Принцип роботи фільтра зворотного осмосу

Чиста питна вода - запорука здоров'я та гарного самопочуття. На жаль, якість водопровідної води у багатьох регіонах України бажає кращого. Надмірне вміст солей жорсткості, хлору, пестицидів, важких металів робить воду непридатною для пиття без додаткового очищення.

Одним із найбільш ефективних рішень цієї проблеми є фільтри зворотного осмосу. Вони видаляють із води до 99,8% усіх шкідливих домішок, дозволяючи отримати ідеально чисту, безпечну та смачну воду прямо з-під крана.

У цій статті ми докладно розберемо пристрій та принцип дії систем зворотного осмосу, а також дамо рекомендації щодо їх вибору, використання та обслуговування.

Що таке фільтр зворотного осмосу

Для початку розберемося, що ж є технологією зворотного осмосу. У її основі лежить процес фільтрації води через напівпроникну мембрану під тиском.
Мембрана - тонка плівка з полімерного матеріалу з порами розміром всього 0,0001 мікрона. Такі крихітні отвори пропускають молекули води, але затримують усі домішки, що мають більший розмір (солі, бактерії, віруси, органіку тощо)
Зворотний осмос застосовується у побутових фільтрах, а й у промислових системах водопідготовки, опріснювальних установках, медичному устаткуванні. Це одна з найнадійніших та перевірених технологій очищення води.

Типовий фільтр зворотного осмосу складається з наступних компонентів:

Префільтр (2-3 шт) для попереднього очищення води від механічних домішок, хлору, пестицидів. Зазвичай це картриджі з поліпропіленової нитки та активованого вугілля.
Зворотньоосмотична мембрана - "серце" системи. Видаляє до 99,8% розчинених неорганічних сполук (солей жорсткості, нітратів, важких металів).
Накопичувальний бак – резервуар об'ємом 12-17 літрів для зберігання очищеної води. Зроблений з харчового пластику, всередині має мембрану із бутилкаучуку для підтримки тиску.
Постфільтри – один або кілька картриджів для фінішного очищення води (вугільний, мінералізатор, УФ-лампа, іонізатор). Поліпшують смак та корисні властивості води після мембрани.
Кран чистої води - встановлюється на мийку або стільницю, що служить для подачі очищеної води споживачеві.
Автоматичний клапан - відсікає систему фільтрації від магістралі у разі розриву мембрани, протікання чи переповнення бака.
Дренажна магістраль - трубка для скидання в каналізацію концентрату забруднень, що відокремлюється мембраною.

Ось так виглядає типова схема фільтра зворотного осмосу. Далі ми детальніше розглянемо, як відбувається поетапне очищення води в цій системі.

Принцип роботи фільтра зворотного осмосу

Розглянемо процес очищення води у системі зворотного осмосу на прикладі 5-ступінчастого фільтра Ecosoft Standard з мінералізатором.

Етап 1. Префільтрація

Вода з водопроводу надходить на вхід фільтра та проходить через картридж префільтра. Це може бути фільтр поліпропіленового волокна (типу PP 5) з рейтингом фільтрації 5 мікрон. Він затримує пісок, іржу, інші нерозчинні частинки більше 5 мкм.

Точніше очищення від механічних домішок забезпечують картриджі з рейтингом 1 мкм і навіть 0.1 мкм. Такі префільтри йдуть по порядку і дозволяють продовжити термін служби мембрани.

Наступний ступінь попереднього очищення – вугільні картриджі з пресованого активованого кокосового вугілля. Вони поглинають залишковий хлор, органічні сполуки, усувають неприємні запахи та присмаки. Сорбційна ємність таких картриджів – 5000-10000 л залежно від моделі.

Якісна префільтрація на етапі підготовки води до зворотного осмосу є вкрай важливою. Вона захищає мембрану від швидкого забруднення та збільшує її ресурс.

Етап 2. Зворотноосмотична мембрана

Очищена від великих домішок вода подається на напівпроникну мембрану. Найчастіше у побутових фільтрах застосовуються мембранні елементи TW30-1812-50 або TW30-1812-75 виробництва компанії Filmtec (Dow Chemical).

Площа робочої поверхні таких мембран – близько 0.5 кв. м. Селективність - 95-98% за розчиненими неорганічними сполуками (солями), більше 99% за бактеріями та вірусами. Робочий тиск для мембран 1812 – від 0.35 до 0.8 МПа.

Вода продавлюється через мембрану під тиском 5-6 атмосфер. Молекули води проходять крізь пори мембрани, а іони солей та інші домішки концентруються в тонкому шарі на стіні на її поверхні. Цей шар розсолу постійно змивається і йде в дренаж разом з частиною вихідної води.
Очищений від 95-99% домішок пермеат (фільтрат) збирається у накопичувальному баку. Типова швидкість фільтрації для зворотного осмосу – 190-280 л/добу. Вихід чистої води – 15-30% від вихідного потоку залежно від складу води, температури та тиску на вході.

