Обратный осмос и нанофильтрация

Производство мембран обратного осмоса

Мировым лидером производства мембранных элементов является корпорация FilmTec — структурное подразделение корпорации DOW Chemical (США). Производство мембранных элементов ведется непосредственно в США.

Мембраны компании сертифицированы во всем мире для очистки воды как для питьевых целей, так и в промышленности.

Мембраны DOW FilmTec диаметром 2,5” — 4”- 8” представлены несколькими сериями для основных типов воды:

• XLE – для пресной;
• BW – для соленой;
• SW – для морской и  с повышенным уровнем солености.

Официальным импортером мембран “DOW FilmTec” в Украине с 1995 года является компания “Экософт”.

А с 1017 года компания начала производство собственных мембранных элементов из американского полотна, что позволило удешевить технологию обратного осмоса.

Требования к воде подаваемой на мембрану обратного осмоса

Мембранное полотно изготовлено из достаточно чувствительного материала, поэтому качество воды которое поступает на очистку должно строго соответствовать допустимым значениям:

• менее 0,56 мг/л взвешенных веществ;
• окисляемость — менее 4 мгО2/л;
• свободного хлора менее 0,1 мг/л;
• температура подаваемой воды — 4 — 30 °С;
• железо — до 0,1 мг/л;
• марганец — до 0,05 мг/л;
• жесткость — до 3 мг-экв/л.

Часть параметров (железо, марганец, силикаты) могут быть выше заявленных норм в случае использования антискалантов (специальных веществ, которые препятствуют отложению осадка на поверхности мембраны).

Остальные параметры достигаются благодаря предварительной очистке, которая может предусматривать механическое фильтрование, умягчение, обезжелезивание или адсорбцию, в зависимости от параметров исходной воды.

Сильные и слабые стороны системы обратного осмоса

Среди достоинств системы очистки воды осмос можно выделить следующее:

• Высокий уровень очистки. Эта характеристика является визитной карточкой системы обратного осмоса. Как показали экспертизы, очищенная вода имеет в своем составе в 10 раз меньше примесей, чем указано в соответствующих нормативах. Блок мембраны собран таким образом, что в очищенную жидкость случайно попасть загрязнения не могут.
• Возможность готовить воду для разных целей. Попавшую в накопительную емкость жидкость разрешается без ограничений применять для питья и готовки еды. Перед использованием ее необязательно кипятить. С медицинской точки зрения такая вода намного полезнее, чем кипяченая вода из городской трубы. Если в доме имеется аквариум, его можно пополнять из накопительной емкости без предварительного отстаивания.
• Простота монтажа. Хотя конструкция системы на порядок сложнее обычных бытовых фильтров, для ее установки не потребуются особые навыки. Как правило, комплектация прибора включает в себя все необходимые для монтажа элементы. Кроме того, каждый из составных узлов можно в любой момент заменить.
• Компактность. Систему нельзя отнести к слишком громоздким. Как правило, она состоит из емкости и нескольких фильтров с мембраной. Для размещения комплекса обычно используют пространство под мойкой. Компактный кран удобно выводится и размещается на поверхности мойки. Современный дизайн позволяет ему хорошо вписаться в любой интерьер кухонного помещения.

К слабым сторонам обратного осмоса также принято относить невысокую скорость фильтрации воды. Жидкость двигается сквозь мембрану очень медленно. В среднем, стандартная мембрана в состоянии очищать 150-300 л/сутки. Также следует учитывать, что 2/3 объема воды вместе с загрязнениями отводится в канализацию, что несколько увеличивает коммунальные платежи. Чтобы избежать дискомфорта во время эксплуатации системы, необходимо правильно подобрать объем накопительной емкости. В таком случае дефицит могут возникнуть только сразу после введения системы в эксплуатацию.

Емкость для концентрации воды

Собирается прошедшая фильтрацию вода внутри специальной емкости объемом 4-12 л: на точный показатель влияет уровень производительности системы. В качестве материала изготовления емкости чаще всего применяют высококачественную сталь. С внешней стороны сосуд отделывается прочной эмалью. Внутри бака имеется два отделения – для воды и воздуха. Посредине камеры разделены друг с другом силиконовой прокладкой. Для регулировки объема воздуха емкость оснащена ниппелем, обратный конец которого выходит наружу бака. Для накачивания обычно используют автомобильный насос.

