Будівельний сайт – Будуєм Дім Як побудувати свій будинок Як технологія, зворотний осмос з’явився досить давно, майже п’ятдесят років тому, але тільки недавно вартість виробництва і нові матеріали зробили унікальну систему фільтрації щодо доступної для отримання в першу чергу чистої питної води. Система осмотичного фільтрування або виборчого поділу рідин практично стала основним методом видалення солей і твердих фракцій, без нагріву, заморожування і кип’ятіння вихідної суміші.
Зміст статті (Содержание)
Що таке зворотний осмос
За незвичайним, на перший погляд, назвою лежить досить складний механізм поділу рідких середовищ, що володіють різним осмотичним тиском. Найчастіше зворотний осмос використовують для поділу водних розчинів речовин з невеликою молекулярною масою.
Щоб не вдаватися в фізичні і хімічні тонкощі процесу, можна лише відзначити найбільш важливі моменти зворотного осмосу:
- Найчастіше зворотний осмос використовують для поділу водних розчинів речовин з невеликою молекулярною масою;
- Поділ двох середовищ виконується в двокамерному фільтрі з мембраною з односторонньою проникністю;
- Система зворотного осмосу працює під надмірним тиском, без нагріву, використання спеціальних розчинників, що поглинають елементів і електричного струму.
Процес фільтрації на основі зворотного осмосу зовні нічим не відрізняється від звичайного пропускання рідини через мембранне полотно. В одну з порожнин, звану початкової або проточною камерою, подається вихідний водний розчин. Рідина, що пройшла крізь мембранне полотно, збирають у вторинній порожнині. Всі домішки і неотфільтроване залишок відводяться для утилізації.
Можна зустріти досить велика кількість описів механізму зворотного осмосу на рівні молекулярної взаємодії, але найчастіше це приватні випадки для конкретних варіантів мембранного полотна. Процеси поділу при протіканні зворотного осмосу вивчені лише в невеликому ступені. Тому, незважаючи на численні запевнення виробників фільтрів, отримати високу якість води вдається тільки на декількох видах полімерних осмотичних мембран.
Як же працює зворотний осмос
Поділ відбувається за рахунок перерозподілу концентрацій іонів і молекул між двома порожнинами. При цьому більш великі молекули розчинених речовин і домішок частинок залишаються в розчині і не забивають пори, тому мембрана зберігає здатність до фільтрації і поділу рідин досить тривалий час. При цьому продуктивність мембранного полотна практично не знижується.
Це властивість осмотичного фільтра і збиває з пантелику багатьох технологів. Якби полотно просто відфільтрувала іони і частинки домішок, як звичайний матерчатий або паперовий фільтр, то ресурс зворотного осмос – фільтра розміром зі стакан склав би кілька сот літрів води, як це відбувається з вугільними і цеолітовими фільтрувальними елементами.
Мембрана осмотичного фільтра виготовляється за багатошаровою схемою, в такому полотні є вхідні і чиста поверхня. Два шари з різних матеріалів розділені міцною армуючою сіткою. Вхідна поверхня піддається обробці, в результаті якої утворюється велика кількість довгих і дуже тонких пір. Чиста поверхня теж наділена порами точно запрограмованого розміру, що дозволяє утримувати очищену воду від зворотної дифузії у вхідну камеру осмос фільтра.
Найпростіше пояснення роботи зворотного осмосу виглядає так:
- Вхідна поверхня виготовлена з матеріалу, здатного притягувати з розчину і утримувати на поверхні молекули води. Іони солі або будь-якого іншого розчиненого речовини практично не можуть підійти і просочитися через мікрокапіляри;
- Надмірне тиск в камері постійно видавлює молекули води в чисту порожнину осмос – фільтра, а забруднення і іони солі видавлюються в зворотному напрямку, в початкову порожнину.
Таким чином, всі домішки видавлюються іонами води на певне видалення від мембрани, завдяки чому осмотичні фільтри здатні працювати і не забруднюватися набагато довше, і з більш високою якістю фільтрації.
Принцип дії зворотного осмосу можна порівняти з ситом, заповненим найдрібнішим сухим піском з невеликою кількістю більших зерняток глини і каменю. Під дією вібрації пісок легко проходить крізь дрібну сітку, тоді як домішки піднімаються на поверхню і залишаються всередині сита.
До відома! Мембрани зворотного осмосу після заповнення водним розчином можна нагрівати або висушувати, це неминуче призводить до виходу з ладу фільтрувального елемента.
Зрозуміло, що частина забруднень і іонів домішок все ж проривається до капілярів і забиває їх. Якість очищення і продуктивність знижується, тому виробники встановлюють на фільтр для води зі зворотним осмосом рекомендований безпечний ресурс за кількістю пропущеної води.