Етап 3. Постфільтрація

Очищена вода з бака подається на вугільний постфільтр, де відбувається її фінальне очищення від залишкових запахів та присмаків. Іноді після мембрани ставлять мінералізатор - картридж із природною "крихтою" кальциту або доломіту, що насичує воду корисними мінералами.
Для знезараження води у деяких моделях фільтрів використовується ультрафіолетова лампа (наприклад, Ecosoft UV E-480). УФ-випромінювання нейтралізує до 99,9999% мікроорганізмів, зберігаючи мінеральний склад води.

Накопичувальний бак та кран

Очищена та постфільтрована вода збирається у накопичувальному баку під тиском. Бак має еластичну мембрану (діафрагму) із харчового пластику - бутилу або каучуку. Принаймні надходження води мембрана розтягується, створюючи у баку постійний тиск 0.4-0.6 атм.

При відкритті крана чистої води на стільниці цей тиск виштовхує воду в кран окремою пластиковою трубкою синього кольору. Якщо бак порожній - із крана витікає вся вода і напір знижується, сигналізуючи про необхідність зробити паузу для заповнення бака.

З часом у баку можуть розмножуватися бактерії, які потрапляють ззовні через кран. Щоб цього уникнути, у сучасних системах зворотного осмосу передбачено автоматичне зливання бака раз на добу незалежно від витрати води. Ця функція реалізована у моделях Ecosoft Absolute та Expert.

Дренаж концентрату

Сконцентровані на поверхні мембрани забруднення скидаються в каналізацію окремою дренажною магістралі (трубці червоного або чорного кольору). Разом з концентратом у слив йде від 70 до 85% вихідної води.

Цей показник залежить від типу мембрани, солевмісту води та тиску на вході. Наприклад, у системах Ecosoft Absolute з мембраною 50 GPD співвідношення чиста вода/концентрат становить 1:4 (25% фільтрату на 75% дренажу). А в системах Ecosmart з мембраною 300 GPD це співвідношення може сягати 1:1.5 (до 45% фільтрату).

Для порівняння - у промислових установках зворотного осмосу на опріснення морської води вихід фільтрату вбирається у 10%, інші 90% йдуть у дренаж. Тому витрата води на власні потреби в побутових системах не така велика.

Обслуговування фільтра зворотного осмосу

Щоб система зворотного осмосу служила довго та ефективно, необхідно правильно та своєчасно її обслуговувати. Основні регламентні роботи - заміна картриджів попереднього очищення та мембранного елемента.

Заміна префільтрів

Картриджі попереднього очищення (поліпропіленові та вугільні) змінюються раз на 3-4 місяці або після фільтрації 5000-6000 літрів води. Точний термін залежить від якості вихідної води та інтенсивності експлуатації.

Ознаки зношування картриджів:

Помітне зниження напору очищеної води із крана
Поява стороннього запаху чи присмаку біля води
Збільшення часу заповнення накопичувального бака

Для заміни префільтрів потрібно:

Перекрити подачу води на вході у фільтр та відкрити кран для скидання тиску
Викрутити колби префільтрів спеціальним ключем (іде в комплекті)
Злити з колб брудну воду, промити їх миючим розчином і обполоснути
Дістати з колб відпрацьовані картриджі, утилізувати їх
Поставити в колби нові картриджі відповідно до схеми
Прикрутити колби до кришок до упору, перевірити щільність прилягання та цілісність прокладок
Відкрити подачу води, промити фільтр протягом 10-15 хвилин

Заміна мембрани

Мембранний елемент розрахований на 1,5-2 роки роботи або 10000-12000 літрів пермеату. Однак мембрана може вийти з ладу раніше терміну при несвоєчасній заміні префільтрів, гідроударах, короткочасному відключенні води.

Основні ознаки зношування або пошкодження мембрани:

Різке збільшення солевмісту (TDS) в очищеній воді
Зменшення виходу фільтрату та тиску в накопичувальному баку
Шум води в дренажній лінії при простому фільтрі

Щоб замінити мембранний елемент:

Вимкнути подачу води та електроживлення на вході фільтра
Скинути тиск у системі, злити воду з бака через кран
Від'єднати трубки від кришки корпусу мембрани
Відкрутити кришку корпусу спеціальним ключем
Витягти мембрану з корпусу легким похитуванням та потягуванням за центральну трубку
Вставити нову мембрану в корпус, поєднавши гумові кільця з пазами кришки
Прикрутити кришку корпусу, затягнути до упору
Під'єднати кольорові трубки до відповідних виходів: синю – до бака, червону – до дренажу, чорну – до обмежувача потоку
Увімкнути воду, перевірити систему на витоку
Промити нову мембрану протягом 30-40 хвилин, зливаючи воду у кран. Першу порцію фільтрату (5-7 літрів) рекомендується вилити

Санітарна обробка

Щоб запобігти бактеріальному забруднення мембрани та накопичувального бака, необхідно періодично (1-2 рази на рік) проводити дезінфекцію системи зворотного осмосу. Для цього використовують спеціальні знезаражувальні розчини на основі перекису водню, гіпохлориту натрію, лимонної кислоти.