Благодаря воздушной камере внутри емкость создается определенное давление, позволяющее транспортировать воду на кран с некоторым напором. Для подачи воды к потребителю емкость оснащена надежным шлангом с насадкой. Как правило, для установки обратного осмоса используется отдельный краник, размещаемый на мойке рядом с основным смесителем. Это дает возможность в случае прекращения подачи воды через водопровод использовать тот запас, который имеется внутри накопительной емкости. Чтобы подавать жидкость под стабильным напором, иногда приходится нагнетать воздух через ниппельный вывод.

Комплектация устройства

Самым ценным узлом системы обратного осмоса является мембрана. Этот элемент изготовляется из микропористого материала высокого качества. Его укладывают одним или несколькими слоями вокруг перфорированного стержня из пластмассы. На верхней части мембраны имеется пластиковый защитный кожух, для фиксации которого используются надежные уплотнители.

Работает мембранный модуль таким образом:

1. После подачи воды внутрь корпуса она пропускается сквозь пористый материал. Иногда для усиления напора используют электрический насос.
2. Прошедшие мембрану молекулы чистой воды следуют внутрь накопительной емкости, а утяжеленный загрязнениями концентрат задерживается мембранным барьером.
3. Далее этот раствор выводят за пределы мембранного устройства в канализационную трубу.

Как уже было сказано, непосредственное соприкосновение мембранного фильтра с простой водой с городской трубы чревато самыми печальными последствиями. Все дело в микроскопических размерах ее пор (0,0001 микрон). Мембрана нельзя почистить или помыть, подобно механическим фильтрам: ее можно только заменить. Рекомендуемая частота замены этого недешевого элемента – раз в два-три года.

На точное время замены влияют условия эксплуатации изделия – уровень напора в водопроводе, концентрация и химический состав примесей, температура воды и т.п. Бывает так, что мембрана исправно служит 5 и более лет. Иногда замену приходится производить уже после первого года использования. Для того, чтобы защитить поры мембраны от преждевременного засора, в систему вводят предварительные фильтры для воды с обратным осмосом.

Стандартно речь идет о двух механических и одном угольном устройстве:

• Роль первого механического фильтра сводится к задержанию примесей, неспособных растворятся в воде. Как правило, размер этих частиц – больше 0,5 микрон. К таковым обычно относится песок, кусочки коррозии, накипь и т.п.
• После этого вода протекает сквозь угольный модуль, отбирающий химические загрязнения – молекулы хлора, тяжелые металлы, поступившие из грунта удобрения, растворенное железо и различную органику.
• Далее располагается один механический фильтр, способный улавливать более мелкие частицы. Он является конечным звеном в модуле предварительной очистки.

Теория

Под осмосом понимается технологическая операция, сутью которой является склонность воды выравнивать степень концентрации добавок в растворах, разделенных мембраной. Эти перегородки оснащаются настолько микроскопическими отверстиями, что просочится через них в состоянии только молекулы воды.

При увеличении процентного содержания примесей в любом отделении такого сосуда начнется процесс перетекания в него воды, до полного выравнивания плотности жидкости в обоих отделениях. Обратный осмос приводит к противоположному эффекту: здесь мембрана не выравнивает плотность воды, а разделяется ее на две порции – чистую и грязную. По этой причине процесс и получил приставку «обратный».

Дополнительный блок

Фильтры для очистки воды осмос доводят жидкость до состояния, близкого к дистиллированной воде. Поры мембраны не задерживают молекулы растворенного кислорода, что делает очищенную воду очень качественной. Чтобы повысить вкусовые качества жидкости, применяют дополнительный минерализатор и другие блоки. Однако воду можно использовать и сразу после выхода из мембраны: она даже не нуждается в предварительном кипячении.

Что касается дополнительного блока, то в его состав обычно входит минерализатор и биокерамический картридж. Прошедшая сквозь них вода обогащается кальцием, натрием, магнием и т.п. Данные элементы очень положительно влияют на нервную и сердечно-сосудистую систему человека, что позволяет избежать множества опасных болезней. В результате насыщенная минералами вода становится не просто питьевой, но также целебной.

Действие биокерамического картриджа несколько отличается. Внутри него имеются гранулы, для изготовления которых используется запеченная глина и фрагменты турмалина. Эти материалы оказывают на воду очень благотворное воздействие, корректируя ее структуру. Употребляя такую воду, можно значительно укрепить эндокринную и иммунную систему.

