Вода проходит через обратный осмос

По ту сторону чистоты: что может и чего не может обратноосмотическая мембрана

Обратноосмотическая вода — во всех смыслах иллюстрация дихотомии H2O / Примеси.
Мы в АКВАФОР привыкли, что мир делится на:

1. тех кто считает, что осмотический фильтр чистит все, кроме кармы и совести
2. и тех, кто подливает осмотическую воду в чай врагу, считая ее мертвой.

Оба предположения являются вопросами личной веры. Мы же ставим задачу рассказать о том, как дела с осмотической водой обстоят в реальном мире и добавить пастельных красок в имеющуюся черно-белую картину.

Поговорим о принципе работы мембраны, об отличии осмотической воды от дистиллята и электролита, а также о том, стоит ли искать в ней поры и варить в кислоте.

Сделано военными учеными для подводных лодок?

Если бы аббат догадался сжать пузырь с вином и «выдавить» из него лишнюю воду — мог бы заодно изобрести и обратноосмотический фильтр.

Позднее к исследованиям подключились естествоиспытатели, ботаники и физиологи, интересовавшиеся природными проявлениями осмоса, в частности, питанием растений и клеток человеческого организма. Отдельную ветку интересантов составили физики и химики, которых беспокоила задача “повторить процесс в промышленных масштабах” для обессоливания пресной воды и опреснения морской.

Принцип работы бытовой обратноосмотической мембраны

Сегодня обратноосмотическая мембрана — это тонкая полимерная пленка, нанесенная на инертную подложку, полностью проницаемую для воды. Важнейшим свойством мембраны является способность набухать — то есть вступать в реакцию с молекулами и связываться с ними. Этот процесс называется гидратацией. Другие растворенные в воде вещества не могут вступать в реакцию с материалом мембраны и когда к набухшей мембране прикладывается давление воды в водопроводе, только молекулы воды начинают просачиваться (выдавливаться) через мембрану.

При переходе воды через мембрану, концентрация растворенных веществ перед мембраной растет, и соответственно растет осмотическое давление.
Если осмотическое давление сравняется с давлением в системе, переход воды через мембрану прекратится. Чтобы этого не произошло, концентрат постоянно сбрасывается в дренаж.

Из чего производят современные мембраны?

В течение последних десятилетий материалы мембраны видоизменялись, из наиболее распространенных отметим:

— Полиацетатные
Целлюлоза. Старое поколение полупроницаемых мембран, которые пропускали до 50% нитратов. Наличие угольной предфильтрации в данном случае не помогает, ведь она также не “видит” нитраты. Целлюлозная основа полиацетатных мембран провоцировала активное размножение бактерий.

— Полиамидные
В последнее десятилетие широкое распространение получил этот тип мембран, а конкретно благодаря устойчивости к биопрорастанию и селективности 92 — 99%. В своих обратноосмотических системах АКВАФОР использует Полиамид 66, который по сути является нейлоном.

Следует различать бытовые тонкопленочные мембраны и мембраны, которые используются для опреснения морской воды. Принцип работы этих мембран один и тот же, однако технически мембрана для опреснения устроена иначе. Чтобы “отжать” H2О из морской воды придется предолеть её более высокое осмотическое давление, тонкопленочная мембрана в таких условиях порвется. Для работы с высокими нагрузками при опреснении, требуется иное техническое исполнение: мембрана делается из других материалов и имеет более плотную подложку (например, керамическую).

Осмос — не сито!

Мнение о том, что мембрана работает за счет наличия в ней “очень маленьких пор” не соответствует действительности. Обратноосмотическая мембрана не имеет пор. Разделение воды на пермеат (очищенную воду) и ретентат (концентрат примесей, уходящий в дренаж) происходит за счет процесса, схожего с передачей электрического тока через металлический полупроводник.

Механизм передачи молекул воды через мембрану похож на процесс передачи тока по металлическому проводнику. В нем также, как и в мембране нет отверстий, тем не менее ток в виде электронов следует через материал из места, где их много в направлении меньшей “концентрации”.

Почему селективность мембраны не всегда 100%?

Сравним фильтрационные способности сорбционных и обратноосмотических фильтров по типам загрязнений:

Не все примеси подлежат 100% удалению даже обратноосмотической мембраной. Напомним, изначально мембраны создавались для обессоливания воды (в местностях, где питьевая вода заметно соленая, но еще не морская). Поэтому стандартные испытания на удаление солей мембраной проводились по раствору поваренной соли (хлорида натрия). И действительно, осмос может обеспечить удаление соли на 99%. Однако, когда вода очень жесткая, эффективность может снижаться до 93-95%, за счет увеличения “проскока”.

