<< фильтры для воды >><< статьи: фильтры для воды >><< системы обратного осмоса                         

        Статья: Обратный осмос

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Обратный осмос — прохождение воды или других растворителей через мембрану из более концентрированного в менее концентрированный раствор в результате воздействия давления, превышающего разницу осмотических давлений обоих растворов. Обратный осмос используется в различных технологиях очистки воды от примесей, в том числе для опреснения воды и очищения питьевой воды для различных целей с начала 1970-х годов.

Применение для очистки воды 

Технология основана на процессе диффузии, который непрерывно происходит в клетках живых организмов и называется осмосом (молекулы воды поступают внутрь клетки, окруженной полупроницаемой мембраной, через поры мембраны из раствора с меньшей концентрацией солей в раствор с большей концентрацией). Если со стороны раствора с большей концентрацией солей создать определенное давление, то происходит обратный процесс (обратный осмос): молекулы воды начинают проникать через поры мембраны из раствора с большей концентрацией солей в раствор с меньшей концентрацией. Этот процесс требует создания давления со стороны концентрата, обычно 2-17 атм. для питьевой и солоноватой воды, и 40-70 атм. для морской воды, которая имеет естественное осмотическое давление порядка 24 атм., которое требуется преодолеть.

Обратноосмотический процесс в системах очистки воды также основан на прохождении молекул воды через полупроницаемую синтетическую мембрану, при котором удаляется абсолютное большинство загрязнений (до 99,9 % в бытовых системах, что лучше простой дистилляции). Такая высокая степень очистки связана с очень маленьким диаметром пор мембраны, которые в 200 раз меньше размеров вирусов и в 4000 раз меньше размера бактерий. В то же время, мембрана пропускает растворенные в воде кислород и другие газы, определяющие её вкус. В результате, на выходе системы обратного осмоса получается свежая, вкусная, настолько чистая вода, что она, строго говоря, даже не требует кипячения. Некоторые люди сначала отмечают лёгкое послевкусие «жгучести» или «суховатости» после питья деминерализованной воды, но значительно меньше, чем после дистиллированной (по-видимому, эффект прямого осмоса на фоне очищенных вкусовых рецепторов языка). В процессе обратного осмоса вода не нагревается - фильтрация происходит при температуре 12-20 °С.

 

 


Установки очистки воды методом обратного осмоса.

 Устройство, установки очистки воды методом обратного осмоса не очень сложно, но при её выборе в каждом случае необходимо учитывать степень загрязнения и состав исходной воды, её физические параметры (давление и температуру), максимальный объём суточного потребления, степень желаемой очистки, периодичность смены предфильтров и мембраны (и их доступность), удобство пользования установкой и, если нужно, её дизайн. Точно выверенные достаточные требования помогут минимизировать как начальную, так и эксплуатационную стоимость установки.

Примерно 10 % входящего потока воды проходит через мембрану, а 90 % потока и загрязнения, находящиеся в концентрированном растворе солей, во избежание засорения пор мембраны смываются в дренаж. Соответственно жизнеспособность и производительность фильтров предочистки должна быть гораздо выше производительности обратноосмосмотической мембраны. Как правило, их нужно менять в 2-8 раз чаще, чем мембрану, в зависимости от чистоты исходной воды и водопотребления, но не реже 1 раза в год, во избежание образования колоний бактерий и другой микрофлоры на развитой поверхности предфильтров.

Мембрану заменяют по мере забивания пор загрязнениями и, соответственно, уменьшению её производительности ниже необходимой, но не реже 1 раза в 2 года, так как потом происходит постепенное разрушение мембраны, увеличение пор, появление дефектов (микропробоин), что ведёт к ухудшению качества очистки воды.

Поскольку мгновенная производительность бытовых мембран не высока (примерно 5-15 л/час), в хороших бытовых установках обратноосмотической очистки воды после мембраны устанавливают накопительный бак, разделённый пополам диафрагмой из силиконовой резины. Эффективный объём бака примерно 10 л, что как правило достаточно для краткосрочных нужд даже большой семьи, а к следующему активному водопотреблению он снова постепенно наполнится. Вода из бака в специальный кран выталкивается за счёт давления воздуха, предварительно закачанного со второй стороны диафрагмы. После полного наполнения бака специальный дифференциальный клапан перекрывает водопотребление для уменьшения водопотерь и увеличения срока службы системы предфильтров.

