ODWRÓCONA OSMOZA

Na czy polega demineralizacja wody?

„Absolutnie czysta woda” zwana również wodą destylowaną lub wodą demineralizowaną znajduje w przemyśle mnóstwo zastosowań.
Otrzymanie wody demineralizowanej jest możliwe w wielu optymalnych procesach technicznych.
W praktyce stosuje się trzy „podstawowe” sposoby demineralizacji wody:

  1. Destylacja
  2. Wymiana jonowa
  3. Odwrócona osmoza

Ze względu na duże zapotrzebowanie na energię destylacja w prawie wszystkich przypadkach jest nieekonomiczna. Natomiast zastosowanie wymiany jonowej i odwróconej osmozy daje wiele możliwości bez względu na jakość wody surowej i niezależnie od ilości wody poddawanej demineralizacji.

Demineralizacja

Odwrócona osmoza należy do procesów membranowych pozwalających na oddzielenie zanieczyszczeń rozpuszczalnych i koloidalnych (0,1 – 0,001 μm) znajdujących się w wodzie. Podstawą procesu jest zjawisko osmozy polegające na transporcie rozpuszczalnika (wody) przez membranę półprzepuszczalną, tzn. przepuszczalną dla rozpuszczalnika, a nieprzepuszczalną dla substancji rozpuszczonych (soli). Siłą napędową w osmozie jest różnica stężeń rozpuszczonych soli w roztworach rozgraniczonych przez membranę. Przyłożenie, po stronie roztworu bardziej stężonego, odpowiednio wysokiego ciśnienia zewnętrznego spowoduje przepływ wody w kierunku przeciwnym do naturalnego. Proces taki nazywamy odwróconą osmozą. Woda po systemie odwróconej osmozy jest prawie całkowicie odsolona. Gazowe składniki wody takie jak tlen czy dwutlenek węgla przechodzą przez membranę. Podstawowym elementem każdego urządzenia odwróconej osmozy jest moduł, zawierający jedną lub więcej membran.

oos

Wysokociśnieniowa pompa w sposób ciągły podaje wodę do obudowy, w której zainstalowana jest półprzepuszczalna membrana. Strumień wody zasilającej jest rozdzielany na dwa strumienie: permeat (o niskiej zawartości soli) oraz koncentrat (zatężone sole). Zawór koncentratu służy do regulacji stosunków tych strumieni oraz pozwala utrzymać ciśnienie na membranach. Permeat jest magazynowany w zbiorniku permeatu i stamtąd rozprowadzany do miejsca przeznaczenia.

2121

 

Podstawowe pojęcia związane z technologią odwróconej osmozy

Untitled-1_03

Wielkość ta wynosi 50 – 80%. Odzysk równy 75% oznacza, że strumień permeatu stanowi 75% ilości wody zasilającej, co oznacza również prawie 4–krotnie większe stężenie soli w koncentracie niż w wodzie zasilającej.

Untitled-1_07

TDS (Total Dissolved Solids) – stopień zasolenia wody; podaje ilość soli rozpuszczonych w wodzie. Ma decydujący wpływ na ciśnienie.

SDI (Silt Density Index) – indeks koloidalny; współczynnik mający decydujący wpływ przy projektowaniu systemu odwróconej osmozy – wyraża on zdolność wody do zanieczyszczania membran. Jego wartość powinna być < 3.

Pomiaru SDI dokonuje się za pomocą specjalnego przyrządu, poprzez pomiar stopnia zablokowania filtra membranowego o skuteczności filtracji 0,45 μm przy stałym ciśnieniu 2,07 bar.

Untitled-1_03

gdzie:

  • T0 – czas podstawowy [s], potrzebny na początku testu do przefiltrowania przez filtr membranowy dokładnie 500 ml wody (np. 20 s);
  • T15 – czas potrzebny do ponownego przefiltrowania 500 l badanej wody po upływie 15 min. pracy filtra membranowego (np. 40 s).

Woda zasilająca urządzenie do demineralizacji wody metodą odwróconej osmozy wymaga zwykle wstępnego przygotowania – należy usunąć z niej wszystkie substancje, które mogą zakłócić lub uniemożliwić pracę membran wskutek ich zablokowania. Woda ta powinna być zmiękczona, pozbawiona żelaza, manganu, oleju oraz wolnego chloru, a indeks koloidalny SDI nie powinien być większy niż 3.

Typowa technologia powinna uwzględniać następujące procesy: filtracja mechaniczna; odżelazianie, odmanganianie; usuwanie wolnego chloru (filtracja na węglu aktywnym); zmiękczanie; filtracja ochronna; odwrócona osmoza. Do prawidłowego doboru technologii i urządzeń konieczna jest pełna analiza wody surowej. Instalacja odwróconej osmozy powinna być eksploatowana w sposób ciągły; jeżeli pracuje okresowo, to w czasie postoju należy ją uruchamiać przynajmniej 1 raz w ciągu doby na okres nie krótszy niż 20 min. W przeciwnym razie membrany wymagają dezynfekcji.

Zasadniczo membrany powinny być czyszczone, jeżeli stwierdzi się:

  • zwiększenie zasolenia permeatu o więcej niż 15%
  • konieczność zwiększenia ciśnienia roztworu zasilającego o ponad 20%
  • zmniejszenie wydajności hydraulicznej o więcej niż 5% dla danej temperatury wody
  • obecność osadów na membranach.