Системи зворотного осмосу в практичному застосуванні
Поява технології на основі полімерів зворотного осмосу дозволило вирішити дуже непросту задачу поділу водних розчинів з отриманням чистої води з найменшими витратами енергії. Процес очищення грубими фільтрами не дозволяє затримати розчинені солі, дистиляція води, особливо солоної морської, з великою кількістю жорстких карбонатних солей, вимагає величезної кількості теплової та електричної енергії.
Можливості зворотного осмосу наочно ілюструють витрати теплової енергії на отримання одного куба питної води з морської рапи:
- Теоретична потреба енергії на поділ води і домішок становить 2,7 МДж / м3;
- Очищення води зворотним осмосом — потрібно всього 13,3 МДж / м3;
- Для виморожування домішок в низькотемпературних камерах буде потрібно 27 МДж / м3;
- Екстрагування солей розчинником вимагає 72 МДж / м3;
- Поділ сумішей до хімічно чистої води електродіалізом передбачає витрати на рівні 122 МДж / м3;
- Дистиляція перегрітої води миттєвим вибуховим закипанням – 215 МДж / м3.
Витрати на очистку за допомогою фільтра мембранами зворотного осмосу майже в 15 разів менше, ніж при використанні традиційних методів. Залежно від використовуваних матеріалів і попередньої підготовки, кількості розчинених солей, вода зворотного осмосу після проходження фільтра може мати невелику кількість домішок.
У техніці цю особливість мембран зворотного осмосу називають селективністю. Чим дорожче мембрана, тим вище її селективність. Наприклад, вітчизняні мембранні полотна зворотного осмосу марки МГА80 видають 80% очищення, МГА90 і МГА100 забезпечують рівень осмос очищення на 95% і 98% відповідно. Американські « Істмен Кодак » RO97, RO94 дозволяють очищати воду на 96-98%. Японські мембрани зворотного осмосу DRS-97, DRS-96 видають майже 99% очищення при втричі більшої продуктивності і на 20% меншому тиску води.
Як правило, виробники побутових фільтрів не ставлять завдання домогтися виключно високих показників селективності, повне очищення важлива для систем зворотного осмосу, що видають очищену воду для медицини, фармацевтичної промисловості, тонкої хімії і парових турбін. Для побутових цілей досить селективності осмотичних мембран на рівні 96%, так як ідеально очищена вода сильно втрачає у смакових якостях.
Відмінність дорогих фільтрів зі зворотним осмосом від дешевих моделей
Ефективність осмос — очищення води перевершує більшість існуючих технологій, що, відповідно, створює потужну рекламу для водяних фільтрів. Тому системи зі зворотним осмосом стали найбільш затребуваними марками очищувачів для води.
На сьогодні відомо кілька десятків запатентованих типів мембран зворотного осмосу, але майже всі вони розраховані на роботу в умовах високого тиску води, зазвичай це 40-100 ат. Продуктивність одного квадратного метра такого полотна становить 300 т очищеної води на добу. Варто такий фільтр кілька десятків тисяч доларів. Зрозуміло, що для побутових моделей подібні умови роботи недосяжні.
У брендових моделях фільтрів, з витратою 3-5 л / хв, використовуються складові мембрани зворотного осмосу. Їх виготовляють з вторинного матеріалу, значно тоншого, без армування і захисних перепускних вставок, що вирівнюють тиск всередині полотна.
Дешеві моделі зі зворотним осмосом часто комплектуються ацетатнимі мембранами, які пройшли спеціальну термічну обробку. Вони також можуть затримувати більшу частину забруднень, але швидко виходять з ладу через сильного набухання фільтруючого матеріалу.
Фільтр зі зворотним осмосом
Зрозуміло, що, навіть маючи на руках фільтрувальну мембрану зворотного осмосу, очистити в домашніх умовах воду з водопроводу буде досить складно. У звичайних умовах картридж зворотного осмосу навіть не пропустить через полотно воду, налиту самовільному. Для фільтрації потрібно надлишковий тиск і цілий ряд допоміжних пристроїв.
Типова конструкція фільтра зворотного осмосу
Як приклад звичайного побутового фільтра можна використовувати схему установки зворотний осмос аквафор. Високорівневі фільтри промислового виготовлення випускаються у вигляді декількох блоків, сюди входять:
- Акумулятор або бак тиску фільтрування;
- Волоконний або насипний грязьовий фільтруючий бокс;
- Вугільний блок;
- Мембранні картриджі зворотного осмосу;
- Сольовий фільтр.
Система зворотного осмосу, зазвичай у вигляді декількох стандартних блоків. Полімерна мембрана з сепаратором у вигляді полотна згорнута рулоном і встановлена в циліндричному пластиковому або металевому корпусі.
