В плоскокамерных аппаратах (рисунок 7) разделительный элемент состоит из двух плоских (листовых) мембран, между которыми расположен пористый дренажный материал. Элементы размещены на небольшом расстоянии один от другого (0,5-5 мм), в результате чего между ними образуются мембранные каналы, по которым циркулирует разделяемая смесь. Образовавшийся концентрат выводится из аппарата, а пермеат отводится по дренажному материалу в коллектор. Поверхность разделительной мембраны, приходящаяся на единицу объема аппарата, т.е. плотность упаковки мембраны, для плоскокамерных аппаратов низка (60-300 м2/м), поэтому их используют в установках небольшой производительности для разделения жидких и газовых смесей.
Рисунок 7. Плоскокамерный многосекционный аппарат; 1-мембрана; 2-дренажный материал.
Трубчатые аппараты (рисунок 8) состоят из набора пористых дренажных трубок диаметром 5-20 мм, на внутренней или наружной поверхности которых расположены мембраны. В соответствии с этим исходный поток направляют в трубное либо межтрубное пространство. Трубчатые аппараты, в которых плотность упаковки мембран составляет 60-200 м2/м3, используются для очистки жидких сред от загрязнений, опреснения воды с высокой концентрацией солей[6].
Рисунок 8. Трубчатый аппарат: 1-мембрана; 2-дренажный материал; 3-трубчатый фильтрующий элемент.
Спирально-навитые, или рулонные обратноосмотические модули нашли наиболее широкое применение. В этой конструкции (рисунок 9) две мембраны навиваются на центральную трубу, по которой отводится фильтрат. Раствор, подлежащий деминерализации, протекает параллельно центральной трубе через щель, образованную прокладкой (обычно из пластиковых сеток) между двумя активными поверхностями мембран. Фильтрат (пермеат) собирается внутри пористого материала и по нему движется к центральной трубе [4].
Рисунок 9. Принципиальная конструкция спирально-навитого модуля.1 - исходная вода; 2 - выход концентрата; 3 - выход фильтрата (пермеата);4 - направление потока исходной воды;5 - направление потока концентрата;6 - защитное покрытие; 7 - стык между модулем и оболочкой; 8 - перфорированная труба для сбора пермеата; 9 - прокладка;10 - мембрана; 11 - коллектор из пористого материала для сбора пермеата; 12-мембрана; 13 - прокладка; 14 - линия шва, соединяющего две мембраны.
В аппаратах с волокнистыми мембранами (рисунок 10) рабочий элемент обычно представляет собой цилиндр, в который помещен пучок полых волокон с наружным диаметром 80-100 мкм и толщиной стенки 15-30 мкм. Разделяемый раствор, как правило, омывает наружную поверхность волокна, а по его внутреннему. каналу выводится пермеат. Благодаря высокой плотности упаковки мембран (до 20000 м2/м3) эти аппараты применяют в опреснительных установках большой производительности (десятки тыс. м3/сут)[6].
Рисунок 10. Аппарат с волокнистой мембраной: 1-трубная решетка с открытыми концами волокон; 2 полое волокно.
Обратноосмотические аппараты собираются в пакеты внутри специальных держателей, обеспечивающих как герметизацию торцов модулей, так и их работу [4]. Конструктивно модуль представляет собой полый цилиндр с рядом уплотнительных элементов. Материалом для изготовления служит армированное стекловолокно или нержавеющая сталь.
Заключение
После проведенной работы вполне уместно сделать выводы о достоинствах и недостатках применения обратноосмотических установок для очистки воды.
Одно из главных достоинств аппаратов - это высокая степень очистки от растворенных в воде примесей. Мембраны способны задерживать практически все виды загрязнителей, за исключением тех, размеры которых меньше размеров молекулы воды (например, ионы хлора). Ещё одно достоинство обратного осмоса - прохождение процессов в температурном диапазоне 5-30 оС (что может так же явиться и недостатком, в случае необходимости очистки нагретой воды).
Недостатки промышленного обратного осмоса: мембраны не способны осуществлять очистку от газообразного хлора и другой органики. Молекулы хлора, гербицидов и прочих имеют меньшие размеры, чем вода, что позволяет им свободно проникать через мембрану. Так же, к недостаткам можно причислить: неустойчивость мембран к химическим воздействия (например, к воздействию газообразного хлора, растворенного в воде); образование концентрата, который необходимо утилизировать; высокие цены на аппараты с высокой производительностью. Например, установку с выработкой 500 л/час можно приобрести за 125 тыс. рублей, а продукцию этой же марки с выработкой 3000 л/час за 600 тыс. рублей [7].
Литература
. Мосин О.В. Баромембранные процессы и аппараты водоподготовки, СОК 2013, № 2.
. Копылов А.С., Лавыгин В.М., Очков В.Ф. Процессы и аппараты передовых технологий водоподготовки и их программированные расчеты, М: 2008.
. Тверской В.А. Мембранные процессы разделения. Учебное пособие, М., МИТХТ им. М.В.Ломоносова, 2008.
. Черкасов С.В., Обратный осмос. Теория и практика применения. https://wwtec.ru/index.php?id=583
. Кочаров Р. Г., Теоретические основы обратного осмоса. Учебное пособие, М: РХТУ им. Д. И. Менделеева, 2007.
. Дытнерский Ю. И., Баромембранные процессы, М., 1986;
. Промышленные установки обратного осмоса, https://byrim.com/ochistka-vody/filtry-dlya-ochistki-vody.html