Переработка концентрата обратного осмоса: повышение выхода воды и возможности извлечения полезных солей

После обратного осмоса часть исходной воды остаётся в концентрате — потоке с повышенным содержанием растворённых солей. Его дополнительная обработка помогает увеличить выход очищенной воды и сократить объём жидкости, требующей утилизации. Однако по мере концентрирования возрастает риск образования солевых отложений.

Один из подходов к решению этой задачи — электродиализный метатезис без добавления хлорида натрия, или SF-EDM. Технология использует электрическое поле и селективные ионообменные мембраны. Они направляют кальций и сульфаты в разные потоки, ограничивая образование малорастворимого сульфата кальция.

Исследования показывают, что такую обработку можно сочетать с обратным осмосом для более полного использования исходной воды. Помимо сокращения объёма концентрата, разделение солей создаёт возможности для последующего извлечения полезных компонентов. Результат зависит от состава воды, предварительной подготовки и режима работы оборудования.

Исследовательницы UTEP в лаборатории технологий опреснения воды

Заполните форму для получения консультации специалиста по водоподготовке

Ваше имя:

E-mail

Сообщение

Я подтверждаю согласие на обработку своих персональных данных.

Поставьте галку

Почему концентрат ограничивает выход воды

В процессе обратного осмоса мембрана разделяет исходную воду на пермеат и концентрат. В пермеате содержание солей снижается, а в концентрате — растёт. Увеличивать выход пермеата можно лишь до определённого предела: накопление солей повышает вероятность их выпадения в осадок и образования отложений на мембранах.

Для рассматриваемых в исследовании систем опреснения солоноватой воды авторы приводят характерный выход воды на стадии обратного осмоса в пределах 70–85%. Это не универсальный предел для всех установок. Допустимое значение определяется составом исходной воды и технологической схемой.

Как работает электродиализный метатезис

При электродиализе растворённые ионы перемещаются под действием электрического поля через ионообменные мембраны. В варианте SF-EDM применяются мембраны, селективные к одновалентным ионам. В результате формируются поток с пониженной солёностью и два концентрированных потока: один обогащён кальцием, другой — сульфатами.

Разделение этих компонентов снижает риск осаждения сульфата кальция внутри системы. Это даёт возможность продолжить обработку концентрата обратного осмоса и увеличить общий выход воды.

В отличие от традиционного электродиализного метатезиса, рассматриваемый процесс не требует подачи дополнительного раствора хлорида натрия. Он использует соль, уже содержащуюся в обрабатываемой воде. Это свойство не исключает необходимость предварительной подготовки и обслуживания мембран.

Что показали лабораторные испытания

В работе, опубликованной в журнале Desalination в 2024 году, исследователи проверили процесс на модельных растворах и реальном концентрате обратного осмоса. В испытаниях удалось снизить солёность обрабатываемого потока на 93%, а общий выход воды в сочетании с обратным осмосом составил 90%.

Эти показатели описывают разные результаты. Снижение солёности характеризует удаление растворённых солей. Общий выход воды показывает, какая доля исходного объёма получена после совместной работы двух процессов.

От лаборатории к пилотной установке

В следующем исследовании, опубликованном в 2025 году, SF-EDM испытали на реальном концентрате установки опреснения солоноватой воды. Авторы сравнили несколько режимов работы и оценили влияние предварительной подготовки.

Выход воды на стадии SF-EDM достигал 90%, а общий выход системы с предшествующей стадией обратного осмоса превысил 98%. Процесс сохранял разделение кальция и сульфатов, ограничивая образование сульфата кальция. Эти значения получены в конкретных условиях пилотных испытаний и требуют проверки при переносе на другую воду и оборудование.

Возможности извлечения полезных компонентов

Раздельные концентрированные потоки удобнее рассматривать как сырьё для дальнейшей переработки. Такой подход создаёт возможности для получения полезных солей и других компонентов вместо их удаления вместе с общим концентратом.

При этом разделение ионов — лишь один этап. Получение товарного продукта требует дополнительных операций, контроля примесей и оценки затрат. Состав воды определяет, какие вещества можно извлечь и будет ли их извлечение экономически оправданным.

Что учитывать при выборе технологии

Для оценки применимости SF-EDM нужны данные о солевом составе концентрата, склонности к образованию отложений, необходимой предварительной подготовке и энергопотреблении. Также следует учитывать качество получаемой воды и способ дальнейшего обращения с оставшимися концентрированными потоками.

Практическая ценность технологии заключается в дополнительной обработке концентрата после обратного осмоса. Опубликованные результаты подтверждают возможность повысить общий выход воды, но расчёт конкретной системы должен опираться на анализ исходного потока и испытания выбранной схемы.