В некоторых установках между накопительным баком и выходным краном устанавливают финишный угольный постфильтр, для улавливания микроскопического количества молекул материалов мембраны, накопительного бака и диафрагмы, попавших в накопленную воду, что дополнительно улучшает вкус очищеной воды. Замена постфильтра производится вместе с мембраной или 1 раз в 2 года.

Свойства очищенной воды.

Вода, полученная из установки очистки методом обратного осмоса, практически полностью лишена минеральных солей.

Если с пищей не поступает их достаточное количество, то воду для питья и приготовления пищи можно дополнительно целенаправленно минерализовать добавляя соли NaF, KI, CaCl2 и MgCl2, а также, если нужно, другие микроэлементы, причём состав и степень минерализации можно подбирать индивидуально по региону проживания, личным анализам и т. д. Корректирующие порошки солей можно заказать в аптеке. Можно также просто пользоваться качественными витаминно-минеральными комплексами.

Современная промышленная установка обратноосмотического обессоливания включает следующее оборудование: фильтр тонкой очистки воды, система реагентной подготовки, насос высокого давления, блок фильтрующих модулей, блок химической промывки.

 -----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------


Процесс осмоса


В экспериментальных условиях процесс осмоса происходит следующим образом (см. рис. "Осмос"). Представим себе сосуд, разделенный на две части полупроницаемой мембраной. С одной стороны мембраны налит водный раствор какого-либо минерального вещества высокой концентрации, с другой стороны — раствор того же вещества низкой концентрации.

Согласно закону равновесия вода переходит через полупроницаемую мембрану из раствора низкой концентрации в раствор высокой концентрации до тех пор, пока концентрации растворов по обе стороны мембраны не станут одинаковыми.

После того как концентрации растворов уравняются, верхние уровни растворов по обе стороны мембраны будут расположены на разной высоте. Разница между верхними уровнями растворов будет пропорциональна разнице концентраций этих растворов. Разница концентраций двух растворов, разделенных полупроницаемой мембраной называется осмотическим давлением. Единица измерения осмотического давления — psi. Каждые 100 мг минеральных веществ, растворенных в 1 литре воды, создают осмотическое давление 1 psi.

 

 

Процесс обратного осмоса

Теперь попытаемся понять как происходит процесс обратного осмоса. На рисунке "Обратный осмос" изображен тот же сосуд, разделенный на две части полупроницаемой мембраной. С одной стороны налит раствор высокой концентрации, с другой — раствор низкой концентрации.

Вода переходит через мембрану в более концентрированный раствор, стремясь уравнять концентрации по обе стороны мембраны. Подействуем внешним давлением на более концентрированный раствор и увидим, что направление хода воды через мембрану изменилось на противоположное. Теперь переход воды через мембрану не зависит от концентрации растворов — она просто продавливается через мембрану внешним давлением.

В результате концентрация раствора изначально имевшего большую концентрацию начинает увеличиваться, а концентрация раствора изначально имевшего меньшую концентрацию начинает уменьшаться. Пропускная способность мембраны при этом не изменяется, через нее по-прежнему проходит только вода, но уже в обратном направлении.

Таким образом, мы получили процесс обратного осмоса, на котором и основан наиболее совершенный способ очистки питьевой воды от содержащихся в ней минеральных веществ.

 


Принцип работы водоочистных систем, работающих
на основе процесса обратного осмоса


Принцип работы водоочистных систем, работающих на основе процесса обратного осмоса, показан на рисунке "Применение обратного осмоса". В одну часть сосуда, разделенного полупроницаемой мембраной, под давлением поступает водный раствор большой концентрации. Вода продавливается через мембрану во вторую половину сосуда, а минеральные вещества, оставшиеся в первой половине сосуда сбрасываются в канализацию.

 
 

Простейшая обратноосмотическая система (см. рис. "Простейшая обратноосмотическая система") состоит из фильтра предварительной очистки, обратноосмотической мембраны и постфильтра.
Основным рабочим элементом такой системы является обратноосмотическая полупроницаемая мембрана.

