Принципы работы обратного осмоса: как функционируют устройства для тонкой фильтрации воды

На рынке систем подготовки питьевой воды относительно недавно появилась концепция, получившая название обратный осмос. Этот комплекс, состоящий из фильтров и уникальной мембраны, имеет довольно высокую стоимость, но при этом превосходит многие альтернативные варианты.

Стоит ли инвестировать в такой продукт? Для получения ответа на этот вопрос необходимо понять, как функционирует система обратного осмоса, а затем соотнести затраты с конечным результатом. Мы постараемся сделать процесс ознакомления с этой современно очистной технологией максимально простым и продуктивным.

В нашем обзоре собраны и структурированы все ключевые и проверенные данные о мембранных установках для очистки воды. Для облегчения восприятия мы также добавили схемы, визуальные материалы и видео, которые помогут будущим пользователям.

Принцип работы системы обратного осмоса

Основой процесса осмоса является естественное стремление воды уравновешивать концентрацию растворённых веществ, когда они разделены полупроницаемой мембраной. Поры этой мембраны настолько малы, что позволяют проходить только молекулам воды.

В случае, если в одной части сосуда сосредоточено большее количество примесей, вода будет перемещаться в эту область, пока концентрации в обеих частях не уравновесятся.

Обратный осмос функционирует по противоположному принципу. В данной технологии мембрана используется для того, чтобы с одной стороны получать чистую воду, а с другой — раствор, содержащий значительное количество примесей. Поэтому этот процесс называется обратным осмосом.

Система подготовки питьевой воды с применением обратного осмоса включает в себя несколько уровней очистки.

Элементы очистного устройства располагаются в определённой последовательности, которая обеспечивает всё более высокую степень очистки при перемещении воды через разные модули.

Сначала из водопровода жидкость проходит через фильтр грубой очистки, устраняющий загрязнения размером до 5 мкм, затем проходит через угольный модуль и снова очищается в фильтре тонкой очистки от частиц размером до 1 мкм.

После этого, вода, предварительно очищенная в первых трёх фильтрах, поступает к мембранному модулю, где она освобождается от частиц размером менее 1 мкм, а также микробов и вирусов.

Очистка, прошедшая через мембрану, попадает в постфильтр, наполненный активированным углем, где ей придается привычный вкус и ароматы чистой воды.

В систему также может быть встроен минерализатор, который наполняет подготовленную к употреблению воду полезными микроэлементами.

При сборке системы необходимо соблюдать порядок расположения модулей, указанной производителем в документации.

В тех регионах, где проводится умягчение и обезжелезивание воды на уровне водоканала, можно уменьшить количество предварительных фильтров в системе.

Все эти химические детали могут редко интересовать покупателей, особенно тех, кто не глубоко разбирается в науке. Им важно знать, что центральным элементом системы обратного осмоса является мембрана с порами, которые не пропускают частицы больше молекулы воды, а это большая часть загрязняющих веществ в водопроводной воде.

Однако, молекулы воды не самые маленькие на свете: молекулы хлора, например, являются гораздо меньшими, поэтому они также могут проходить через мембрану. К тому же, мембрана не предназначена для контакта с крупными взвешенными частицами; при подобных условиях она быстро забивается и требует замены.

На графическом изображении представлена последовательность из пяти этапов очистки воды с помощью системы обратного осмоса: начальная очистка через три фильтра, мембрана и финальная доочистка.

Чтобы избежать засорения мембраны, в систему включены ещё три дополнительных фильтра для предварительной подготовки воды. Мембрана разделяет частично очищенную жидкость на две неравные фракции. Приблизительно треть от объёма — это чистая вода, которая затем поступает в накопительный резервуар.

Оставшиеся две трети представляют собой концентрат, насыщенный загрязнением, который сливается в канализацию. Обычно между накопительным резервуаром и краном устанавливают небольшой контейнер для картриджа, улучшая качество уже очищенной воды, например, насыщая её минералами.

Можно представить принципы работы системы обратного осмоса следующим образом:

1. Вода поступает из водопровода на фильтры для предварительной очистки.
2. Затем она проходит через процесс обратного осмоса.
3. Очищенная вода поступает в накопительный бак.
4. Концентрат, содержащий отфильтрованные загрязнения, направляется в канализацию.
5. Чистая вода из накопительного бака подаётся на кран для питьевой воды напрямую или через дополнительные устройства.

Таким образом, система обратного осмоса представляет собой совокупность компонентов, позволяющих получить высококачественную питьевую воду. Ранее такие технологии использовались преимущественно в промышленных условиях, на предприятиях общественного питания, в медицинских учреждениях и т.д.

На данной схеме показано деление потока воды, очищенной с помощью обратного осмоса, на два направления: чистую воду и концентрат, сбрасываемый в канализацию.

В последние годы системы обратного осмоса всё более популярны для использования в домашнем хозяйстве, так как требования к качеству водопроводной воды растут. Они различаются по комплектации, производительности, объёму накопительных баков и т.д. Необходимо периодически заменять фильтры и мембраны.

