Что такое обратный осмос?

Обратный осмос - это мембранный процесс, во время которого растворитель (чаще вода) проходит через полупроницаемую мембрану из более концентрированного в менее концентрированный раствор, то есть в обратном для осмоса направлении. Мембрана пропускает растворитель, но не пропускает растворенные в нем примеси.

Благодаря свойствам обратноосмотических мембран и физике самого процесса, обратный осмос позволяет удалять мельчайшие частицы загрязнений, включая вирусы и даже ионы металлов.

По сути, после очистки воды мы получаем дистиллят (в современных промышленных процессах он так и производится).

Сравнение фильтрационных технологий

Если сравнить обратный осмос с другими мембранными процессами, то можно говорить о том, что он является самой эффективной технологией очистки воды.

Почему же?

На рисунке ниже показано сравнение обратного осмоса с другими методами фильтрации.

Для начала рассмотрим остальные методы разделения сред или фильтрации.

Простая механическая фильтрация

Обычная фильтрация предусматривает удаление крупных частиц загрязнений (условно тех, что мы можем ощущать и видеть невооруженным взглядом): песок, ржавчина, ил. Размер этих частиц от 1000 мкм (1 мм) до 1 мкм. Процессы выделения таких частиц из жидкой фазы проходят на засыпных, картриджных, дисковых, мешковых, промывных и других типах фильтров. Такие процессы обычно используются в ходе предварительной очистки воды. Преимуществом простой механической фильтрации является то, что она может происходить при низком давлении, например, фильтрование на засыпных фильтрах зачастую проходит без нагнетания давления, а картриджные фильтры в быту функционируют при давлении, создаваемом трубопроводом.

Микрофильтрация

Микрофильтрация - представляет собой процесс удаления из воды частиц размером от 1 до 0,1 мкм. Они включают в себя бактерии, большие молекулы красителей, пестициды, желатин, латексную эмульсию. Процессы микрофильтрации не имеют широкого распространения в технологии подготовки питьевой воды, но широко применяются для очистки сточных вод и технической воды для промышленных процессов.

Ультрафильтрация

Ультрафильтрация позволяет удалять маленькие частицы размером от 0,005 до 0,1 микрон (вирусы, частицы некоторых белков, частицы медицинских препаратов и т.д.). Процессы широко используются для подготовки питьевой воды в странах Европы. Ультрафильтрацию можно считать лучшим методом для подготовки относительно чистой питьевой воды. Также эти процессы широко используются в фармацевтической и пищевой промышленности. Использование ультрафильтрации в быту ограничено из-за того, что в этом процессе не происходит удаление примесей ионного размера (соли жесткости, тяжелые металлы, нитраты), а они составляют немалую опасность для человека, а также высокое приложенное давление.

Обратный осмос

Обратный осмос способен удалять частицы размером менее 0,001 микрон, что обеспечивает удаление даже загрязнений ионного размера (ионы жесткости, тяжелых металлов, нитраты, сульфаты и др.) Технологии обратного осмоса часто используются в подготовке питьевой воды, в процессах подготовки дистиллята для паровых котлов, в пищевой промышленности.

Теперь рассмотрим типы установок обратного осмоса и их применение, начиная от бытовых устройств и заканчивая большими промышленными процессами.

Что представляет собой мембрана

Мембраны обратного осмоса бывают трех типов: рулонные, половолоконные и плоские.

“Рулонная” мембрана состоит из корпуса и, собственно, фильтрующего элемента.

Внутри рулона находится перфорированная трубка, которая служит для создания прочности элемента, сбора очищенной воды и базой для намотки мембраны в процессе производства. На нее намотан толстый слой полупроницаемого полиамидного мембранного полотна.

В процессе фильтрования вода попадает в толщину полотна и собирается в трубке.

Благодаря такой конструкции, эти мембраны имеют самую высокую производительность, минимальную материалоемкость и занимают меньше всего места. Поэтому рулонные мембраны являются наиболее распространенным в мире и занимают 95% промышленного рынка.

