Как работает обратный осмос: принцип действия устройств тонкой очистки воды

Система обратного осмоса и ее принцип работы

Обратноосмотический фильтр подключается к  системе водопровода,  из него и поступает грязная вода, которую нужно очищать. Примеси через специальное отверстие сливаются в канализацию. Работа осмоса и его поэтапный принцип действия:

— грубая очистка только что поступившей воды;

— прохождение воды через мембранный фильтр;

— система накопления жидкости;

— очистка финишным фильтром;

— разлив через установленный специальный кран.

На первом этапе проходит важный процесс, который очищает воду от всякого рода примесей. Одним из дорогих составляющих считается мембрана с эффектом обратного осмоса. Мембрана прослужит долго, но ее срок ресурсности зависит от качества воды. Предварительная очистка проходит через три последовательных фильтра, они готовят воду для ее пропуска сквозь мембранное покрытие. Первый фильтр механической очистки выполнен из полипропилена, он пятимикронный и способен очищать от частичек в 0.5 микрон. На этом этапе удаляется ржавчина, частицы песка и другого рода механических примесей. Угольный фильтр удаляет хлор и его соединения эффективно удаляются, очищаются пестициды и нефтепродукты. Третий фильтр одномикронный и удаляет все, что менее 1 микрона.

Второй этап фильтрации характеризует работы осмотической мембраны. Здесь проводится основная очистка, в связи с разницей в давлении системы обратного осмоса эффективно очищают воду во всем мире. Мембрана может устанавливаться одна, а может их стоять несколько в виде рулона. В изготовлении используются искусственные синтетические материалы. Пористая мембрана состоит из пор в 0,0001 микрон, поэтому она пропускает исключительно молекулярные соединения. Поток воды делится на кристальной чистоты жидкость, она переходит в накопительный бак и воду с высокой плотностью, которая выходит в канализационное отверстие.

Через мембрану проходит растворенный кислород и остальные газы, которые дают воде вкусовые свойства. Фильтр делает воду настолько чистой, что ее не надо даже кипятить. Свежая и вкусная вода полезна для организма человека. Производительность системы не очень большая, так как очистка занимает определенное количество времени. Прохождение через мембрану зависит от давления, концентрации примесей и температурного режима. Для бытового фильтра мембрана устанавливается на 300 литров воды суточной нормы. После фильтрации установлен в системе накопительный бачок, его объем достигает 12 литров, зависит от модели и производительности. С расходованием жидкости бачок постоянно пополняется, и система добавляет туда воду.

Фильтр с обратным осмосом

Понятно, что, даже имея на руках фильтровальную мембрану обратного осмоса, очистить в домашних условиях воду из водопровода будет довольно сложно. В обычных условиях картридж обратного осмоса даже не пропустит через полотно воду, налитую самоналивом. Для фильтрации потребуется избыточное давление и целый ряд вспомогательных устройств.

Типовая конструкция фильтра обратного осмоса

В качестве примера обычного бытового фильтра можно использовать схему установки обратный осмос аквафор. Высокоуровневые фильтры промышленного изготовления выпускаются в виде нескольких блоков, сюда входят:

  • Аккумулятор или бак давления фильтрования;
  • Волоконный или насыпной грязевой фильтрующий бокс;
  • Угольный блок;
  • Мембранные картриджи обратного осмоса;
  • Солевой фильтр.

Как работает обратный осмос: принцип действия устройств тонкой очистки воды

Система обратного осмоса, обычно в виде нескольких стандартных блоков. Полимерная мембрана с сепаратором в виде полотна свернута рулоном и установлена в цилиндрическом пластиковом или металлическом корпусе.

Как работает обратный осмос: принцип действия устройств тонкой очистки воды

Аккумулятор позволяет выровнять рабочее давление на системе обратного осмоса. Тонкое полимерное полотно оказывается достаточно чувствительным к перепадам давления воды, сильные гидроудары, как правило, приводят к разрыву полотна и выходу из строя. Работает бак в переменном режиме. Пока кран на выходе закрыт, бак наполняется водой из водопровода. Как только кран на мойке открывается, четырехпозиционный клапан отсекает внешнюю магистраль и выдавливает запасенную воду в систему обратного осмоса.

Грязефильтрующий блок останавливает 99% песка, ржавчины и мусора, попадающего в фильтрующий контур из водопровода. Угольная вставка дает возможность отделить хлор, хлорноватистые и железистые соединения, воздух, органические вещества, словом, все, что представляет угрозу для чувствительной осмотической пленки.