Как понять, когда мембрану потребуется менять? Со временем её поры забиваются, и наступает момент, когда вода перестаёт поступать в накопительный бак. В таком случае мембрану, безусловно, нужно будет заменить. Однако специалисты рекомендуют делать это значительно раньше.

Система обратного осмоса состоит из накопительного бака, трёх фильтров для предварительной очистки, мембраны и доочистного фильтра для улучшения качества воды.

Для оценки качества очищенной воды используется специальный прибор — TDS-метр, позволяющий измерить уровень содержания солей.

Для водопроводной воды до очистки этот показатель может варьироваться от 150 до 250 мг/л, а после системы обратного осмоса считается нормой содержание солей в пределах 5-20 мг/л. Если количество солей в очищенной воде превышает 20 мг/л, мембрану рекомендуется менять.

Те, кто хочет выбрать фильтры для каждой стадии очистки воды, могут найти много полезной информации в следующей статье.

Ключевые элементы системы

Самым дорогим и главным компонентом системы обратного осмоса является мембрана. Она представляет собой микропористый материал, свернутый в один или несколько слоев вокруг пластикового сердечника с перфорацией. Снаружи мембрана защищена пластиковым корпусом, удерживаемым уплотнительными кольцами.

Вода проникает внутрь корпуса мембраны и проходит через пористую структуру. В ходе этого процесса молекулы чистой воды проникают через сердечник и передвигаются в накопительный бак.

Однако некоторые загрязнения вместе с водой не могут преодолеть мембранный барьер. Они вытесняются из противоположного конца мембранного модуля и отправляются на утилизацию.

На схеме можно увидеть состав мембраны для системы обратного осмоса: многослойный пористый материал, размещенный в пластиковом корпусе вокруг перфорированного сердечника.

Как уже упоминалось ранее, прямой контакт мембраны с водопроводной водой может быть губительным. Дело в том, что её поры очень маленькие — всего 0,0001 микрон. Мембрана не подлежит промывке и повторному установлению, как это делается с некоторыми механическими фильтрами грубой очистки.

Этот дорогой элемент нужно менять каждые два-три года. При этом срок может варьироваться в зависимости от условий эксплуатации мембраны: давления в водопроводной системе, количества и типа загрязнений, температуры воды и прочих факторов.

В некоторых случаях мембрана может прослужить пять лет или даже дольше, а иногда её замена необходима уже через год с момента установки.

Основной очищающий элемент системы обратного осмоса — мембранный фильтр, который осуществляет очистку воды на молекулярном уровне.

Размер пор мембраны установок обратного осмоса составляет 0,0001 мк. Эта «сетка» пропускает лишь молекулы воды.

Мембранный фильтр размещается в специальной колбе, оснащенной местами подсоединения к общей системе фильтрации и канализации.

На дне колбы для мембранного фильтра имеется отверстие и фланец для подключения шланга, по которому вода, не прошедшая через мембрану, сливается в канализацию.

Ключевым фактором является наличие предварительных фильтров: двух механических и одного угольного. Первый механический фильтр отсекает нерастворимые загрязнители размером превышающим 0,5 микрон, например, песчинки и частички ржавчины.

На следующем этапе вода проходит через угольный фильтр, который задерживает молекулы различных химических веществ, таких как хлор и тяжелые металлы. Эти компоненты, как правило, присутствуют в водопроводной воде, наряду с пестицидами, растворенным железом и другими органическими или неорганическими элементами.

Фильтры механического и угольного типа в системе обратного осмоса нужно менять каждые четыре-шесть месяцев. Картриджи можно приобрести отдельно в комплекте.

По завершении этого этапа установки применяется еще один механический фильтр с размером пор на микрон, который завершает предварительную очистку. Таким образом, на мембрану подается вода, свободная от загрязняющих частиц, способных повредить фильтры мембранного типа.

Эти фильтры также требуют регулярной замены, однако их стоимость значительно ниже, чем у мембраны, а своевременная замена сможет заметно продлить ее срок службы.

Для хранения очищенной воды используется накопительный бак. Его объем может составлять от 4 до 12 литров, что зависит от производительности системы. Обычно такие баки изготавливаются из качественной стали и снаружи покрываются прочной эмалью. Внутри устанавливается силиконовая прокладка, которая разделяет емкость на две части.

С одной стороны прокладки хранится очищенная вода, а с другой — воздух. Количество воздуха в этой камере регулируется с помощью ниппеля, который находится на стороне, где находится воздух.

Создаваемое воздухом давление внутри накопительного бака способствует подаче воды к крану с нужным напором. Конечно же, на баке имеется выход для подключения шланга, чтобы вода могла поступать к крану.

Зачастую этот кран монтируется на кухонной раковине. Даже если по каким-то причинам насос водопровода перестанет работать, в баке останется запас воды, что облегчит ситуацию. Чтобы полностью опорожнить накопитель, стоит немного увеличить давление, накачав воздух через ниппельное соединение.

