Принцип работы фильтра обратного осмоса?

Принцип работы фильтра обратного осмоса

Чистая питьевая вода - залог здоровья и хорошего самочувствия. К сожалению, качество водопроводной воды во многих регионах Украины оставляет желать лучшего. Избыточное содержание солей жесткости, хлора, пестицидов, тяжелых металлов делает воду непригодной для питья без дополнительной очистки.

Одним из наиболее эффективных решений этой проблемы являются фильтры обратного осмоса. Они удаляют из воды до 99,8% всех вредных примесей, позволяя получить идеально чистую, безопасную и вкусную воду прямо из-под крана.

В этой статье мы подробно разберем устройство и принцип действия систем обратного осмоса, а также дадим рекомендации по их выбору, использованию и обслуживанию.

Что такое фильтр обратного осмоса

Для начала разберемся, что же представляет собой технология обратного осмоса. В ее основе лежит процесс фильтрации воды через полупроницаемую мембрану под давлением.

Мембрана - это тонкая пленка из полимерного материала с порами размером всего 0,0001 микрона. Такие крошечные отверстия пропускают молекулы воды, но задерживают все примеси, имеющие больший размер (соли, бактерии, вирусы, органику и т.д.)

Обратный осмос применяется не только в бытовых фильтрах, но и в промышленных системах водоподготовки, опреснительных установках, медицинском оборудовании. Это одна из самых надежных и проверенных технологий очистки воды.

Типовой фильтр обратного осмоса состоит из следующих компонентов:

• Префильтры (2-3 шт) для предварительной очистки воды от механических примесей, хлора, пестицидов. Обычно это картриджи из полипропиленовой нити и активированного угля.
• Обратноосмотическая мембрана - "сердце" системы. Удаляет до 99,8% растворенных неорганических соединений (солей жесткости, нитратов, тяжелых металлов).
• Накопительный бак - резервуар объемом 12-17 литров для хранения очищенной воды. Сделан из пищевого пластика, внутри имеет мембрану из бутилкаучука для поддержания давления.
• Постфильтры - один или несколько картриджей для финишной очистки воды (угольный, минерализатор, УФ-лампа, ионизатор). Улучшают вкус и полезные свойства воды после мембраны.
• Кран чистой воды - устанавливается на мойку или столешницу, служит для подачи очищенной воды потребителю.
• Автоматический клапан - отсекает систему фильтрации от магистрали в случае разрыва мембраны, протечки или переполнения бака.
• Дренажная магистраль - трубка для сброса в канализацию концентрата загрязнений, отделяемого мембраной.

Вот так выглядит типовая схема фильтра обратного осмоса. Далее мы более подробно рассмотрим, как происходит поэтапная очистка воды в этой системе.

Принцип работы фильтра обратного осмоса

Рассмотрим процесс очистки воды в системе обратного осмоса на примере 5-ступенчатого фильтра Ecosoft Standard с минерализатором.

Этап 1. Префильтрация

Вода из водопровода поступает на вход фильтра и проходит через картридж префильтра. Это может быть фильтр из полипропиленового волокна (типа PP 5) с рейтингом фильтрации 5 микрон. Он задерживает песок, ржавчину, другие нерастворимые частицы крупнее 5 мкм.

Более тонкую очистку от механических примесей обеспечивают картриджи с рейтингом 1 мкм и даже 0.1 мкм. Такие префильтры идут вторыми по порядку и позволяют продлить срок службы мембраны.

Следующая ступень предварительной очистки - угольные картриджи из прессованного активированного кокосового угля. Они поглощают остаточный хлор, органические соединения, устраняют неприятные запахи и привкусы. Сорбционная емкость таких картриджей - 5000-10000 л в зависимости от модели.

Качественная префильтрация на этапе подготовки воды к обратному осмосу крайне важна. Она защищает мембрану от быстрого загрязнения и увеличивает ее ресурс.

Этап 2. Обратноосмотическая мембрана

Очищенная от крупных примесей вода подается на полупроницаемую мембрану. Чаще всего в бытовых фильтрах применяются мембранные элементы TW30-1812-50 или TW30-1812-75 производства компании Filmtec (Dow Chemical).

Площадь рабочей поверхности таких мембран - около 0.5 кв. м. Селективность - 95-98% по растворенным неорганическим соединениям (солям), более 99% по бактериям и вирусам. Рабочее давление для мембран 1812 - от 0.35 до 0.8 МПа.

Вода продавливается через мембрану под давлением 5-6 атмосфер. Молекулы воды проходят сквозь поры мембраны, а ионы солей и прочие примеси концентрируются в тонком пристеночном слое на ее поверхности. Этот слой "рассола" постоянно смывается и уходит в дренаж вместе с частью исходной воды.