Установку фильтра обратного осмоса можно разбить на несколько стадий

1. Фильтр присоединяется к крану. Большинство систем ОО поставляются с дивертором, с помощью которого ее можно будет прикрепить к любой раковине в любом доме. Для начала работы с фильтром, включают холодную воду и переключают небольшой рычажок на диверторе. Таким образом, вода начнет поступать в систему. Для прекращения работы просто выключают подачу воды. Есть несколько вариантов присоединения подачи водопроводной воды в фильтр. Например, можно использовать шланговый фитинг или седловидный клапан;

2. Помещают шланг для отвода воды на слив в раковине. Так все примеси будут уходить в канализацию. Подачу сточной воды можно организовать с помощью седловидного клапана в дренажной линии;

3. Помещают шланг для выхода воды в бочку или контейнер хранилище. При использовании клапана для автоматического отключения, устанавливается поплавок. Стоит отметить, что клапан для автоматического выключения обычно не входит в стандартный комплект поставки фильтров обратного осмоса, однако их можно приобрести как дополнительное оборудование.Схема подключения фильтра обратного осмоса. На иллюстрации принцип работы клапана автоматического отключения. По красному шлангу осуществляется подача воды системе обратного осмоса (4), через черный происходит отток воды с высоким содержанием солей, через синий вода, очищенная в результате обратного осмоса, поступает в хранилище. Поплавок (3) перекрывает поступление воды в резервуар, нарастает гидростатическое давление в клапане автоматического отключения (4), который перекрывает ток воды от фильтров предварительной очистки. Клапан (2) обеспечивает ток воды в одном направлении.

После присоединения всех шлангов включают подачу холодной воды. Теперь система находится в рабочем состоянии. Эффективность зависит от температуры и давления потока. В системах обратного осмоса следует использовать только холодную воду.

Фильтры обратного осмоса характеризуются выходом галлонов в день (24 часовой период). Во время работы вода не выливается активно, а образует медленный и стабильный поток капель. Давление, как правило, не является проблемой в городских условиях, но в некоторых случаях приходится устанавливать простое устройство для его повышения.

Что представляет собой мембрана

Мембраны обратного осмоса бывают трех типов: рулонные, половолоконные и плоские.

“Рулонная” мембрана состоит из корпуса и собственно фильтрующего элемента.

Внутри рулона находится перфорированная трубка, которая служит для создания прочности элемента, сбора очищенной воды и базой для намотки мембраны в процессе производства. На нее намотан толстый слой полупроницаемого полиамидного мембранного полотна.

В процессе фильтрования, вода попадает в толщину полотна и собирается в трубке.

Благодаря такой конструкции эти мембраны имеют самую высокую производительность, минимальную материаллоемкость и занимают меньше всего места. Поэтому рулонные мембраны являются наиболее распространенным в мире и занимают 95% промышленного рынка.

5% занимают аппараты с плоскими мембранными элементами и аппараты для подготовки воды на базе полых волокон.

Сравнение фильтрационных технологий

Если сравнить обратный осмос с другими мембранными процессами, то можно говорить о том, что он является самой эффективной технологией очистки воды.

Почему же?

На рисунке ниже показано сравнение обратного осмоса с другими методами фильтрации.

Для начала рассмотрим остальные методы разделения сред, или фильтрации.

Обычная фильтрация — предусматривает удаление крупных частиц загрязнений (условно тех, что мы можем ощущать и видеть невооруженным взглядом) — песок, ржавчина, ил.

Размер этих частиц от 1000 мкм (1 мм) до 1 мкм. 

Процессы выделения таких частиц из жидкой фазы проходят на засыпных, картриджных, дисковых, мешковых, промывных и других типах фильтров. Такие процессы обычно используются в ходе предварительной очистки воды.

Преимуществом простой механической фильтрации является то, что она может происходить при низком давлении, например, фильтрование на засыпных фильтрах зачастую проходит без нагнетания давления, а картриджные фильтры в быту функционируют при давлении создаваемым трубопроводом.

Микрофильтрация — представляет собой процесс удаления из воды частиц размером от 1 до 0,1 мкм.  Они включают в себя бактерии, большие молекулы красителей, пестициды, желатин, латексную эмульсию.

Процессы микрофильтрации не имеют широкого распространения в технологии подготовки питьевой воды, но широко применяются для очистки сточных вод и технической воды для промышленных процессов.