Порядок санітарної обробки:

Вимкнути подачу води, злити бак, промити префільтри
Приготувати дезрозчин згідно з інструкцією (зазвичай 1-2 ст.л. реагенту на 4-5 л води)
Залити дезрозчин у бак системи та префільтри, дати постояти 10-15 хвилин
Промити систему водою до зникнення запаху дезінфектанту
Замінити картриджі постфільтра, особливо вугільний
Промити фільтр 15-20 хвилин, злити перші 3-5 літрів фільтрату

Своєчасна санобробка захищає мембрану та продовжує термін її служби, зберігає високу якість очищення. Особливо важливо дезінфікувати систему після тривалої (більше 2-3 тижнів) перерви в експлуатації.

Плюси та мінуси фільтрів зворотного осмосу

Розгляньмо основні переваги і недоліки систем зворотного осмосу в порівнянні з іншими типами фільтрів для питної води.

Переваги зворотного осмосу

Високий ступінь очищення. Фільтри зворотного осмосу видаляють із води 95-99,9% усіх видів домішок. У тому числі:

Механічні суспензії (пісок, іржу, водорості) - до 99.9%
Розчинені солі жорсткості, залізо, важкі метали – 95-98%
Бактерії, віруси, цисти – 99-99,9%
Органіку, нафтопродукти, пестициди, гербіциди – 95-97%
Хлор, його похідні, хлорорганіку – 97-99%
Частково радіонукліди (радій, уран) – до 95%

Для порівняння:

вугільні фільтри-глечики затримують 70-80% механічних та органічних домішок, знижують жорсткість на 10-40%.
ультрафільтрація (мембрани 0.01-0.1 мкм) на 90-99% очищає від суспензій, мікробів, великих молекул органіки, але не видаляє солі та розчинені гази.

Універсальність. Системи зворотного осмосу працюють з водою будь-якого типу (зі свердловин, колодязів, водопроводу), з будь-яким початковим вмістом солі (до 2000-3000 мг/л). Ефективність очищення не залежить від стану водопровідних мереж, коливань складу та температури води у джерелі.

Компактність та продуктивність. Фільтри зворотного осмосу займають мало місця (блок фільтрів 35х45х40 см) і можуть встановлюватись під мийкою, у кутку або навіть у сусідньому приміщенні. При цьому продуктивність становить 190-280 літрів на добу – більше, ніж у будь-яких інших побутових водоочисників. Сім'ї з 3-4 осіб такого обсягу вистачить для пиття та приготування.

Автономність та доступність. Фільтри зворотного осмосу не вимагають електрики (працюють від тиску води), витратні матеріали недорогі та їх легко знайти. Заміну картриджів та мембрани можна проводити самостійно, без виклику майстра. Таким чином, зворотний осмос – оптимальний спосіб забезпечити чистою водою заміський будинок чи дачу.

Сервіс та тривалий термін служби. При правильному обслуговуванні (заміна картриджів один раз на 3-12 міс, мембрани один раз на 1.5-2 роки) фільтри зворотного осмосу можуть працювати 5-7 і більше років. На більшість систем Ecosoft діє офіційна гарантія від виробника 12-36 місяців. Отримати консультацію, замовити встановлення чи ремонт можна у сотнях представництв по всій Україні.

Недоліки зворотного осмосу:

Видалення мінералів. Разом зі шкідливими домішками мембрана затримує корисні мінеральні солі (кальцій, магній, натрій, калій). Очищена вода має низьку мінералізацію (5-30 мг/л), при постійному вживанні може спричиняти дефіцит електролітів.
Дренажні втрати. Для роботи мембрани потрібен потік води, який змиває бруд із її поверхні. На кожен літр фільтрату припадає 2-3 літри концентрату, що зливається. Вихід очищеної води відносно невеликий - 15-30% під час роботи з водопровідною водою.
Необхідність фільтрів для очищення. Перед подачею на мембрану вода повинна бути позбавлена сміття, хлору, органіки. Інакше мембрана швидко забрудниться і вийде з ладу. Тому система зворотного осмосу включає 2-3 префільтри, які потрібно міняти кожні 3-4 місяці.
Залежність тиску. Для продавлювання води через мембрану потрібен тиск 3-6 атм. При падінні тиску у водопроводі нижче 3 атм фільтрація припиняється. Для нормальної роботи мембрани на вході має стояти регулятор тиску. А при тиску нижче 2 атм знадобиться встановлення підвищильного насоса.
Накопичувальний бак. Вода після мембрани надходить не відразу в кран, а спочатку в бак-накопичувач. Він згладжує коливання тиску та витрати, забезпечує запас води на випадок відключення. Але бак досить громіздкий (12-17 літрів), йому потрібне місце під миттям. До того ж щорічно рекомендується змінювати мембрану бака, відмивати його деззасобом.