5% занимают аппараты с плоскими мембранными элементами и аппараты для подготовки воды на базе полых волокон.

Производство мембран обратного осмоса

Мировым лидером производства мембранных элементов является корпорация FilmTec - структурное подразделение корпорации DOW Chemical (США). Производство мембранных элементов ведется непосредственно в США. Мембраны компании сертифицированы во всем мире для очистки воды как для питьевых целей, так и в промышленности.

Мембраны DOW FilmTec диаметром 2,5” - 4”- 8” представлены несколькими сериями для основных типов воды:

• XLE – для пресной;
• BW – для соленой;
• SW – для морской воды и воды с повышенным уровнем солености.

Официальным импортером мембран “DOW FilmTec” в Украине с 1995 года является компания “Экософт”. А с 2017 года компания начала производство собственных мембранных элементов из американского полотна, что позволило удешевить технологию обратного осмоса.

Требования к воде, подаваемой на мембрану обратного осмоса

Мембранное полотно изготовлено из достаточно чувствительного материала, поэтому качество воды, которая поступает на очистку, должно строго соответствовать допустимым значениям:

• менее 0,56 мг/л взвешенных веществ;
• окисляемость - менее 4 мгО₂/л;
• свободного хлора менее 0,1 мг/л;
• температура подаваемой воды - 4 - 30 °С;
• железо - до 0,1 мг/л;
• марганец - до 0,05 мг/л;
• жесткость - до 3 мг-экв/л.

Часть параметров (железо, марганец, силикаты) могут быть выше заявленных норм в случае использования антискалантов (специальных веществ, которые препятствуют отложению осадка на поверхности мембраны).

Остальные параметры достигаются благодаря предварительной очистке, которая может предусматривать механическое фильтрование, умягчение, обезжелезивание или адсорбцию в зависимости от параметров исходной воды.

Системы обратного осмоса

Бытовые фильтры обратного осмоса

Бытовые фильтры обратного осмоса представляют собой комплексную технологию тонкой очистки воды от примесей разного характера. Процесс фильтрации состоит из нескольких этапов:

Предварительная очистка

• удаление механических примесей размером более 5 мкм: песок, ржавчина, накипь, частицы водорослей и т.д.

Процесс проходит на картридже, изготовленном из высококачественного пищевого полипропилена.

• адсорбция органических примесей и хлора;

Адсорбция - это поглощение внутренней поверхностью твердых тел определенных веществ за счет сил межмолекулярного взаимодействия. Процессы адсорбции протекают на особенных материалах - сорбентах (активированные угли, ксерогели, глиноземы и др.). Самым распространенным сорбентом в технологиях водоподготовки является активированный уголь, полученный из натурального сырья (скорлупы кокосового и грецкого ореха, древесины).

Вещества, которые удаляются из воды в процессе такой очистки, называются адсорбатом, они включают в себя органические и хлорорганические примеси, пестициды и активный хлор.

Картриджи для сорбционных фильтров представляют собой полимерный корпус, заполненный высококачественным активированным углем, полученным из кокосовой скорлупы

• финишная очистка.

• "Дешевый" - с использованием картриджа из вспененного полипропилена с рейтингом фильтрации 1 мкм.
• "Дорогой" - с использованием картриджа в виде спрессованного карбон-блока, который помимо механических примесей удаляет также остатки органики и хлора.

Важность данного этапа состоит в том, чтобы уберечь мембранный элемент от засорения частицами крупных загрязнений и хлора, которые могут вызвать его повреждения и выход из строя.

Мембранная очистка

Из воды удаляется 99,8% примесей, включая вирусы, бактерии и ионы тяжелых металлов. Мембрана представляет собой корпус-мембранодержатель, в котором находится туго намотанный полимерный мембранный элемент. Мембранный элемент состоит из полимерного полупроницаемого волокна.