Очищенный от 95-99% примесей пермеат (фильтрат) собирается в накопительном баке. Типовая скорость фильтрации для обратного осмоса - 190-280 л/сутки. Выход чистой воды - 15-30% от исходного потока в зависимости от состава воды, температуры и давления на входе.

Этап 3. Постфильтрация

Очищенная вода из бака подается на угольный постфильтр, где происходит ее финальная очистка от остаточных запахов и привкусов. Иногда после мембраны ставят минерализатор - картридж с природной "крошкой" кальцита или доломита, насыщающей воду полезными минералами.

Для обеззараживания воды в некоторых моделях фильтров используется ультрафиолетовая лампа (например, Ecosoft UV E-480). УФ-излучение нейтрализует до 99.9999% микроорганизмов, сохраняя минеральный состав воды.

Накопительный бак и кран

Очищенная и постфильтрованная вода собирается в накопительном баке под давлением. Бак имеет эластичную мембрану (диафрагму) из пищевого пластика - бутила или каучука. По мере поступления воды мембрана растягивается, создавая в баке постоянное давление 0.4-0.6 атм.

При открытии крана чистой воды на столешнице это давление выталкивает воду в кран по отдельной пластиковой трубке синего цвета. Если бак пуст - из крана вытекает вся вода и напор снижается, сигнализируя о необходимости сделать паузу для заполнения бака.

С течением времени в баке могут размножаться бактерии, попадающие извне через кран. Чтобы этого избежать, в современных системах обратного осмоса предусмотрен автоматический слив бака раз в сутки вне зависимости от расхода воды. Эта функция реализована в моделях Ecosoft Absolute и Expert.

Дренаж концентрата

Сконцентрированные на поверхности мембраны загрязнения сбрасываются в канализацию по отдельной дренажной магистрали (трубке красного или черного цвета). Вместе с концентратом в слив уходит от 70 до 85% исходной воды.

Этот показатель зависит от типа мембраны, солесодержания воды и давления на входе. Например, в системах Ecosoft Absolute c мембраной 50 GPD соотношение чистая вода/концентрат составляет 1:4 (25% фильтрата на 75% дренажа). А в системах Ecosmart с мембраной 300 GPD это соотношение может достигать 1:1.5 (до 45% фильтрата).

Для сравнения - в промышленных установках обратного осмоса на опреснение морской воды выход фильтрата не превышает 10%, остальные 90% уходят в дренаж. Поэтому расход воды на собственные нужды в бытовых системах не так уж велик.

Обслуживание фильтра обратного осмоса

Чтобы система обратного осмоса служила долго и эффективно, необходимо правильно и своевременно ее обслуживать. Основные регламентные работы - замена картриджей предварительной очистки и мембранного элемента.

Замена префильтров

Картриджи предварительной очистки (полипропиленовые и угольные) меняются раз в 3-4 месяца или после фильтрации 5000-6000 литров воды. Точный срок зависит от качества исходной воды и интенсивности эксплуатации.

Признаки износа картриджей:

• Заметное снижение напора очищенной воды из крана
• Появление постороннего запаха или привкуса у воды
• Увеличение времени заполнения накопительного бака

Для замены префильтров нужно:

1. Перекрыть подачу воды на входе в фильтр и открыть кран для сброса давления
2. Вывинтить колбы префильтров специальным ключом (идет в комплекте)
3. Слить из колб грязную воду, промыть их моющим раствором и ополоснуть
4. Достать из колб отработанные картриджи, утилизировать их
5. Поставить в колбы новые картриджи в соответствии со схемой
6. Прикрутить колбы к крышкам до упора, проверить плотность прилегания и целостность прокладок
7. Открыть подачу воды, промыть фильтр в течение 10-15 минут

Замена мембраны

Мембранный элемент рассчитан на 1.5-2 года работы или 10000-12000 литров пермеата. Однако мембрана может выйти из строя раньше срока при несвоевременной замене префильтров, гидроударах, кратковременном отключении воды.

Основные признаки износа или повреждения мембраны:

• Резкое увеличение солесодержания (TDS) в очищенной воде
• Уменьшение выхода фильтрата и давления в накопительном баке
• Шум воды в дренажной линии при простое фильтра

Чтобы заменить мембранный элемент:

1. Отключить подачу воды и электропитание на входе фильтра
2. Сбросить давление в системе, слить воду из бака через кран
3. Отсоединить трубки от крышки корпуса мембраны
4. Открутить крышку корпуса специальным ключом
5. Извлечь мембрану из корпуса легким покачиванием и потягиванием за центральную трубку
6. Вставить новую мембрану в корпус, совместив резиновые кольца с пазами крышки
7. Прикрутить крышку корпуса, затянуть до упора
8. Подсоединить цветные трубки к соответствующим выходам: синюю - к баку, красную - к дренажу, черную - к ограничителю потока
9. Включить воду, проверить систему на утечки
10. Промыть новую мембрану в течение 30-40 минут, сливая воду в кран. Первую порцию фильтрата (5-7 литров) рекомендуется вылить

Санитарная обработка

Чтобы предотвратить бактериальное загрязнение мембраны и накопительного бака, необходимо периодически (1-2 раза в год) проводить дезинфекцию системы обратного осмоса. Для этого используют специальные обеззараживающие растворы на основе перекиси водорода, гипохлорита натрия, лимонной кислоты.

