Промышленный обратный осмос: где и как он применяется

Как подключить обратный осмос: схема подключения и рекомендации

Обратный осмос – это приспособление, обеспечивающее фильтрацию воды, которое устанавливается для домашнего пользования. Наиболее часто систему устанавливают под мойкой. Но если там недостаточно места, то обратный осмос допустимо разместить в любом месте в радиусе 10 м от мойки. Он будет стабильно делать свою работу в обоих случаях.

Установка обратного осмоса иногда может вызвать затруднения. В инструкции к системе прописано не все, и человеку, который впервые столкнулся с таким оборудованием, достаточно трудно сделать все правильно. С помощью этой статьи разобраться будет значительно легче.

Область применения

Очистка промышленным фильтром обратного осмоса ведется на производствах, где необходима очистка, приближенная к дистилляции. Область применения технологии:

• производство напитков – используется для удаления минералов и солей;
• производство медикаментов и косметических препаратов;
• химическая промышленность – уменьшает гидрокарбонатную щелочность;
• очистка бутилированной воды;
• производство элементов микроэлектроники;
• очистка хозяйственных жидкостей и сточных вод;
• машиностроение;
• процессы замкнутых циклов водооборота.

Фильтрация с помощью обратного осмоса полностью вытеснила с рынка ионную дистилляцию, в разы превышающую энергозатраты.

Крайне важно знать

Фильтр с обратным осмосом

Пятиступенчатый фильтр обратного осмоса устроен просто. Первые три очистительных емкости выполняют предварительную фильтрацию, затем следует главный элемент с полупроницаемой мембраной, а в конце вода проходит через угольный картридж.

Дополнительно можно приобрести:

• минерализатор;
• насос;
• ультрафиолетовую лампу;
• помпу;
•  структуризатор.

Конструкция фильтра

Самым дорогим компонентом в фильтре для воды является мембрана. Это микропористый материал, который накручен в несколько слоев вокруг пластиковой трубки с отверстиями. Мембрана покрыта специальным чехлом. Он защищает ее от механических повреждений.

Когда вода поступает в картридж, она проходит через наполнитель. Молекулы жидкости проникают через поры в пластиковую трубку и перемещаются в накопительный бак. Загрязнения не могут преодолеть барьер, поэтому с небольшими остатками жидкости утилизируются через отвод.

Поскольку мембрана имеет микроскопические поры, ее нельзя очистить механическим путем или под водопроводной струей. В данном случае материал может забиться и прийти в негодность

Поэтому важно, чтобы жидкость прошла через модули предварительной очистки и уголь

Механическая фильтрация позволяет задержать частицы, размер которых превышает 0,5 микрон. Уголь удерживает различные химические соединения, металлы и другие органические и неорганические вещества. Одномикронный фильтр осмоса завершает очистку жидкости перед ее подачей на мембрану. Такая система увеличивает срок эксплуатации мембранного элемента, а регулярная замена модулей предварительной очистки позволит пользоваться элементом еще дольше.

Функциональные характеристики

Очистка воды методом обратного осмоса выполняется фильтрами различных производителей, каждый из которых предоставляет несколько моделей оборудования. В зависимости от модели устройства можно фильтровать 170-250 л жидкости в сутки. Производительность установки составляет 4000-15000 л. Для семьи из 4 человек оборудования с ресурсом 5000 л хватит на 1,5-2 года. Срок эксплуатации зависит от качества водопроводной воды и частоты смены картриджей предварительной очистки.

Как выбрать фильтр

Перед покупкой фильтра с осмосом необходимо определить нужную степень очистки. Количество картриджей может достигать 7, к ним добавляются дополнительные элементы. Стандартная система фильтрации состоит из 3 модулей предварительной очистки, угольного картриджа и мембраны. Более сложные комплектации включают в себя минерализатор и биокерамический активатор.

Важным является выбор накопительного бака. Если он окажется мал, нужно будет каждый раз ждать, пока вода очистится. Если слишком велик, жидкость может застаиваться, и появится характерный запах. Также необходимо учитывать объем пространства под мойкой. Для большой семьи оптимальным считается система фильтрации с производительностью 4-5 л/ч.

