Что такое осмос в компьютере
В основе самых эффективных технологий водоочистки и промышленной водоподготовки лежат мембранные процессы. Разделение смесей при помощи полупроницаемых перегородок позволяет удалять растворенные вещества с различными физико-химическими свойствами и получать пермеаты с заданными свойствами. Один из таких процессов - прямой осмос. Он протекает под действием природных сил и, в отличие от других мембранных процессов, не требует приложения рабочего давления или изменения температуры.
Теория и её реализация
Итак, матчасть нам говорит, что обратный осмос — процесс, в котором, при определённом давлении, растворитель (вода) проходит через полупроницаемую мембрану из более концентрированного в менее концентрированный раствор, то есть в обратном для осмоса направлении. При этом мембрана пропускает растворитель, но не пропускает некоторые растворённые в нём вещества. Вода, которая проходит через мембрану, называется пермеатом, вода с высокой концентрацией солей, которая остаётся и сливается — концентратом.
Обратный осмос используют с 1970-х годов при очистке воды, получении питьевой воды из морской воды, получении особо чистой воды для медицины, промышленности и других нужд.
Сразу оговоримся: обратный осмос эффективен в удалении из воды частиц с размерами 0,001-0,0001 мкм. В этот диапазон попадают соли жёсткости, сульфаты, нитраты, ионы натрия, малые молекулы, красители, железо, микроэлементы, тяжёлые металлы. Мембрана не задерживает низкомолекулярные вещества, например такие газы, как кислород, хлор, углекислый газ и пр. Именно из-за наличия этих газов в пермеате наблюдается слабокислая реакция, вплоть до рН 5.
Мембрана крайне плохо реагирует на хлорорганику, органические растворители, крупные механические частицы. По этой причине обычно используется грубый механический фильтр или узел предварительной очистки воды перед мембраной, а также угольный фильтр для удаления хлорорганики и органики в целом. Фильтры являются расходными элементами, если их не менять, то, принимая качество воды в нашем водопроводе, рано или поздно повредится мембрана — и тогда ремонт будет стоить намного дороже.
Также следует помнить, что даже при использовании предварительной очистки и её своевременной замене, мембрану иногда следует мыть: для этого используются химические антискаланты/дисперганты, которые растворяют осевшие на мембране соли алюминия (в основном — оксихлориды, используемые как коагулянты на водоканалах), сульфаты кальция, карбонаты кальция-магния и гидроокись железа. Иногда пишут, что эти реактивы отмывают коллоиды оксида кремния, растворяет осадки фторида кальция и сульфатов стронция и бария — что же, это означает, что в реагенте есть комплексон 3 (трилон Б) и какие-то поверхностно-активные вещества, а значит рассказы о нежности мембран в отношении к высокомолекулярным органическим соединениям сильно притянуты за уши. Впрочем, трудно себе представить наличие таких осадков в значимых количествах после предварительной очистки.
Какие узлы стоят обычно после мембраны?
- Для удаления остаточного хлора часто имеется угольная пост-фильтрация – небольшой линейный фильтр, заполненный активированным углем, через который проходит пермеат. Его задача — поймать остатки растворенного хлора и прошедшей через мембрану органики. Поскольку вода после нормально работающей мембраны содержит мало негативных примесей, то и нагрузка на постфильтр невысока, а потому менять его нужно реже.
- Минерализующие картриджи (реминерализаторы) – важнейший элемент для любителей не терять полученные с пищей минералы – картридж восполняет утраченные на мембране минералы, но вместо смеси полезного и вредного, минерализатор добавляет только полезные. Как правило, минерализуют воду макроэлементами, такими как кальций, магний, натрий, калий. Так же восполняется анионный состав, хотя на самом деле это неважно. Без минерализатора Вы будете употреблять воду, которая не содержит кальций и магний — а потому может потенциально приводить к остеопорозу, особенно у детей и женщин: в этом случае элементы будут просто «вымываться» из зубов и костей. К сожалению, именно на этом узле экономят недобросовестные производители очищенной воды.
