Все о фильтрации воды 10 - Мембранные технологии фильтрации 3
Опубликовано: 30.09.2018
18.12.2014
Обратный осмос
Итак, мы подошли к, наверное, самому известному и самому противоречивому способу очистки воды с помощью мембранных технологий.
Технология гиперфильтрации .
Она же обратный осмос .
Она же - корень всех зол и камень преткновения.
КОЛБА ФИЛЬТРА. В КАКУЮ СТОРОНУ КРУТИТЬ. Фильтрация воды
И одновременно - надежда на спасение миллионов, если не миллиардов людей.
Что же такое обратный осмос и чем он отличается от других систем очистки воды?
Гиперфильтрация переводится как сверх-фильтрация. И действительно, сверх . Если ближайшая к этой технологии нанофильтрация происходит на мембране с размерами пор порядка 10 нанометров (в 100000 раз меньше миллиметра), то мембрана гиперфильтрации НЕ имеет фиксированных пор постоянного размера. Фильтрация происходит через мигающие поры - непостоянные и всё время меняющие местоположение щели между молекулами материала самой мембраны.
Ионообменная смола
Соответственно, вода через такой барьер сама по себе не пройдёт. И в ультра-, и в нанофильтрации для процесса очистки воды использовалось давление. Но оно в 10-20 раз меньше того, которое используется в большинстве обратноосмотических систем. Так, для примера, хорошая производительность достигается при давлениях 15-30 бар . Для сравнения. 1 бар соответствует давлению примерно 10 метрам водяного столба. Соответственно, давление в 15 бар - давит как столб воды высотой в 150 метров . ОГО?
Почему так увеличилось давление?
Отсутствие постоянных пор здесь почти непричём. Основную роль играет противодействие солей , растворённых в воде. Опять же, почему соли против?
Представьте себе мембрану - полупроницаемый барьер. Загрязнённая вода подходит с одной стороны, скажем, наружной. Чистая вода вода вытекает с другой стороны мембраны, внутренней.
На наружной стороне мембраны увеличивается количество солей на единицу объёма воды. Ведь вода уходит, а соли остаются.
Замечали ли вы, что солёная вода кипит при большей температуре , чем не солёная? И что солёная вода замерзает при более низкой температуре, чем пресная?
Если не замечали, то можете понаблюдать.
Почему увеличивается температура кипения солёной воды? Потому что соли образуют с молекулами воды достаточно сильные связи . И для того, чтобы вода кипела (то есть, молекулы воды отрывались и улетали), нужно затратить больше энергии на разрыв связей соли и воды. То есть, нагреть воду до большей температуры.
С гиперфильтрацией та же штука. Соли образовали связи с водой и не хотят выпускать её на внутреннюю сторону мембраны. Поэтому прикладывается сила для того, чтобы всё-таки воду на другую сторону протолкнуть.
Почему обратный осмос? Потому что это осмос наоборот.
Итак, возвращаемся к теме обратного осмоса .
И рассмотрим такое явление среди фильтров этого типа, как капельницы . Или, другими словами, бытовые многоступенчатые системы обратного осмоса . Этих систем существует громадное множество. Примерно 90 % всех систем гиперфильтрации подобного типа сделано на Востоке.
Работают эти "осмоса" (с ударением на последнем слоге, жаргонное выражение) на давлении воды в водопроводе. Обычно, если давления воды в водопроводе не хватает по каким-либо причинам (обычно для оптимальной фильтрации необходимо давление воды порядка 3 бар - или 30 литров в минуту из обычного кухонного крана, что измеряется с помощью ведра), то капельницы снабжаются дополнительными насосами для повышения давления.
Как выглядит самая обычная (усреднённая) бытовая многоступенчатая система гиперфильтрации? Вот так схематически (немного запутано, но зато всё учтено):
Что есть что на рисунке?
1 - первая ступень очистки воды. Чаще всего это механический картридж, который не пропускает частицы, большие, чем 20-25 микрон. Назначение : удалить из воды примеси, которые могут повредить мембрану обратного осмоса.
2 - вторая ступень очистки воды . Обычно представлена картриджем механической очистки воды и диаметром задерживаемых частичек более 5 микрон. Назначение : удалить из воды мельчайшие примеси, которые опасны для мембраны гиперфильтрации.
3 - третья ступень очистки воды . Представлена угольным фильтром Назначение : удалить из воды хлор, который разрушает мембрану и ряд органических веществ, которые залепливают мембрану и снижают её производительность. В зависимости от модели аппарата угольных ступеней очистки воды может быть две. Что на обычной городской воде избыточно (при регулярной своевременной замене фильтра).
4 - четвёртая ступень очистки воды . Собственно, мембрана обратного осмоса (гиперфильтрации). Назначение - удаление из воды всех остальных загрязнений. Удаляются неорганические примеси (например, соли тяжёлых металлов и нитраты), органические примеси (хлорогранические соединения, пестициды и т.д.), микробиологические загрязнения (бактерии и вирусы).
5 - бак-накопитель для чистой воды . Работает он очень просто - чистая вода после мембраны под незначительным давлением и с очень маленькой скоростью ( примерно стакан в час, 50 миллилитров в минуту, что зависит от модели) капает в бак. В баке вмонтирована специальная резиновая "груша", куда, собственно, и набирается вода. По другую сторону "груши" находится воздух под небольшим давлением. Когда давление воды внутри груши станет равным давлению воздуха снаружи, то очистка воды прекратится (поскольку чистой воде теперь некуда вытекать). А когда открывается кран чистой воды, вода поступает из этого бака с достаточно приличной скоростью. Обычно запас чистой воды в баке составляет порядка 4-5 литров.
6 - пятая ступень очистки воды . Угольный постфильтр. Уголь насыщен серебром. Часто эта ступень дополняется или заменяется ультрафиолетовой лампой.
Какую функцию выполняет серебро в постфильтре ? Серебро предназначено для обеззараживания воды. Для чего устанавливается ультрафиолетовая лампа ? Для дополнительной дезинфекции воды.
Что нужно дезинфицировать, от чего обеззараживать очищенную воду после системы бытового обратного осмоса ? Ведь бактерии и вирусы по своим размерам не могут попасть на сторону чистой воды! Их размеры в сотни раз больше солей. А мембрана с лёгкостью удаляет соли. Значит, и микробиологического загрязнения быть не должно !
Этот вопрос напрямую связан с мифом о том, что в процессе гиперфильтрации не удаляются бактерии и вирусы. Они удаляются и очень даже прекрасно .