Достоинства и недостатки

Среди различных фильтров для дома данная система считается наилучшей. По оценкам специалистов, в жидкости, которая прошла очистку обратным осмосом, содержится в 10 раз меньше посторонних веществ, чем предусматривает минимальная допустимая норма. Мембрана устроена таким образом, что исключает попадание загрязнений в отфильтрованную жидкость. По степени очистки такая вода сравнима с дистиллированной.

Монтаж установки осмотический очистки достаточно прост и не требует специальных знаний или инструментов. Каждый модуль можно приобрести отдельно, если возникает необходимость его заменить. Вся конструкция осмоса спрятана под мойкой, а сверху только небольшой кран для подачи очищенной жидкости.

Главным недостатком обратного осмоса считается высокая стоимость комплекта. Обслуживание требует регулярной замены модулей предварительной чистки, однако их цена гораздо ниже. Необходимо учитывать, что мембрана нуждается в замене один раз в несколько лет. А она является самой дорогой составляющей осмоса. Но если сравнить затраты на покупку воды у сторонних производителей с той, которая очищена бытовым осмосом, выгоднее приобрести фильтр.

К недостаткам относят медленную очистку, которая составляет 150-300 л в сутки. Большая часть воды утилизируется вместе с загрязнениями, что увеличивает затраты на коммунальные платежи. Однако при правильном выборе накопительного бака можно избежать таких проблем.

Техническое описание системы

Термин «осмос» имеет греческое происхождение (первоначально означал толчок, давление), и применяется для обозначения процесса односторонней диффузии через полупроницаемые мембраны под действием различных факторов.

К примеру, прямой осмос – явление выравнивания концентраций растворов, разделенных такой мембраной. Обратный осмос (что это такое) работает немного по другому принципу, о котором мы расскажем подробно.

Осмос – одно из проявлений принципа Ла-Шателье – Брауна, который гласит, что при воздействии на систему извне, находящуюся в устойчивом равновесии, в ней начнутся процессы, направленные на восстановление равновесия (компенсацию воздействия).

Условия равновесия могут быть различными – температура, давление, напряженность электромагнитного поля.

Для явления осмоса таким условием является концентрация раствора.

Два раствора с различной концентрацией растворенного вещества, разделенные полупроницаемой мембраной, как раз и представляют собой систему, в которой нарушено условие равновесия.

Полупроницаемой, называется мембрана, которая пропускает только молекулы определенных веществ.

Различная концентрация растворов, означает, что давление, которое создают молекулы растворителя в растворе с более высоким содержанием примеси, больше, чем в том, где количество примесей меньше.

Эта разница давлений вызывает движение молекул растворителя через мембрану и называется осмотическим давлением.

Когда концентрация обоих растворов выровняется, система придет в равновесие, и диффузия растворителя через мембрану прекратится.

Если создать в растворе с высокой концентрацией примесей избыточное давление, которое превышает величину осмотического, начнется процесс диффузии молекул растворителя из раствора с большей концентрацией в раствор с меньшей.

В направлении, противоположном направлению осмоса. Такое явление получило название обратного осмоса.

Какие бывают скважины

Схема устройства скважин

Итак, можно выделить два основных типа скважин:

1. Конструкции с фильтром. Они бурятся в расчете на близлежащий водоносный горизонт, который располагается в песчаном грунте. Соответственно раз вода как бы вытягивается из песочной массы, то тут фильтр просто необходим и как раз его и приходится часто чистить.
   Но есть, конечно, и другие причины засорения. Это, например, заиливание из-за редкой откачки воды, неправильное устройство трубы и т.п.
2. Артезианские скважины. Тут подача воды осуществляется напрямую из водоносного слоя, потока, который проходит между слоями известняка. Артезианские системы хороши тем, что засоряются гораздо реже, однако и за ними тоже все-таки нужно ухаживать.

Как видите, принцип работы может быть разный, но вот способы очистки от ила или от глины, например, приблизительно одинаковые у обоих типов скважин.

Итак, начнем обзор методов.

