Срок службы мембраны

Ответ на вопрос, заданный в комментариях к статье: www.o8ode.ru/article/answer/clean/obratnyi_ocmoc.htm

Здравствуйте! Скажите на сколько может уменьшиться срок службы мембраны при общей минерализации 4706, жесткость общая 46, 2.

Ответ:

Здравствуйте!

Всё зависит от типа обратно-осмотической мембраны и материала, из которого она изготовлена (отечественный, импортный).

Чем больше минеральный солей и примесей в водопроводной воде, тем выше вероятность того, что полимерный материал прослужит меньше.

Процесс обратного осмоса осуществляется на обратноосмотических (ОС) мембранах с размером пор 0,001–0,0001 мкм, задерживающих большую часть растворенных в воде неорганических солей и органических веществ (в т.ч. железо и гумусовые соединения, придающие воде цветность), пропуская молекулы воды, растворенные газы и некоторые одновалентные ионы. Поскольку очистка воды происходит на уровне молекул и ионов, это существенно уменьшает общее солесодержание в пермеате. В среднем ОС-мембраны задерживают 97–99% всех растворенных в воде веществ. При этом из воды удаляются катионы Na⁺, Са²⁺, Fe²⁺, Fe³⁺, Al³⁺, Cl₂. В результате на выходе удается получить почти не содержащую солей жесткости (снижение в 15–20 раз) умягченную воду.

Рис. 1. Трековая мембрана, полученная бомбардировкой ускоренными на циклотроне тяжелыми ионами криптона (¹¹⁸Kr).Наиболее распространенной в обратноосмотических фильтрах является полупроницаемая трековая мембрана из лавсана (полиэтилентерефталата) или поликарбоната. По структуре трековая мембрана представляет собой тонкую композитную пленку полимера неравномерной плотности толщиной от 10 до 25 мкм в виде полых волокон или рулонов, в которой за счет бомбардировки ускоренными на циклотроне тяжелыми ионами криптона (¹¹⁸Kr) создана система сквозных цилиндрических пор, размером 1–2 Ангстрем (10^-10 м) (рис. 1). Размеры пор и их пространственное распределение в трековых мембранах регулируют путем выбора режима химической обработки и атомного номера бомбардирующих частиц, а также вариацией их энергии и изменением угла падения ионов ¹¹⁸Kr на поверхность полимерной пленки. Полимерная пленка формируется из двух соединенных между собой слоев. Наружный очень плотный барьерный слой толщиной около 10^-5 см, участвующий в процессе активированной диффузии, расположен на менее плотном пористом слое – подложке, служащей для фильтрации и укрепления активного слоя мембраны, толщина которой составляет 0,005 см (рис. 2).

Рис. 2. Строение ОС-мембраны. Стрелками показана мембрана, полимерное волокно и поддерживающий материал (подложка).Основные технические характеристики мембраны:

– диаметр пор от 0,05–2,0 мкм;

– плотность пор 10⁵–3^.10⁹ на 1 см²;

– пористость – до 15% от площади поверхности мембраны;

– негигроскопичность (набухание в воде менее 0,5%);

– рабочий диапазон температур до 120 °С, что допускает стерилизацию мембран в автоклавах.

На срок эксплуатации мембраны оказывают влияние следующие факторы:

• качество водопроводной воды,
• качество картриджей, которые установлены перед мембраной,
• правильность подбора картриджей перед мембраной в соответствии с качеством воды,
• своевременность замены картриджей воды перед мембраной.

Все эти факторы в той или иной мере способны сократить либо увеличить время работы мембраны обратного осмоса. В среднем, обратно-осмотическая мембрана подлежит замене раз в 3 года (производительность 8000 литров). С учетом такой высокой степени минерализации воды (номинальная до 1 г/л) и жесткости (номинальная до 8-10 ⁰Ж), срок службы мембраны уменьшится в 2-3 раза из-за забивания пор материала.

На практике, мембрана не полностью задерживает растворенные в воде вещества и они проникают через мембрану, но в очень малых количествах. Неорганические соединения (электролиты) задерживаются ОС-мембранами, как правило, лучше, чем органические вещества аналогичной молекулярной массы; среди родственных соединений (например, гомологов) лучше задерживаются вещества с большей молекулярной массой; соединения, которые способны образовывать связь (например, водородную) с мембраной, задерживаются ею тем лучше, чем менее прочна эта связь. При разделении растворов некоторых органических соединений, например, фенола и его производных, селективность ОС-мембран отрицательна, т.е. пермеат обогащается растворенным веществом. В зависимости от типа используемой ОС-мембраны (ацетатцеллюлозная или тонкопленочная композитная) степень очистки составляет для большинства неорганических элементов 85–98%. Пермеат может содержать 3–5 мг/л растворенных минеральных веществ. Органические вещества с молекулярным весом более 100–200 Да удаляются полностью; а с меньшим – проникают через мембрану в незначительных количествах.

Для снижения степени загрязнения мембран применяются специальные методы очистки, которые подразделяются на механические, гидромеханические, физические и химические. Механические методы заключаются в обработке поверхности перегородок эластичной губкой с применением моющих средств, полиуретановыми гранулами и др. Гидродинамическая очистка заключается в воздействии на загрязненную поверхность мембраны пульсаций промывной жидкости (обычно воды), турбулизацией потока, промывкой газожидкостной эмульсией (смесью воды и воздуха), обратной продувки мембраны сжатым воздухом, резким снижением (пульсацией) давления в системе (загрязнения отслаиваются от перегородки и вымываются потоком воды). К физическим методам относятся воздействие на перегородки электрическими, магнитными и ультразвуковыми полями. Химическая очистка заключается в промывке рабочей поверхности мембран разбавленными растворами кислот или щелочей, раствором йода и др.

К.х.н., доц. О.В. Мосин