Порядок санитарной обработки:

1. Отключить подачу воды, слить бак, промыть префильтры
2. Приготовить дезраствор согласно инструкции (обычно 1-2 ст.л. реагента на 4-5 л воды)
3. Залить дезраствор в бак системы и префильтры, дать постоять 10-15 минут
4. Промыть систему водой до исчезновения запаха дезинфектанта
5. Заменить картриджи постфильтра, особенно угольный
6. Промыть фильтр 15-20 минут, слить первые 3-5 литров фильтрата

Своевременная санобработка защищает мембрану и продлевает срок ее службы, сохраняет высокое качество очистки. Особенно важно дезинфицировать систему после длительного (более 2-3 недель) перерыва в эксплуатации.

Плюсы и минусы фильтров обратного осмоса

Давайте подробнее рассмотрим основные преимущества и недостатки систем обратного осмоса в сравнении с другими типами фильтров для питьевой воды.

Преимущества обратного осмоса

Высокая степень очистки. Фильтры обратного осмоса удаляют из воды 95-99,9% всех видов примесей. В том числе:

• Механические взвеси (песок, ржавчину, водоросли) - до 99.9%
• Растворенные соли жесткости, железо, тяжелые металлы - 95-98%
• Бактерии, вирусы, цисты - 99-99,9%
• Органику, нефтепродукты, пестициды, гербициды - 95-97%
• Хлор, его производные, хлорорганику - 97-99%
• Частично радионуклиды (радий, уран) - до 95%

Для сравнения:

• угольные фильтры-кувшины задерживают 70-80% механических и органических примесей, снижают жесткость на 10-40%.
• ультрафильтрация (мембраны 0.01-0.1 мкм) на 90-99% очищает от взвесей, микробов, крупных молекул органики, но не удаляет соли и растворенные газы.

Универсальность. Системы обратного осмоса работают с водой любого типа (из скважин, колодцев, водопровода), с любым начальным солесодержанием (до 2000-3000 мг/л). Эффективность очистки не зависит от состояния водопроводных сетей, колебаний состава и температуры воды в источнике.

Компактность и производительность. Фильтры обратного осмоса занимают мало места (блок фильтров 35х45х40 см) и могут устанавливаться под мойкой, в углу или даже в соседнем помещении. При этом производительность составляет 190-280 литров в сутки - больше, чем у любых других бытовых водоочистителей. Семье из 3-4 человек такого объема хватит для питья и готовки.

Автономность и доступность. Фильтры обратного осмоса не требуют электричества (работают от давления воды), расходные материалы недороги и их легко найти. Замену картриджей и мембраны можно проводить самостоятельно, без вызова мастера. Таким образом, обратный осмос - оптимальный способ обеспечить чистой водой загородный дом или дачу.

Сервис и длительный срок службы. При правильном обслуживании (замена картриджей раз в 3-12 мес, мембраны раз в 1.5-2 года) фильтры обратного осмоса могут работать 5-7 и более лет. На большинство систем Ecosoft действует официальная гарантия от производителя 12-36 месяцев. Получить консультацию, заказать установку или ремонт можно в сотнях представительств по всей Украине.

Недостатки обратного осмоса:

1. Удаление минералов. Вместе с вредными примесями мембрана задерживает и полезные минеральные соли (кальций, магний, натрий, калий). Очищенная вода имеет низкую минерализацию (5-30 мг/л), при постоянном употреблении может вызывать дефицит электролитов.
2. Дренажные потери. Для работы мембраны нужен поток воды, который смывает грязь с ее поверхности. На каждый литр фильтрата приходится 2-3 литра сливаемого концентрата. Выход очищенной воды относительно невелик - 15-30% при работе с водопроводной водой.
3. Необходимость фильтров предочистки. Перед подачей на мембрану вода должна быть избавлена от мусора, хлора, органики. Иначе мембрана быстро загрязнится и выйдет из строя. Поэтому система обратного осмоса включает 2-3 префильтра, которые нужно менять каждые 3-4 месяца.
4. Зависимость от давления. Для продавливания воды через мембрану нужно давление 3-6 атм. При падении давления в водопроводе ниже 3 атм фильтрация прекращается. Для нормальной работы мембраны на входе должен стоять регулятор давления. А при давлении ниже 2 атм потребуется установка повысительного насоса.
5. Накопительный бак. Вода после мембраны поступает не сразу в кран, а сначала в бак-накопитель. Он сглаживает колебания давления и расхода, обеспечивает запас воды на случай отключения. Но бак довольно громоздкий (12-17 литров), ему нужно место под мойкой. К тому же раз в год рекомендуется менять мембрану бака, отмывать его дезсредством.

