Обессоливание воды методом ионного обмена и обратного осмоса

Для удаления примесей этой категории применяют различные технологии. Принять правильное решение будет проще после тщательного изучения современных решений. В данной статье приведен пошаговый алгоритм выбора с обзором преимуществ и недостатков специализированных наборов оборудования.

Основные определения

В соответствии с действующими санитарными нормами опреснением называют процесс уменьшения концентрации солевых примесей до 1 г. на литр. Предельно допустимым для бытовых нужд является уровень 7 мг-экв/литр. Его можно определить по характерному горькому привкусу. Эти значения используют в качестве критериев при выборе соответствующего оборудования.

Обессоливание по ГОСТу подразумевает более строгие нормы (от 5 мг на литр и менее). После такой обработки жидкость используют в фармацевтике, микроэлектронной и химической промышленности. Минимизация содержания вредных примесей будет полезна в домашних условиях. Так, исключив соли кальция, обеспечивают надежную защиту от накипи. Потраченные дополнительно средства окупятся неоднократно за счет продления срока службы котлов, кофемашин, утюгов и другой техники.

Наибольшее количество солей содержится в морской воде (до десятков грамм на литр). В некоторых артезианских скважинах также высока концентрация загрязнений, которые вымываются из горных пород. Все методы обессоливания воды можно разделить на две группы: с изменением агрегатного состояния и без него.

К первой категории относят выпаривание, дистилляцию, замораживание. К второй – электродиализ, мембранные технологии, ионный обмен и обратный осмос. При рассмотрении разных способов следует учесть:

• ограничения по исходному составу;
• стоимость оборудования, расходных материалов, технического обслуживания;
• сложность настройки, поддержания работоспособного состояния;
• ремонтопригодность и долговечность.

В любом случае сначала надо определить нужный результат. Для удаления неприятных привкусов достаточно использовать нормы опреснения. Чтобы предотвратить образование накипи следует пользоваться типовыми критериями обессоливания.

Применение высокой температуры

Эти методы обессоливания воды известны с глубокой древности! Простейшее кипячение с последующей конденсацией пара в блоке охлаждения позволяет отделить вредные примеси. Соли жесткости при нагреве переходят в твердое состояние. Взвешенные частицы отделяют механическим фильтром. Прикрепившиеся к стенкам – регулярно удаляют.

Чтобы не тратить электричество и другую оплачиваемую энергию можно использовать экономичный метод обессоливания воды методом ионного обмена. Для этого берут две разные емкости. Воду заливают в крупную, а меньшую (пустую) устанавливают в центральной части и прижимают тяжелым чистым предметом. Отверстие закрывают прозрачной пластиковой пленкой с небольшим грузом в середине, который создает наклонную поверхность.

Приспособление выставляют «на солнце». Испаряющаяся жидкость будет конденсироваться на нижней части пленки. Скатывающиеся в центральную часть капли освобождаются от примесей солей.

Необходимый результат получают с помощью обратного процесса, низкотемпературного воздействия. Самым экономичным является использование подходящих природных условий. В южных регионах, где суточное колебание параметров ограничено узким диапазоном от -10°C до +10°C можно использовать каскад из бассейнов, установленных в виде террасы. Дно каждой емкости оснащают ребрами и наклоняют для слива жидкости на нижний уровень естественным путем.

Загрязненную воду направляют в самый верхний резервуар. За ночь на поверхности образуется корка льда. Не замерзшие жидкие фракции, содержащие соли, стекают вниз. Днем лед опускается на поддерживающие ребра, начинает таять. В первой порции содержание примесей велико, поэтому ее отправляют на следующий цикл обработки.

В регионах с устойчивыми сильными морозами намораживают послойно крупные глыбы льда толщиной до нескольких ветров. Весной в процессе таяния раньше стекает жидкость с высокой концентрацией примесей. Опресненную воду направляют в накопительные резервуары. Аналогичные операции можно выполнять в меньших масштабах с применением холодильного оборудования.

Даже общее описание этих способов позволяет сформулировать явные недостатки. Приходится тратить деньги на потребление энергетических ресурсов для повышения/снижения температуры. Определенные расходы и трудовые нагрузки предполагаются для очистки стойких налетов. Использование определенных природных условий можно назвать условно-бесплатным! Современный человек привык получать нужный результат быстро, без лишних трудностей, желательно – в автоматическом режиме. Ниже рассмотрены именно такой термический метод обессоливания воды для котлов.

Эффективность обессоливания воды методом обратного осмоса

В зависимости от величины отверстий в преградах различают нано- и гиперфильтрацию. Более эффективный метод обессоливания воды известен также, как обратный осмос. Его часто применяют в бытовых установках вместе с картриджами дополнительных ступеней очистки. Размеры протоков лишь немногим больше молекул воды, поэтому более химические соединения задерживаются в накопительной части. Оттуда они вместе с потоком загрязненной воды направляются в канализацию.

