Принцип обратного осмоса
Осмос – это процесс односторонней диффузии через полупроницаемую мембрану молекул растворителя в сторону бо́льшей концентрации растворённого вещества из объёма с меньшей концентрацией растворенного вещества. Проще говоря - это природное явление, заключающееся в стремлении воды понизить концентрацию любого солевого раствора, то есть его разбавить. Осмос играет важную роль в обмене веществ всех существующих на земле живых организмов, а также в экологии водоемов.
Метод обратного осмоса первоначально был предложен для опреснения морской воды. Ведь если в природе есть силы, заставляющие воду протискиваться через особого строения мембрану ради того, чтобы понизить концентрацию солей на другой её стороне, так почему бы не приложить еще большую силу и не заставить процесс пойти вспять — из высококонцентрированного раствора, каковым является морская вода, в емкость с водой обессоленной? Чем выше концентрация солевого раствора, тем с большей силой стремится его разбавить вода. Эта сила и есть осмотическое давление, которое необходимо преодолеть и добавить немного «сверху» для того, чтобы процесс пошел в обратную сторону.
Нынче принцип обратного осмоса широко используется во многих областях человеческой деятельности, является составной частью высокопрофессиональной очистки воды. Под специально созданным давлением через полупроницаемую тонкопленочную мембрану (синтетический аналог мембраны живой клетки) просачивается собственно вода (Н2О) и растворенные в ней низкомолекулярные газы, такие как кислород, а все примеси остаются снаружи и смываются в дренаж. По эффективности очистки мембранные системы не имеют себе равных: практически она достигает 97-99,9% по разным видам загрязнений. В результате методом обратного осмоса получается глубоко очищенная вода, содержащая растворенный кислород, чем она и отличается от воды, полученной методом дистилляции - там кислорода нет. Из-за наличия растворенного углекислого газа pH очищенной воды ближе к нижней границе нормы, определяемой СанПиН.
Для контроля работы системы обратного осмоса применяется прибор TDS-метр. При погружении в воду его электроды создают постоянное электрическое поле, сила тока в котором напрямую зависит от количества растворенных в воде соединений. Прибор измеряет электропроводность и автоматически пересчитывает её в единицы минерализации (ppm). Из разницы показаний для исходной и прошедшей через обратноосмотическую мембрану воды делается вывод о работоспособности мембраны.
% снижения минерализации = (TDS входной воды-TDS воды на выходе) х 100 / TDS входной воды
Надо заметить, что определять таким методом качество очистки воды обычными сорбционными водоочистителями совершенно бессмысленно — они не обессаливают воду и показания TDS-метра не только не будут различаться на порядки, но и даже наоборот — устранение из воды множества загрязнений электропроводность обычно увеличивает.
Устройство и работа бытовых систем обратного осмоса
Обратноосмотическая мембрана — основной фильтрующий элемент как промышленных так и бытовых обратноосмотических фильтров. Но на мембране можно очищать только воду, прошедшую предварительную комплексную очистку. Иначе мембраны быстро выходят из строя и их использование будет слишком дорогим. Удаление песка, ржавчины и прочих нерастворимых примесей производится механическим картриджем с ячейками до 5 микрон. Затем устанавливается картридж на основе гранулированного кокосового угля. Он сорбирует растворенные в воде органические соединения, часть соединений железа, алюминия, тяжелых и радиоактивных металлов, свободный хлор (если на фильтр подается вода муниципального водопровода) некоторые микроорганизмы. На последней стадии предварительной очистки для мембран обычно ставится 1-микронный картридж механической очистки, защищающий их от мельчайшей угольной пыли и примесей, проскочивших через первые два картриджа.
При хорошей предочистке и своевременной смене картриджей, бытовая обратноосмотическая мембрана может прослужить до 3-х лет. Плохо влияют на срок службы мембраны высокая жесткость воды и высокое содержание железа. Правда, в некоторых случаях менять мембраны экономически более выгодно, чем обеспечить хорошую предварительную очистку, особенно по жесткости и железу. Использование специальных умягчающих и обезжелезивающих картриджей в системе предварительной очистки в таких случаях не имеет смысла, так как 70-85% воды, прошедшей эту очистку, все равно сливается в дренаж, выполняя функцию промывки мембраны и ресурса специализированного десятидюймового картриджа хватит лишь на очень короткий срок.
Работа системы обратного осмоса очень сильно зависит от исходного давления воды. Чем выше давление, тем выше производительность мембраны (в пределах заданной изготовителем). В бытовых обратноосмотических фильтрах скорость просачивания воды через мембрану невелика, а посему домашние установки обратного осмоса обычно укомплектовываются накопительными баками для очищенной воды (пермеата). Вода накапливается во внутреннем эластичном силиконовом мешке, а для подачи в кран используется давление либо воздушной либо водяной прослойки между силиконовым мешком и внешними стенками бака. На пути из бака в кран устанавливается картридж из прессованного активированного угля в целях устранения прошедших через мембрану нежелательных газов.
Отбор из накопительного бака некоторого количества воды запускает процесс фильтрации, наполнение бака — отключает. Процентное соотношение пермеат/концентрат тем выше, чем больше воды слито из бака.
Не прошедшая сквозь мембрану вода уходит в дренаж, смывая с мембраны отфильтрованные соли. Она называется концентрат. Специальный резиновый ободок на бытовой обратноосмотической мембране служит для разделения потоков исходной воды и концентрата. Выход концентрата оснащен ограничителем потока дренажа (либо встроенным в корпус мембраны, либо в виде отдельного устройства) для создания подпора воды.
В том случае, когда давления в водопроводной сети недостаточно для стабильной работы системы её можно доукомплектовать повышающим насосом. При этом на входе насоса необходимо обеспечить отсутствие механических примесей.
