Обратный осмос является процессом разделения водных растворов путем их фильтрования через полупроницаемые мембраны под действием давления выше осмотического. Этот метод имеет существенные преимущества перед другими способами опреснения: меньшие энергозатраты, простота в изготовлении, монтаже и эксплуатации установок, их малые габариты и т.д.
В процессе обратного осмоса вода и растворенные в ней вещества разделяются на молекулярном уровне, при этом с одной стороны мембраны накапливается практически обессоленная вода, а все загрязнения остаются по другую ее сторону.
Таким образом, пресная вода с исходным солесодержанием 3000 мг/л и более может быть обессолена на одной ступени обратного осмоса до 10–200 мг/л.
При опреснении морской воды применяют высокоселективные мембраны с рабочим давлением 40–60 бар. Удельная производительность мембран обратного осмоса и выход пермеата в этих процессах ниже и, соответственно, они требуют больших энергозатрат.
Широкое распространение в процессах обратного осмоса получили композитные полиамидные мембраны рулонного типа и ацетат-целлюлозные мембраны.
Для опреснения слабоминерализованной воды применяют нанофильтрацию, где используют мембранные элементы с меньшей селективностью (50 - 80%).
Корпуса для укладки мембранных элементов изготавливаются из эпоксидной смолы и стекловолокна, а также из нержавеющей стали.
Электродиализ:
Электродиализ представляет собой процесс деминерализации воды и других жидкостей, содержащих примеси в ионной форме, с помощью постоянного электрического поля и селективных ионообменных мембран. В постоянном электрическом поле ионы солей получают направленное движение согласно ориентации поля. При этом соблюдается принцип электронейтральности раствора в любой его точке. Ионообменные мембраны, представляющие собой пленки полимера, имеют фиксированные ионогенные группы, удерживающие и обменивающие ионы (противоионы). Мембраны в растворах электролитов свободны от электронной проводимости, т.е. функционируют не как биполярные электроды, а как чисто электролитные проводники.
Принцип многокамерного электродиализа заключается в размещении между парой электродов пакета чередующихся катионитовых и анионитовых мембран, разделенных сепараторами. В сформированных таким образом камерах протекают опресняемый и концентрируемый растворы. Процесс переноса в такой системе многократно повторяется, что позволяет существенно уменьшить относительные потери энергии на электродах. Применение принципа многокамерного электродиализа сделало возможным создание компактных электродиализаторов с большой поверхностью мембран.
В электродиализном процессе большое значение имеют эффективность и качество используемых мембран. Ионообменная мембрана кроме химической устойчивости, механической прочности и стабильности размеров, должны иметь высокую селективность, хорошую электропроводность, малую скорость обратной диффузии и низкую осмотическую проницаемость в рабочем диапазоне составов и концентраций растворов.
Основной проблемой в электродиализном опреснении является возможность выпадения осадков солей жесткости в камерах аппарата, вследствие чего увеличивается электрическое и гидравлическое сопротивление, ухудшается равномерность распределения растворов по камерам и внутри камер. Для борьбы с межмембранными солевыми отложениями применяют следующие технологические приемы:
- поддержание концентраций осадкообразующих компонентов в растворах ниже точки насыщения,
- регулировка рН тракта концентрата его подкислением,
- удаление образовавшихся отложений изменением полярности электродов,
- пульсации реверсированного тока для изменения профилей концентраций в диффузионных слоях,
- удаление осадкообразующих компонентов из исходной воды,
- добавка ингибирующих агентов.
Промышленное применение метод электродиализа получил для опреснения соленых вод и концентрирования морской воды с целью извлечения из нее поваренной соли и других химических продуктов. В последние годы интенсивно изучается возможность применения электродиализа для разделения водных растворов при переработке промышленных сточных вод, с получением обессоленной чистой воды и концентрированных солей в сбросных рассолах.