Обратный осмос: разбираемся детально

Обратный осмос является наиболее популярной системой для очистки и опреснения воды. Используется такая система не только в бытовых условиях, но и на промышленных предприятиях, в медицине, в местах с дефицитом пресной воды и других сферах. Технология получила широкое распространение потому, что позволяет получить воду высокого качества очистки.

Природный и обратный осмос

Для понимания целей и процессов обратного осмоса рассмотрим явление прямого осмоса.

Осмосом называют одно из важнейших природных явлений. Его примером служит поглощение воды корнями растений из почвы. Суспензия с меньшей концентрацией имеет природную тенденцию мигрировать в раствор с большей концентрацией, проходя через полупронецаемую мембрану под давлением.

При обратном осмосе мы наблюдаем противоположный описанному выше явлению процесс, когда жидкость освобождается от растворенных в ней частиц. Осмос происходит естественным путем без применения энергии. Для осуществления обратного процесса к более сложному физиологическому раствору необходимо приложить давление. При этом мембрана играет роль своеобразной двери, пропускающей только вещества, габариты которых меньше либо равны диаметру молекул воды (кислород, хлор и некоторые другие примеси свободно проникают через нее).

Этот эффект был обнаружен еще Древней Греции, где на примитивном уровне его использовали для опреснения жидкости. Однако в широком применении обратный осмос появился  только после появления синтетических мембран (ячеистых ацетатов) в 1970-х. А с усовершенствованием технологий начал широко использоваться для домашней очистки.

Вода после обратного осмоса считается экологически чистой, по своим характеристикам она напоминает талую воду из древних ледников.

Что такое обратный осмос?

Принцип работы системы обратного осмоса заключается в том, что жидкость с помощью давления пропускают через полупроницаемую мембрану. Сначала жидкость попадает в фильтр с более концентрированным растворителем, а каждая последующая очистительная емкость содержит меньший концентрат раствора.

Технология фильтра предусматривает его работу в противоположном для осмоса направлении, поэтому возникло такое название. Устройство системы пропускает через мембрану очищенную жидкость, но задерживает растворенные вещества.

Применение

Обратный осмос относится к наиболее перспективным и широко применяемым методам очистки и подготовки воды. Установка обратного осмоса способна удалять из воды частицы с размерами 0,001-0,0001 мкм. В этот диапазон попадают соли жёсткости, сульфаты, нитраты, ионы натрия, малые молекулы, красители. Для более эффективной работы рекомендуется применение предварительных ступеней очистки (механическая очистка и микро-, ультра- или нанофильтрация), удаляющих более крупные частицы.

Опреснение морской воды

Схема установки опреснения на основе обратного осмоса.

1: Приток морской воды,

2: Поток пресной воды (40 %),

3: Поток солёного концентрата (60 %),

4: Поток морской воды (60 %),

5: Концентрат (слив),

A: Насос высокого давления,

B: Циркуляционный насос,

C: Осмотический модуль с мембраной,

D: Устройство обмена давлением (англ.)

Для получения пресной воды из морской требуется давление, превышающее создаваемое морской водой осмотическое давление. Эта величина достаточно высока — существующие установки развивают давление в 10—12 атм.

В системах очистки воды обычно используются синтетические полупроницаемые мембраны. Мембрана задерживает высокомолекулярные загрязнители, но пропускает низкомолекулярные вещества, например такие газы, как кислород, хлор, углекислый газ и пр. Некоторые газы могут определять вкус воды. Очищенная вода может иметь слабокислую реакцию (pH < 7) из-за наличия растворённого углекислого газа.

Свойство практически полностью очищать воду от всех примесей лишает её важных микроэлементов (если они в ней были до опреснения). Поэтому добавление необходимых солей в опреснённую воду — следующий шаг в производстве качественной питьевой воды. Вода же для технических нужд, например для полива и мойки, может быть сразу получена на более простых и дешевых мембранах удалением лишь 95 % солей.

В отличие от перегонки, в процессе обратного осмоса вода практически не нагревается, энергия тратится только на работу насоса, который не только перекачивает воду (малая доля энергозатрат), но и преодолевает высокое осмотическое давление (основные энергозатраты).