Для бытового осмоса чаще всего используют мембраны с селективностью от 97 до 99%. Их нормируют по хлориду натрия, но это не значит, что так же будет и по другим веществам. У разных загрязнителей ”проскок” может отличаться, это зависит от их природы. Например, некоторые соединения бора проходят через мембрану довольно успешно, другие же соединения, например, большие органические молекулы, наоборот, удаляются практически на 100%.

“Проскок” происходит по трем причинам:

1. “Мимикрия”. Если в воде присутствует что-то, по своему химическому поведению похожее на молекулу воды, оно может образовывать связи с материалом мембраны и “проходить за компанию”.
2. Диффузия, о ней расскажем подробнее дальше.
3. Повреждения или плохое качество мембраны.

О мимикрии. Представьте линию рабочих, передающих по цепочке кирпичи. Если несколько кирпичей заменить на что-то очень похожее, то есть «тяжелое и прямоугольно-параллелепипедное», вряд ли кто-то в цепочке заметит подмену.

Любая мембрана пропускает какое-то количество растворенных веществ, именно поэтому измерения солесодержания (а на самом деле — электропроводности) с помощью TDS-метра показывают результаты очень низкие, но не нулевые. Эффективности TDS-метра, кстати, посвящен предыдущий пост.

Диффузия — параллельный процесс

Одновременно с процессом переноса молекул воды через мембрану, происходит и процесс диффузии растворенных веществ через нее же. Чем больше градиент концентрации, тем больше диффузия. Конечно, результат этого процесса определяется и природой диффундирующих веществ: какие-то из них более «пронырливы», какие-то менее. При прочих равных, большие органические ионы диффундируют хуже маленьких, «шустрых» ионов щелочных металлов.

По сравнению с основным переносом молекул воды через мембрану, количество диффундирующего вещества мало, и в бытовой водоочистке им можно пренебречь. Тем не менее, именно по этой причине селективность мембраны составляет не 100%.

Результат диффузии обычно заметен в первой порции воды после длительной стагнации — простоя фильтра. За это время концентрация солей по обе стороны мембраны успевает выровняться. В «продвинутых» фильтрах есть специальные ухищрения, чтобы бороться с этой проблемой.

Любой материал подвержен диффузии. Думаете полиэтилен герметичен? Газы через него проходят со свистом, хоть и тихим. Гораздо быстрее диффундирует гелий из воздушного шара.

Что не чистит даже обратноосмотический фильтр?

Есть вещества, которые легко обманывают мембрану. Среди них — бор/бораты. При нейтральном рH бор находится в растворе в виде молекулы H3BO3 и по некоторым свойствам очень напоминает мембране воду. Это позволяет бору проходить через мембрану за компанию. Если рН изменить на щелочной, то бор будет находиться в растворе в виде заряженного иона — аниона борной кислоты или тетрабората. В виде аниона, бор уже отлично отсекается мембраной.

Для некоторых легколетучих органических соединений характерна высокая диффузионная активность. Например, хлороформ способен проникать через мембрану, однако легко удаляется угольным предфильтром. Мембрана не предназначена для удаления газов, в частности, сероводорода. Жителям мегаполисов переживать не стоит, воду с сероводородом не поставят в водопроводную сеть, а бор токсичен не во всех формах. Борную кислоту, например, закапывают детям в уши.

Факторы “здоровья” мембраны

Причины по которой мембрана выходит из строя:

1. Физическое повреждение
2. Потеря способности к гидратации из-за воздействия хлорированной воды или других окислителей (озонирование) либо из-за высыхания мембраны. Процесс может стать необратимым, поэтому нельзя допускать высушивание уже поработавшей мембраны. А чтобы предотвратить порчу мембраны из-за хлора, обратноосмотический фильтр обязательно имеет в составе угольные блоки предварительной очистки.
3. Осаждение на поверхности нерастворимых солей и механических примесей, присутствующих в воде (плохая/недостаточная предфильтрация)
4. Недостаточный поток воды в дренаж или “экономия” дренажной воды.

Лучшее — враг хорошего?