Критерії вибору фільтра зворотного осмосу

Коли важливе рішення прийнято, виникає питання - а як вибрати "правильний" фільтр зворотного осмосу? Адже у продажу десятки моделей, що часто мало відрізняються один від одного зовні.
Ми виділили кілька ключових характеристик, на які варто звернути увагу при покупці системи очищення води оберненим осмосом.

Продуктивність

Перший параметр - це продуктивність мембрани чи всієї системи. Вона вимірюється в галонах чи літрах очищеної води на добу. Залежить від площі, типу та селективності використовуваної мембрани.

Стандартна продуктивність для побутових систем – 50-100 GPD (190-380 л/добу). Цього достатньо для сім'ї із 3-5 осіб. Для більшого споживання води краще вибрати модель на 150-300 GPD (510-1020 л/добу). Важливо: заявлена продуктивність відповідає роботі при температурі води 25°З тиску 4 атм. При зниженні температури і тиску на вході реальна продуктивність буде нижчою за номінальну на 10-20%.

Кількість щаблів очищення

Базова схема фільтра зворотного осмосу включає 3-5 ступенів фільтрації:

Механічна очистка (поліпропіленовий картридж 5 мкм)
Сорбційне очищення (гранульоване вугілля або карбон-блок)
Назад осмотична мембрана (TFC, 50-300 GPD)
Вугільний постфільтр та/або мінералізатор
Фінішне кондиціювання (УФ-лампа, іонізація води)

У більш розвинених системах число щаблів може сягати 7-12. Збільшення числа щаблів, як правило, підвищує якість очищення та ресурс мембрани. Але й ціна таких систем відповідно вища.

Тип мембрани

У фільтрах зворотного осмосу застосовуються рулонні тонкоплівкові мембрани (TFC) з поліаміду або композиту. Вони різняться за типом, площею і щільністю нанесення активного шару.

Стандарт - мембрани з високою селективністю (95-98%) та помірною продуктивністю (30-70 л/год на 1 кв.м.)
Low Energy - низьконапірні мембрани, що працюють при тиску 2-4 атм. Дають 100-120 л/година з 1 кв.м.
Ultra Low Pressure - ультранизконапірні мембрани (1.6-3 атм). Продуктивність 120-150 л/год. з 1 кв.м, селективність 94-95%.

Мембрана упакована в щільний корпус квадратної або циліндричної форми з торцевими ущільненнями. Стандартні розміри побутових "мембран" - 1812, 2012, 2521, 3012. Ці цифри позначають діаметр та довжину корпусу мембранного елемента у дюймах. Оптимальний вибір для домашніх систем зворотного осмосу - TFC мембрана типорозміру 1812 або 2012 та продуктивністю 50-100 GPD (190-380 л/добу).

Наявність мінералізатора

Як мовилося раніше, при обратноосмотической фільтрації із води разом із шкідливими домішками видаляються й корисні мінерали. Щоб повернути їх назад у очищену воду, використовуються спеціальні фільтри-мінералізатори. Вони є картриджем з природним мінеральним засипанням, найчастіше кокосовою шкаралупою або яєчною шкаралупою. При пропущенні води через цей наповнювач відбувається насичення іонами кальцію, магнію, калію, інших мікроелементів.

Хороший мінералізатор підвищує рівень мінералізації води з 5-20 до 100-200 мг/л. Це значення є оптимальним для організму за рекомендаціями ВООЗ. При цьому сольовий склад збалансований та відповідає природній питній воді високої якості.

Автоматичне керування

Ще один важливий критерій – наявність у фільтрі електронного блоку управління та контролю. Він бере на себе функції відкриття/закриття подачі води, промивання мембрани, заповнення бака, індикації ресурсу та помилок.

Так, популярна автоматика Clack (США) для систем зворотного осмосу має такі можливості:

контроль TDS (загального солевмісту) на вході та виході системи
програмування 4 незалежних таймерів (сервісного, промивного та ін.)
відображення сервісної інформації на екрані LCD
виведення звукового та візуального сигналу про необхідність заміни картриджів
управління роботою УФ-лампи, насоса, соленоїдного клапана подачі води

Автоматичне керування в рази підвищує зручність користування фільтром та продовжує термін його служби. Ви завжди будете в курсі стану системи та вчасно зможете виконати її ТО.

Рекомендовані товари

Код: 72601