Фильтры обратного осмоса популярны в аквариумных хозяйствах. И популярность их продолжает расти, благодаря уникальному и эффективному способу очистки и обессоливания воды. Растёт и число аквариумистов приобретающих обратноосмотические фильтры даже для скромных объёмов своих аквариумных хозяйств. Для разводчиков прихотливых, требовательных к параметрам воды рыб, фильтры обратного осмоса облегчили задачи подготовки воды для нереста. Растениеводы добились выдающихся результатов, выращивая «сложные» аквариумные растения, благодаря возможности корректировки параметров воды с помощью фильтров обратного осмоса.
Осмотические установки позволяют получить практически обессоленную воду минерализацию которой можно довести до требуемых параметров, просто перемешав с водопроводной водой. Такой способ позволяет получить воду определённых параметров в больших количествах. Дистилляторы бытового уровня из-за их очень низкой производительности, ушли в прошлое. Чтобы оценить уникальность и эффективность обратноосмотической фильтрации, неплохо было бы разобраться, как работает фильтр обратного осмоса.
Что такое осмос
Осмосом называют явление, при котором происходит перемещение растворителя (чистой воды) через полупроницаемую мембрану (перегородку) в минеральный раствор. Происходит это перемещение на молекулярном уровне. Мембрана названа полупроницаемой, потому что она пропускает молекулы воды, но практически непроницаема для молекул, растворённых в воде веществ.
Для визуальной демонстрации данного явления, можно провести следующий простейший опыт. Если на свежий срез яблока насыпать сахар, то через непродолжительное время можно увидеть, как сахар начинает «вытягивать» сок из яблока, превращаясь в сироп. Клетки яблока в данном случае являются хранилищами растворителя, внешние оболочки клеток полупроницаемыми мембранами, а сахар концентрированный раствор. Вот эта невидимая сила под действием которой сок покидает клетки устремляясь в кашицу из сахара, называется осмосом. Сахар в процессе осмоса становится сиропом с нарастающим уменьшением концентрации, а клетки обезвоживаются.
Раствором в той или иной степени концентрированным можно справедливо назвать воду подлежащую очистке. Такая вода содержит избыточное количество солей жёсткости, органические и иные примеси, микробы и вирусы.
В установке обратного осмоса в качестве мембраны используют высококачественный полимерный материал с размером пор сопоставимым с размером молекул воды. Осмотическая установка с мембраной устроена так, что раствор (вода подлежащая очистке) прикладывается к мембране с высоким давлением, в результате чего, через мембрану «просачивается» чистая вода, а примеси задерживаются. Однако движение чистой воды в установке под действием давления через мембрану происходит в обратную сторону, нежели в опыте с яблоком. То есть из раствора с повышенной концентрацией на молекулярном уровне выдавливается через мембрану чистая вода (растворитель). Отсюда и название – обратный осмос. Становится понятно, почему фильтры, комплектующиеся мембранами для тонкой очистки воды, называют фильтрами именно обратного осмоса. Если вы поняли суть процесса, то теперь с уверенностью можете употреблять выражение «обратный осмос», зная, что за этим выражением стоит.
В упрощённой конструкции мембрана из-за малой площади имеет очень низкую производительность. Следовательно, для увеличения, необходимо значительное увеличение площади. А чтобы обеспечить компактность мембранного блока фильтрующей установки при большой площади мембраны, её сматывают в рулон и помещают в цилиндрический корпус.
Производительность мембран обратного осмоса
мембрана 50G (до 180 л/сутки - 7,5 л/час)
мембрана 75G (до 280 л/сутки - 11,8 л/час)
мембрана 100G (до 370 л/сутки - 15,4 л/час)
Для фильтров с повышенной производительностью соответствуют такие мембраны:
мембрана 200G (до 750 л/сутки - 31 л/час)
мембрана 300G (до 1000л/сутки - 45 л/час)
мембрана 400G (до 1460 л/сутки - 63 л/час)
Мембраны для бытовых установок обратного осмоса выпускают с различной производительностью и маркируют в объёме произведённого пермеата в сутки. Поскольку само изобретение мембраны запатентовано в США, то и маркировка используется в системе МЕР США, а объём выражается в галлонах. Один галлон – это приблизительно 4 литра.
Бытовые фильтры комплектуются мембранами на 50, 75, 100, 200, 400 и 600 галлонов. Мембраны на 50, 75, 100 галлонов считаются мембранами с невысокой производительностью и, как правило, входят в комплект установок обратного осмоса с накопительными баками. Из накопительного бака можно при открытии крана разово получить средний удовлетворяющий потребности объём воды.
Мембраны производительностью 200, 400, 600 галлонов применяются в прямоточных системах без накопительного бака, так как за не продолжительное время от них можно получить требуемый объём чистой воды.
Конструкция мембранного блока разработана таким образом, чтобы минимизировать загрязнение мембраны в процессе фильтрации воды с большой концентрацией солей. Вода (раствор) подлежащая очистке проходит вдоль оси рулона, постепенно теряя через поры мембраны молекулы воды, которые выводятся через специальный канал в накопитель (бак) чистой воды. Очищенную воду называют пермеатом.
По мере движения, в конце рулона остаётся максимально «выжатый» раствор высокой концентрации (концентрат), который непригоден для какого либо использования и выбрасывается в дренажную систему.
Таким образом, мембрана спасается от чрезмерного загрязнения за счёт некоторого перерасхода очищаемой воды. Это неизбежные издержки системы обратного осмоса.