Критерии выбора фильтра обратного осмоса

Когда принципиальное решение принято, возникает вопрос - а как выбрать "правильный" фильтр обратного осмоса? Ведь в продаже десятки моделей, зачастую мало отличающихся друг от друга внешне.

Мы выделили несколько ключевых характеристик, на которые стоит обратить внимание при покупке системы очистки воды обратным осмосом.

Производительность

Первый параметр - это производительность мембраны или всей системы. Она измеряется в галлонах или литрах очищенной воды в сутки. Зависит от площади, типа и селективности используемой мембраны.

Стандартная производительность для бытовых систем - 50-100 GPD (190-380 л/сутки). Этого достаточно для семьи из 3-5 человек. Для большего потребления воды лучше выбрать модель на 150-300 GPD (510-1020 л/сут). Важно: заявленная производительность соответствует работе при температуре воды 25°С и давлении 4 атм. При снижении температуры и давления на входе реальная производительность будет ниже номинальной на 10-20%.

Количество ступеней очистки

Базовая схема фильтра обратного осмоса включает 3-5 ступеней фильтрации:

1. Механическая очистка (полипропиленовый картридж 5 мкм)
2. Сорбционная очистка (гранулированный уголь или карбон-блок)
3. Обратноосмотическая мембрана (TFC, 50-300 GPD)
4. Угольный постфильтр и/или минерализатор
5. Финишное кондиционирование (УФ-лампа, ионизация воды)

В более продвинутых системах число ступеней может доходить до 7-12. Увеличение числа ступеней, как правило, повышает качество очистки и ресурс мембраны. Но и цена таких систем соответственно выше.

Тип мембраны

В фильтрах обратного осмоса применяются рулонные тонкопленочные мембраны (TFC) из полиамида или композита. Они различаются по типу, площади и плотности нанесения активного слоя.

• Стандарт - мембраны с высокой селективностью (95-98%) и умеренной производительностью (30-70 л/час на 1 кв.м.)
• Low Energy - низконапорные мембраны, работающие при давлении 2-4 атм. Дают 100-120 л/час с 1 кв.м.
• Ultra Low Pressure - ультранизконапорные мембраны (1.6-3 атм). Производительность 120-150 л/ч с 1 кв.м, селективность 94-95%.

Мембрана упакована в плотный корпус цилиндрической или квадратной формы с торцевыми уплотнениями. Стандартные размеры бытовых "мембран" - 1812, 2012, 2521, 3012. Эти цифры обозначают диаметр и длину корпуса мембранного элемента в дюймах. Оптимальный выбор для домашних систем обратного осмоса - TFC мембрана типоразмера 1812 или 2012 и производительностью 50-100 GPD (190-380 л/сутки).

Наличие минерализатора

Как уже говорилось, при обратноосмотической фильтрации из воды вместе с вредными примесями удаляются и полезные минералы. Чтобы вернуть их обратно в очищенную воду используются специальные фильтры-минерализаторы. Они представляет собой картридж с природной минеральной засыпкой, чаще всего кокосовой скорлупой или яичной скорлупой. При пропускании воды через этот наполнитель происходит насыщение ее ионами кальция, магния, калия, других микроэлементов.

Хороший минерализатор повышает уровень минерализации воды с 5-20 до 100-200 мг/л. Это значение является оптимальным для организма по рекомендациям ВОЗ. При этом солевой состав сбалансирован и соответствует природной питьевой воде высокого качества.

Автоматическое управление

Еще один важный критерий - наличие в фильтре электронного блока управления и контроля. Он берет на себя функции открытия/закрытия подачи воды, промывки мембраны, наполнения бака, индикации ресурса и ошибок.

Так, популярная автоматика Clack (США) для систем обратного осмоса имеет следующие возможности:

• контроль TDS (общего солесодержания) на входе и выходе системы
• программирование 4 независимых таймеров (сервисного, промывочного и др.)
• отображение сервисной информации на LCD экране
• вывод звукового и визуального сигнала о необходимости замены картриджей
• управление работой УФ-лампы, насоса, соленоидного клапана подачи воды

Автоматическое управление в разы повышает удобство пользования фильтром и продлевает срок его службы. Вы всегда будете в курсе состояния системы и вовремя сможете выполнить ее ТО.