Зависимость обратного осмоса от температуры

Процесс очистки играет важную роль на любом этапе снабжения водой промышленных предприятий и жилых домов, начиная с водозаборной станции и заканчивая установками очистки в квартирах. Большинство современных фильтров работают на основе процессов обратного осмоса. Если говорить простыми словами, обратный осмос - это процесс, в котором при помощи давления загрязненная вода проходит через полупроницаемую мембрану, задерживающую минералы и другие примеси. Так на выходе получается чистая, пригодная для питья и сложных химических процессов вода.

Как работает обратный осмос

Суть обратного осмоса проще понять, выяснив, что такое прямой осмос. Все жидкости в природе стремятся к равновесию. Если между двумя сосудами, например, с чистой водой и раствором соли, установить мембрану, то растворитель (вода) будет стремиться разбавить солевой раствор, чтобы уравновесить концентрацию, осмотическое и гидростатическое давления. Диффузия молекул прекратится при достижении равновесия. Процесс обратного осмоса основан на противоположном естественному процессу действии - создании внешнего давления со стороны концентрированного раствора, которое превышает осмотическое давление. При таком условии скорость перехода молекул вещества, проходящих через мембрану в чистую воду, будет выше. Это приводит к получению чистой воды в сосуде за мембраной.

Зависимость производительности мембраны обратного осмоса от температуры воды

Эффективность работы фильтров на основе процессов обратного осмоса определяется свойствами мембраны:

• селективностью;
• разделяющей способностью;
• производительностью;
• механической прочностью;
• стабильности функционирования.

На производительность мембранных фильтров оказывают влияние три основных параметра:

• давление;
• концентрация раствора;
• температура.

Так, если процесс очистки имеют прямую зависимость от давления и концентрации, то изменение температуры для обратного осмоса демонстрирует не прямолинейную зависимость. Повышение температуры раствора не оказывает прямого существенного влияния на селективность очистки, однако, сказывается на вязкости раствора и его плотности. Поэтому критическим параметром для определения влияния температуры на процесс обратного осмоса является концентрация солей в растворе. При повышении температуры воды для осмоса среда становится менее вязкой и плотной и, как следствие, более подвижной. Это приводит к увеличению скорости фильтрации, что негативно сказывается на сроке работоспособности мембраны.

Для выражения зависимости скорости диффузии молекул воды через стенки мембраны при изменении температуры воды перед осмосом справедливо суждение: на один градус изменения температуры раствора (уменьшения или повышения) удельная скорость потока среды достигает 3% от заданного значения.

Данное изменение оказывает негативное воздействие на процессы фильтрации в промышленных масштабах, так как для установок осмотической очистки требуется постоянная производительность. Производительность осмоса зависит от температуры следующим образом. Снижение температуры уменьшает производительность, и при достижении 4°С скорость падает примерно в 2 раза. Подогрев исходного раствора имеет обратный эффект - приводит к уменьшению солезадержания и увеличению солепроникновения. В некоторых случаях при достижении температуры раствора 85°С проницаемость падает до нуля в следствии деформации и разрушения пор мембраны.

Оптимальная температура раствора при обратном осмосе

Повышение температуры среды возможно при необходимости проведения более быстрого процесса фильтрации. В промышленных масштабах химическая промывка проходит при температуре не более 40°С. Однако, в таких случаях применяют большее количество мембранных элементов либо повышают давление исходной среды. Данное суждение справедливо лишь для тех мембран, которые не разрушаются под действием повышенных температур. От показателя температуры зависит не только качество и скорость протекающего процесса, но и срок работоспособности мембраны. Средний срок службы мембран промышленного назначения от 2 до 5 лет.

На процесс фильтрации в домашних условиях при незначительном содержании примесей повышение температуры поступающей жидкости не оказывает существенного влияния.

Максимальная рабочая температура промышленных полупроницаемых мембран в зависимости от типа составляет 30-35°С. В остальных случаях оптимальная температура раствора в процессе фильтрации должна быть не более 20-30°С.
Обессоливание и деминерализация воды при помощи сил обратного осмоса - сложный процесс, основанный на физических явлениях. Поэтому для повышения качества получаемой очищенной воды и продления срока службы оборудования необходимо соблюдать правила эксплуатации и не подвергать чувствительные элементы устройства (мембраны) воздействию высоких концентраций и повышенной температуры. При соблюдении технологических режимов не только повышается степень очистки воды, но и увеличивается полезный срок службы деталей очистных устройств.