Фото устройства с камерой для контроля за скважиной

Как работает промышленный обратный осмос

Системы промышленного обратного осмоса получают воду для очистки из водопровода, выделенные примеси отправляются в канализацию. Технологический процесс очистки воды включает в себя несколько этапов:

• Предварительная подготовка воды.

• Фильтрация жидкости через мембрану обратного осмоса.

• Сбор очищенной воды в накопителе.

• Итоговая очистка.

• Раздача очищенной воды через специальный кран.

Начинается процесс промышленного обратного осмоса с предварительной подготовки воды. Мы уже говорили, для чего это делается. Различные взвеси и крупные частицы быстро засорят обратноосмотическую мембрану и выведут ее из строя, а это самая дорогая деталь системы. Чтобы этого не допустить, на этапе предочистки вода проходит три фильтра, прежде чем дойти до мембраны. Каждый следующий фильтр улавливает все более мелкие загрязнители.

Первый механический полипропиленовый фильтр улавливает песок, мельчайшие фрагменты ржавчины и другие подобные примеси размером 0,5 микрон и более. Далее вода проходит через угольный фильтр, который очищает ее от химических и органических примесей: хлора, нефтепродуктов, пестицидов, соединений железа, тяжелых металлов и т. д. Последним в этом цикле стоит механический фильтр, удаляющий примеси размером один микрон и меньше. Подготовленная таким образом вода теперь содержит частицы, доступные только мембране.

Промышленный обратный осмос воды на молекулярном уровне не может проходить быстро, поэтому производительность установок обратного осмоса сравнительно невелика. Например, бытовые установки такого типа могут в сутки очистить от 150 до 300 литров воды. Скорость работы мембраны может несколько изменяться, в зависимости от температуры и степени загрязнения воды. Однако главным фактором будет давление жидкости. Чем оно сильнее, тем быстрее идет процесс.

Очищенная вода собирается в накопительном баке, объем которого у бытовых фильтров составляет от 4 до 12 литров, в зависимости от производительности и модели. Накопительные баки изготавливают из высококачественной стали и сверху покрывают эмалью. Бак внутри имеет две камеры, разделенные силиконовой мембраной. Верхняя постепенно наполняется очищенной водой, а в нижней находится воздух под давлением.

При сливе воды из верхней камеры мембрана поднимается, поддерживая сверху давление, необходимое для слива воды из бака. Бак имеет ниппель со стороны нижней камеры, чтобы в случае необходимости можно было отрегулировать давление воздуха в накопительном баке. Сверху на накопительном баке имеется резьба для накручивания крана для забора воды.

Итоговая очистка воды из бака происходит через последний фильтр, который позволяет получать из крана гарантированно безопасную питьевую воду.

Отдельный кран для подачи очищенной способом обратного осмоса питьевой воды выводится возле кухонной мойки или на столешницу. Водопроводная вода для хозяйственных нужд идет через обычный кран.

Если потребитель заботится о своем здоровье и хочет использовать в пищевых целях воду высшего качества, к системе очистки воды способом обратного осмоса можно добавить картриджи с минералами для восстановления природной структуры воды.

Минерализатор насытит воду правильным количеством натрия, магния, кальция. Натрий важен для поддержания нужной кислотности в организме. Магний способствует поддержанию здоровья, участвуя в огромном количестве обменных процессов организма, препятствует образованию онкологических заболеваний, склероза, камней в почках

Кальций является важной составляющей костей, зубов. Он необходим для нормальной работы сердца, мышц, нервной системы.

Значительно улучшит качество воды и приблизит к ее идеальной природной структуре установка биокерамического картриджа. Картридж наполнен запеченными глиняными шариками, внутри которых находится турмалин – минерал, излучающий волны из длинноволнового инфракрасного диапазона.

Инфракрасное излучение непосредственно примыкает к красной части видимой области спектра солнечного излучения и обладает способностью передавать энергию окружающей среде. Молекулы воды под воздействием энергии длинноволнового инфракрасного излучения приобретают правильную природную структуру.