Фильтр обратного осмоса со «свежим» фильтрующим элементом превосходно очищает воду, по утверждению специалистов, некоторые модели способны удалять из потока даже микроводоросли и бактерии. Но у качественно отфильтрованной воды есть один существенный недостаток: ее вкус далек от того, что можно назвать ключевой водицей. На вкус вода, прошедшая такую очистку, напоминает техническую, с металлическим привкусом. Из очищенной на 99,9% воды не готовят чай, кофе, горячие блюда, ею нельзя поливать растения, и не желательно пить в сыром виде, так как, по утверждениям медиков, очищенная до предела вода вымывает кальций из организма.

Чтобы избавиться от ненужного эффекта, производители комплектуют фильтровальные установки специальным устройством — минерализатором, благодаря которому вода насыщается солями натрия и кальция и приобретает приятный вкус. Ресурс минерализатора ограничен, поэтому в конструкции фильтра используют два вывода – прямой, без минеральной добавки, и питьевой, с насыщением воды солями и минералами.

Застой воды

Некоторые люди говорили о плохом вкусе воды, который появлялся после того, как были заменены дополнительные верхние картриджи биокерамического основного или минерализатора. Но это связано не с самими фильтрами и их возможностью портить воду, а с тем, что человек неправильно использовал фильтр. Картриджы водоподготовки содержат до 3 стаканов жидкости. Эта вода, как и та, которая находится в баке, не может застаиваться. Чтобы избавиться от постороннего запаха и вкуса нужно или использовать минерализатор (биокерамический картридж) ежедневно, или сливать несколько стаканов жидкости.

Как работает обратный осмос: принцип действия устройств тонкой очистки воды

Если у всей воды после фильтрации имеется странный запах или привкус, жидкость застаивается не в картриджах, а в баке для хранения воды. Здесь, как правило, причиной неполадки является то, что вовремя не был заменен постугольный картридж (а делать это нужно 1 раз в год), или это происходит из-за неполного использования ресурса бака (гидроакумулятора). Если вам не удается использовать объем фильтра целиком (баки имеют емкость 15-12л., 11-8л., 8-6л.) нужно проводить искусственное обновление воды в баке один раз в месяц.

Вы можете перекрыть кран перед фильтром и постепенно тратить лишнюю очищенную воду, а можете набрать ее в большую емкость или слить из бака в канализацию. Если фильтр используют 3-4 чел., то лучше выбирать бак наименьшего размера (8 л.).

Очищенной воде свойственно застаиваться, так как при использовании системы осмос очистка воды производится до качества дестиллированной. В ней способны размножаться бактерии, и при отсутствии протока может появиться привкус или посторонний запах. Долго хранить жидкость можно, только если в нее будут добавлены антибиотики, такие как добавляются в бассейны. Они являются вредными, и это является главным недостатком бутилированной воды, которую также очищают способом обратного осмоса, но она может храниться дольше.

Как устроен и как работает фильтр обратного осмоса

Первоначально установки такого типа использовались для опреснения морской воды. Но как только технологии позволили выпускать подобные приборы в менее габаритном и дорогостоящем исполнении, они прочно заняли свою нишу на рынке бытовых фильтров.

Принцип действия устройства основан на явлении обратного осмоса – продавливании воды через мембрану с микроскопическими отверстиями, по размерам совпадающим с величиной молекул H2O. Все более крупные частицы задерживаются, поэтому на выходе получается практически дистиллированная вода. Не прошедшие через мембранный фильтр примеси в виде концентрированного солевого состава сливаются в канализацию.

ИНТЕРЕСНЫЕ ФАКТЫ!

  • Чистейшая вода, лишенная примесей, не замерзает при 0 °C, а переходит в состояние, которое называется сверхохлаждением. Она не превращается в лед до -38 °C и остается жидкой. Ученые выяснили, что для появления кристаллов льда нужна точка образования, инородное тело в воде – пузырек воздуха, соринка. Если встряхнуть бутылку со сверхохлажденной водой, в ней появятся пузырьки и она моментально заледенеет.
  • Вода – превосходный проводник электричества. Но только не дистиллированная, ведь электричество переносят молекулы примесей и ионы растворенных в ней веществ.
  • Всем знакомы три агрегатных состояния воды – жидкое, твердое и газообразное. Ученые же выделяют пять фаз жидкой воды и целых 14 фаз льда.
  • При -120 °C замерзшая чистая вода становится тягучей и вязкой, а при -135 °C она станет стекловидной – твердой, но без кристаллической структуры.

