Обратната осмоза има широки възможности за използване, които условно могат да се разделят на две групи:
- Пречистване на разтворителя. В този случай продукта е пермеатът.
- Концентриране на разтвореното вещество. В този случай продукта е концентратът.
Основната насоченост на използването на обратната осмоза е пречистването на водата, главно десоленизацията на солени води и особено морска вода с цел получаване на питейна вода. Друга важна област на приложение на обратната осмоза е използването й като стадий за предварителна десоленизация на водата при производството на ултрачиста вода (деионизирана вода) за полупроводниковата, медицинската и топлоенергийната промишлености.
При концентриране обратната осмоза широко се използва в хранително-вкусовата промишленост (за концентриране на плодови сокове, захар, кафе) и в млечната промишленост (за концентриране на млякото в началния стадий на производството на сирене), както и при пречистването на отпадъчни води (в галваниката за концентриране на галванични потоци).
Сега нека се спрем на предназначението на отделните компоненти в инсталацията за обратна осмоза. На Фиг. 1 е показан общя изглед на обратноосмотичната инсталация. На Фиг. 2 е представена принципната технологична схема на типична едностепенна обратноосмотична инсталация.
Фигура 1. Общ изглед
Фигура 2. Принципна технологична схема
С цифри са отбелязани: 1 - филтър за груби частици ( 5 µm ); 2 - помпа за високо налягане; 3 - ОО модули; 4 - контейнер за химическо промиване; 5 - помпа за химическо промиване.
При първия етап на процеса на обратна осмоза се извършва фино пречистване на входящата вода от механични примеси. Обикновено за този процес се използват филтри от касетен тип, инсталирани в еднокасетни или многокасетни корпуси в зависимост от производителността на обратноосмотичната инсталация. Принципът на работа на касетните филтриращи елементи се отнася към микрофилтрацията (дълбока и/или повърхностна филтрация), т.е. механичните примеси, задържани от филтриращия елемент, се натрупват във вътрешния слой на филтриращата преграда.
Водата, пречистена от касетните филтри, се подава на помпа, чиято цел е да достигне налягането на началната среда, нужно за изпълнение на масообмення процес, протичащ през полупроницаемите обратноосмотични мембрани. Изборът на помпа за повишяване на налягането се извършва въз основа на нейните работни характеристики. При това работната точка на помпата трябва да бъде в обхвата от 0,6 до 0,7 от нейната максимална производителност.
При невъзможност за постигане на "равновесие" между налягането и производителността на помпата (което се случва често), между входящия и нагнетяващия тръбопровод на помпата се поставя обходен клапан, чрез който се извършва тази операция (според показанията на дебитометъра и манометъра на входящата вода, постъпваща в обратноосмотичните модули). Регулирането на процеса на повишаване на налягането на входящата вода се извършва само веднъж по време на пуско-настроечните работи. По време на експлоатацията на обратноосмотичната инсталация се извършва само контрол на работните параметри на входящата вода.
От помпата за високо налягане водата преминава към ОО-модули, където са разположени обратноосмотичните елементи; върху ОО-мембрани на тези елементи се извършва разделянието на входящата вода на пермеат и концентрат. Концентратът, излизащ от обратноосмотичната инсталация, има достатъчно високо налягане и транспортирането му до мястото на изтичане или утилизация не представлява особена трудност. Налягането на пермеата след обратноосмотичната инсталация рядко надвишава 1 атмосфера. Затова по-често се налага да се подава в резервоар, от където с помощта на повишаваща налягането помпа се транспортира за последващите етапи на пречистване.
Няколко отделни ОО-модула, разположени паралелно или последователно един след друг, образуват каскада. Задачата на инженера, проектиращ ОО-инсталация, е да сглоби модулите по такъв начин, че да оптимизира системата с минимални разходи. Схемата на потоците в модула е един от основните фактори, определящи степента на постигнатото разделение и качествените характеристики на работата на инсталацията. По принцип при едноетапни или многотапни процеси на обратната осмоза се използват две основни конфигурации на потоците: 1) система с еднопроходен поток и 2) система с рециркулация (виж фиг. 3 - схеми на еднопроходна и рециркулационна системи).
Фигура 3. Еднопроходна и рециркулационна системи
При еднопроходната система необработеният разтвор преминава през единствения модул (едностъпкова система) или през система от модули (многостъпкова система) само веднъж, т.е. рециркулация тук липсва. При този процес обемната скорост на потока над мембраната намалява по време на напредването от входа на модула към изхода от него. В многостъпковите еднопроходни процеси този спад в потока се компенсира чрез определен "асемблаж" от модули, наречен "конична каскадна схема" („елха“), както е показано на фиг. 4 а. При тази конфигурация системата може да бъде проектирана така, че скоростта на потока остава практически постоянна. За тази система е характерно, че общата дължина на пътя над мембраната и спадът на налягането са големи. Факторът за намаляване на обема, т.е. съотношението между началния обем на необработения материал и обема на концентрата, се определя главно от конфигурацията на "елхата", а не от наложеното налягане.
Друга конфигурация е рециркулационната система, показана на фиг. 4 б. В този случай необработеният материал се компресира и пропуска няколко пъти през етапа, състоящ се от няколко модула. Всяка стъпка е оборудвана с рециркулационна помпа, която позволява оптимизиране на хидродинамичните условия. При това се наблюдава само незначителен спад на налягането във всяка стъпка, където може да се регулира скоростта и налягането на потока. Системата за рециркулация на необработения материал е много по-гъвкава от еднопроходните системи и затова се предпочита в процесите на микрофилтрация и ултрафилтрация, когато може да се очаква силна концентрационна поляризация и бързо натрупване на твърдите частици върху мембраните. В същото време за по-прости задачи, като например обезсоляване на морска вода, използването на еднопроходна система е икономически оправдано.
Фигура 4. Класически еднопроходни и рециркулационни системи
Всички инсталации за обратна осмоза са оборудвани със система за автоматично управление и контрол, която обикновено включва: контролер за управление на обратноосмотичната инсталация, кондуктометър, измерватели на дебита (ротаметри), манометри и сензори за налягане.