Акумулятор дозволяє вирівняти робочий тиск на системі зворотного осмосу. Тонке полімерне полотно виявляється досить чутливим до перепадів тиску води, сильні гідроудари, як правило, призводять до розриву полотна і виходу з ладу. Працює бак в змінному режимі. Поки кран на виході закритий, бак наповнюється водою з водопроводу. Як тільки кран на мийці відкривається, четирехпозіціонний клапан відсікає зовнішню магістраль і видавлює запасну воду в систему зворотного осмосу.
Грязефільтруючий блок зупиняє 99% піску, іржі і сміття, що потрапляє в фільтруючий контур з водопроводу. Вугільна вставка дає можливість відокремити хлор, хлорноватисті і залозисті з’єднання, повітря, органічні речовини, словом, все, що становить загрозу для чутливої осмотичної плівки.
Фільтр зворотного осмосу з « свіжим » фільтруючим елементом чудово очищає воду, за твердженням фахівців, деякі моделі здатні видаляти з потоку навіть мікроводорості і бактерії. Але у якісно відфільтрованої води є один істотний недолік: її смак далекий від того, що можна назвати ключовою водицею. На смак вода, що пройшла таку очистку, нагадує технічну, з металевим присмаком. З очищеної на 99,9% води не готують чай, кава, гарячі страви, нею не можна поливати рослини, і не бажано пити в сирому вигляді, так як, за твердженнями медиків, очищена до межі вода вимиває кальцій з організму.
Щоб позбутися від непотрібного ефекту, виробники комплектують фільтрувальні установки спеціальним пристроєм — мінералізатором, завдяки якому вода насичується солями натрію і кальцію і набуває приємний смак. Ресурс мінералізатора обмежений, тому в конструкції фільтра використовують два висновки – прямий, без мінеральної добавки, і питної, з насиченням води солями і мінералами.
Зворотний осмос своїми руками
Купівля та встановлення системи водоочищення на основі зворотного осмосу завжди пов’язана з чутливими фінансовими витратами. Чим досконаліше система, тим дорожче обійдеться фільтрувальна установка. Крім того, фільтрувальне полотно можна віднести до високотехнологічних виробів. Полімерну мембрану неможливо зробити кустарним способом, що називається, « на коліні », але ніхто і не ставить подібних цілей, так як саморобна плівка може бути небезпечною для здоров’я, оскільки мова йде про очищення питної води.
Модернізуємо тристійковий водяний фільтр
Якщо уважно придивитися до пристрою типового фільтра на зворотному осмосі, то можна зробити простий висновок, приблизно ¾ деталей і вузлів – це звичайні пластикові деталі, які використовуються практично в будь-яких водяних фільтрувальних системах. Найдорожча і відповідальна частина фільтра являє собою пластикову колбу з невеликим картриджем всередині. Тобто, купуючи новий фільтр, майбутній власник на 90% набуває пластикову арматуру, і тільки на 10% — саму фільтрувальну мембрану.
Якщо в будинку вже є водяний фільтр, наприклад, триблочний фільтр проточного типу, то цілком можливо побудувати своїми руками спрощений варіант фільтрувального пристрою.
Для переобладнання наявного фільтрувального блоку в більш досконалий апарат буде потрібно всього три деталі:
- Картридж зворотного осмосу з сепаратором і посадковою кришкою;
- Корпус фільтра під установку картриджа;
- Комплект пластикових куточків для підключення додаткового фільтра до старого трехбоксовой корпусу.
На новому корпусі є один штуцер під вхід води, як правило, у верхній частині, і два висновки під очищену воду і стік. Штуцер чистої води розташовується в центрі донної частини корпусу, стоковий висновок виявляється зрушеним до стінки. Неочищена вода заповнює порожнину, прилеглу до стінок, проходить через трубчасту мембрану і видавлюється через центральну частину, через патрубок зі зворотним клапаном, по трубі до споживача.
У даній схемі немає акумуляторного бака і допфільтрів, їх замінює старий триблоковий фільтр. У його завдання входить попереднє очищення води з водопроводу до того моменту, як потік потрапить в корпус з картриджем зворотного осмосу.
Висновок
Саморобний фільтр зворотного осмосу працює не гірше промислового варіанту. Так як в системі немає компенсуючого бака, звертатися з фільтруючим блоком потрібно буде акуратно, регулярно чистити трикамерний блок від іржі і бруду. Істотною перевагою саморобної системи фільтрування є той факт, що переобладнання обійдеться приблизно в половину ціни нового повного комплекту, при цьому ресурс мембрани зменшується всього лише на 5-7%.