Для долговечной эксплуатации мембраны воду предварительно пропускают через фильтры, удаляющих из нее механические взвеси и другие примеси. Таким образом, система очистки воды при помощи обратного осмоса состоит из 4–5 ступеней, к которым по желанию подключаются дополнительные элементы.

Обратный осмос мифы

Так обратный осмос – это вред или польза? Вода, прошедшая очистку при помощи системы обратного осмоса, является безопасной экологически чистой жидкостью, пригодной для употребления. Ни одно исследование мирового уровня не выявило негативного влияния на организм воды, очищенной таким методом.

В итоге хочется развеять мифы (в основном придуманные конкурирующими кампаниями), придуманные за время существования системы обратного осмоса:

  1. Вода после очистки в системе имеет низкий рН. Вода после данной очистки имеет нейтральный щелочной баланс и не может навредить организму.
  2. Бутилированная вода лучше, чем вода после очистки данной системой. Перед заполнением пластиковых емкостей вода обязательно проходит очистку обратным осмосом. Однако вред бутилированной воды заключается в проблеме самих емкостей для воды: пластиковые емкости при нагревании могут выделять токсичные элементы, проникающие в очищенную воду.
  3. Очищенная вода «мертвая» и «вымывает» полезные вещества из организма. При подобной очистке из жидкости удаляются практически все элементы, как полезные, так и вредные, поэтому такая вода становится практически стерильной. Сама же вода по сути является «растворителем» для попадающих в организм веществ.

Как работает обратный осмос: принцип действия устройств тонкой очистки водыВода после очистки обратным осмосом становится практически стерильной

При постоянном употреблении такой воды в больших количествах целесообразно восполнять дефицит нужных для организма веществ. Если же вы хотите подробно узнать – каких веществ необходимо добавить в воду для ее обогащения, тогда стоит провести детальный химический анализ полученной воды и воспользоваться минерализаторами.

Некоторые интересные факты

Учеными доказано, что питьевая вода, зараженная различными микроорганизмами очень вредна для человеческого здоровья. Именно поэтому постоянно ведется борьба с загрязнённой водой.

Существует всего два способа очистки воды, при которых можно избавиться от микробов. Первый способ предполагает использование технологии обратного осмоса, а второй дистилляцию воды. Естественно уровень насыщенности минералами у воды очищенной с помощью обратного осмоса будет выше.

Считается, что вода, содержащая до 100 мл/л минералов, считается не минерализованной и вредной. И мало кому известно, что данный факт не имеет под собой никакого научного обоснования. Однако если учитывать уровень микроэлементов, которые содержатся в очищенной методом обратного осмоса воды, то ее можно назвать вредной.

Существуют факты, которые говорят в пользу обратного осмоса. В частности, это тот факт, что данный тип фильтрации уже более шестидесяти лет используется для очистки воды для военно-морского флота США. При этом никаких жалоб на состояние здоровья от военных не поступало.

Тот факт что данный метод очистки не оставляет в воде солей это действительно правда. Слухи о вреде обратного осмоса подтверждения не находят. Более того, ученым удалось выяснить, что те соли, которые содержаться в воде наш организм попросту не усваивает, поскольку они неорганические. Таким образом, можно сказать, что вреда от применения фильтра точно не будет.

И действительно мембрана фильтра обратного осмоса не нанесет человеку настолько большой вред, как это могут сделать различные примеси, которые содержаться в воде. Также сторонники теории вреда осмоса не учитывают вреда организму от микробов, которые также содержаться в воде, и не исчезают из нее, если не примять эту технологию.

Техническое описание системы

Как работает обратный осмос: принцип действия устройств тонкой очистки водыТермин «осмос» имеет греческое происхождение (первоначально означал толчок, давление), и применяется для обозначения процесса односторонней диффузии через полупроницаемые мембраны под действием различных факторов.

К примеру, прямой осмос – явление выравнивания концентраций растворов, разделенных такой мембраной. Обратный осмос (что это такое) работает немного по другому принципу, о котором мы расскажем подробно.

Осмос – одно из проявлений принципа Ла-Шателье – Брауна, который гласит, что при воздействии на систему извне, находящуюся в устойчивом равновесии, в ней начнутся процессы, направленные на восстановление равновесия (компенсацию воздействия).

Условия равновесия могут быть различными – температура, давление, напряженность электромагнитного поля.