Очистка сточных вод

Технология очистки сточных вод с применением обратного осмоса принципиально изменилась — на последней стадии просто «отжимают» чистую воду от солей. Лидером технологий на 2012 год является Сингапур, там запущена система NEWater (англ.). Сточные воды города после очистки возвращаются в оборот как питьевая вода, которая получила более высокую оценку от ВОЗ и USEPA, чем другие источники воды в Сингапуре.

Практически все современные морские суда, нуждающиеся в больших объёмах пресной воды, которые нерационально и просто невозможно брать на борт, имеют опреснительные установки. Например, круизные лайнеры имеют на борту тысячи пассажиров, несколько бассейнов и производят огромное количество сточных вод. Установки на основе обратного осмоса на борту и опресняют воду, и очищают стоки. Например, на Allure of the Seas и Oasis of the Seas сточные воды и вовсе направляются на вторичное использование.

Конструкция фильтра обратного осмоса

Бытовая система очистки воды обратным осмосом — это несколько картриджей с фильтрами и мембраной, а также бак для очищенной воды, обычно на 8–12 литров. Весь комплект легко устанавливается под любой раковиной, хотя его размеры не столь малы. На входе системы, перед мембраной, располагаются один-два предварительных фильтра, которые задерживают растворенный в воде остаточный хлор, частицы песка и ржавчины. Затем вода подается на мембрану. Очищенная часть воды поступает в накопительный бак. 75–80% воды, с высокой концентрацией примесей, сливается в канализацию, чтобы не засорять мембрану. Вода из накопительного бака проходит через один–два финишных фильтра, и далее ее можно использовать.

Пищевая промышленность

Обратный осмос — более экономичный процесс для повышения концентраций пищевых жидкостей, например фруктовых соков, чем термические процессы. Преимущество заключаются в низкой стоимости эксплуатации и возможности избежать термической обработки, что делает процесс пригодным для термочувствительных веществ, таких как белки и ферменты, в большинстве пищевых продуктов.

Обратный осмос широко используется в молочной промышленности для производства порошков сывороточного белка и для концентрации молока — уменьшаются транспортные расходы.

Эффективность осмотической фильтрации

Естественно, система обратного осмоса не может работать одинаково хорошо в любых условиях. Качество фильтрации зависит от:

• Давления;
• Температурного режима;
• Кислотности среды;
• Материала мембраны;
• Химического состава фильтруемой воды.

Размер ячеек мембраны таков, что через нее свободно проходят молекулы воды и то, что имеет еще меньший диаметр. Более крупные элементы задерживаются. А чтобы они не скапливались у фильтрующей поверхности, замедляя процесс очистки, в фильтре предусматривается дополнительный небольшой поток воды, смывающий их в дренаж.

Но к крупногабаритным загрязнениям  такие мембраны очень чувствительны. Поэтому с целью их защиты от быстрого изнашивания необходим фильтр или целая система фильтров предварительной очистки, отделяющих элементы вроде ржавчины, песка, кусочков органики и т.д., адсорбирующих некоторые примеси вроде хлора. Иначе в лучшем случае качество фильтрации ухудшится, ее скорость замедлится,  в худшем – фильтр вовсе выйдет из строя.

Медицина

Главной особенностью фильтров, в которых используется технология обратного осмоса, является практически полная стерилизация воды. Через фильтр проходит молекула воды (размер 0,3 нм), но не проходит большая часть химических примесей и включений биологического происхождения, в частности микроорганизмов и вирусов (размеры от 20 до 500 нм). Например, фильтр может задержать бактерии холеры или вирусы гепатита.

По мнению специалистов ВОЗ, потенциальные последствия микробного заражения питьевой воды для здоровья таковы, что борьба с ним должна всегда иметь первостепенное значение и никогда не должна ставиться под угрозу.

Влияние на здоровье человека воды, подготовленной с использованием технологии обратного осмоса

Достоинства и недостатки результата подготовки питьевой воды при помощи технологии обратного осмоса определяются особенностями технологии и целями фильтрации, которые зависят в первую очередь от изначального качества воды.

Свойство практически полностью очищать воду от всех примесей трактуется и как достоинство, и как недостаток. Единого мнения на этот счет нет. Сторонники первого подхода считают, что вода выполняет в организме только функцию растворителя, поэтому должна быть максимально чистой. Другие же полагают, что в воде в обязательном порядке должны быть микроэлементы.

Обратный осмос или проточный фильтр?