Глубокое излучение инфракрасного цвета (Far Infrared Radiation) специалисты называют «лучом жизни». Вода, прошедшая через биокерамический картридж, оказывает благоприятное воздействие на людей, растения и животных, активизируя обмен веществ, улучшая состояние клеток и работу сердечно-сосудистой системы.

Читайте материал по теме: Вредные примеси в воде: виды и способы очистки

Как же работает обратный осмос

Разделение происходит за счёт перераспределения концентраций ионов и молекул между двумя полостями. При этом более крупные молекулы растворенных веществ и примесей частиц остаются в растворе и не забивают поры, поэтому мембрана сохраняет способность к фильтрации и разделению жидкостей достаточно длительное время. При этом производительность мембранного полотна практически не снижается.

Это свойство осмотического фильтра и сбивает с толку многих технологов. Если бы полотно просто отфильтровывало ионы и частички примесей, как обычный матерчатый или бумажный фильтр, то ресурс обратного осмос – фильтра размером со стакан составил бы несколько сот литров воды, как это происходит с угольными и цеолитовыми фильтровальными элементами.

Мембрана осмотического фильтра изготавливается по многослойной схеме, в таком полотне есть входная и чистая поверхность. Два слоя из разных материалов разделены прочной армирующей сеткой. Входная поверхность подвергается обработке, в результате которой образуется большое количество длинных и очень тонких пор. Чистая поверхность тоже наделена порами точно запрограммированного размера, что позволяет удерживать очищенную воду от обратной диффузии во входную камеру осмос фильтра.

Самое простое объяснение работы обратного осмоса выглядит так:

• Входная поверхность изготовлена из материала, способного притягивать из раствора и удерживать на поверхности молекулы воды. Ионы соли или любого другого растворенного вещества практически не могут подойти и просочиться через микрокапилляры;
• Избыточное давление в камере постоянно выдавливает молекулы воды в чистую полость осмос – фильтра, а загрязнения и ионы соли выдавливаются в обратном направлении, в начальную полость.

Таким образом, все примеси выдавливаются ионами воды на определенное удаление от мембраны, благодаря чему осмотические фильтры способны работать и не загрязняться намного дольше, и с более высоким качеством фильтрации.

Принцип действия обратного осмоса можно сравнить с ситом, заполненным мельчайшим сухим песком с небольшим количеством более крупных зернышек глины и камня. Под действием вибрации песок легко проходит сквозь мелкую сетку, тогда как примеси поднимаются на поверхность и остаются внутри сита.

К сведению! Мембраны обратного осмоса после заполнения водным раствором нельзя нагревать или высушивать, это неминуемо приводит к выходу из строя фильтровального элемента.

Понятно, что часть загрязнений и ионов примесей все же прорывается к капиллярам и забивает их. Качество очистки и производительность снижается, поэтому производители устанавливают на фильтр для воды с обратным осмосом рекомендованный безопасный ресурс по количеству пропущенной воды.

Особенности

Замена фильтрационных элементов

Чтобы своими руками заменить наполнители картриджей перекрывают вентили отключения водопровода и устройства. Затем открывают кран очищенной воды и сливают остатки жидкости.

Далее, отсоединяют пластиковые трубки и извлекают оборудование из шкафа. Запомнить расположение трубок можно, проведя их маркировку или с помощью фотоаппарата (если трубки цветные).

Откручивают крышки корпусов и извлекают исчерпавшие свой ресурс картриджи, фильтрационную мембрану. Пластиковые колбы и крышки моют средством для мытья посуды.

При установке новых фильтрующих элементов внимательно соблюдают порядок установки, проверяют наличие резиновой прокладки на крышке.

Уплотнительные резиновые кольца перед монтажом вытирают насухо. Собирают и промывают систему также, как и при монтаже нового устройства.

Замену сменных элементов фильтра проводят с такой частотой:

• обратноосмотическая мембрана — каждые 24—30 месяцев;
• угольный постфильтр — один раз в 12 месяцев;
• префильтры — один раз в 6 месяцев.

Периодичность замены во многом зависит и от качества воды. Новые сменные элементы заменяют на те же, сверяясь с их маркировкой.