Очистка воды методом обратного осмоса приближает ее к качеству дистиллированной. При этом мембрана позволяет проходить молекулам растворенного кислорода, что улучшает свойства воды.

Для улучшения вкуса воду можно пропустить через минерализатор или другие дополнения. Однако она будет вполне безопасна для питья сразу после обработки мембраной. Кипятить ее для употребления не обязательно.

Как дополнительный элемент, который улучшает качество очищенной воды, системы обратного осмоса могут быть оснащены минерализатором или биокерамическим картриджем. Минерализаторы используются для насыщения воды полезными минералами, такими как магний, натрий, кальций и др.

Эти минералы положительно воздействуют на нервную и сердечно-сосудистую системы, помогают предотвратить множество заболеваний, поддерживают нормальный уровень кислотности в крови и так далее.

Минерализатор в системах обратного осмоса помогает улучшить очищенную воду, добавляя в нее необходимые минеральные вещества, что делает ее более полезной для здоровья.

Биокерамический картридж функционирует иначе. Его содержимое состоит из шариков, изготовленных из запеченной глины и частиц турмалина, минерал, способный оказывать положительное воздействие на структуру воды, что в свою очередь благоприятно сказывается на эндокринной системе и иммунитете.

Со временем ресурс таких дополнительных элементов истощается, поэтому их необходима периодическая замена. Поэтому в данном случае удобнее установить кран с двумя вентилями.

На один вентиль поступает вода из накопителя, а на второй — проходит через минерализатор. Воду, обогащенную минералами, используют исключительно для питья, в то время как для приготовления пищи применяют очищенную воду без минералов.

В одной из популярных статей нашего сайта обсуждаются особенности выбора системы очистки воды для автономного водоснабжения в частных домах.

Плюсы и минусы обратного осмоса

Наивысший уровень очистки и гарантированное качество питьевой воды — это главные преимущества систем обратного осмоса. По оценкам экспертов, уровни загрязняющих веществ в воде, очищенной этим методом, в десять раз ниже минимально допустимого уровня. Конструкция мембраны исключает возможность случайного попадания загрязнителей в поток очищенной жидкости.

Эта схема подробно иллюстрирует устройство и работу мембраны обратного осмоса, позволяющей получать очищенную воду — пермиат — и отделять загрязненную часть — концентрат.

Такую воду можно без опасений использовать для питания и приготовления пищи, она безопасна для детей и домашних животных. В плане здоровья, вода, очищенная с помощью технологии обратного осмоса, гораздо предпочтительнее, чем кипяченая водопроводная вода. Аквариумисты также применяют такую воду для пополнения объемов аквариумов без предварительного отстаивания.

Несмотря на более сложное устройство по сравнению с обычными фильтрами, установка таких систем обычно не вызывает трудностей. Весь необходимый комплект для монтажа часто поставляется в одном наборе, а практически все элементы или их версии можно легко приобрести отдельно.

Система не занимает много пространства, чаще всего бак и фильтры монтируют именно под раковиной. А компактный кран для очищенной воды, установленный на раковине, обычно вписывается в общий интерьер.

Размеры компонентов системы обратного осмоса достаточно компактные, и их можно легко разместить под раковиной. В комплекте обычно содержится множество узких шлангов для соединения элементов системы.

Среди недостатков систем обратного осмоса можно выделить высокую начальную стоимость комплекта. Обслуживание системы также потребует затрат на замену картриджей фильтров, однако они обойдутся значительно дешевле.

Каждые несколько лет потребуется замена мембраны, цена которой может достигать около 50 долларов. Однако, если рассмотреть расходы, связанные с чистой водой, общая экономия на личном водоснабжении окажется более выгодной, чем покупка питьевой воды у поставщиков.

Эффективность мембраны в системе обратного осмоса со временем уменьшается, и ее нужно менять каждые несколько лет. Этот срок может варьироваться в зависимости от условий эксплуатации.

Еще одной особенностью обратного осмоса, которая может представляться недостатком, является низкая производительность. Очищенная вода проходит через мембрану медленно, стандартная производительность составляет около 150-300 литров в сутки.

При этом более половины воды, поступающей из водопровода, уходит в канализацию, что также сказывается на счетах за коммунальные услуги.

Тем не менее, при правильном подборе объема накопительного бака, проблемы возникнут только на начальном этапе после установки системы или после длительного простоя с пустым накопителем.

Галерея изображений

Все фильтры системы обратного осмоса подлежат регулярной замене. Сроки замены указаны производителем.

Для замены картриджа достаточно просто открутить нижнюю часть фильтрующего модуля и установить новый картридж.

Размеры сменных элементов должны соответствовать размерам пластиковой колбы. Лучше всего приобретать картриджи от производителя системы очистки.

Старые картриджи, отслужившие свое время, следует утилизировать, их фильтрационные свойства не восстанавливаются путем промывки и чистки.