Для явления осмоса таким условием является концентрация раствора.

Два раствора с различной концентрацией растворенного вещества, разделенные полупроницаемой мембраной, как раз и представляют собой систему, в которой нарушено условие равновесия.

Полупроницаемой, называется мембрана, которая пропускает только молекулы определенных веществ.

Различная концентрация растворов, означает, что давление, которое создают молекулы растворителя в растворе с более высоким содержанием примеси, больше, чем в том, где количество примесей меньше.

Эта разница давлений вызывает движение молекул растворителя через мембрану и называется осмотическим давлением.

Когда концентрация обоих растворов выровняется, система придет в равновесие, и диффузия растворителя через мембрану прекратится.

Если создать в растворе с высокой концентрацией примесей избыточное давление, которое превышает величину осмотического, начнется процесс диффузии молекул растворителя из раствора с большей концентрацией в раствор с меньшей.

В направлении, противоположном направлению осмоса. Такое явление получило название обратного осмоса.

Как же работает обратный осмос

Разделение происходит за счёт перераспределения концентраций ионов и молекул между двумя полостями. При этом более крупные молекулы растворенных веществ и примесей частиц остаются в растворе и не забивают поры, поэтому мембрана сохраняет способность к фильтрации и разделению жидкостей достаточно длительное время. При этом производительность мембранного полотна практически не снижается.

Как работает обратный осмос: принцип действия устройств тонкой очистки воды

Это свойство осмотического фильтра и сбивает с толку многих технологов. Если бы полотно просто отфильтровывало ионы и частички примесей, как обычный матерчатый или бумажный фильтр, то ресурс обратного осмос – фильтра размером со стакан составил бы несколько сот литров воды, как это происходит с угольными и цеолитовыми фильтровальными элементами.

Мембрана осмотического фильтра изготавливается по многослойной схеме, в таком полотне есть входная и чистая поверхность. Два слоя из разных материалов разделены прочной армирующей сеткой. Входная поверхность подвергается обработке, в результате которой образуется большое количество длинных и очень тонких пор. Чистая поверхность тоже наделена порами точно запрограммированного размера, что позволяет удерживать очищенную воду от обратной диффузии во входную камеру осмос фильтра.

Самое простое объяснение работы обратного осмоса выглядит так:

  • Входная поверхность изготовлена из материала, способного притягивать из раствора и удерживать на поверхности молекулы воды. Ионы соли или любого другого растворенного вещества практически не могут подойти и просочиться через микрокапилляры;
  • Избыточное давление в камере постоянно выдавливает молекулы воды в чистую полость осмос – фильтра, а загрязнения и ионы соли выдавливаются в обратном направлении, в начальную полость.

Таким образом, все примеси выдавливаются ионами воды на определенное удаление от мембраны, благодаря чему осмотические фильтры способны работать и не загрязняться намного дольше, и с более высоким качеством фильтрации.

Как работает обратный осмос: принцип действия устройств тонкой очистки воды

Принцип действия обратного осмоса можно сравнить с ситом, заполненным мельчайшим сухим песком с небольшим количеством более крупных зернышек глины и камня. Под действием вибрации песок легко проходит сквозь мелкую сетку, тогда как примеси поднимаются на поверхность и остаются внутри сита.

К сведению! Мембраны обратного осмоса после заполнения водным раствором нельзя нагревать или высушивать, это неминуемо приводит к выходу из строя фильтровального элемента.

Понятно, что часть загрязнений и ионов примесей все же прорывается к капиллярам и забивает их. Качество очистки и производительность снижается, поэтому производители устанавливают на фильтр для воды с обратным осмосом рекомендованный безопасный ресурс по количеству пропущенной воды.

Полезна ли очищенная таким способом вода

В обществе и научных кругах бытуют две точки зрения о том, насколько полезна вода, очищенная с использованием обратного осмоса, для человеческого организма.

  1. Сторонники первой, утверждают, что вода в человеческом организме выполнят только роль растворителя, и, соответственно, чем она чище, тем лучше.
  2. Их оппоненты придерживаются мнения, что поступающая в организм человека вода несет вред от обратного осмоса.
    Жидкость должна, в обязательном порядке, содержать различные микроэлементы, обеспечивающие здоровье человека.

Как работает обратный осмос: принцип действия устройств тонкой очистки воды
И те и другие, используют множество аргументов, однако, доказательств абсолютной правоты одной из сторон специалистами, пока не найдено.