Выбор системы очистки воды зависит от разных условий. Прежде всего важно определить качество жидкости в водопроводе. Если ее предстоит фильтровать только от механических примесей, тогда достаточно установить проточный фильтр. Если же в воде содержится большое количество вредных примесей, то обратный осмос справится с такой задачей гораздо лучше. Заказать анализ можно в любой крупной компании, производящей очистительное оборудование.

Если давление в системе осмоса 3 ат и ниже, необходимо устройство для увеличения давления. Проточному фильтру такое оборудование не нужно. Главным отличием осмоса от проточной системы является степень очистки. Цена на первое изделие гораздо выше, чем на второе. Но качество очистки сильно отличается в пользу осмоса.

Техническая реализация

Бытовая система обратного осмоса

Промышленная установка обратноосмотического опреснения включает обычно следующее оборудование: фильтр тонкой очистки воды, система реагентной подготовки, насос высокого давления, блок фильтрующих модулей, датчики и приборы управления.

Основной элемент установки обратного осмоса — полупроницаемая обратноосмотическая мембрана, помещённая в корпус. В неё поступает исходная вода, а отводится два потока — очищенная и обессоленная, которая называется пермеатом, и вода с концентрированными примесями, называемая концентратом, которая сливается. Продавливание воды через мембрану ведётся при высоком давлении, которое создает насос, обычно центробежный многоступенчатый или роторный. Для замедления образования нежелательных отложений на мембранах применяется дозирование ингибитора осадкообразования. Для снятия осадков с поверхности мембран используется система химпромывки. Для контроля качества очистки и pH — проточные измерители солесодержания и рН-метры. Для контроля расхода пермеата и концентрата — проточные расходомеры. Управление системой обратного осмоса можно осуществлять в полуавтоматическом и автоматическом режиме. Проверить качество работы обратноосмотической мембраны можно TDS-метром.

Примером бытовой очистки воды мембраной обратного осмоса может служить фильтр, имеющий 3 картриджа — грубой (механической) очистки, мембрану обратного осмоса, фильтр угольный. Такие фильтры получили широкое применение в Америке, Европе и Азии. Интересны также последние модели компактных фильтров обратного осмоса, имеющих ряд нововведений, а именно, автоматический клапан отключения воды при обнаружении утечек, насос, сменные фильтры с быстроразъёмными фитингами.

Стоимость системы очистки воды методом обратного осмоса

В среднем обратноосмотический фильтр можно приобрести за 7000–10 000 рублей. Если им пользуется семья из четырех человек, картриджи придется менять дважды в год. Их замена обойдется примерно в 25% стоимости фильтра. Допустим, вы купили фильтр за 10 000 рублей и потратили 5 000 рублей на смену картриджей. Итого 15 000 рублей в год. Четыре человека в год потребляют 2920 литров питьевой воды (2 литра х 365 дней х 4 человека). Стоимость одного литра питьевой воды высокой очистки будет составлять копеек. Бутилированная вода стоит от 15 рублей за литр и выше. Минимальная разница составляет практически 10 рублей. Это сэкономленные 29 200 рублей в год и отсутствие необходимости в походах за водой в магазин.

Миф № 1. Вследствие подобной очистки вода лишается всех минералов, становится «мертвой»

На самом теле она превращается в слабо минерализованную (10–15 мг/л). В то время как у эталонной талой воды из ледников этот же показатель равен 2–5 мг/л. При этом в процессе очистки удаляются тяжелые металлы, радионуклиды, примеси ила, песка, болезнетворные бактерии, фенолы и пестициды. Те, кто беспокоится по этому поводу, могут дополнительно установить минерализатор. Иногда это устройство продается в комплекте с фильтром.

Как продлить эксплуатационный срок системы?

Чтобы продлить срок службы системы обратного осмоса, следует производить его обслуживание. Прежде всего необходимо вовремя менять модули предварительной очистки (каждые 3-6 месяцев). Каждый картридж рассчитан на какой-то ресурс, а использованный объем жидкости можно отследить по показаниям счетчика.

Мембрана может прослужить 1-5 лет. На это влияет качество воды, ее количество и температура. Теплая жидкость скорее выведет из строя модуль. При слабом давлении усилия для продавливания жидкости через мембрану не хватает, и многое утилизируется в канализацию, а ресурс самой мембраны уменьшается. Поэтому важно снабжать осмос насосом, если это необходимо. Кроме того, модули предварительной очистки быстро загрязняются.

