды, которая в основном равна 70-80%. Верхний предел достигаемой степени использования воды определяется величиной TDS подаваемой воды (увеличение TDS приводит к снижению степени извлечения пресной воды) и ионным содержанием подаваемой воды (которое, например, может лимитировать степень использования воды, принимая во внимание возможность закупоривания пор

RO-мембраны при осаждении на нее солей с низкой растворимостью, таких, например, как карбонат кальция).

Другим рабочим параметром, имеющим непосредственное отношение к процессу, является температура. Увеличение температуры снижает селективность процесса разделения, но при этом приводит к увеличению потока воды через мембрану, т. е. увеличивает производительность мембраны при снижении вязкости воды.


⇐ назад к прежней странице | | перейти на следующую страницу ⇒