В настоящее время среди потребителей становятся всё более популярными фильтры для воды, работающие по принципу обратного осмоса. С начала 60-х годов процесс обратного осмоса используется для очистки воды. Первоначально с его помощью опресняли морскую воду. На сегодняшний день сотни тысяч тонн питьевой воды в сутки производятся по принципу обратного осмоса. С усовершенствованием технологии стало возможным использование обратноосмотических систем и в домашних условиях. Тысячи таких систем уже функционируют по всему миру. Вода, получаемая обратным осмосом, имеет уникальную степень очистки и близка по своим свойствам к талой воде ледников, считающейся наиболее экологически чистой и полезной для человека.
Осмос
Известно, что в основе обмена веществ всех живых организмов лежит явление осмоса. Именно благодаря этому процессу в каждую живую клетку поступают питательные вещества и выводятся шлаки. Мы наблюдаем явление осмоса при наличии двух соляных растворов с разными концентрациями, разделенных полупроницаемой мембраной. Такая мембрана, пропуская молекулы и ионы определенного размера, непроницаема для веществ с молекулами большего размера. Молекулы воды способны свободно проникать через мембрану – в отличие от молекул растворенных в воде солей. При наличии по обе стороны полупроницаемой мембраны солесодержащих растворов с разной концентрацией, происходит перемещение молекул воды через мембрану из слабо концентрированного раствора в более концентрированный, что повышает в последнем уровень жидкости. Даже если оба раствора находятся под одинаковым внешним давлением, в силу явления осмоса наблюдается процесс проникновения воды через мембрану. Разница в высоте уровней двух растворов разной концентрации пропорциональна силе, под действием которой вода проходит через мембрану. Эта сила называется "осмотическим давлением"
Обратный осмос
При воздействии на раствор с большей концентрацией внешнего давления, превышающего осмотическое, движение молекул воды через полупроницаемую мембрану происходит в обратном направлении, то есть из более концентрированного раствора в менее концентрированный. Такой процесс получил название "обратный осмос". Все мембраны обратного осмоса работают по этому принципу. Вода и растворенные в ней вещества в процессе обратного осмоса разделяются на молекулярном уровне, в итоге с одной стороны мембраны остается идеально чистая вода, а с другой - все загрязнения. Таким образом, обратным осмосом обеспечивается гораздо более высокая степень очистки, чем большинством традиционных методов фильтрации, основанных на механической фильтрации и адсорбции веществ с помощью активированного угля.
Установки обратного осмоса
Процесс обратного осмоса используется в осмотических фильтрах, имеющих специальные мембраны, которые задерживают растворенные в воде минеральные и органические примеси, вирусы и бактерии. Здесь очистка воды производится на молекулярном и ионном уровне, при этом значительно уменьшая общее солесодержание в воде. В Европе и США для очистки муниципальной воды используется много домашних фильтров обратного осмоса с содержанием солей от 500 до 1000 мг/л; обратноосмотические системы высокого давления способны довести до качества нормальной питьевой воды солоноватую и даже морскую воду (36000 мг/л).
Фильтрами на основе обратного осмоса удаляются из воды ионы Са, Mg, Cl, Na, тяжелых металлов, мышьяк, удобрения, инсектициды и многие другие примеси. Таким образом, обратноосмотические мембраны представляют собой «молекулярное сито», которое задерживает практически все примесные элементы, содержащиеся в воде - независимо от их природы. Это предотвращает возможные проблемы потребителей воды, связанных с неполным или неточным анализом исходной воды, особенно из индивидуальных скважин. Мембрана является самым важным элементом обратноосмотических установок. Через поры мембраны пропускается исходная вода, загрязненная различными частицами и примесями. Эти поры настолько малы, что сквозь них загрязнения практически не проходят. Чтобы предотвратить забивание мембранных пор, вдоль мембранной поверхности направляется входной поток, вымывающий загрязнения. Происходит, таким образом, разделение входного потока на два выходных: на пермеат - раствор, проходящий через мембранную поверхность и концентрат - часть исходного потока, не прошедшего через мембрану.
Внимание! Вода, подаваемая на установку обратного осмоса, должна соответствовать определённым требованиям. Использование мембранной установки для фильтрации воды из индивидуальных скважин в большинстве случаев требует предварительного обезжелезивания воды.
