Принцип обратного осмоса
Обратный осмос представляет собой процесс, заключающейся в переходе жидкости (воды или растворителя) сквозь пленку со средней проницаемостью при условии наличия давления с внешней стороны. Во время этого процесса, давление раствора соли при работе является чрезмерным, и намного превышает осмотическое давление. Обратный осмос оказывает воздействие за счет разных показателей давления. Чтобы получить воду при помощи способа обратного осмоса, необходимо создать чрезмерное давление, которое будет превышать осмотическое, и «вынудить» частицы соединиться через пленку со средней проницаемости в направлении, которое является обратным прямому осмосу. Объем воды нужно увеличить. Частицы воды с высокой минерализацией переходят в отсек с чистой водой.
Невозможно переоценить значение воды в нашем мире. Вода – это жизнь, а чистая вода – это, прежде всего, наше здоровье. На сегодняшний день совершенно чистой воды в природе не существует. Загрязнение окружающей среды негативным образом сказывается на ее качестве, в ней появляются вредные примеси, микробы и бактерии.
Основная масса населения Украины предъявляет высокие требования к качеству питьевой воды, однако методы очистки, которые используются в общих масштабах всей страны и отдельных ее городов оставляют желать лучшего.
Это совокупность свойств воды, связанных с содержанием в ней растворенных солей, главным образом, кальция и магния (солей жесткости). Общая жесткость складывается из временной и постоянной. Временную жесткость можно устранить кипячением воды, что обусловлено свойством некоторых солей выпадать в осадок, образую так называемую накипь.
Основной фактор, влияющий на величину жесткости – растворение горных пород, содержащих кальций и магний (известняки, доломиты), при прохождении через них природной воды. Поверхностные воды, в целом, более мягкие, чем подземные. Жесткость поверхностных вод подвержена заметным сезонным колебаниям, достигая максимума в зимний период. Минимальные величины жесткости типичны для периодов половодья или паводка, когда происходит интенсивное поступление в источники водоснабжения мягких талых или дождевых вод.
Биообрастание мембран обратного осмоса: просто о сложном
Что такое биообрастание?
Биообрастание - это образование бактериальных пленок на поверхности мембран обратного осмоса. Это одна из главных проблем в системах очистки воды. Бактерии, присутствующие в воде, прикрепляются к поверхности мембраны и начинают размножаться, образуя сложную биопленку, которая может значительно снизить эффективность работы системы.
Почему это проблема?
Биообрастание приводит к:
- Увеличению затрат на очистку воды (до 30% от общих эксплуатационных расходов)
- Повышению давления в системе (до 2-3 раз от начального)
- Увеличению частоты очистки мембран (до 2-4 раз в год)
- Сокращению срока службы мембран (до 50% от ожидаемого)
- Снижению качества очищенной воды
- Увеличению энергопотребления системы
Рис. 1: Мембраны в разных состояниях: (a) новая, (b) загрязненная, (c) очищенная
Как это происходит?
Процесс биообрастания проходит несколько стадий:
- Прикрепление бактерий: Бактерии в воде прикрепляются к поверхности мембраны
- Образование биопленки: Бактерии начинают размножаться и выделять внеклеточные полимерные вещества
- Рост биопленки: Образуется сложная структура с каналами для транспорта воды и питательных веществ
- Созревание: Биопленка становится более устойчивой и сложной
Эта пленка:
- Уменьшает эффективную площадь мембраны (до 20-30%)
- Создает дополнительное сопротивление потоку воды
- Поглощает питательные вещества из воды
- Может стать источником вторичного загрязнения
Рис. 2: Как биообрастание влияет на работу системы
Факторы, влияющие на биообрастание
На скорость и интенсивность биообрастания влияют:
- Качество исходной воды (наличие питательных веществ, бактерий)
- Температура воды (оптимальная для роста бактерий 20-40°C)
- Скорость потока воды
- Конструкция мембранного модуля
- Материал мембраны
Как с этим бороться?
Существует три основных подхода:
- Предварительная обработка воды:
- Фильтрация (механическая, ультрафильтрация)
- Хлорирование (но с осторожностью, так как хлор может повредить мембрану)
- Удаление питательных веществ (фосфатов, нитратов)
- Использование биоцидов
- Мониторинг:
- Контроль давления (повышение давления - первый признак биообрастания)
- Измерение потока воды (снижение потока - важный индикатор)
- Анализ качества воды (микробиологический анализ)
- Визуальный осмотр мембран
- Очистка мембран:
- Химическая очистка (кислоты, щелочи, биоциды)
- Физическая очистка (обратная промывка, воздушная промывка)
- Комбинированные методы
- Ультразвуковая очистка
Рис. 3: Основные меры по контролю биообрастания
Перспективные методы борьбы
Современные исследования предлагают новые подходы:
- Разработка мембран с антибактериальными свойствами
- Использование наноматериалов для покрытия мембран
- Применение электрических полей для предотвращения прикрепления бактерий
- Биологический контроль (использование бактериофагов)
Важно знать:
Полностью предотвратить биообрастание невозможно, но можно эффективно контролировать его развитие с помощью правильной комбинации предварительной обработки, мониторинга и очистки. Регулярный мониторинг и своевременная очистка мембран могут значительно продлить их срок службы и снизить эксплуатационные расходы.
Исследование Battelle содержит конкретные данные о преимуществах мягкой воды. (Battelle - Баттельский мемориальный институт - независимая научно-исследовательская организация, занимающаяся изучением и внедрением новых технологий в различных областях)
12 октября 2009 года губернатор Калифорнии Арнольд Шварценеггер подписал Билль Ассамблеи 1366 (AB 1366 – Законопроект законодательного органа штата), тем самым придав ему силу закона, что дает местным учреждениям водоснабжения полномочия ограничить, а в некоторых случаях и запретить использование саморегенерируемых умягчителей воды. Ссылаясь на свою приверженность делу защиты окружающей среды, губернатор нанес серьезный удар по отрасли умягчения воды. Но AB 1366 – это только самый известный документ в череде запретов и ограничений, которые были наложены на умягчители, сбрасывающие соль. Муниципалитеты на территории Соединенных Штатов – от Техаса до Среднего Запада – пропустили аналогичное законодательство.
Возникает закономерный вопрос: Справедливо ли умягчители обвиняются во всех бедах страны с водой?