- Структуризаторы – отдельная когорта картриджей, которые сложно назвать фильтрами, так как проверить их влияние на воду практически не возможно. Их задача – под воздействием разного рода факторов «изменять структуру воды в лучшую сторону». Победители «Битвы экстрасенсов» одобряют. Исключительно разводка маркетологов на дополнительные деньги.
- Ультрафиолетовое обеззараживание – как и в ряде другого оборудования этот элемент имеет свое узкоцелевое назначение – не допускать попадания потребителю ни одного жизнеспособного микроорганизма. Мне крайне сложно представить микроорганизм, который меньше 0,001-0,0001 мкм, содержится в воде в значимых количествах, вреден и пропускается службами водоканалов.
- Системы коррекции рН — по сути, дозаторы фосфата и сульфита натрия, призванные повысить рН до 6,5-7,5 (выше уже писалось, что после обратного осмоса вода слабокислая) и связать свободный кислород. Доводом маркетологов являются страшные истории про иссушенную кожу, выпадающие волосы и растворяющиеся зубы. Касательно кожи и волос — тут я бы направил маркетологов к их коллегам по продаже шампуней с рН 5,5 — вода в худшем случае после обратного осмоса не сильно далеко ушла по шкале от «лучших шампуней», а проблемы с зубами больше будут вызваны не столько кислой средой, сколько деминерализацией — см. выше (кстати, рН уксуса и лимонного сока — порядка 2, яблоки и вишни имеют рН около 4 — зубы ничего так, терпят). На самом деле, комбинация свободного кислорода и слабокислого рН здорово корродирует все металлические элементы — и именно это необходимо устранять, хотя мне сложно представить усиленную коррозию качественной пищевой нержавеющей стали в этих условиях. Ну это если она качественная и нержавеющая, конечно.
Тем не менее, для чисто органолептических качеств питьевой воды рН можно корректировать — но уж точно не покупкой дорогостоящего реагента, а простой дозировкой разбавленного раствора пищевой соды.
- Фильтры предварительной очистки. Не будете менять — убьёте мембрану.
- Антискаланты/дисперганты для отмывки мембраны. Если фильтры предварительной очистки меняются вовремя — практически не нужны.
- Угольные пост-фильтры. Если не будете менять — ничего страшного не произойдёт.
- Минерализующие картриджи. Обязательны.
- Структуризаторы. Бесполезны.
- Ультрафиолетовое обеззараживание (лампу иногда надо менять). Бесполезно.
- Раствор для системы коррекции рН. Легко меняется на раствор пищевой соды. При условии качественной системы — работает так же.
Обратный осмос: что это такое
Обратный осмос - это метод очистки воды, при котором раствор проходит под давлением через специальную синтетическую мембрану, где задерживаются до 98% минеральных солей и примесей. Впервые о процессе обратного осмоса заговорили еще в 50-х годах 20 века. Сегодня обратный осмос считается наиболее эффективным способом в области водоподготовки. Пользуется спросом, как у промышленных предприятий, так и в частных домах. Пермеат обратного осмоса это очищенная вода, которая подается на технические и питьевые нужды.
Почему обратноосмотические фильтры пользуются спросом
- Высокое качество воды при низких энергозатратах.
- Неограниченная производительность и сравнительно небольшие габариты.
- Невысокие эксплуатационные расходы.
- Концентрат не требует утилизации и сбрасывается в канализацию.
Обратный осмос на автомойке - это важный этап обессоливания воды, который в последствии позволяет избежать появления разводов от высохших капель, помутнения лакокрасочного налета, а также появления неприятных пятен, которые могут повредить внешнее покрытие кузова. Растворенные соли встречаются в любой воде, какой бы чистой на первый взгляд она ни была, поэтому эксперты советуют владельцам автомоек приобрести установку обратного осмоса, благодаря которой они смогут повысить качество своих услуг.
Где применяют фильтры прямого осмоса
Прямой осмос для очистки воды (и другие мембранные процессы) применяется в различных промышленных и бытовых областях:
Водоподготовка. При помощи мембранных технологий получают пресную воду для сельскохозяйственных нужд (орошения). Их применяют в оборотных циклах промышленных предприятий, в системах очистки бытовых сточных вод. Явление прямого осмоса используют в бытовых фильтрах и системах централизованного водоснабжения.