Мембранные элементы обратного осмоса
Обратноосмотическая полупроницаемая мембрана представляет собой композитный полимер неравномерной плотности. Этот полимер имеет два неразрывно соединенных между собой слоя. Наружный барьерный слой - очень плотный, с толщиной около 10 миллионных см. Второй слой - менее плотный, пористый; его толщина - пять тысячных см. Осмотической мембраной задерживаются все растворенные соли и неорганические молекулы, а также органические молекулы с молекулярной массой более 100. Свободно проходящие через мембрану молекулы воды создают поток пермеата.
По качеству пермеат сопоставим с обессоленной водой, полученной по традиционной схеме Н-ОН-ионирования, а по отдельным параметрам (содержание железа и кремниевой кислоты, окисляемость и др.) превосходит. Таким образом, обратноосмотическая мембрана является прекрасным фильтром. В чистой воде, полученной в результате фильтрации, содержание растворенных минеральных веществ независимо от их концентрации во входящей воде теоретически должно составлять 0 мг/л. И полупроницаемая мембрана, и минеральные вещества, растворенные в воде, имеют свой собственный электрический заряд. Поэтому 98 – 99% молекул минеральных веществ отталкивается от обратноосмотической мембраны. Молекулы и ионы находятся в непрерывном хаотичном движении. Движущиеся противоположно заряженные ионы, оказываясь на очень близком расстоянии, притягиваются, при этом происходит нейтрализация их электрических зарядов. Образуются незаряженные частицы, способные проходить через обратноосмотическую мембрану.
В чистую воду попадает только малая часть незаряженных частиц. Так как величина пор обратноосмотической мембраны сопоставима с величиной молекул воды, самых маленьких в природе, через нее могут проникать только мельчайшие незаряженные молекулы минеральных веществ. Она не пропускает такие опасные крупные молекулы, как соли тяжелых металлов, например. Важно, что с повышением давления на входе содержание солей в очищенной мембраной воде не увеличивается. Наоборот, увеличение давления воды приводит к росту производительности мембраны, а также к улучшению качества очистки при применении метода обратного осмоса. То есть, выше давление воды на мембране - больше чистой воды лучшего качества можно получить! При очистке воды по принципу обратного осмоса со стороны входа возрастает концентрация солей, что может послужить причиной засорения мембраны и прекращению ее работы. Чтобы этого избежать, принудительный поток воды вдоль мембраны смывает "рассол" в дренаж. Эффективность процесса обратного осмоса зависит от ряда факторов: температуры, давления, уровня рН, материала мембраны и химического состава входной воды. Обратноосмотические мембраны отлично очищают воду от неорганических веществ. Степень очистки, в зависимости от типа применяемой мембраны (тонкопленочная композитная или ацетатцеллюлозная), по большинству неорганических элементов составляет 85%-98%.
Мембраной обратного осмоса производится очистка воды также и от органических веществ. Полностью удаляются органические вещества с молекулярным весом более 100-200; а с меньшим - в незначительных количествах могут проникать через мембрану. Практически исключается вероятность проникновения через мембрану обратного осмоса вирусов и бактерий, так как они имеют большой размер. В то же время, растворенные в воде кислород и другие газы, определяющие вкус воды, мембрана пропускает. В результате, на выходе системы обратного осмоса потребитель получает свежую, вкусную, настолько чистую воду, что она практически не требует кипячения.
Такие мембраны в промышленности изготавливаются из керамических и полимерных материалов. С их помощью, в зависимости от размера пор, осуществляется:
- Обратный осмос
- Микрофильтрация
- Ультрафильтрация
Нанофильтрация (нанометр — одна миллиардная метра, или одна тысячная микрона, то есть 1 нм = 10 ангстрем = 0,001 мкм.). Обратноосмотические мембраны – самые селективные, так как имеют самые мелкие поры. С их помощью задерживаются все вирусы и бактерии, большая часть растворенных солей и органических веществ (в том числе гумусовые соединения и железо, которые придают воде цветность и патогенные вещества). Обратноосмотические мембраны, пропуская лишь молекулы воды, легких минеральных солей и растворенных газов, задерживают 97-99 % всех растворенных веществ. Материалом мембранных фильтров является нитрат целлюлозы, и многолетняя практика доказала его надежность. Мембранный фильтр представляет собой несколько слоев, соединенных вместе и обмотанных вокруг пластиковой трубки. Вода продавливается через полупроницаемый материал мембраны.