Ультрафильтрация позволяет удалять маленькие частицы размером от 0,005 до 0,1 микрон (вирусы, частицы некоторых белков, частицы медицинских препаратов и тд.). Процессы широко используются для подготовки питьевой воды в странах Европы. Ультрафильтрацию можно считать лучшим методом для подготовки относительно чистой питьевой воды. Также эти процессы широко используются в фармацевтической и пищевой промышленности.

Использование ультрафильтрации в быту ограничено из-за того что в этом процессе не происходит удаление примесей ионного размера (соли жесткости, тяжелые металлы, нитраты), а они составляют немалую опасность для человека, а также высокое приложенное давление.

Обратный осмос способен удалять частицы размером менее 0,001 микрон, что обеспечивает удаление даже загрязнений ионного размера (ионы жесткости, тяжелых металлов, нитраты, сульфаты и др.).

Технологии обратного осмоса часто используются в подготовке питьевой воды, в процессах подготовки дистиллята для паровых котлов, в пищевой промышленности.

Теперь рассмотрим типы установок обратного осмоса и их применение начиная от бытовых устройств заканчивая большими промышленными процессами.

Рекомендации по выбору

Выбирая фильтрационный комплекс для дома, необходимо взять во внимание следующие моменты:

Комплектация систем очистки воды обратный осмос изготовляется по определенному стандарту, что дает возможность без проблем найти замену износившемуся узлу. Однако этот принцип соблюдают не всего производители оборудования. Этот момент необходимо держать во внимании, отдавая предпочтение комплексам со стандартными параметрами. Среди них много приборов отечественного производства достаточно хорошего качества. Стоимость российских систем, как правило, ниже зарубежных аналогов.
Приобретать фильтр выгоднее всего напрямую у производителя, верифицированного дилера или в фирменном магазине. Показателем хорошо качества системы обратного осмоса является наличие технической документации, официальной гарантии, внятной инструкцию по монтажу и использованию. При покупке нужно обязательно требовать сертификат качества. Также лучше знать, как поменять фильтр для воды самостоятельно, чтобы не переплачивать за эту услугу.
При выборе объема накопительной емкости необходимо рассчитать среднемесячную норму потребления воды в квартире. Для экономии ресурса осмосного фильтра совсем необязательно пропускать через него всю кухонную воду. Порцию, предназначенную для помывки посуды, рук и бытовых приборов можно отбирать напрямую из водопровода. Согласно нормам, один человек потребляет в сутки примерно 3 л воды. Умножив этот показатель на количество членов семьи, получают суточную норму для всей квартиры.
Большое значение имеют размеры внутреннего пространства мойки. Бак значительных габаритов имеет смысл заказывать для большой семьи с просторной кухней и габаритной мебелью. Наибольшей популярностью пользуются емкости вместительностью 8-10 л. Эти модели достаточно компактны, и помещаются внутри стандартной мойки.
Большое значение имеет уровень рабочее давление внутри водопровода. Технология обратного осмоса рассчитана на показатель в 2,8 бар. Если замеры показали, что напор воды меньше, то следует приобретать специальный комплекс с внутренним насосом. Он будет обеспечивать нужный напор для прохождения жидкости через мембранный фильтр. Водопроводы, обладающие слишком высоким рабочим давлением, оснащаются редуктором понижения давления. Если этого не сделать, мембрана быстро выйдет из строя.
Учитывая особенную роль, которую играет мембрана в комплексе обратного осмоса, ее перед покупкой необходимо внимательно проверить

Важно, чтобы для изготовления этого элемента использовались качественные материалы. В магазине необходимо требовать для мембраны отдельный сертификат качества

Что касается ее производительности, то для средней семьи достаточно скорости фильтрации 7 л/ час. Если в доме живет более 4 членов семьи, необходимо покупать более производительную мембрану или обзаводится емкостью большого объема.
Следует учесть тот факт, что по мере повышения производительности мембраны увеличивается также и ее стоимость. Поэтому брать домой слишком мощные приборы не практично. К примеру, система производительностью 15 л/час в состоянии восполнить нужды в чистой воде небольшой столовой или кафе.

Важным моментом при покупке является проверка комплектации системы. Полный набор стандартно включает в себя пять основных ступеней очистки: три предварительных фильтра, мембрану и дополнительный модуль. Материал изготовления и функция последней ступени в разных моделях может отличаться. Кроме упомянутых ранее минерализатора и биокерамического картриджа, большой популярностью пользуются блоки с наполнением из скорлупы кокосового ореха, активированного угля и ионов серебра. Материалы этого типа обладают антисептическим действием и повышают вкусовые качества воды.