Аппараты обратного осмоса, они же капельницы

Ранее в разделе «Вода» и подразделе «Очистка воды» мы начали рассматривать такую технологию очистки, как гиперфильтрация воды или обратный осмос. Данную технологию мы рассмотрели достаточно теоретически — что и как там происходит, и почему очищается вода. А сегодня поговорим про бытовые аппараты обратного осмоса, они же капельницы. То есть, мы рассмотрим бытовые многоступенчатые системы обратного осмоса. Этих систем существует громадное множество. Примерно 90 % всех аппаратов подобного типа сделано на Востоке. А если учитывать производство компонентов этих систем, то «китайских» аппаратов почти 99 %.

Аппараты обратного осмоса, они же капельницы, они же осмоса, работают под давлением воды в водопроводе. То есть, рабочая сила, которая начинает очистку воды, создаётся давлением водопроводной воды. Для оптимальной очистки воды бытовые аппараты обратного осмоса требуют не менее 3 бар (атмосфер) давления. Если давление меньше, то очистка всё равно происходит. Только она всё медленне, и аппараты обратного осмоса всё больше превращаются в капельницы.

Естественно, если есть интересное желание немного ускорить работу такого аппарата, то можно установить небольшой насос. Но тогда очиститель становится энергозависимым. Как выглядит самая обычная (усреднённая) бытовая многоступенчатая система гиперфильтрации? Вот так:

Аппараты обратного осмоса, или капельницы

Или, схематически (немного запутано, но зато всё учтено), так:

Аппараты обратного осмоса, или капельницы

Условные обозначнения:

  1. Первая ступень очистки воды. Чаще всего это механический картридж (принцип работы упоминался ранее), который не пропускает частицы, большие, чем 20-25 микрон. Назначение: удалить из воды примеси, которые могут повредить мембрану обратного осмоса. То есть, механическая очистка воды.
  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 (также описанном ранее, например, здесь). Назначение активированного угля: 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.
  7. Структуризатор-минерализатор воды. Структурирует и минерализует очищенную воду.

Соответственно, поток воды идёт с первой по последнюю цифру.  Условные обозначения потоков воды:

А — исходная, загрязнённая вода. Она проходит по трём ступеням очистки воды, а далее попадает на мембрану обратного осмоса. На мембране вода фильтруется, концентрат (загрязнённая вода) попадает в канализацию (поток С), а очищенная вода (поток В) с небольшой скоростью накапливается в баке. Можно сказать, капает (примерно со скоростью литр в час). Поэтому системы данного типа и называются капельницами.

Для продолжения рассказа давайте зададимся вопросом: «Какую функцию выполняет серебро в постфильтре?» Как известно, серебро отвечает за обеззараживание воды (что затрагивалось в статье «Серебряная вода«. Соответственно,  можно предположить, что серебро в постфильтре предназначено для обеззараживания воды. Для чего устанавливается ультрафиолетовая лампа? Для дополнительной дезинфекции воды (что затрагивалось в статье «Про ультрафиолетовое обеззараживание 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.

В чём же дело? Дело в диффузионных загрязнениях.

Аппараты обратного осмоса, или капельницы

Что такое диффузия?

Наверное, многие помнят по школе об опыте, когда учитель выливал где-то в одном месте класса нечто пахучее, а потом запах распространялся по всей комнате. Или чернила в воду, а они потом расплываются на всю ёмкость. Это и есть примеры диффузии, или постепенного перехода одного вещества в другое. Даже между металлами есть подобные взаимодействия, правда очень медленные и не относящиеся к делу.

Что будет, если взять чистую воду, и подлить обычной грязной воды? Всё случится очень закономерно — загрязнения равномерно распределятся по всей ёмкости. Похожая ситуация возникает с многоступенчатыми бытовыми системами обратного осмоса. Похожая, но не точно такая же. Разница состоит в том, что грязную воду и чистую воду разделяет полупроницаемая перегородка, мембрана. И в идеале, то есть, теоретически, через этот барьер-мембрану может пройти исключительно вода. Но — только в идеале.

На самом деле поры в мембране не одинаковые по размеру. В среднем — они действительно пропускают только молекулы воды. Однако всегда существует разброс. Насколько велик разброс — это уже дело технологии изготовления мембран. Естественно, чем лучше мембрана, тем меньше этот разброс. Но разброс есть всегда.