Чтобы вовремя осуществить ремонт или замену картриджей осмоса, нужно уметь распознать сбои:

• постоянное журчание указывает на то, что жидкость беспрерывно спускается в канализацию;
• модули предварительной очистки приходят в негодность менее чем за 2 месяца;
• отсутствие воды из крана при полной заполненности бака;
• появление накипи на чайнике и соленого привкуса в воде;
• не работает насос во время подачи жидкости;
• включение помпы, когда не происходит процесс фильтрации.

Если модули осмоса работают неправильно, это может привести к формированию негативного мнения у потребителей. Поэтому так важно понимать принцип работы, чтобы вовремя заметить неправильное функционирование системы.

Миф № 2. Вода, прошедшая обратноосмотическую очистку, вымывает из организма необходимые ему минеральные вещества

Подобное утверждение не подтверждено ни одним исследованием. Наоборот, дочищенная вода работает как магнит, который собирает по вашему организму отработанные, отторгнутые вещества и несет их к легким и почкам для скорейшего выведения.

Как выбрать фильтр обратного осмоса для воды?

Для начала следует определить, какая степень очистки вам требуется. Ступеней (модулей) очистки может быть до семи. В самой простой системе будут стоять три предварительных фильтра, мембрана и угольный фильтр окончательной очистки. Можно приобрести 6-ступенчатую систему, в которой перед финишным угольным фильтром стоит минерализатор. В самой сложной конструкции помимо минерализатора есть биокерамический активатор для восстановления естественного состава воды. 5-ступенчатая система обеспечивает полную очистку, остальные возмещают воде качества, которые она утрачивает при прохождении через мембрану.

Обращайте внимание на размеры накопительного бака, он должен умещаться под раковиной. Большим гостеприимным семьям, в которых любят готовить, потребуется фильтр с производительностью не менее 5 л/час.

Миф № 3. От такой воды раскрошатся зубы

Это утверждение пошло из рекламной компании одной из компаний-производителей фильтров. Они утверждают, что длительное употребление воды, лишенной фтора, пагубно повлияет на состояние зубов. Как показали практические исследования, у потребителей дочищенной воды подобных проблем не наблюдается.

Системы обратного осмоса для очистки воды в частном доме

Обустройство системы обратного осмоса в частном доме – дорогое удовольствие. Она состоит из:

• Фильтров предварительной очистки воды.
• Фильтра с обратноосмотической мембраной, колбами.
• Накопительной емкости минимум на три кубометра.

Очистка воды на потоке не производится, поэтому емкость нужна, причем довольно большая. Одновременно подавать и очищать воду нельзя из-за высокого мембранного сопротивления.

Фильтры обратного осмоса в частных домах устанавливают редко, именно потому, что это очень дорого. Чаще всего систему используют для подготовки питьевой воды, а для бытовых нужд берут неочищенную воду из скважины либо фильтруют ее другими способами.

Миф № 4. Доочищенная вода становится безвкусной

Этот миф активно распространяется и сбивает с толку многих потребителей. С одной стороны, это действительно так, ведь мы привыкли пить хлорированную воду с высоким содержанием тяжелых металлов. Металлический привкус на языке нам привычен и даже приятен. Но кристально чистая вода не должна его иметь.

При ежедневном использовании воды, очищенной системой обратного осмоса, по-новому раскроется вкус кулинарных шедевров, вы узнаете, какими на самом деле являются любимый кофе или чай, если не ощущать при их питье привкус хлора и железа. Оздоровится организм, начнут вымываться камни и песок из почек.

Вода после обратного осмоса: пить нельзя вылить

Обратный осмос – отличный выбор для тех людей, которые хотят употреблять в пищу идеально чистую воду. Стоят устройства дорого, но при условии выбора качественных систем вложения всегда окупаются. Однозначного мнения о качестве полученной путем обратного осмоса воды нет – одни исследователи говорят, что она живая, другие, что мертвая, третьи, что идеально очищенная, а четвертые, что такая жидкость содержит опасные для здоровья соединения. И все-таки, вода, полученная в результате данного способа очистки, является максимально качественной и пригодна для питья.

Поделитесь в соц.сетях:

Оцените статью: (Пока оценок нет) Загрузка...