Обратный осмос (ОО) — это технология мембранного разделения, позволяющая удалять из воды соль и другие растворенные вещества под давлением. ОО широко применяется для опреснения морской и солоноватой воды, очистки питьевой воды и повторного использования сточных вод.
История создания мембраны обратного осмоса
Вы когда-нибудь задумывались, как работает мембрана обратного осмоса? Как она отфильтровывает соль и другие примеси из воды, делая её безопасной и чистой для питья? История этого удивительного изобретения довольно увлекательна, и она связана с любопытными чайками.
Всё началось в 1950-х годах, когда учёный Сидни Леб работал в Калифорнийском университете в Лос-Анджелесе. Он интересовался изучением процесса осмоса – естественного движения воды через полупроницаемую мембрану из области с низкой концентрацией растворённых веществ в область с высокой концентрацией. Он хотел найти способ обратить этот процесс вспять и заставить воду перемещаться из области с высокой концентрацией растворённых веществ в область с низкой концентрацией, используя внешнее давление. Это позволило бы ему опреснять морскую воду и получать пресную воду для потребления человеком.
Однако перед ним стояла серьёзная задача: найти подходящую мембрану, способную выдерживать высокое давление и противостоять загрязнению солью и другими загрязнителями. Он перепробовал различные материалы, такие как ацетат целлюлозы и полиэтилен, но ни один из них не дал желаемого результата. Он уже собирался сдаться, когда заметил нечто необычное.
Однажды, прогуливаясь по пляжу, он увидел стаю чаек, летящих над океаном. Он заметил, что они ныряют в воду, ловят рыбу и возвращаются на берег. Он задался вопросом, как им удаётся пить морскую воду, не болея и не страдая от обезвоживания. Он решил продолжить исследование и обнаружил, что у чаек есть особая железа около глаз, называемая солевой железой. Эта железа выделяет избыток соли из крови через ноздри в виде солевого раствора. Таким образом, чайки поддерживают водный баланс и избегают отравления солью.
С тех пор технология обратного осмоса вступила в период бурного развития и постепенно продвигалась к коммерциализации. В 1965 году в Коалинге, штат Калифорния, была построена первая коммерческая система обратного осмоса производительностью 5000 галлонов воды в сутки. В 1967 году Кадотт изобрел тонкоплёночную композитную мембрану, изготовленную методом межфазной полимеризации, что улучшило производительность и стабильность мембран обратного осмоса. В 1977 году компания FilmTec Corporation начала продавать мембранные элементы сухого типа, которые имели более длительный срок хранения и были более удобными для транспортировки.
В настоящее время ОО мембраны доступны в различных типах и размерах, в зависимости от качества исходной воды и условий применения. В целом, существует два основных типа ОО мембран: спирально-навитые и половолоконные. Спирально-навитые мембраны изготавливаются из плоских листов, намотанных на перфорированную трубку, образуя цилиндрический элемент. Половолоконные мембраны изготавливаются из тонких трубок с полыми сердцевинами, образуя пучок. Спирально-навитые мембраны чаще используются для опреснения морской и солоноватой воды, в то время как половолоконные мембраны лучше подходят для применений с низким давлением, например, для очистки питьевой воды.
Чтобы выбрать правильную мембрану обратного осмоса для конкретного применения, следует учитывать несколько факторов, таких как:
- Степень удаления солей: процент соли, удаляемой мембраной. Чем выше степень удаления солей, тем выше качество воды.
- Расход воды: количество воды, проходящее через мембрану за единицу площади и времени. Более высокий расход воды означает более высокую производительность и меньшее потребление энергии.
- Устойчивость к загрязнению: способность мембраны противостоять загрязнению органическими веществами, коллоидами, микроорганизмами и отложениями. Более высокая устойчивость к загрязнению означает более длительный срок службы мембраны и более низкие затраты на обслуживание.
- Рабочее давление: давление, необходимое для прокачки воды через мембрану. Более низкое рабочее давление означает снижение энергопотребления и стоимости оборудования.
- Рабочий pH: диапазон pH, который мембрана может выдерживать без повреждения. Более широкий диапазон pH означает большую гибкость и совместимость с различными источниками исходной воды.
Различные мембраны обратного осмоса могут иметь разные компромиссы между этими факторами, поэтому важно сравнить их эксплуатационные характеристики и выбрать наиболее подходящую в соответствии с конкретными условиями применения.
Время публикации: 02 ноября 2023 г.