Корпус-мембранодержатель изготовлен из высококачественного пищевого пластика.

Внутри мембранного модуля происходит разделение воды на два потока: концентрат и пермеат. Концентрат отводится в канализацию, а пермеат поступает на дезодорацию и минерализацию (если предусмотрено).

Дезодорация воды пропусканием через постфильтр из активированного угля

Благодаря уникальным свойствам кокосового угля, вода пропущенная через него, обладает приятным сладковатым привкусом и является совершенно безопасной для человека.

Стадия минерализации

На этом этапе вода проходит через фильтр, наполненный природными породами (кальцитом, известняком и пр.), которые способны к ограниченному растворению в воде. В результате пользователь получает воду, насыщенную полезными минералами в необходимом количестве, что улучшает вкус воды и делает ее максимально полезной для человеческого организма.

Минерализация не является обязательной стадией очистки воды, поэтому минерализатор может устанавливаться опционально.

Обслуживание бытовых фильтров обратного осмоса для питьевой воды включает в себя замену картриджей (обычно раз в 3 месяца), мембраны и постфильтра (раз в году) и минерализатора (раз в 6 месяцев).

Чтобы разобраться в деталях работы бытового фильтра обратного осмоса рекомендуем просмотреть видео.

Коммерческие системы обратного осмоса

Эти системы предназначены для приготовления очищенной воды для больших частных домов, гостиниц, ресторанов, производств воды, пекарен, пивоварен, паровых котлов, теплиц, лабораторий.

Коммерческая система обратного осмоса имеет кардинальные отличия от бытовой. Во-первых, она обеспечивает значительно больший объем очищенной воды, а во-вторых, требует более высокого приложенного давления, чтобы поддерживать эту производительность.

К коммерческой водоподготовке относятся системы, которые обеспечивают объем воды до 30 м³/сутки, установки более высокой производительности относятся уже к промышленным.

Вода поступает на префильтр, где избавляется от механических примесей размером более 5 мкм (это необходимо во избежание повреждения и выхода из строя дорогого мембранного элемента).

После предварительной очистки она подается на мембранный модуль, где происходит разделение воды на два потока: очищенной воды (пермеата) или загрязненной воды (концентрата). Часть концентрата уходит в канализацию, а часть поступает на насос высокого давления для обеспечения рецикла концентрата.

Также перед подачей воды на мембрану, в зависимости от качества воды, может использоваться антискалант, препятствующий образованию отложений на мембране.

Управление такими установками производится с использованием контроллера, который выполняет ряд функций:

• включение и выключение установки при наполнении и опустошении емкости;
• сигнализация и отключение установки в аварийных ситуациях;
• постоянный контроль качества очищенной воды (общего солесодержания и температуры).

Несмотря на наличие картриджного фильтра предварительной очистки воды, в случае сильно загрязненной воды рекомендуется установка более совершенных систем фильтрации, например, адсорбционных фильтров для удаления хлора для сильно хлорированной и загрязненной органикой воды. Стоит брать во внимание то, что фильтрующий материал мембранного элемента “боится” хлора.

Обслуживание системы обратного осмоса предусматривает проведение химической промывки для удаления отложений на мембране и замене картриджей предварительной очистки.

Также рекомендуем вам посмотреть видео о коммерческих системах обратного осмоса.

Промышленные системы обратного осмоса

Промышленные системы обратного осмоса представляют собой большие агрегаты, предназначенные для применения на крупных предприятиях в разных сферах промышленности:

• химическая;
• обессоливания морской воды;
• тепловая;
• пищевая;
• текстильная;
• бумажная и др.

Производительность промышленных установок обратного осмоса достигает 50 м³/час. Ограничивается производительность количеством мембранных элементов и потребностью промышленности.

Мы надеемся, что ответили на ваш вопрос о том, что такое обратный осмос, также вам могут быть интересны другие статьи:

• 10 секретов бытового обратного осмоса.
• Популярно о качестве воды.