Парадоксально, но способность практически полностью очищать воду от примесей может рассматриваться многими как недостаток. В минусы записывается и сам принцип фильтрации с использованием дренажной воды под эгидой подсаживания на “иглу эксплуатационных расходов”. Мы составили небольшой FAQ по этим и похожим вопросам.

1. “Мертвая” ли вода? (наше любимое)

Что имеют ввиду любители термина “мертвая” вода, нам до конца не ясно. С точки зрения официальной науки нет ни живой, ни мертвой воды. Практически каждая молекула Н2О на планете когда-то побывала и в капле дождя, и в продуктах жизнедеятельности какого-нибудь организма. Нет никаких сказочных свойств воды — существует ее круговорот в природе, а также отличный способ почистить мембраной водный раствор от всего наносного. Сказки предлагаем рассматривать лишь в качестве культурологического ресурса, ведь нашему организму требуется именно H2O, остальное делится на две группы:

1. опционально, поскольку поступает с пищей;
2. вредно для здоровья в краткосрочной или долгосрочной перспективе.

Отсутствие в питьевой воде примесей, а с ними и так называемых “полезных минералов”, не выдерживает диетологической критики. Кальций практически не усваивается нашим организмом из воды, поскольку находится там в форме неорганических солей. Даже если бы этот кальций усваивался, было бы сложно выпить 17 литров московской воды средней жесткости, чтобы удовлетворить суточную потребность в этом элементе — около 1000 мг. Хорошо усваиваться из воды может только магний, но об этом мы говорили отдельно.

2. Дорого покупать и дорого содержать?

Пришлось провести серьезный расчет и выяснить, что 300 рублей за кубометр чистой воды — это примерно 30 копеек за литр. Предлагаем сопоставить со стоимостью литра питьевой воды в магазине, ведь её качество в пластике аналогично, если не хуже. В зависимости от пафосности торговой точки, цена литра той же осмотической воды составит от 15 рублей.

3. Почему обратноосмотическая вода — не дистиллят?

Вода для нас это не пища и не способ получения “кирпичей” для строительства организма. Это среда, в которой проходят химические и физические процессы организма. Причем сама она достаточно инертна и в этих процессах почти никогда не участвует. Мы ее не расщепляем на водород и кислород, в теле не проходит процесс электролиза.

Понимая эту роль воды, пить можно и дистиллированную воду, в которой нет “полезных минералов”. Имея сбалансированное питание, вы не получите никаких проблем.

Опасность дистиллированной воды в том, что она как раз может быть “грязной”. Выпаривание не избавляет воду от примесей органических веществ, температура кипения которых ниже 100С.

Между водой после обратноосмотической мембраны и дистиллированной водой огромная разница. Обратный осмос не полностью отсекает растворенные соли, при дистилляции же именно соли полностью остаются в перегонном кубе. С другой стороны органические летучие вещества в процессе дистилляции перемещаются с паром в дистиллят, в то время как мембрана их неплохо удаляет. Кроме того, раньше дистилляторы имели резиновые трубки, что добавляло “невкусности” полученной воде.

4. Почему обратноосмотическая вода — не электролит?

Электролит — это любая жидкость проводящая электрический ток. Например, суп или компот. То есть все жидкое, что проводит электрический ток за счет передвижения ионов.

5. Нужна ли мембране промывка?

Промывку мембраны действительно делают. Однако, это относится к промышленным мембранам. Для их промывки, в зависимости от того, какие именно частицы “налипли” на мембрану, используют целый арсенал специальных составов: щелочные, кислотные детергенты, ПАВы и так далее. В случае с промышленными мембранами, об этих частицах известно все и состав подбирается индивидуально.

Смотреть ролики в youtube о том, как мембраны варят в лимонной кислоте немного грустно, ведь на наших глазах люди тратят время зря — мембрана теряет свои свойства от высокой температуры.

Что мы хотели сказать?

Вода должна быть незаметна в чае.

Источник

Обратный осмос что это

Проблемы низкого качества и нестабильного состава воды, которая течет из крана, актуальны для многих городов России. По мнению экспертов в сфере водоснабжения, главные причины такого явления кроются в отсутствии контроля санитарных зон вокруг водозаборов, недостаточной оснащенности распределительных узлов и изношенности водопроводных сетей. Эффективным способом решения этой проблемы на уровне дома или собственной квартиры считается установка мембранного фильтра, который действует по принципу обратного осмоса (ОО). Ниже мы рассмотрим базовые элементы технологии, оборудование для систем бытовой и промышленной водоподготовки.

