Метод обратного осмоса (гиперфильтрация)
Обратный осмос — прохождение воды или других растворителей через полупроницаемую мембрану из более концентрированного раствора в менее концентрированный в результате воздействия давления, превышающего разницу осмотических давлений обоих растворов. При этом мембрана пропускает растворитель, но не пропускает некоторые растворённые в нём вещества.
Т.е. обратный осмос - это процесс фильтрации водных растворов под давлением, превышающим осмотическое, через полупроницаемую мембрану.
Известно, что на границе раздела чистой жидкости и раствора, которая проницаема для жидкости, возникает осмотическое давление в сторону раствора. Если создать на стороне раствора давление больше осмотического Р >Рос, то можно выделить из морской химически чистую воду. В установках, состоящих из насоса, обратноосмотического аппарата с опреснительными элементами (см. рис.4, 5, 6), трубопроводов, емкостей и приборов, создается давление Р =10...15МПа. Процесс гиперфильтрации - простой и экономичный. Полупроницаемая мембрана (ацетат целлюлозы) пропускает химически чистую воду и задерживает растворенные вещества.
1,3 и 7 – патрубки подвода морской воды, отвода высокоминерализованной воды (рассола) и отвода опресненной (фильтрата) воды; 2 – корпус; 4 – полупроницаемая мембрана; 5 – поддерживающая подложка; 6 – рамка
Рисунок 4 - Схема опреснительного элемента:
Рисунок 5 - Схема процесса опреснения воды методом обратного осмоса.
Мембраны отличаются друг от друга конструкционными материалами, размером пор. При этом, чем меньше размер пор, тем выше степень очистки и тем большее давление надо приложить.
1 - вход морской воды; 2 - вход пресной воды для промывки мембран;
3 – насос низкого давления; 4 - фильтры; 5 - манометр (2 бар); 6 - манометр (60 бар); 7 – насос высокого давления; 8 - обратноосмотические мембраны;
9 - счетчик количества произведенной пресной воды; 10 – соленомер;
11 - 3-х позиционный клапан для сброса воды, не соответствующей параметрам
солености; 12 - выход пресной воды (пермеата); 13 - выход сброса
Рисунок 6 - Схема судового опреснителя обратного осмоса
ТЕРМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ
Эти методы включают подогрев воды, вымораживание и дистилляцию.
Вымораживание - простой и низкокачественный метод, требующий громоздких устройств. Подогрев чаще всего используют для умягчения воды. На судах широко применяются дистилляция и выпаривание.
За счёт подведённого к воде тепла дистилляция сопровождается высокой концентрацией солей и других примесей в водяном объёме выпарного аппарата и образованием достаточно чистого водяного пара. После конденсации образовавшегося водяного пара получают пресную воду достаточно высокой степени чистоты, называемую дистиллятом.
Выпарной аппарат называется испарителем, а совокупность испарителя, конденсатора, насосов, трубопроводов и другого оборудования, обеспечивающая получение пресной воды называется опреснительной установкой.
На рис. 6 приведена схема простейшей опреснительной установки.
1 – трубопровод продувки рассола; 2 – греющие батареи; 3 – испаритель;
4 – трубопровод вторичного пара; 5 - водоподогреватель; 6 – конденсатор;
7 – трубопровод отвода дистиллята; 8 - насос
Рисунок 6– Схема простейшей опреснительной установки с греющей батареей
Забортная вода насосом 8 подаётся в корпус испарителя 3 (непосредственно или через водоподогреватель 5) и в конденсатор 6. В испарителе вода нагревается и испаряется за счёт тепла, подводимого к греющим батареям 2. Кипящую в корпусе воду называют рассолом, апар, подводимый к батареям – греющим или первичным паром. Пар, образующийся в корпусе испарителя, называется вторичным. Конденсат вторичного пара – дистиллятом. Для поддержания постоянной концентрации рассола предусмотрено продувание испарителя: удаление части рассола в 1.
Термический метод позволяет получить пресную воду с общим солесодержанием до 1,0... 5,0 мг/л.