Обратноосмотические мембраны широко применяются в тех отраслях промышленности, где требуется вода высокого качества (пищевая промышленность, разлив воды, фармацевтика, производство алкогольных и безалкогольных напитков, электронная промышленность и др.). Двухступенчатый обратный осмос (через обратноосмотические мембраны вода пропускается дважды) позволяет получить деминерализованную и дистиллированную воду. Эти системы - экономически выгодная альтернатива дистилляторам-испарителям, поэтому они используются на многих производствах (электроника, гальваника и т. д.). Мембранные фильтры все чаще используются в быту. Их повсеместное распространение происходит за счет того, что снизились стоимость мембранных аппаратов и рабочее давление, возросла удельная производительность. Чистейшая вода, полученная с помощью систем обратного осмоса, удовлетворяет СанПиН «Питьевая вода» и европейским стандартам качества для питьевого водопользования; соответствует всем требованиям для использования в бытовой технике, сантехнике, системах отопления. Коллоидные частицы и мелкие взвеси, определяемые как мутность, задерживаются микрофильтрационными мембранами с размером пор 0,1-1,0 мкм. Обычно они используются для грубой очистки воды (или для предварительной подготовки воды перед более глубокой очисткой). Обратный осмос в отличие от микрофильтрации характеризуется меньшим размером мембранных пор, и, как следствие, меньшим минимальным размером задерживаемых частиц. Мембраны с более мелкими порами оказывают большее сопротивление потоку, поэтому для процесса фильтрации требуется большее давление.
Ультрафильтрация. Установки ультрафильтрации
УФ-мембрана задерживает микроорганизмы, взвешенные вещества, бактерии, вирусы, водоросли; существенно понижает мутность воды. УФ-мембраны в ряде случаев значительно уменьшают цветность и окисляемость воды. Ультрафильтрация заменяет осаждение, отстаивание, микрофильтрацию. Ультрафильтрационные мембраны имеют поры размером от 0,01 до 0,1 мкм и удаляют крупные органические молекулы с молекулярным весом свыше 10 000, бактерии и вирусы, коллоидные частицы, не задерживая при этом растворенные соли. Эти мембраны находят широкое применение в быту и промышленности, стабильно обеспечивая высокое качество очистки от вышеперечисленных примесей, сохраняя при этом минеральный состав воды. Таким образом, с помощью уьтрафильтрации вода осветляется и обеззараживается практически без применения химреагентов; при этом солевой состав воды сохраняется. Для водоподготовки в промышленности наиболее широко применяются половолоконные мембраны. Их основным элементом является полое волокно диаметром 0,5-1,5 мм, на внутренней поверхности которого нанесена ультрафильтрационная мембрана. Группы полых волокон группируются в модули, чтобы получить большую фильтрующую поверхность (до 47-50 м2).
Как правило, установка ультрафильтрации функционирует в режиме "тупиковой фильтрации" без сброса концентрата. Происходит чередование процесса фильтрации с обратной промывкой мембран от накопившихся загрязнений. При обратной промывке часть очищенной воды (не более 10-20 % от потока исходной воды) подается в обратном направлении. В промывную воду периодически поступает раствор моющих реагентов. Усиленная циркуляционная промывка мембран производится специальными моющими растворами один-два раза в год. Ультрафильтрацией можно получать питьевую воду непосредственно из поверхностного источника. УФ-мембрана служит барьером для вирусов и бактерий, поэтому первичное хлорирование воды не требуется. Осуществление обеззараживания воды производится непосредственно перед подачей ее потребителю.
Возможно использование данной технологии в качестве предподготовки воды перед обратным осмосом, так как ультрафильтрат полностью свободен от коллоидных и взвешенных веществ.
Нанофильтрация. Установки ультрафильтрации
Нанофильтрацией (НФ), занимающей промежуточное положение между обратным осмосом и ультрафильтрацией, производится очистка воды от органических соединений с молекулярной массой выше 300. Нанофильтрационные мембраны, имеющие поры размером от 0,001 до 0,01 мкм, пропускают 15-90 % солей в зависимости от структуры мембраны. Нанофильтрация и обратный осмос очень близки по схеме организации процесса, механизму разделения сред, мембранам, оборудованию и рабочему давлению. Нанофильтрационной мембраной полностью задерживаются микроорганизмы, вирусы и бактерии, частично - органические молекулы, растворенные соли. При этом степень обессоливания ниже, чем при обратном осмосе. Нанофильтрат почти не содержит солей жесткости (снижение в 10-15 раз), т.е. он умягчен. Нанофильтрацией эффективно снижаются цветность и окисляемость воды. В результате этого процесса исходная вода обеззараживается, умягчается и частично обессоливается.