- Химия и нефтехимия. Прямой осмос позволяет получать гелий и водород из смесей газов, а также кислород в воздухоразделительных установках. Он используется для концентрирования растворов. Путем удаления одного из компонентов через мембрану удается сместить равновесие химических реакций. Процесс прямого осмоса используется для разделения углеводородных смесей на высокомолекулярные и низкомолекулярные составляющие.
- Медицина и микробиология. Мембраны используются для выделения из растворов биологически активных веществ, очистки крови, производства вакцин, ферментов и гормональных препаратов.
- Стоит отметить, что комбинирование прямого и обратного осмоса с адсорбцией и другими массообменными процессами значительно повышает эффективность установок разделения смесей и растворов.
Что такое мембрана обратного осмоса
Для фильтров обратного осмоса используют полупроницаемые мембраны. Мембрана обратного осмоса состоит из:
- селективного слоя, который является барьером для примесей;
- армирующего слоя, задающего прочностные показатели мембраны.
В картридже фильтра обратного осмоса мембрана свернута в рулон. Такая конструкция позволяет получить большую площадь активной поверхности и поместить ее в компактный корпус стандартного типоразмера.
Мембрана для обратного осмоса - это главный элемент в системе очистки. Для изготовления мембран подходят следующие материалы:
- Ацетат целлюлозы. Недорогие и простые в изготовлении мембраны из этого материала появились в 1950-х годах. Они отлично справляются с очисткой воды от солей с большой молекулярной массой, но «пропускают» ряд низкомолекулярных соединений. Кроме того, они работают в ограниченном диапазоне pH и подвержены биоразложению. В настоящее время ацетат целлюлозы вытеснен более совершенными материалами.
- Армированный полиамид. Материал работает в широком диапазоне pH и не является питательной средой для микроорганизмов. Прочные полиамидные мембраны выдерживают высокие рабочие давления, имеют хорошую селективность к NaCl и органике. Главный недостаток - низкая устойчивость к окислителям. Вода с повышенным содержанием хлора быстро выводит из строя полиамидные мембраны.
- Тонкопленочные композиты. Мембраны из этого материала - самые совершенные на сегодняшний день. Пленки из композита имеют высокую селективность ко всем известным примесям.
Практический опыт
Откровенно говоря, я не встречал в странах постсоветского пространства водопроводную воду, которая имела бы проблемы по тяжёлым металлам. Я не декларирую порядок по хлорорганике или микробиологии, но с элементным составом воды на самом деле проблема чаще всего связана со следующим:
- Жёсткость. Традиционно вода почти везде очень жёсткая. Ну мы это видим по накипи в чайниках. Чревато это песком и камнями в некоторых органах.
Рекомендации всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) для питьевой воды: кальций – 20-80 мг/л; магний – 10-30 мг/л. Для жёсткости какой-либо рекомендуемой величины не предлагается, но она связана с содержанием этих элементов. Российские нормативные документы (СанПиН 2.1.4.1074-01 и ГН 2.1.5.1315-03) для питьевой воды регламентируют: магний – не более 50 мг/л; жесткость — не более 7°Ж.
Норматив физиологической полноценности бутилированной воды (СанПиН 2.1.4.1116-02): кальций – 25-130 мг/л; магний – 5-65 мг/л; жесткость – 1,5-7°Ж. - Железо. Из-за старых ржавых труб — получаем высокое содержание железа. Это не особо вредно, но влияет на органолептику — вода на вкус «ржавая». И поэтому СанПиН регламентирует не более 0,3 мг/л железа, впрочем, цифру в ряде случаев можно поднять до 1,0 мг/л.
- Алюминий. Технология водоканалов использует оксихлорид алюминия как коагулянт. СанПиН допускает до 0,5 мг/л алюминия, но лично я сильно подозреваю, что цифра — завышена из-за технологов, в той же Европе согласно 80/778/ЕС уровень не должен превышать 0,3 мг/л при оптимальной цифре 0,05 мг/л. Алюминий — редкостная дрянь, а потому чем его меньше — тем лучше.
И что же выходит в итоге?