Использование картриджей, которые исчерпали свой ресурс, может принести еще больший вред здоровью, чем неочищенная вода

Стадии очистки

Принцип действия метода обратного осмоса воплощается в трех этапах:

1. Предварительная очистка воды. Происходит в больших вертикальных колбах. На рисунке ниже они обозначены номерами 3, 4, 5.
2. Прохождение через мембрану. Корпус мембраны обратного осмоса (горизонтальная колба) обозначен номером 7.
3. Стадия посточистки. Колба обозначенная номером 12.

Схема подключения обратного осмоса – на рисунке ниже.

Вода, прошедшая стадию предварительной очистки, поступает на полупроницаемую мембрану, где разбивается на два потока: один проходит через мембрану и очищается, второй омывает её снаружи и со всеми загрязнениями, отторгнутыми мембраной, сливается в дренаж. Система очистки воды обратного осмоса работает не быстро, поэтому жидкость, прошедшая через мембрану, накапливается в специальном резервуаре (№ 11 на рисунке), откуда и поступает на посточистку. На этой стадии фильтрации воды происходит дополнительная очистка от запахов и/или минерализация.

Прекрасным представителем является фильтр Atoll A-575 box STD, он удаляет до 99,9% всех примесей содержащихся в воде и предотвращает образование накипи в нагревательных приборах.

Преимущества:

• Существенно экономится место: питьевой бак также установлен внутри корпуса.
• Фильтр легко содержать в чистоте при его установке под кухонной мойкой: на конструктивные элементы системы не попадает грязь, нет выступающих элементов и торчащих соединительных трубок.
• Разборный корпус предоставляет удобный доступ к деталям и сменным элементам.
• Широко распространенный в мире стандарт картриджей «inline» позволяет использовать аналоги фильтрующих элементов Atoll в широком ассортименте, например, производства Omnipure (США) или Pentek (США).
• Картриджи типоразмера «inline» заключены в пластиковый корпус и имеют быстроразъемные соединения, поэтому процедура их замены гигиенична (исключены контакты с загрязненными поверхностями), и проста (не требуется наличия специнструмента).
• Встроенная система контроля качества очищенной воды сигнализирует о необходимости замены мембранного элемента

Цена вопроса

Естественно, что стоимость подобной системы не может быть совсем низкой — если розничная цена опускается ниже 4500 рублей, то, скорее всего, это китайский товар, изготовленный из низкокачественных комплектующих. Качественный фильтр, например одна из самых распространенных на рынке система Атолл А-560Е, стоит около 250 у.е. Это недешево, однако и срок службы системы очень велик. Конечно, примерно раз в полгода вам придется сменить картриджи, на что уйдет еще порядка 20 у.е, а раз в два года еще и мембрану (40-50 у.е). Но и производительность установки высока — бытовая система способна давать от 170 до 250л воды в сутки. В результате, при расчете на двухлетний период, литр воды, полученный путем обратного осмоса обходится в 1-2 руб/литр, в то время как средняя стоимость литра воды в бутылках равна около 10 руб/литр. Таким образом, экономическая выгода от приобретения обратноосмотического фильтра очевидна.

Обратный осмос или проточный фильтр?

Выбор системы очистки воды зависит от разных условий

Прежде всего важно определить качество жидкости в водопроводе. Если ее предстоит фильтровать только от механических примесей, тогда достаточно установить проточный фильтр

Если же в воде содержится большое количество вредных примесей, то обратный осмос справится с такой задачей гораздо лучше. Заказать анализ можно в любой крупной компании, производящей очистительное оборудование.

Если давление в системе осмоса 3 ат и ниже, необходимо устройство для увеличения давления. Проточному фильтру такое оборудование не нужно. Главным отличием осмоса от проточной системы является степень очистки. Цена на первое изделие гораздо выше, чем на второе. Но качество очистки сильно отличается в пользу осмоса.

Работа установки обратного осмоса

Процесс осмоса основан на свойстве воды выравнивать уровень содержания примесей в растворах разделенных мембраной. Отверстия в этой мембране настолько малы, что проходить через них могут только молекулы воды.

