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 фильтрации Микрофильтрация Ультрафильтрация Нанофильтрация Обратный осмос
Размер пор, мкм 0,01-1
0
001-0,01 0,0001 — 0,001 < 0,0001
Размер удаляемых молекул, дальтон >100 000 1 000 — 100 000 300 — 1 000 100 — 300
Рабочее давление, бар <2 1,5 — 7 3,5 — 20 15 — 70
Удаление растворённых органических веществ Нет Да Да Да
Удаление неорганических веществ Нет Нет 20 — 85 % 95 — 99%
Химический состав воды Не изменяется Практически не изменяется Изменяется Изменяется
Стойкость мембраны Высокая Высокая Умеренная Умеренная

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.