Современные нанофильтрационные фильтры являются альтернативой установкам ионообменного умягчения воды.
Преимущества обратного осмоса
Но наибольшее признание получили обратноосмотические мембранные фильтры очистки воды благодаря уникальному качеству воды, достигаемому после фильтрации. Эти фильтры эффективны для очистки воды от низкомолекулярных гуминовых соединений, придающих воде желтоватый оттенок и ухудшающих ее вкусовые свойства, и которые сложно удалить другими методами. В результате использования мембранных обратноосмотических фильтров получается чистейшая вода, безопасная для здоровья. Такая вода продлевает срок службы бытовой техники, сантехники и системы отопления.
У обратноосмотических фильтров имеется еще ряд других достоинств. Во-первых, за счет того, что загрязнения, не накапливаясь внутри мембраны, постоянно сливаются в дренаж, исключается вероятность их попадания в очищенную воду. Это обеспечивает стабильно высокое качество очищенной воды даже при значительном ухудшении параметров исходной воды. В таком случае может лишь понизиться производительность: встроенные в систему счетчики это покажут. Тогда потребуется промыть мембрану специальными реагентами. Достаточно регулярно (примерно 4 раза в год) такие промывки с одновременным контролем работы установки проводятся специалистами сервисной службы. Следующим преимуществом является отсутствие химических сбросов и реагентов, что поддерживает экологическую безопасность. Достоинством мембранных систем также является их компактность и простота эксплуатации. Мембранные системы очистки воды достаточно дорогостоящи. Но «накопительные» системы тоже недешево обходятся, учитывая то, что при их использовании скорее всего понадобится несколько установок различного действия. А что касается эксплуатационных затрат, то они значительно меньше для мембранных систем.
На сегодняшний день происходит активное развитие технологий обратного осмоса. Постоянно совершенствуются установки. Современные системы – это целые агрегаты с предочисткой воды, которые устанавливаются под мойкой или на линии подачи воды. Благодаря надежности, удобству в эксплуатации, компактности и стабильно высокому качеству получаемой воды, осмотические фильтры все чаще используются в быту. Композитные тонкопленочные мембраны, которыми комплектуется большинство обратноосмотических фильтров, используемых в жилых помещениях, задерживают от 95 до 99% всех растворенных веществ. Достоинством таких мембран является работа при высоких концентрациях растворенных в воде примесей, а также в широком диапазоне рН и температуры. Иногда применение обратного осмоса необходимо, например, для умягчения воды. Как правило, для этого используются фильтры-умягчители, с фильтрующей средой из ионообменных смол, заменяющие в воде ионы магния и кальция, "ответственные" за жесткость, на ионы натрия. Допустимые концентрации натрия в воде намного больше, чем кальция и магния, и соли натрия не образуют накипи. Но в случае очень большой жесткости воды (более 30 мг-экв/л), при этом процессе происходит превышение и по натрию. Накипи не будет, но пить такую воду нельзя. И тогда обратный осмос поможет убрать избыток натрия - произвести "умягчение" воды. Обратноосмотические системы - наиболее прогрессивные системы подготовки питьевой воды на сегодняшний день. На выходе они дают воду, по степени очистки близкую к дистиллированной. Но в отличие от безвкусной дистиллированной воды, она имеет прекрасные вкусовые качества за счет сохранности растворенных в ней газов.
Потребитель современного рынка четко усвоил, что не всегда высокая цена означает отличное качество, а также что не всегда стоит переплачивать за бренд, когда есть более дешевые, но не менее эффективныетехнологии. Однако системы обратного осмоса - это как раз тот случай, когда уровень цен на товарсоответствует качеству производимой им работы. Наша компания предлагает широкий спектр современного водоочистного оборудования, поддерживающего высокие стандарты качества очищенной воды. Наши специалисты подберут для Вас оптимальный вариант системы очистки воды, обеспечат ее установку и дальнейшее обслуживание.
