Что такое коэффициент извлечения системы обратного осмоса и на что влияет его значение
Коэффициент извлечения (выход фильтрата) системы обратного осмоса — это доля исходной воды, преобразуемая установкой обратного осмоса в очищенную воду, выраженная в процентах. Чем выше коэффициент извлечения, тем больше производительность системы по фильтрату и тем полнее используется исходная вода. Значение коэффициента извлечения зависит от качества исходной воды, условий эксплуатации, числа мембранных элементов и схемы их компоновки.
Расчёт коэффициента извлечения системы обратного осмоса
Коэффициент извлечения одиночного мембранного элемента обычно лежит в диапазоне 12–18 %. Для первой ступени системы обратного осмоса он рассчитывается как R1 = производительность по фильтрату 1-й ступени ÷ расход воды на входе 1-й ступени × 100 %; для второй ступени — R2 = производительность по фильтрату 2-й ступени ÷ расход воды на входе 2-й ступени × 100 %. При этом коэффициент извлечения всей системы не равен сумме коэффициентов извлечения отдельных ступеней, поскольку концентрат второй ступени не сбрасывается, а возвращается на вход первой ступени. Поэтому коэффициент извлечения системы обратного осмоса в целом рассчитывается по формуле:
- R — коэффициент извлечения системы обратного осмоса
- Q p — производительность системы обратного осмоса по фильтрату
- Q f — расход исходной воды на входе системы обратного осмоса
Например, если расход исходной воды (Q f) составляет 100 gpm (галлонов в минуту), а производительность по фильтрату (Q p) — 65 gpm, то коэффициент извлечения системы обратного осмоса (R) равен 65 ÷ 100 × 100 % = 65 %.
Основные факторы, влияющие на коэффициент извлечения системы обратного осмоса
Химический состав воды
Например, чем выше концентрация ионов кальция и магния в воде, тем легче на поверхности мембраны образуются отложения солей, что приводит к закупорке мембранного элемента и снижению коэффициента извлечения.
Выбор и компоновка мембранных элементов
Площадь поверхности, материал, толщина мембраны и другие параметры мембранных элементов незначительно различаются у разных производителей и в разных отраслях. Площадь поверхности мембраны определяет производительность мембранной системы по воде, что и обусловливает различия в коэффициенте извлечения одиночных мембран разных типов, но в любом случае это значение, как правило, не превышает 18 %. Коэффициент извлечения обратноосмотической мембранной системы также зависит от числа последовательно соединённых мембранных элементов, схемы их компоновки и других факторов. При последовательном соединении концентрат с предыдущей мембраны поступает на вход следующей и повторно проходит через обратноосмотическую мембрану, что позволяет повысить коэффициент извлечения системы. Однако если соединить все мембраны последовательно ради повышения коэффициента извлечения, давление на мембранах первой ступени окажется чрезмерно высоким, поэтому несколько мембран необходимо соединять параллельно, чтобы снизить давление потока на первой ступени. Таким образом, при практическом проектировании схема компоновки обратноосмотических мембран существенно влияет на коэффициент извлечения системы.
Приведём пример влияния числа последовательно соединённых мембранных элементов на коэффициент извлечения. Примем коэффициент извлечения одиночной мембраны равным 15 %, а расход исходной воды — 1 gpm. Q f — расход исходной воды (gpm); Q P — производительность по фильтрату (gpm); Q C — расход концентрата (gpm); Q TP — суммарная производительность по фильтрату / производительность системы по воде (gpm).
- Коэффициент извлечения одиночной мембраны: (1 × 15 %) / 1 × 100 % = 15 %.
- Коэффициент извлечения двух последовательно соединённых мембран: (0,85 × 15 % + 1 × 15 %) / 1 × 100 % = 27,75 %.
- Коэффициент извлечения трёх последовательно соединённых мембран: (0,85² × 15 % + 1 × 27,75 %) / 1 × 100 % = 38,59 %.
- Коэффициент извлечения четырёх последовательно соединённых мембран: (0,85³ × 15 % + 1 × 38,59 %) / 1 × 100 % = 47,8 %.
- Коэффициент извлечения пяти последовательно соединённых мембран: (0,85⁴ × 15 % + 1 × 47,8 %) / 1 × 100 % = 55,63 %.
- Коэффициент извлечения шести последовательно соединённых мембран: (0,85⁵ × 15 % + 1 × 55,63 %) / 1 × 100 % = 62,29 %.
- Коэффициент извлечения десяти последовательно соединённых мембран: (0,85⁹ × 15 % + 1 × 76,84 %) / 1 × 100 % = 80,31 %.
- Коэффициент извлечения двенадцати последовательно соединённых мембран: (0,85¹¹ × 15 % + 1 × 83,27 %) / 1 × 100 % = 85,78 %.
При n последовательно соединённых мембранах коэффициент извлечения системы составляет:
R = (0,85ⁿ⁻¹ × 15 % + 0,85ⁿ⁻² × 15 % + … + 0,85 × 15 % + 15 %) / 1 × 100 %.
Однако этот расчёт является идеализированным; на практике результат окажется существенно ниже. Как правило, крупное оборудование водоподготовки должно обеспечивать коэффициент извлечения не менее 60–80 %, поэтому необходимо соединять последовательно как минимум 6 мембранных элементов.
Условия эксплуатации
Будучи высокоэффективной технологией разделения, обратный осмос чувствителен к изменению условий работы, которые могут заметно сказываться на характеристиках обратноосмотических мембран. В общем случае повышение температуры увеличивает производительность по воде, а повышение рабочего давления системы — коэффициент извлечения. Однако как высокая температура, так и высокое рабочее давление вызывают повреждение обратноосмотических мембран.
Рециркуляция концентрата
Рециркуляция концентрата заключается в возврате части концентрата, образующегося в системе обратного осмоса, к насосу высокого давления, где он смешивается с исходной водой и вновь подаётся на обратноосмотическую мембрану. Поэтому наличие рециркуляции концентрата существенно влияет на коэффициент извлечения системы.
Как повысить коэффициент извлечения?
Компактные установки обратного осмоса, как правило, имеют невысокий коэффициент извлечения из-за малого числа мембранных элементов. Для его повышения часто применяют частичную рециркуляцию концентрата: часть концентрата возвращается на вход системы для повторного обессоливания и извлечения воды. Крупные промышленные установки обратного осмоса благодаря большому числу мембранных элементов позволяют повысить коэффициент извлечения за счёт рациональной компоновки мембранных элементов и многоступенчатых схем.
Хотя более высокий коэффициент извлечения обычно закладывают в проект, чтобы избежать непроизводительных потерь воды, чрезмерно высокое значение не всегда оправданно: оно может приводить к ухудшению качества очищенной воды (снижению степени обессоливания).
Добавление перед системой обратного осмоса ступеней предварительной очистки — фильтров с активированным углём, механических (песчаных) фильтров и установок умягчения — снижает загрязнение обратноосмотической мембраны и одновременно повышает общий коэффициент извлечения.
Готовое решение — установки АКВАПЛЕКС
Промышленные установки обратного осмоса АКВАПЛЕКС серии 8040 (1–10 м³/ч) поставляются в сборе с предподготовкой, насосом высокого давления и приборами контроля — спроектированы под параметры вашей воды.
