В наш неспокойный, насыщенный как природными, так и рукотворными катаклизмами век так хочется быть уверенным хотя бы в одном – в вашем доме из крана (пусть даже из специального) всегда будет литься чистая и вкусная вода.
Как обрести такую уверенность?
Явление осмоса (выравнивание концентраций растворов, разделенных полупроницаемой мембраной) лежит в основе обмена веществ всех живых организмов. Например, стенки клеток растений, животных и человека представляют собой естественную частично проницаемую мембрану - она свободно пропускает молекулы воды, но не молекулы других веществ.
Основным элементом питьевой системы является полупроницаемая мембрана, которая пропускает молекулы и ионы определенного размера, но служит препятствием для веществ, молекулы которых больше этого размера. В мембранных фильтрационных системах, как правило, используются мембраны с размером пор-отверстий, соответствующим размерам молекул воды (до 1 нм) - через такие поры молекулы воды проникнуть способны, а вот молекулы и частицы имеющихся в воде примесей, имеющие больший размер, мембраной задерживаются.
Попробуем объяснить, что такое осмос на конкретном примере. Представьте себе сосуд, который разгородили с помощью вышеупомянутой полупроницаемой мембраны и в каждую из получившихся емкостей налили соляные растворы разной концентрации. Если обе ёмкости находятся под одинаковым внешним давлением, то жидкости, находящиеся в них будут стремиться уровнять концентрацию в обеих частях (система будет стремиться достичь равновесия). При этом молекулы воды начнут перемещаться через мембрану из емкости с менее концентрированным раствором в ёмкость с более концентрированным, вызывая в последней повышение уровня жидкости. Это явление и называется осмосом, а сила, заставляющая молекулы воды перемещаться «осмотическим давлением». Разница высоты уровней жидкостей в двух ёмкостях по окончании процесса будет пропорциональна этому давления (его величина тем выше, чем больше разница в концентраций растворов).
Теперь представьте процесс, который начнет происходить в той же разделенной с помощью полупроницаемой мембраны емкости, если в той её половине, где находился более концентрированный раствор с помощью насоса создать давление, превышающее осмотическое. Молекулы воды начнут двигаться через полупроницаемую мембрану в обратном направлении, то есть из более концентрированного раствора в менее концентрированный. Этот процесс и принято называть обратным осмосом. Именно на таком принципе и работают рассматриваемые нами водоочистные установки - с одной стороны мембраны подаётся под давлением исходная вода, с другой её стороны отводится очищенная.
В ходе процесса фильтрации вода и растворенные в ней вещества разделяются на молекулярном уровне. При этом все загрязнения остаются с той стороны мембраны, с которой подаётся исходная вода.
От накапливаемой концентрации солей и прочих загрязнений мембрана может засориться, плюс при повышении концентрации примесей возрастет величина осмотического давления, противодействующего усилию давления гидростатического, где движение молекул воды противоположно движению при обратном осмосе. То есть процесс фильтрации прекратится. Чтобы этого не произошло, вдоль мембраны организуется принудительный поток воды, постоянно смывающий «рассол» в дренаж. Именно в этом и заключается коренное отличие обратно осмотического процесса от обычной фильтрации, используемой в быту. Для того, чтобы вся вода не уходила в дренаж после обмыва, на её выходе из установки ставят так называемый ограничитель потока. Его задача поддерживать поток сбрасываемой воды на уровне, соответствующем максимальной производительности фильтрующей мембраны.
Потоки воды, «просачивающиеся» сквозь мембрану и проходящие над ней (смыв в дренаж) соотносятся в пропорции 1:3-1:5. То есть, при получении 10 литров очищенной воды будет слито в дренаж 30-50 литров концентрированной воды. Естественно, возникает вопрос: как использовать воду, попадающую в дренаж? Для городских жителей - это может быть актуально для владельцев аквариумов. Известно, что рыбкам нужна сбалансированная минералами и солями вода. Поэтому дренажной водой можно частично разбавлять емкости с очищенной водой для аквариумов. Для владельцев загородного дома, собственная канализационная система которого рассчитана на ограниченный объём сбросов, слив воды в дренаж после очистки воды - может создать определенную проблему. Впрочем, этот «рассол» совсем не обязательно выбрасывать (в нём содержание примесей всего лишь чуть выше, чем в исходной воде), его можно использовать для «огородных» нужд, например, в системе капельного полива и т.п. Надо просто хорошо продумать вопрос.
Что влияет на процесс
Основным фактором, оказывающим влияние на процесс обратного осмоса, является давление. Именно поэтому на всех обратно осмотических установках указывается величина давления, при котором обеспечиваются нормальные протекания процесса фильтрации для данной установки. Обычно эта величина должна быть не менее 2,6 бар.
Если выяснится, что имеющееся давление значительно ниже рекомендуемого, то вместе с установкой вам придется приобрести насос для повышения давления. В принципе, чем выше рабочее давление на входе в установку, тем лучше - с его увеличением возрастает проницаемости мембраны молекулами воды. Но поднимать его выше указанного в паспорте предела тоже нельзя – изготовленная из полимера мембрана может изменить свою первоначальную структуру и уплотниться, что снизит её проницаемость.
Вторым по важности фактором, влияющим на процесс, является температура. С её увеличением снижается вязкость и плотность раствора, и, следовательно, увеличивается проницаемость мембраны. Но и тут все неоднозначно – с увеличением температуры растет и осмотическое давление, препятствующее протеканию процесса обратного осмоса. Кроме того, высокая температура может вызвать изменение структуры мембраны, что снизит её проницаемость. Рабочие температурные параметры так же обязательно оговариваются в паспорте установки (как правило, это диапазон от 10 до 40°С) и их необходимо соблюдать.
Кроме температуры и давления на эффективность обратно осмотического процесса в отношении растворенных очищаемой в воде веществ оказывают влияние такие факторы, как уровень рН, химический состав исходной воды, а так же материала, из которого изготовлена мембрана.
Что задерживает мембрана
На практике, мембрана не полностью задерживает растворенные в воде вещества. Они проникают через мембрану, но в ничтожно малых количествах. Например, неорганические вещества очень хорошо отделяются обратноосмотической мембраной. В зависимости от типа применяемой мембраны (ацетатцеллюлозная или тонкопленочная композитная) степень очистки составляет по большинству неорганических элементов 90%-99%. Специалисты считают, что мембранные фильтры – это практически единственные устройства, действительно умягчающие воду – они удаляют из неё соли жесткости, в то время как большинство картриджных фильтров просто переводят их, так скажем, в иное агрегатное состояние, которое не образует накипи на стенках чайника или кастрюли, но даёт белый легко смываемый налёт.
Органические вещества с молекулярным весом более 100 удаляются полностью; а вот вещества с меньшим весом — могут проникать через мембрану, правда в незначительных количествах. Большой размер вирусов и бактерий практически исключает вероятность их проникновения в очищенную воду.
Мембранные фильтры выгодно отличаются от фильтров сорбционного типа или ионообменных. Последние задерживают и накапливают в себе примеси, а это значит, что фильтр сперва очищает воду, но, насытившись до предела, может начать самоочищаться, сбрасывая «накопленное» в чистую воду. Обратноосмотический фильтр работает по другому принципу – он выступает в роли преграды, ничего не накапливая. И стоит такая защита на пути нежелательных примесей и вирусов, как говорится «до последнего» – даже если мембрана забьется, «враг» не пройдет.
Вот за это их качество мембранные установки стали называть фильтрами "на все случаи жизни".