Обратный осмос: что это такое

Обратный осмос — это метод очистки воды, при котором раствор проходит под давлением через специальную синтетическую мембрану, где задерживаются до 98% минеральных солей и примесей. Впервые о процессе обратного осмоса заговорили еще в 50-х годах 20 века. Сегодня обратный осмос считается наиболее эффективным способом в области водоподготовки. Пользуется спросом, как у промышленных предприятий, так и в частных домах. Пермеат обратного осмоса это очищенная вода, которая подается на технические и питьевые нужды.

Что такое осмос и обратный осмос: в чем различия

Явление осмоса (прямой осмос) лежит в основе обменных процессов всех живых организмов на клеточном уровне. Благодаря ему «работают» водно-солевой обмен, получение питательных веществ, вывод продуктов жизнедеятельности. Для протекания процесса нужны раствор, растворитель и разделяющая их полупроницаемая мембрана, которая является барьером для растворенного вещества.

Прямой осмос — это баромембранный массообменный процесс. Его можно описать следующим образом: со стороны растворителя возникает осмотическое давление, которое заставляет его молекулы переходить на сторону раствора и разбавлять его. Увеличение объема раствора сопровождается ростом гидростатического давления. Процесс прекращается, когда статическое и осмотическое давления приходят в равновесие.

Важно! В растительных и животных организмах роль полупроницаемой перегородки играет стенка клетки. Искусственные мембраны изготавливаются из органической синтетики.

Если приложить давление со стороны раствора, процесс пойдет в другую сторону. Это и есть обратный осмос. В процессе обратного осмоса по одну сторону мембраны повышается концентрация раствора, а по другую — увеличивается объем растворителя.

Что такое мембрана обратного осмоса

Для фильтров обратного осмоса используют полупроницаемые мембраны. Мембрана обратного осмоса состоит из:

• селективного слоя, который является барьером для примесей;
• армирующего слоя, задающего прочностные показатели мембраны.

В картридже фильтра обратного осмоса мембрана свернута в рулон. Такая конструкция позволяет получить большую площадь активной поверхности и поместить ее в компактный корпус стандартного типоразмера.

Мембрана для обратного осмоса — это главный элемент в системе очистки. Для изготовления мембран подходят следующие материалы:

1. Ацетат целлюлозы. Недорогие и простые в изготовлении мембраны из этого материала появились в 1950-х годах. Они отлично справляются с очисткой воды от солей с большой молекулярной массой, но «пропускают» ряд низкомолекулярных соединений. Кроме того, они работают в ограниченном диапазоне pH и подвержены биоразложению. В настоящее время ацетат целлюлозы вытеснен более совершенными материалами.
2. Армированный полиамид. Материал работает в широком диапазоне pH и не является питательной средой для микроорганизмов. Прочные полиамидные мембраны выдерживают высокие рабочие давления, имеют хорошую селективность к NaCl и органике. Главный недостаток — низкая устойчивость к окислителям. Вода с повышенным содержанием хлора быстро выводит из строя полиамидные мембраны.
3. Тонкопленочные композиты. Мембраны из этого материала — самые совершенные на сегодняшний день. Пленки из композита имеют высокую селективность ко всем известным примесям.

Для чего нужны фильтры с системой обратного осмоса

Системы обратного осмоса — это установки, которые хорошо справляются с удалением растворенных минеральных солей. Очистка воды обратным осмосом — это удаление неорганических соединений из воды от 90 до 98 %.

Мембраны хорошо отфильтровывают органические вещества, молекулы которых значительно крупнее, чем у минеральных солей. Соединения с молекулярной массой выше 150 Da удаляются из воды на 100 %. Вероятность проникновения бактерий и вирусов через фильтр практически нулевая. Исключение составляют картриджи с механическими повреждениями мембраны. Очищенная вода, полученная на нормально работающей установке, не требует кипячения и дозирования дезинфицирующих веществ.

Но что очищает обратный осмос? Все ли вещества задерживаются на мембранах? Обратноосмотические мембраны свободно пропускают растворенные двухатомные газы: кислород, азот, водород.

Очистке на ОО можно подвергать воду с общей минерализацией 3 — 20 г/л с мутностью до 5 ЕМФ и перманганатной окисляемостью до 3 мгО₂/л. Среди требований большинства производителей мембран к исходной воде можно выделить также отсутствие сильных окислителей (свободного хлора, озона) и двухвалентного железа.