Эффективность обессоливания воды методом обратного осмоса зависит от особенностей технологического процесса:

• нанофильтрационная мембрана – от 45 до 75%;
• обратный осмос с нормальным давлением в магистрали – от 75 до 94%;
• обратный осмос с повышением напора – до 99%.

Чтобы повысить производительность и уровень очистки приходится устанавливать насосное оборудование с приборами для контроля, блоками управления, предохранительными клапанами. Такие комплекты стоят дорого! Дополнительные затраты образуются по причине сброса большого количества жидкости с примесями в дренаж. Как правило, срок службы мембран у фильтров обратного осмоса не превышает 2-3 года. При большой концентрации солей замену делают чаще.

Электродеионизация

Этот термический метод обессоливания воды не нуждается в повышении давления. В современном технологическом исполнении получается компактная установка. Она выполняет свои функции без применения дополнительных химических реагентов. При правильном воспроизведении технологии образуется не более 8% сильно загрязненной солями жидкости.

Вредные примеси отделяют в специальном блоке. Он создан из нескольких мембран (с катион- и анионпроницаемыми свойствами). Его помещают между двумя электродами с разной полярностью. При включении цепи тока заряженные частицы перемещаются в сторону катода и анода. Из соответствующих рабочих зон забирают очищенную и загрязненную жидкость. Для повышения эффективности такие комплекты дополняют слоем ионообменных смол.

С учетом ограниченных очистительных возможностей такую технику применяют в комплекте с мембранными установками. Современное оборудование выполняет свои функции в автоматическом режиме с оперативным контролем параметров жидкости. Требуется регулярная проверка состояния пластин, поддержание оптимального расстояния между ними с ручной регулировкой стягивающего устройства. Высокая сложность электродеионизации ограничивает применение промышленной областью.

Обессоливание воды методом ионного обмена

Обессоливание воды методом ионного обмена применяют для решения производственных и бытовых задач. Типичная установка состоит из нескольких емкостей. В одну засыпают гранулы для механической фильтрации и слой из ионообменных смол. В другой – хранят регенерационный раствор поваренной соли. Им восстанавливают исходное состояние действующей засыпки после насыщения примесями. Одноступенчатый метод обессоливания воды позволяет снизить жесткость до уровня 5 мгэкв на литр. Двойная обработка – до 0,01 мг-экв/литр.

В промышленных моделях используют последовательно катионитовый и анионитовый фильтр. Здесь для регенерации применяют кислотные и щелочные растворы соответственно. Действующие засыпки при правильном соблюдении технологии сохраняют функциональность до 10 лет.

Процессы промывки/восстановления автоматизируют с применением блоков электроники, которые управляют работой электромагнитных клапанов. Настраивают рабочие циклы по времени, либо по количеству обработанной воды. При умягчении воды методом ионного обмена применяют простейший таймер, во втором – специальные датчики потока.

Сравнение разных методов обессоливания воды

Чтобы сделать правильные выводы надо проверить несколько значимых показателей.

По каждой позиции надо рассмотреть характерные недостатки. Крупные установки ионного обмена занимают много места. Регулярная регенерация сопровождается сильным шумом. Вода загрязняется другими примесями в процессе отделения исходных загрязнителей.

При нагреве в процессе дистилляции активизируется образование накипи. Эти твердые отложения приходится своевременно убирать. Технология отличается повышенным расходом воды, энергетических ресурсов.

Обратный осмос и электрическую деионизацию рекомендуется применять только после тщательной предварительной подготовки воды. Из нее удаляют хлор, иные вредные соединения. Если пренебречь такими процедурами, оборудования быстро будет испорчено.

Для повышения эффективности обессоливания воды методом ионного обмена приходится повышать давление. При промывке много жидкости направляется в дренаж. Качественное оборудование для электродеионизации стоит дорого. Существенным ограничением является небольшой срок службы рабочих модулей.

Для правильного выбора оптимального термического метода обессоливания воды необходимо изучить новейшие технологические решения в соответствующей области. Так, в 50-60 годы прошлого века удельный расход энергии на очистку с помощью дистилляцией составлял от 900 до 2800 МДж на м куб. В наши дни затраты уменьшены до 40-160 МДж на м куб.

Обязательно следует учитывать реальный исходный состав жидкости, особенности целевого назначения. Так, обратный осмос и дистилляция подходят для подготовки питьевой воды. Если предполагается последующее снабжение котлов, удобнее применить ионный обмен. Только для защиты от накипи можно применить полифосфатный фильтр или электромагнитную обработку.