Опреснение воды обратным осмосом

Обратно осмотический метод основан на следующим явлении. Если в сосуде между ресной и солёной водой поместить полунепроницаемую перегородку, способную пропускать воду и задерживать гидратированные ионы растворимых в воде солей, то можно наблюдать, как пресная вода начинает поступать в отсек с соленой водой. Переток чистой воды происходит вследствие разницы концентрации жидкости по обеим сторонам перегородки. Через некоторое время уровень пресной воды станет заметно ниже уровня соленого раствора. Разница уровней после установившегося равновесия характеризует осмотическое давление растворенного вещества. Процесс самопроизвольного перетекания менее концентрированного раствора в более концентрированный через полупроницаемую перегородку называют осмосом. Если создавать в соленом растворе давление, превышающее осмотическое, то возникает перетекание молекул пресной 'воды в направлении, обратном ее естественному движению, т. е. вода из раствора начинает перетекать через перегородку в пресную воду. Такой процесс известен под названием обратного осмоса.

Таким образом, опреснение соленой воды методом обратного осмоса основывается как раз на процессе перетекания молекул чистой воды из раствора при создании давления, превышающего осмотическое, в направлении от раствора к пресной воде через полупроницаемую перегородку.

Полупроницаемая перегородка выбирается с таким расчетом, чтобы через ее поры могли проходить молекулы воды, но не могли проходить ионы солей, растворенных в соленой воде. Поскольку ионы солей в размере примерно в 1,5 раза больше, чем молекулы воды, то это осуществить (в техническом смысле) вполне возможно.

Обратный осмос качественно отличается от известного в практике водоподготовки и химической технологии процесса фильтрования. При фильтровании природных и сточных вод, представляющих гетерогенные системы, обычно необходимо задерживать взвешенные частицы различной степени дисперсности (диаметром не менее 10 нм). Обратноосмотической обработке подвергаются в основном гомогенные системы — истинные растворы, в которых задерживаемое вещество представлено в виде молекул и ионов. Эта характерная особенность обусловливается различиями, как по типу фильтрующих сред, так и по величине давлений, под действием которых идут процессы. Величина пор в обратноосмотических мембранах значительно меньше, чем в средах, применяемых для фильтрования, что обусловливает значительные потери напора при продавливании даже дистиллированной воды. При продавливании раствора через полупроницаемые мембраны возникает (практически отсутствующая при фильтровании) дополнительная противодействующая сила - разность осмотических давлений исходного раствора и фильтрата, величина, которой может быть соизмерима с величиной рабочего давления, действующего на исходный раствор.

Принципиальное различие процессов фильтрования и обратного осмоса заключается также в том, что в первом процессе извлекаемые из воды частицы остаются либо на поверхности, либо в объеме фильтрующей среды, которую или периодически меняют (например, патронные и намывные фильтры), или очищают обратной промывкой (например, осветлительные фильтры). В противоположность этому задерживаемые вещества в идеале не должны сорбироваться ни на поверхности, ни в объеме обратноосмотических мембран (образование осадков на мембранах - процесс вторичный и вредный, препятствующий нормальному разделению растворов). Так как сорбция (удерживание) растворенного вещества мембранами практически отсутствует, необходимо постоянное его удаление от поверхности мембран; в противном случае у поверхности мембран будет происходить его накапливание, которое сопровождается повышением осмотического давления раствора. В случае идеальной полупроницаемости мембран при достижении осмотическим давлением величины, равной приложенному гидростатическому давлению, движущая сила процесса станет равной нулю, и процесс прохождения растворителя прекратится. При неполном задержании растворенного вещества мембраной его количество у поверхности увеличится и приведет к увеличению его проникновения в фильтрат. Рост концентрации растворенного вещества у поверхности мембран прекратится в этом случае при достижении равенства солевых потоков, направленных к мембране и от нее. Таким образом, если растворенное вещество от поверхности неидеальной полупроницаемой мембраны не отводится, то процесс продавливания раствора не прекратится, однако, концентрация растворенных веществ в фильтрате станет равна их концентрации в исходном растворе.