В качестве же доводов в пользу использования очищенной способом обратного осмоса воды можно привести следующие:

  • содержание минеральных веществ в воде далеко от тех норм, которые необходимы для жизнедеятельности человека, львиную их долю он получает с пищей;
  • далеко не всегда минеральные вещества в воде находятся в форме, которая усваивается организмом;
  • очищенная таким образом вода обладает отличными экстрагирующими свойствами, что позволяет при ее использовании получать полезную и вкусную пищу;
  • чистая вода не вызывает аллергических реакций;
  • в результате употребления чистой воды, невозможно накопление в организме вредных веществ.

Именно, эти достоинства обусловили широкое применение установок обратного осмоса для некоторых отраслей промышленности.

Как это работает

Процесс осмоса основан на свойстве воды выравнивать уровень содержания примесей в растворах разделенных мембраной. Отверстия в этой мембране настолько малы, что проходить через них могут только молекулы воды. Если в одной из частей такого гипотетического сосуда увеличить концентрацию примесей, вода начнет перетекать туда до тех пор, пока плотность жидкости в обеих частях сосуда не выровняется.

Обратный осмос дает прямо противоположный результат. В этом случае мембрану используют не для выравнивания плотности жидкости, а для того, чтобы с одной ее стороны собрать чистую воду, а с другой — раствор, максимально насыщенный примесями. Именно поэтому такой процесс называют обратным осмосом.

Все эти химические особенности мало интересны покупателям, особенно тем, кто не слишком хорошо разбирается в науке. Им достаточно понимать, что центром системы обратного осмоса является специальная мембрана, поры которой настолько малы, что не пропускают ничего, что превышает размеры молекулы воды, а это значительная часть загрязнений, содержащихся в водопроводной воде.

Увы, молекула воды — не самая маленькая на земле, например, молекулы хлора значительно меньше, поэтому они также могут просачиваться через мембрану. Кроме того, контакт с крупными взвесями этой мембране противопоказан. Ее мелкие поры при таком воздействии быстро засорятся, и этот элемент придется сразу же заменить.

Чтобы этого не произошло, в систему обратного осмоса включают еще три дополнительных фильтра, с помощью которых вода проходит предварительную подготовку. Мембрана разделяет частично очищенную воду на две неравные части. Примерно треть поступившего объема представляет собой чистую воду, которая затем поступает в накопительный бак.

Еще две треть объема воды — это часть, в которой сконцентрированы загрязнения. Такой концентрат сливается в канализацию. Между баком и краном обычно имеется небольшой контейнер. Здесь устанавливают картридж, который предназначен для повышения качества уже очищенной воды, например, для насыщения ее полезными минералами.

Схематически принцип действия обратного осмоса можно описать так:

Вода поступает из водопроводной системы на фильтры предварительной очистки.
Затем жидкость проходит процедуру обратного осмоса.
Очищенная вода поступает в накопительный бак.
Концентрат, содержащий отфильтрованные загрязнения, перемещается в канализацию.
Чистая вода из накопительного бака поступает на кран для чистой воды непосредственно или через дополнительные устройства.

Таким образом, система обратного осмоса представляет собой набор устройств, которые обеспечивают возможность получить питьевую воду с высокой степенью очистки. До недавнего времени такие системы использовались, главным образом, в промышленности, на предприятиях общественного питания в оздоровительных учреждениях и т.п.

Как работает обратный осмос: принцип действия устройств тонкой очистки воды

Но из-за растущих требований к качеству водопроводной воды в последние годы популярность приобретают системы обратного осмоса, предназначенные для использования в быту. Они различаются по комплектации, производительности, размерам накопительной емкости и т.п. Фильтры и мембрану нужно периодически заменять.

Как определить, что мембрана нуждается в замене? По мере эксплуатации ее поры забиваются, и наступает момент, когда вода просто не проходит в накопительный бак. Такую мембрану придется заменить в любом случае. Но специалисты рекомендуют выполнять замену значительно раньше.

Для определения качества воды, очищенной с помощью системы обратного осмоса, используют электронный прибор — TDS-metr. С его помощью определяют уровень содержания солей в воде.

Для водопроводной воды до очистки этот показатель может составлять 150-250 мг/л, а после очистки по технологии обратного осмоса нормой считается солесодержание в пределах 5-20 мг/л. Если количество солей в очищенной воде составляет более 20 мг/л, мембрану рекомендуется заменить.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

девять + 1 =

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!:

Adblock
detector