 
 


Устройство обратноосмотической полупроницаемой мембраны

Обратноосмотическая полупроницаемая мембрана представляет собой композитный полимер неравномерной плотности. Этот полимер образован из двух слоев, неразрывно соединенных между собой. Наружный очень плотный барьерный слой толщиной около 10 миллионных инча лежит на менее плотном пористом слое, толщина которого составляет пять тысячных инча. На рис. "Обратноосмотическая мембрана в разрезе" показана обратноосмотическая мембрана в разрезе.

 
 

Обратноосмотическая мембрана — это прекрасный фильтр и теоретически содержание растворенных минеральных веществ в полученной в результате фильтрации чистой воде должно составлять 0 мг/л, независимо от их концентрации во входящей воде.

Фактически же, в нормальных рабочих условиях, из входящей воды извлекается 98 – 99 % растворенных в ней минеральных веществ. В полученной в результате фильтрации чистой воде, остается 6 – 7 мг/л растворенных минеральных веществ.

Для того чтобы понять, почему обратноосмотическая мембрана пропускает незначительную часть минеральных веществ, вернемся к началу статьи и вспомним, что растворенные в воде минеральные вещества имеют электрический заряд и полупроницаемая мембрана также имеет собственный электрический заряд. За счет этого 98 – 99% молекул минеральных веществ отталкивается от обратноосмотической мембраны. Однако все молекулы и ионы находятся в постоянном, хаотичном движении.

В какой-то момент движущиеся противоположно заряженные ионы оказываются на очень близком расстоянии друг от друга, притягиваются, их электрические заряды взаимно нейтрализуются и образуется незаряженная частица. Незаряженные частицы уже не отталкиваются от обратноосмотической мембраны и могут проходить через нее.

Но не все незаряженные частицы попадают в чистую воду. Обратноосмотическая мембрана устроена таким образом, что величина ее пор максимально приближена к величине самых маленьких в природе молекул воды, поэтому через обратноосмотическую мембрану могут проходить только мельчайшие незаряженные молекулы минеральных веществ, а самые опасные крупные молекулы, например, солей тяжелых металлов, не смогут проникнуть через нее.


Конфигурация обратноосмотических полупроницаемых мембран

Существуют различные конфигурации обратноосмотических мембран, и каждая имеет свои преимущества. Наиболее распространенная конфигурация — спиральная намотка (см. рис. "Спиральная намотанная мембрана").

Она образуется путем послойного наматывания мембраны на трубу, называемую трубкой продукта. Слои мембраны склеены друг с другом вдоль трех свободных краев, намотаны на трубку продукта и скреплены удерживающей лентой. Вся эта конструкция помещена в пластиковый корпус. Такой способ упаковки увеличивает площадь поверхности мембраны.

Питающий систему поток воды фильтруется через мембрану. Чистая вода выходит по трубке продукта, а концентрат минеральных солей сбрасывается в канализацию.

 


Составные части обратноосмотической водоочистной системы, которая
стационарно устанавливается под мойку


Все модели обратноосмотических систем, которые стационарно устанавливают под мойку, имеют следующие составные части (см. рис. "Система обратного осмоса под мойку" и "Система обратного осмоса с запорным клапаном"): фильтры предварительной очистки, обратноосмотическая мембрана, накопительная емкость, постфильтр, кран чистой воды.

 

 

 

Этапы очистки воды:
Входящая в систему водопроводная вода проходит через фильтры предварительной очистки, избавляясь от механических примесей, органических веществ и хлора.
Фильтрация через обратноосмотическую мембрану, извлечение из воды 98 –99% растворенных минеральных веществ.
Чистая вода поступает в накопительную емкость и находится там до момента открывания крана чистой воды на мойке.
Концентрат минеральных солей сбрасывается в канализацию.
После открывания крана чистой воды на мойке чистая вода из накопительной емкости проходит через постфильтр и поступает в кран чистой воды.

 Статья: "Обратный осмос".

 
Подобрать фильтр обратного осмоса от лучших мировых производителей на странице магазина.

 Можно ли установить фильтр обратного осмоса своими руками?
Вашему вниманию предлогается Видео-инструкция по установке системы обратного осмоса под стандартной кухонной мойкой:





 

 

 

    Интернет магазин "ЮВК"