Что практически означает наличие этого разброса? Это означает, что качество очистки воды всегда будет ниже 100 %. Если бы разброса не было, то всё кроме воды и соразмерных частиц удалялось бы полностью. Однако разброс есть. И степень очисти для технологии обратного осмоса колеблется в пределах 90-99,999 %. Для бытовой многоступенчатой гиперфильтрации стандартным и типичным является степень очистки 90-95 %. Очень редко для бытовых капельниц степень очистки достигает 99 %.

Итак, есть мембрана с разбросом пор, есть по одну сторону загрязнённая вода, по другую — очищенная вода. В рабочем состоянии, когда вода двигается ВДОЛЬ мембраны (потому что так мембрана меньше забивается), у примесей воды нет «времени» на то, чтобы пролезть через точно такие же по размеру, чем они сами, поры. Это связано с особенностями взаимодействия поверхности мембраны и текущей водой.

НО! Когда вода не двигается вдоль мембраны, загрязнения получают вполне реальную возможность проникать через эти соответствующие им по размерам поры на сторону чистой воды. А вода с чистой стороны, соответственно, стремится попасть на ту сторону, где большее количество загрязнений. Чтобы был выполнен закон диффузии — равномерное распределение вещества в веществе. То, что вода переходит с «чистой» стороны мембраны на «грязную», не страшно. Намного опаснее другой процесс, диффузионное загрязнение воды на «чистой» стороне.

Диффузионное загрязнение происходит на всех типах обратноосмотических установок, но опасно только на бытовых многоступенчатых осмосах. Почему? Потому что в них нет возможности сбросить диффузионные загрязнения. И они попадают прямиком в бак с питьевой водой. А оттуда — в стакан. То есть, степень очистки воды уменьшается ещё больше.

Содержание солей в очищенной воде в баке возрастает очень ненамного. Основную опасность представляют собой бактерии. По идее, бактерии вообще не могут проникнуть через мембрану обратного осмоса. Это так — но во время движения воды. Когда вода стоит, бактерии, особенно узкие, могут «протиснуться» между волокнами мембраны. Это положение усугубляется тем, что бактерии с удовольствием поселяются на поверхности мембраны и образуют там свои колонии. При больших давлениях и скоростях потоков воды, как в прямоточных системах гиперфильтрации, им это не удаётся. Но в обычных бытовых капельницах — да с радостью. Тем более что вода туда поступает уже не хлорированная.

Аппараты обратного осмоса, или капельницы

Таким образом, появляется вероятность (естественно, не 100 %), что в накопительном баке бытовой обратноосмотической системы находятся диффузионные загрязнения, в особенности бактерии и продукты их жизнедеятельности.

Вышесказанное подтверждает последняя ступень очистки воды. Её назначение — дополнительное обеззараживание воды (с помощью угля с серебром и/или ультрафиолетовой лампы). Поток воды D из бака поступает на ступень дезинфекции, а оттуда уже очищенный от бактерий поток Е подаётся на кран чистой воды. Так контролируется вторичное бактериальное загрязнение очищенной воды в бытовых многоступенчатых системах обратного осмоса.

Нужно добавить, что эффективность очистки воды многоступенчатыми осмосами очень невысока. Эффективность очистки воды — это не то же самое, что глубина очистки воды. Эффективность — это, иными словами, коэффициент полезного действия, КПД системы. То есть, соотношение концентрата (воды, которая сбрасывается в канализацию), очищенной воды и исходной воды.

Так, в процессе работы бытовой многоступенчатой осмотической системы в канализацию сбрасывается 80-85 % от входящей воды (что сильно зависит от наполенности бака; при пустом баке эффективность выше, при полном — ниже). То есть, если в день вы используете 20 литров очищенной воды, то при этом сбрасываете в канализацию 80 литров воды.

Вот в принципе и всё про подобные бытовые осмотические системы, они же капельницы.

Вывод: эти системы намного лучше удаляют вредные вещества, чем описанные до сих пор. Однако, если есть возможность, следует приобретать прямоточные системы гиперфильтрации, в которых исключается вероятность диффузионных загрязнений воды.

Аппараты обратного осмоса, или капельницы

По материалам http://voda.blox.ua/

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *