Как работает обратный осмос: принцип действия устройств тонкой очистки воды

Среди бытовых систем очистки относительно недавно появился новый вариант, который называют обратным осмосом. Этот набор фильтров и специальной мембраны стоит немало, но способен дать фору практически любому аналогу. Имеет ли смысл раскошелиться? Чтобы получить ответ на этот вопрос, нужно узнать как работает обратный осмос, а затем соотнести затраты и результат.

Содержание статьи:

• Как это работает
• Отдельные элементы системы
• Преимущества и недостатки в сравнении
• Как выбрать подходящую модель
• Видео по системам обратного осмоса

Как это работает

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.

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

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:

Вода поступает из водопроводной системы на фильтры предварительной очистки.

Затем жидкость проходит процедуру обратного осмоса.

Очищенная вода поступает в накопительный бак.

Концентрат, содержащий отфильтрованные загрязнения, перемещается в канализацию.

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.

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

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.

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.

Отдельные элементы системы

Наиболее дорогостоящим и основным элементом системы обратного осмоса является мембрана. Она представляет собой микропористый материал, скрученный в один или несколько слоев вокруг перфорированного пластикового сердечника. Сверху мембрана закрыта пластиковым защитным чехлом, который закреплен уплотнительными кольцами.

Вода поступает внутрь корпуса мембраны и проходит через пористый наполнитель. При этом молекулы чистой воды проникают через пористый сердечник и далее перемещаются в накопительный бак. Но загрязнения с некоторым количеством воды не могут преодолеть мембранный барьер. Они выходят из противоположного конца мембранного блока и утилизируются.

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

Как уже ранее упоминалось, прямой контакт мембраны с обычной водопроводной водой может стать губительным. Дело в том, что ее поры очень мелкие — всего 0,0001 микрон. Мембрану нельзя вынуть, промыть и снова установить, как это делают с некоторыми механическими фильтрами грубой очистки.

Дорогостоящий элемент приходится полностью заменять каждые два-три года. Срок может изменяться в зависимости от условий эксплуатации мембраны: давления в водопроводной системе, количества и характера загрязнений, температуры воды и т.п. В некоторых случаях мембрана может прослужить пять лет и даже дольше, иногда же замену приходится производить уже после первого года эксплуатации.

Важным фактором при этом является наличие фильтров предварительной очистки: двух механических и одного угольного. Первый механический фильтр отсекает все нерастворимые загрязнения, размер которых превышает 0,5 микрон. Это могут быть песчинки, частички ржавчины и прочая подобная “механика”.

Далее вода проходит сквозь угольный фильтр, который удерживает молекулы различных химических веществ: соединений хлора, которые неизменно присутствуют в водопроводной воде, а также тяжелых металлов, проникших из почвы пестицидов, растворенного железа и других включений органического или неорганического происхождения.

Механические и угольный фильтры в системе обратного осмоса требуют замены каждые четыре-шесть месяцев. Необходимые картриджи можно приобрести в виде комплекта

После этого еще один механический одномикронный фильтр завершает предварительную очистку воды. В результате на мембрану поступает вода, не содержащая загрязнений, которые могут повредить пористый фильтр или преодолеть его. Эти фильтры нуждаются в регулярной замене каждые несколько месяцев. Но стоят они на несколько порядков дешевле, чем мембрана, а своевременная замена может значительно продлить срок ее службы.

Для сбора очищенной воды используют накопительный бак. Его емкость может варьироваться в пределах 4-12 литров, это зависит от производительности системы. Для производства таких баков обычно используется сталь высокого качества. Снаружи емкость покрывают слоем прочной эмали. Внутри устанавливают силиконовую прокладку, которая разделяет бак на две части.

С одной стороны прокладки находится собранная чистая вода, с другой — воздух. Количество воздуха в камере можно изменять с помощью ниппеля, расположенного на воздушной стороне бака. Воздух создает внутри накопительного бака дополнительное давление, которое способствует перемещению воды к крану с необходимым напором. Разумеется, на баке имеется выход для подключения шланга, по которому питьевая вода перемещается к крану.

Обычно этот кран устанавливают на мойке. Если даже подача воды через водопровод будет по каким-то причинам прекращена, в баке останется некоторое ее количество, что сделает проблему менее острой. В этой ситуации для полного опорожнения накопительного бака имеет смысл повысить давление, закачав воздух через ниппельное соединение.

Степень очистки воды с помощью системы обратного осмоса приближает ее к дистиллированной. При этом мембрана пропускает молекулы растворенного в воде кислорода, что повышает ее качество. Для улучшения вкуса воду можно пропустить через минерализатор или другие модули. Но она пригодна для питья и непосредственно после прохождения мембранной очистки. Нет необходимости кипятить ее для питья.

В качестве дополнительного модуля, улучшающего качество питьевой воды, системы обратного осмоса могут быть дополнены минерализатором или биокерамическим картриджем. Минерализатор используют для обогащения воды такими полезными веществами, как кальций, натрий, магний и т.п.

Все эти минералы оказывают положительное воздействие на нервную и сердечно-сосудистую системы человека, предотвращают возникновение множества опасных заболеваний, стимулируют нормальный уровень кислотности крови и т.п.

Минерализатор в системах обратного осмоса используется для того, чтобы обогатить очищенную воду минеральными веществами и сделать ее более полезной для здоровья

Биокерамический картридж действует иначе. В составе его “начинки” имеются шарики, состоящие из запеченной глины и кусочков турмалина. Этот минерал способен излучать исключительно полезное для воды инфракрасное излучение. Оно благоприятно воздействует на структуру воды, а в конечном итоге — на обмен веществ в организме человека.

Со временем ресурс таких дополнительных модулей исчерпывается, они требуют периодической замены. Поэтому здесь удобнее использовать кран с двумя вентилями. На один вентиль подают воду непосредственно из накопителя, а на второй — прошедшую через минерализатор. Обогащенную полезными веществами воду используют только для питья, а готовят на воде без минералов.

Преимущества и недостатки в сравнении

Высокая степень очистки и гарантированное качество питьевой воды — главное достоинство систем обратного осмоса. По оценкам, в очищенной этим способом воде содержание посторонних веществ в десять раз ниже, чем минимально допустимая норма. Особенности конструкции мембраны исключают случайное попадание загрязнений в поток очищенной воды.

Эта схема подробно демонстрирует устройство и принцип работы мембраны обратного осмоса, которая позволяет получить очищенную воду — пермиат — и удалить загрязненную часть — концентрат (+)

Такую воду можно смело употреблять для питья и приготовления пищи, ее можно давать детям и домашним питомцам. Для здоровья вода, полученная по технологии обратного осмоса, значительно полезнее, чем кипяченая водопроводная вода. Аквариумисты используют такую воду для дополнения объема аквариумов без отстаивания.

Несмотря на более сложную конструкцию по сравнению с обычными бытовыми фильтрами, установка таких систем выполняется без особых проблем. Все необходимое для монтажа обычно поставляется в комплекте. Почти все элементы или их модификации можно приобрести отдельно.

Система занимает не слишком много места, чаще всего бак и набор фильтров с мембраной закрепляют прямо под мойкой. А компактный кран для питьевой воды, установленный на мойке, обычно прекрасно вписывается в интерьер.

Размеры компонентов системы обратного осмоса невелики, обычно их можно без труда установить под мойкой. В комплект входит набор узких шлангов для соединения отдельных элементов системы

Основной недостаток систем обратного осмоса — высокая изначальная стоимость комплекта. Дальнейшее обслуживание системы также потребует затрат на замену картриджей фильтров, но они стоят значительно меньше. Каждые несколько лет придется заменять мембрану, цена которой может составлять около 50 долл. Но расчеты показывают, что в результате затраты на чистую воду обойдутся семье все же дешевле, чем приобретение питьевой воды у сторонних поставщиков.

Эффективность мембраны в системе обратного осмоса постепенно уменьшается, ее необходимо заменять каждые несколько лет. Этот срок варьируется в зависимости от условий эксплуатации

Еще одна особенность системы обратного осмоса, которую с натяжкой можно счесть недостатком, это низкая производительность. Очищенная вода просачивается через мембрану очень медленно, стандартная производительность мембраны составляет около 150-300 литров в сутки.

При этом больше половины воды, поступившей из водопровода, уходит в канализацию, что в некоторой степени отражается на размере коммунальных платежей. Но если объем накопительного бака подобран правильно, то проблемы могут ненадолго возникнуть только при запуске системы непосредственно после установки или после ее длительного простоя с опустошенным накопительным баком.

Как выбрать подходящую модель

Размеры элементов систем обратного осмоса обычно соответствуют определенному стандарту, но не всегда. Использование системы со стандартными параметрами дает более широкий выбор заменяемых элементов. Практика показывает, что изделия отечественного производства, которые дешевле зарубежных аналогов, по качеству мало чем отличаются от последних.

Картриджи предварительных фильтров системы обратного осмоса, а также мембрана и постфильтр требуют периодической замены. Ее не сложно выполнить самостоятельно в соответствии с инструкцией изготовителя

Разумеется, покупку лучше совершать непосредственно у изготовителя, у верифицированного дилера или в надежном магазине. Хорошие системы обратного осмоса имеют технический паспорт, официальную гарантию, подробную инструкцию по установке и эксплуатации, а также сертификаты качества.

Размеры накопительного бака зависят от потребностей семьи, а также от размеров пространства, в котором будет установлен прибор. Емкость максимальных размеров будет уместна для дома, в котором проживает большая семья, наиболее востребованными считаются баки объемом около 8-10 литров.

Важный показатель — рабочее давление в водопроводной системе. Оптимальным считается показатель в 2,8 бар. Если давление слишком низкое, имеет смысл купить систему обратного осмоса со встроенной помпой, которая обеспечит достаточный напор питьевой воды. Если же давление в водопроводе значительно выше, понадобится установить редуктор понижения давления.

Если отдельные элементы системы обратного осмоса имеют стандартные размеры, проще будет найти подходящие картриджи для замены. Этот момент следует уточнить перед покупкой

Самого пристального внимания требует мембрана системы обратного осмоса. Этот элемент должен быть неизменно высокого качества и с подходящей производительностью. Для небольшой семьи оптимальным считается показатель около 7 литров в час.

Не имеет смысла переплачивать за более производительную мембрану, если в ней нет необходимости. Для сравнения: устройство с производительностью 15 литров в час без труда удовлетворяет потребности в чистой воде небольшого предприятия общественного питания.

Стандартным считается набор, включающий пять основных ступеней очистки: три предварительных фильтра, мембрана и постфильтр. Наполнение этого последнего элемента может варьироваться. Ранее уже упоминался минерализатор и биокерамический картридж. Популярным решением также считается установка картриджа, содержащего скорлупу кокосового ореха, активированный уголь и ионов серебра.

Эти вещества обеззараживают воду, дополнительно ее очищают и придают ей приятный вкус. Еще одним интересным вариантом постобработки воды является ультрафиолетовый обеззараживатель. Некоторые модели систем обратного осмоса позволяют использовать одновременно несколько разных картриджей.

Видео по системам обратного осмоса

Общий обзор принципов функционирования систем обратного осмоса можно посмотреть здесь:

В этом видеоролике подробно рассмотрена работа такой системы на примере модели “Гейзер Престиж М”:

Это видео позволяет сравнить особенности работы проточных фильтров и систем обратного осмоса:

Системы обратного осмоса — надежный и удобный способ обеспечить свой дом достаточным количеством чистой питьевой воды. Да, цены на такие устройства остаются высокими, но они с лихвой окупаются, поскольку чистая питьевая вода снижает риск множества заболеваний и повышает качество жизни.