Если в одной из частей такого гипотетического сосуда увеличить концентрацию примесей, вода начнет перетекать туда до тех пор, пока плотность жидкости в обеих частях сосуда не выровняется.

Обратный осмос дает прямо противоположный результат. В этом случае мембрану используют не для выравнивания плотности жидкости, а для того, чтобы с одной ее стороны собрать чистую воду, а с другой – раствор, максимально насыщенный примесями. Именно поэтому такой процесс называют обратным осмосом.

Все эти химические особенности мало интересны покупателям, особенно тем, кто не слишком хорошо разбирается в науке. Им достаточно понимать, что центром системы обратного осмоса является специальная мембрана, поры которой настолько малы, что не пропускают ничего, что превышает размеры молекулы воды, а это значительная часть загрязнений, содержащихся в водопроводной воде.

Увы, молекула воды – не самая маленькая на земле, например, молекулы хлора значительно меньше, поэтому они также могут просачиваться через мембрану. Кроме того, контакт с крупными взвесями этой мембране противопоказан. Ее мелкие поры при таком воздействии быстро засорятся, и этот элемент придется сразу же заменить.

На этой схеме наглядно изображены пять ступеней очистки воды с помощью системы обратного осмоса: предварительная очистка через три фильтра, мембрана и доочистка

Чтобы этого не произошло, в систему обратного осмоса включают еще три дополнительных фильтра, с помощью которых вода проходит предварительную подготовку. Мембрана разделяет частично очищенную воду на две неравные части. Примерно треть поступившего объема представляет собой чистую воду, которая затем поступает в накопительный бак.

Еще две треть объема воды – это часть, в которой сконцентрированы загрязнения. Такой концентрат сливается в канализацию. Между баком и краном обычно имеется небольшой контейнер. Здесь устанавливают картридж, который предназначен для повышения качества уже очищенной воды, например, для насыщения ее полезными минералами.

Схематически принцип действия обратного осмоса можно описать так:

1. Вода поступает из водопроводной системы на фильтры предварительной очистки.
2. Затем жидкость проходит процедуру обратного осмоса.
3. Очищенная вода поступает в накопительный бак.
4. Концентрат, содержащий отфильтрованные загрязнения, перемещается в канализацию.
5. Чистая вода из накопительного бака поступает на кран для чистой воды непосредственно или через дополнительные устройства.

Таким образом, система обратного осмоса представляет собой набор устройств, которые обеспечивают возможность получить питьевую воду с высокой степенью очистки. До недавнего времени такие системы использовались, главным образом, в промышленности, на предприятиях общественного питания в оздоровительных учреждениях и т.п.

Эта схема демонстрирует разделение потока воды, очищенной с помощью системы обратного осмоса, на два потока: чистую воду и концентрат, который перемещается в канализацию

Но из-за растущих требований к качеству водопроводной воды в последние годы популярность приобретают системы обратного осмоса, предназначенные для использования в быту. Они различаются по комплектации, производительности, размерам накопительной емкости и т.п. Фильтры и мембрану нужно периодически заменять.

Как определить, что мембрана нуждается в замене? По мере эксплуатации ее поры забиваются, и наступает момент, когда вода просто не проходит в накопительный бак. Такую мембрану придется заменить в любом случае. Но специалисты рекомендуют выполнять замену значительно раньше.

Система обратного осмоса состоит из накопительного бака, комплекта из трех фильтров предварительной очистки, мембраны и постфильтра для доочистки и обогащения воды

Для определения качества воды, очищенной с помощью системы обратного осмоса, используют электронный прибор – TDS-metr. С его помощью определяют уровень содержания солей в воде.

Для водопроводной воды до очистки этот показатель может составлять 150-250 мг/л, а после очистки по технологии обратного осмоса нормой считается солесодержание в пределах 5-20 мг/л. Если количество солей в очищенной воде составляет более 20 мг/л, мембрану рекомендуется заменить.

Желающие подобрать фильтры для воды, применяемые в различных ступенях очистки, много полезной информации найдут в следующей статье.