Конструкция на мембраните за обратна осмоза

СПИРАЛОВИДНО-НАВИТИ ОБРАТНООСМОТИЧНИ ЕЛЕМЕНТИ

Спиралвидно-навитите обратноосмотични елементи (известни още като рулонни обратноосмотични елементи) са намерили най-широко приложение.

Конструкция на спираловидно-навит обратноосмотичен елемент

В този дизайн (фигура 2) върху централната тръба (поз.7), през която се отвежда филтратът, се навива "сандвич", състоящ се от две ОО-мембрани (поз.4), турбулентни мрежи (поз.5) и уплътнение за събиране на пермеата (поз.6). Ключов етап при изработката на спираловидните рулонни модули с мембрана е слойното подреждане на мембраните и уплътненията около перфорирана тръба за оттичане на пермеата, след което се извършва валцуване и запечатване на тази спираловидна конструкция. Притискащата сила, възникваща по време на валцуването, стяга допълнително спиралата и притиска уплътнението за входящата вода и съседните слоеве. След валцуването върху получения цилиндър се нанася външно покритие от армиран стъклопласт (поз.8), и се поставят конусовидни тапи (поз.9).

Водата, подлежаща на деминерализация (поз.1), тече паралелно на централната тръба през процепи, образувани от турбулентната мрежа (поз.5) между двете активни повърхности на мембраните (поз.4) и се принуждава да премине през мембраните. Филтратът (пермеат) се събира вътре в порест материал (поз.6) и се движи към централната тръба (поз.7). Концентратът (поз.2) се отвежда през перфорацията в тапата (поз.9).

Разбира се, обратноосмотичната мембрана е централен технологичен елемент на цялата конструкция, но не можем да пренебрегнем и другите конструктивни елементи, които значително подобряват процеса на пренос и повишават енергийната ефективност на обратната осмоза.

Фигура 2. Принципна конструкция на спираловидно-навития обратноосмотичен елемент

С цифри са отбелязани: 1 – входяща вода; 2 – изход на концентрата; 3 – изход на филтрата (пермеата); 4 – ОО-мембрана; 5 – уплътнение (турбулентна мрежа); 6 – уплътнение за събиране на пермеата; 7 – перфорирана тръба за събиране на пермеата; 8 – външно покритие от армиран стъклопласт; 9 – тапа.

Въпреки че рулонният тип ОО-елемент по същество има цилиндрична конфигурация, той е масообменно устройство с напречен поток, тъй като входящата вода преминава през модула в осева посока, а пермеатът се движи по спиралата в радиална посока – към перфорираната тръба за събиране.

През последните 20 години конструкцията и характеристиките на спираловидно-навитите мембрани са значително подобрени. Тяхната ефективност се е увеличила повече от два пъти, а солепроницаемостта се е намалила почти три пъти. Например, компанията FILMTEC успява да увеличи повърхността на мембраната в 8-инчов модул от 28 м2 (300 sq.ft) през 1980 г. до 41 м2 (440 sq.ft), а най-важното е, че се разглеждат възможности за допълнително увеличение на повърхността. Това може да се постигне чрез намаляване на дебелината на уплътненията, въпреки че такова конструктивно изменение е възможно докато конструкцията на модула остава стабилна. С появата на пазара на новата серия 16-инчови ОО елементи рязко се увеличава повърхността с 4,3 пъти до 158 м2 (1725 sq.ft).

Освен това, максималното работно налягане на спираловидно-навитите мембрани на ОО елементи се е увеличило от 6,9 МПа (1000 psi) до 8,3 МПа (1200 psi), което позволява увеличаване на степента на изход на пермеата до 60% и повече. Това става възможно чрез въвеждане на конструктивни промени в системите за извеждане на на пермеата и концентрата. Работата по подобряване на конструкцията на свързващите елементи, включително страничните тапи на ОО елемента, непрекъснато продължава.

Последните постижения в областта на подобряване на конструкцията на спираловидно-навития ОО елемент спомагат за значителна икономия на ресурсите, изразходвани за производството на системите за обратна осмоза, като правят тази технология по-достъпна и широко разпространена в различни части на света.

Скици и размери на обратноосмотични рулонни елементи с външни диаметри 2,5" и 4"

От известно време всички производители на рулонни мембрани са преминали към обща (стандартизирана) система от конструктивни размери, която позволява при нужда да се подменя обратноосмотичният елемент, произведен от една фирма, с аналогичен по размер и характеристики от друга фирма. В съответствие с тази система обратноосмотичните елементи за индустриално и полуиндустриално приложение се произвеждат с външни диаметри от 2,5"; 4"; 8" и 16". Дължината на модулите варира.

На Фиг.3 и в Таблица 1 са представени скици и размери на обратноосмотични рулонни елементи с външни диаметри от 2,5" и 4".

Фигура 3

Таблица 1

Скици и размери на обратноосмотични рулонни елементи с външни диаметри 8" и 16"

На Фиг.4 и в Таблица 2 са представени скици и размери на обратноосмотични рулонни елементи с външни диаметри от 2,5" и 4".

Фигура 4

Таблица 2

В следващите статии ще акцентираме върху конфигурацията на 8-инчовите спираловидно-навити обратноосмотични елементи, които се използват широко в обратноосмотичните системи, предназначени за промишлено и комунално приложение.