Мембранные технологии фильтрации.

КАКИМИ БЫВАЮТ МЕМБРАННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ? Мембраны, по сути своей, работают таге же, как традиционные фильтрующие материалы. Они пропускают сквозь себя воду, но задерживают растворённые в ней примеси. Принципиальное отличие из-за малых размеров пор мембраны способны очистить воду не только от микроорганизмов и крупных коллоидных частиц, но даже от чужеродных молекул! В зависимости от размера пор мембраны выделяют следующие типы процесса фильтрации:

— микрофильтрация;

— ультрафильтрация;

— нанофильтрация;

— обратный осмос.

Обратный осмос, несмотря на отличающееся название,-— законный член этого ряда Его суть — также фильтрация воды сквозь полупроницаемую мембрану под воздействием внешнего давления. Только размер пор в обратноосмотической мембране предельно мал.

Основные характеристики типов процесса фильтрации через мембрану
Процесс фильтрацииМикрофильтрацияУльтрафильтрацияНанофильтрацияОбратный осмос
Размер пор, мкм0,01-1
0
001-0,010,0001 — 0,001< 0,0001
Размер удаляемых молекул, дальтон>100 0001 000 — 100 000300 — 1 000100 — 300
Рабочее давление, бар<21,5 — 73,5 — 2015 — 70
Удаление растворённых органических веществНетДаДаДа
Удаление неорганических веществНетНет20 — 85 %95 — 99%
Химический состав водыНе изменяетсяПрактически не изменяетсяИзменяетсяИзменяется
Стойкость мембраныВысокаяВысокаяУмереннаяУмеренная

Анализируя эту таблицу, молено заметить, что даже обратноосмотические, самые эффективные, мембраны способны пропускать сквозь себя молекулы довольно почтенной массы — 100—300 даль-тон. О какой же полной очистке может идти речь?

Дело в том, что для описания процессов нанофильтрации и обратного осмоса уже непригодна модель обычного «просеивания сквозь сито», здесь вступают в игру более сложные процессы диффузии и взаимодействия потока воды с мембраной на более тонком, атомарном уровне. То есть, если бы дело было исключительно в сверхмалом размере пор, то очищать воду можно было бы только от молекул с массой 100—300 дальтон. Совокупность же более сложных процессов обеспечивает более полную очистку воды.

Следует обратить внимание и на рабочее давление, необходимое для протекания мембранных процессов. Разница давлении является основной движущей силой мембранного фильтрования. Напора воды в городском водопроводе хватает для осуществления микро-, ультра- и нанофильтрации, но не для обратного осмоса. Поэтому некоторая часть бытового обратноосмотиче-ского оборудования, не имеющая в своём составе дополнительного насоса, в строгом смысле таковым не является. Однако это всего лишь нюансы терминологии ■— конечный потребитель вряд ли заметит разницу между водой, очищенной на 99 % (обратный осмос), и водой, очищенной на 93 % (нанофильтрация). Рабочее давление зависит от характера и интенсивности загрязнения воды, поэтому иногда система с обратноосмотической мембраной может успешно работать и без насоса.

Состав системы обратноосмотической очистки воды.

Префильтры.

Первыми поток воды «из-под крана» принимают на себя префильтры в количестве от одного до пяти. Именно от них зависит срок службы системы в целом. Мембрана довольно уязвима для воздействия ряда химических веществ, в частности хлора. Если подать на неё неочищенную воду, то она быстро придёт в негодность. Кроме того, большое количество примесей быстро забьёт поры мембраны, после чего потребуется принять ряд срочных мер для её «реанимации». В качестве префильтров используются обычные картриджные фильтры, в их числе обязательно должен быть угольный для очистки от хлора — злейшего врага полимерных мембран. Количество и состав префильтров заметно варьируется в зависимости от производителя. Чаще всего их три: первый обеспечивает очистку от примесей размером до 50 мкм, второй очищает воду от хлора, а третий, контрольный, имеет поры размером около 5 мкм. Мембраны для микро- и ультрафильтрования менее чувствительны к качеству воды — на них можно подавать хлорированную воду, и работают они во всем диапазоне рН,

Собственно мембрана.

Мембраны могут быть трубчатыми или плоскими. Самая эффективная разновидность трубчатых мембран — тонкие (диаметром от 0,1 до 0,5 мм) полые волокна. В единицу объёма фильтровального аппарата можно поместить огромное количество таких волокон, и их суммарная рабочая поверхность будет во много раз выше, чем у трубчатых мембран большего диаметра. Однако из-за того, что движение очищаемой воды вдоль каждого волокна неупорядоченно, такая мембрана склонна к частому загрязнению, а очищать её довольно сложно* Поэтому половолоконные фильтры требуют тщательной предварительной водоподготовки.

Плоские мембраны производят в виде разнообразных плёнок —- армированных или нанесённых на подложку. Современные обратноосмотические мембраны, как прав ило, являются многосло иными, причём каждый слой имеет разную химическую природу. Первый — несущий (подложка), второй — собственно фильтрующий и третий — защитный. Если рассматривать способ упаковки плоских мембран, то наиболее распространены рулонные фильтрационные элементы, в которых мембраны накручивают на дренажную трубку в виде рулона. По плотности упаковки рулонные элементы расположены между трубчатыми и половолоконными мембранами, они обладают удобной геометрией и характеризуются крайне малой толщиной рабочего слоя, что в совокупности обеспечивает им наилучшее сочетание высокой удельной производительности и низкой склонности к загрязнению.