Чтобы обеспечить давление внутри мембранного блока, на выходе последнего устанавливается ограничитель потока (рестриктор), который и обеспечивает давление внутри корпуса с мембраной. Ограничитель потока в упрощённом виде представляет собой трубку с узким сечением.
Ограничители потока изготавливаются с различной пропускной способностью. Вот наиболее распространённая градация по пропускной способности ограничителей потока: 300, 350, 420, 500, 700, 1500.
Цифры обозначают не что иное, как количество миллилитров воды, которое ограничитель способен пропустить в минуту, при номинальном давлении водопровода (приблизительно 5 бар).
Без ограничителя потока в корпусе с мембраной не будет возникать давления и, следовательно, явления обратного осмоса. Через мембрану не будет просачиваться чистая вода, а вся вода, поступившая в корпус мембраны сильным потоком под воздействием давления водопровода направиться в дренаж.
Далее попытаемся последовательно разобраться, что предприняли разработчики, чтобы дорогостоящая мембрана продолжительное время работала, выдавая на выходе приличный объём чистой воды, от которого собственно и зависит себестоимость этой чистой воды. Другими словами, чем больше мы получим чистой воды, до того как мембрана выйдет из строя, тем меньше будет её стоимость. А сама установка, образно выражаясь – окупится.
Предварительная фильтрация
В установке обратного осмоса применяется предварительная очистка воды от механических примесей, а так же некоторых химических соединений и хлора. Такая очистка облегчает работу мембраны, устраняя «нагрузку» крупными примесями и хлором, неблагоприятно влияющим на материал мембраны. Как правило, предварительная очистка комплектуется тремя картриджами. Один из них угольный. Два других предназначены для механической очистки с разной степенью тонкости.
Иногда один из картриджей может быть со специальным наполнителем с высокой селективностью к какому нибудь химическому элементу, преобладающему в водопроводной воде и превышающему предельно допустимую концентрацию по СанПину. Решение по установке такого картриджа принимается исходя из результатов химического анализа водопроводной воды.
Таким образом, звенья предварительной очистки воды перед мембраной можно рассматривать как необходимое условие продления срока её службы.
Иногда комплектация предварительной фильтрации может оказаться избыточной при невысокой загрязнённости водопроводной воды. Те, кто самостоятельно занимается сборкой системы обратного осмоса, учитывают это условие и упрощают предварительную фильтрацию, используя две или даже одну ступень предварительной очистки. Такой подход снижает стоимость всей системы и уменьшает затраты на регулярное приобретение расходных материалов (картриджей).
Пост фильтрация
Поскольку вода после мембраны получается обессоленной то и для питья она непригодна. Поэтому её необходимо восстановить, растворив в ней минералы до определённой рекомендуемой концентрации и сбалансированном количестве. Для этого после мембраны устанавливают специальный картридж минерализатор. Вода после минерализатора полезна, имеет приятный вкус. Для аквариума, как правило, такую воду не используют, поэтому отбор чистой воды производиться сразу после мембраны, через специально встроенный тройник с краном. Однако это не означает, что чистый осмос пригоден для аквариумного хозяйства, разве что за некоторым исключением.
Обычно очищенную воду перемешивают с водопроводной водой, добиваясь требуемых параметров жёсткости. Такой способ применяют в случае, если водопроводная вода чистая, а фильтрация с помощью фильтра обратного осмоса используется лишь для снижения чрезмерной жёсткости.
Иногда в аквариуме в качестве грунта используются смеси нейтрального грунта с кальций и магний содержащими породами. Очень мягкая (осмосная) вода растворяет эти примеси и приобретает некоторую жёсткость. Такие грунты и песчаные камни в аквариумистике называют фонящими.
Ещё один способ восстановления минерализации, искусственное восстановление обессоленной воды солями или специальными растворами этих солей. Данный способ применяется в случае высокой степени загрязнения водопроводной воды и не желательном её использовании для перемешивания с пермеатом. Либо когда нужно добиться получения воды со строго определёнными параметрами.
Кроме перечисленных элементов, из которых состоят установки обратного осмоса в комплект входит обратный клапан, который устанавливается на выходе канала пермеата корпуса мембраны. Он предотвращает обратный выход чистой воды из накопительного бака при отключении установки. Системы с накопительным баком дополнительно комплектуются четырёхходовым клапаном, обеспечивающим автоматическое отключение системы от водопровода при наполнении бака пермеатом. В упрощённом виде схема подключения всех узлов системы выглядит как на рисунке.
Установка обратного осмоса дополнительно может комплектоваться насосом повышающим давление на мембране. В случае низкого давления в водопроводе, рекомендуется применять именно такую комплектацию. Мембрана имеет хорошую производительность, только при оптимальном давлении воды (в среднем 5 бар).
Более дорогие комплектации установок обратного осмоса могут иметь манометры, которые показывают давление водопровода, а также давление воды после картриджей предварительной фильтрации. Последний манометр сигнализирует о степени загрязнения предварительной фильтрации, чтобы производилась своевременная замена картриджей. В простых системах картриджи меняют по календарной наработке, что не совсем правильно, так как пренебрегаются два условия: объём прошедшей фильтрацию воды и выбросы грязи при ремонтах водопроводных сетей.
Дорогие установки обратного осмоса могут иметь элементы электроники, автоматику, а также мониторы качества исходной воды и воды прошедшей фильтрацию.
Автор статьи надеется, что достаточно подробно изложил явление осмоса и как оно используется в установках для получения очищенной воды, а так же устройство фильтров и их комплектацию. Данный материал поможет вам сориентироваться при покупке фильтра отвечающего вашим потребностям.