В чем суть обратного осмоса

Обратный осмос воды — это процесс, который дает на выходе чистую питьевую и техническую воду. Установки обратного осмоса применяются на следующих объектах:

• ГЭС, ТЭЦ, АЭС и других предприятиях энергетики;
• ЖКХ, для водоснабжения объектов первой категории;
• научные и исследовательские лаборатории, в том числе оборонного комплекса;
• индивидуальное водоснабжение.

Для чего нужна установка обратного осмоса

Основные направления использования установок обратного осмоса — очистка воды с целью снижения общей минерализации, опреснение солоноватых вод. Фильтр обратного осмоса — это одна из стадий предподготовки при получении ультра очищенной воды для электронной промышленности, медицины, теплоэнергетики.

Еще одно направление использования обратного осмоса — получение концентратов — широко используется в пищевой промышленности. Сгущенное молоко и концентрированные соки получают путем обратного осмоса.

Промышленный обратный осмос: что это такое

Коммерческие и промышленные установки обратного осмоса представляют собой высокопроизводительные системы очистки воды с полуавтоматическим или полностью автоматизированным управлением. В их состав входит несколько модулей, отвечающих за предварительную подготовку и мембранную очистку.

Типовая установка промышленного обратного осмоса для получения технической воды состоит из следующих элементов:

1. Фильтр грубой очистки. Сетка с определенным размером ячейки задерживает нерастворимые частицы.
2. Колонна обезжелезивания. В ней двухвалентное железо окисляется до трехвалентного и удаляется в виде нерастворимого осадка.
3. Сорбционный фильтр. Активный сорбент поглощает свободный хлор.
4. Мембрана обратного осмоса. Удаляет растворенные соли и другие загрязнения. Одно из преимуществ промышленных установок обратного осмоса — масштабируемость. Для увеличения производительности в нее можно добавлять необходимое количество фильтрующих элементов.

Обратный осмос: как это устроено

Для протекания обратного осмоса нужно высокое рабочее давление, которое создается высоконапорным насосом. Системы комплектуются датчиками, манометрами, автоматическими сбросными клапанами, трубной обвязкой. Для контроля качества очищенной воды устанавливают TDS-метр.

Работа установки состоит из двух стадий:

Управление выполняется микроконтроллером. Поскольку исходная вода различается по составу, комплектация и наладка системы выполняется индивидуально. Могут потребоваться дополнительные стадии предподготовки.

Важно! При хорошем качестве исходной воды удается отказаться от некоторых стадий предварительной фильтрации, упростить и удешевить установку.

Бытовой обратный осмос для воды: для чего он нужен

На рынке оборудования представлен широкий выбор модульных систем обратного осмоса для частных домов и коттеджей, которые обычно размещают в отдельном помещении. Также есть моноблочные модели для квартир с централизованным водоснабжением. От промышленных обратноосмотических систем их отличает два параметра: производительность и расход воды. Но что такое обратный осмос в бытовых фильтрах?

Бытовая система с обратным осмосом — это компактное устройство, которое работает при сравнительно низких давлениях (до 3 атмосфер). Чаще всего в них нет повысительного насоса, а фильтрация происходит за счет напора в водопроводе. Такие установки производят несколько литров очищенной воды в сутки, что вполне достаточно для частного потребителя. Из-за низкого рабочего давления бытовая мембрана требует промывки чаще, чем промышленная.

В бытовых установках после обратного осмоса устанавливают минерализатор — устройство постобработки, которое обогащает воду полезными для человека минералами в нужных концентрациях. Такая вода предназначена исключительно для питья. На приготовление пищи или горячих напитков минерализация не влияет вообще (или влияет отрицательно).

Важно! Ресурс работы бытовых и промышленных мембран обратного осмоса большинства производителей составляет 1 год. Картриджи предварительной очистки меняют раз в полгода.

Почему обратноосмотические фильтры пользуются спросом

• Высокое качество воды при низких энергозатратах.
• Неограниченная производительность и сравнительно небольшие габариты.
• Невысокие эксплуатационные расходы.
• Концентрат не требует утилизации и сбрасывается в канализацию.

Компания Diasel занимается продажей промышленных и бытовых систем обратного осмоса. Наши специалисты предложат готовую модификацию или поберут комплект оборудования для частных заказчиков и предприятий. Мы найдем решение по результатам анализа исходной воды и требуемой производительности. Оформить заявку можно через «Обратную связь» или по телефону 8-499-391-39-59.

Источник