Накопительный бак.

Про изводительно сть высокоэффективных (нанофилътрационных и обратноос-мотических) мембран, особенно работающих без дополнительного насоса, невелика. Чтобы фильтром можно было пользоваться с комфортом, не дожидаясь по полчаса, пока наберётся чайник или кастрюля воды, фильтрационные системы снабжают накопительным баком Средний объём бака в бытовых фильтрах 8—10 литров.

Постфильтр.

Этот картриджный фильтр ставят на выходе из накопительного бака, чтобы очистить воду, застоявшуюся в баке, например в период между дневным и вечерним чаепитием Сложно представить, что после прохождения обратноосмотической мембраны в воде остались какие-либо микроорганизмы, однако пить свежеочищенную и не застоявшуюся воду, конечно же, намного приятнее. Чаще всего постфильтр по своей природе опять-таки угольный.

Минерализатор.

Некоторые ученые считают, что употребление внутрь идеально очищенной воды может быть не очень полезным и приятным. Чистая вода чаще всего абсолютно безвкусна, и это нравится не всем. Да и минеральные вещества в разумных количествах тоже важны для жизнедеятельности людей. Противники этого подхода заявляют, что, например, в молоке того же кальция больше, чем в водопроводной воде, однако пить его намного полезнее, так как помимо количества растворённого минерала очень важна также и форма его присутствия в растворе. Будет конкретный ион входить в состав элементоорганического соединения либо комплекса или будет находиться в воде в виде мелкодисперсного твёрдого осадка — разница очевидна… Жаркая дискуссия между сторонниками и противниками полностью деминерализованной воды далека от своего завершения, но для тех, кто не любит вкус такой воды или заботится о своем минеральном балансе, некоторые производители снабжают свои бытовые фильтрационные системы минерализатором. Получается парадоксальная ситуация — сначала воду очищают от примесей, а затем аналогичные вещества снова добавляют, на этот раз в чётко отмеренном количестве. Чаще всего добавляют кальций, фтор и йод. Самый простой путь обогащения воды кальцием — пропускание её через слой природного минерала — кальцита Чистая вода в силу ряда причин имеет не нейтральную, а слабокислую реакцию, она растворяет некоторое количество этого минерала и обогащается кальцием.

Структуризатор.

Это гораздо более экзотичная часть системы обратного осмоса По уверениям производителей она придаёт конгломератам из молекул воды гармоничную структуру, свойственную воде, входящей в состав живых клеток. Реальный оздоровительный эффект от приборов такого рода ещё в полной мере не доказан, однако на рынке такие системы уже присутствуют.

 

Прямой осмос — процесс односторонней диффузии (проникновения) молекул воды через полупроницаемую мембрану в раствор с большей концентрацией растворённого вещества. Создаваемое при этом давление, называется осмотическим.

Обратный осмос — процесс прохождения молекул воды через полупроницаемую мембрану из более концентрированного раствора в менее концентрированный под воздействием давления, превышающего осмотическое. При этом мембрана пропусткает воду, но не пропускает растворённые в ней вещества.

Схема работы прямого и обратного осмоса.

Как выбрать домашнюю мембранную систему очистки воды?

Чтобы не ошибиться в выборе, необходимо задать себе следующие вопросы:

  • Насколько чиста вода, подаваемая на очистку? Она мутная, имеет посторонний запах или же она приятна на вкус и вам нужно всего лишь избавить её от вредных микропримесей?
  • Каково рабочее давление водопровода?
  • Какое количество воды требуется вашей семье ежедневно?
  • Важна ли вам компактность системы?

Если у вас более или менее неплохая водопроводная вода, большая семья и недостаток места на кухне — лучше выбрать систему нано- или даже ультрафильтрации. Эти мембраны менее требовательны к чистоте подаваемой воды, префильтр перед ними может быть только один. У них высокая производительность, так  что можно обойтись без накопительного бака и сэкономить место. При этом они легко «напоят» большую семью.

Если вы перфекционист и обладаете неограниченным кухонным пространством — самое время задуматься о пяти-, а то и семиступенчатой обратноосмотической системе. Префильтров в этой системе три или пять, а малая производительность мембраны нивелируется большим объёмом накопительного бака Этот вариант также хорош в случае, когда исходная вода сильно загрязнена. Однако при наличии проблем с давлением в водопроводе обратноосмо-тическая система может работать слишком медленно. В этом случае есть смысл проконсультироваться со специалистами по вопросу установки насоса, повышающего и стабилизирующего напор воды.


ПОДЕЛИТЬСЯ:

Комментариев пока нет

Перейти к разговору

Комментариев пока нет!

Вы должны быть избранным, чтобы начать разговор.

Ваши данные будут в безопасности!Ваш адрес электронной почты не будет опубликован. Также другие данные не будут переданы третьим лицам.