В ряде городов и регионов вода очень мягкая, например город Кузнецовск (ныне — Вараш), в котором располагается Ровенская АЭС, может похвастать такой водой:
На первый взгляд может даже показаться, что это — деионизированная вода, но это не так: обратите внимание на литий, железо, кремний. Имея довольно низкие значения по жёсткости (даже чересчур — по мнению ВОЗ), вода не является деионизированной.
Но к сожалению, в других регионах ситуация не так хороша — да, встретить превышения ПДК в воде из-под крана удаётся редко, но цифры часто близки к неприятным значениям.
Довольно жёсткая с аномальным соотношением: содержание магния выше, чем кальция. Достаточно высокое содержание стронция (впрочем, ниже ПДК) — вероятно, питается от подземных источников.
Разные по географии города, но одинаково: жёсткая, солёная вода.
Подводя итоги: найти воду, которая была бы оптимальна для употребления, практически невозможно. Именно в таких случаях и используют системы очистки. Правда, с переменным успехом.
Крайне разрекламированная система очистки воды компании Amway с задачей справляется частично:
Да, алюминий и железо связаны, но жёсткость осталась, как и прежде: содержание кальция и магния не изменилось. Впрочем, справедливости ради стоить отметить, что эти содержания и не превышали нормы. Однако, когда мы ввели добавки кальция и магния, которые соответствовали 100 мг/л и 50 мг/л соответственно, фильтр всё так же «пропустил» эти элементы.
Если использовать систему очистки обратным осмосом, то в конечном итоге пермеат может иметь вот такой состав:
Я даже видел несколько сертификатов качества разливной воды на продажу, которые хвалились подобными цифрами. Однако по факту это означает, что производитель сэкономил на реминерализации — и пьёте Вы деионизированную воду со всеми проистекающими из этого последствиями типа остеопороза — обратите внимание на крайне низкие значения по распространённым элементам типа кальция, магния, калия и даже кремния.
Вот так обычно выглядит качественная очищенная вода.
Как Вы видите — ничего лишнего, но уровни кальция и магния — в соответствии с рекомендациями ВОЗ, алюминия и железа практически нет. Небольшой уровень натрия, калия и фосфора — результат работы корректора кислотности, там используются именно фосфаты натрия и калия. Эту воду продаёт для детского питания компания Bebivita.
А вот — результат анализа их воды, когда реминерализатор стал постепенно изнашиваться:
Свалился кальций и магний, фосфор несколько повысился — до этого его растворимость сдерживалась кальцием и магнием — пора срочно менять картридж!
Обычно, в современных системах очистки о необходимости смены картриджа свидетельствуют датчики, которые по своей природе — кондуктометры, то есть измеряют проводимость воды, которая, как известно, зависит от содержания в ней растворённых солей (кстати, Xiaomi и другие китайские компании предлагают «датчики качества воды» на том же принципе, что вообще смешно).
Недобросовестные производители воды часто обманывают эти датчики следующим образом:
Перед Вами — результат анализа очищенной воды из кулера в Казани: по уровню магния и кальция вода не рекомендуется для питья, но есть аномально высокое содержание натрия! Это — не натрий из корректора рН — слишком низкий фосфор. И даже если вместо фирменной жидкости для коррекции использовалась сода — это тоже не наш случай: слишком низкий калий, а он — естественный загрязнитель соды. Просто разработчик подсыпал соль в свой деионизат, чтобы обмануть датчики общего содержания солей. Такую воду пить не стоит, хотя примитивный прибор и показывает, что всё отлично.
Как работает система обратного осмоса на автомойке
Работает обратный осмос по следующему принципу: Исходная вода (раствор) подается на установку, где с помощью повышающего насоса пропускается через полупроницаемые мембраны из синтетического волокна. Поры мембраны настолько малы, что через них проходят только молекулы воды. Посторонние примеси задерживаются на установке и впоследствии удаляются в дренажную систему. Более подробно о принципе работы установок обратного осмоса читайте в нашей статье: "Что такое обратный осмос".
Чем прямой осмос отличается от обратного осмрса
Если со стороны с более концентрированным раствором приложить рабочее давление, которое будет превышать осмотическое, то перенос молекул воды пойдет в противоположную сторону - в отделение с чистым раствором. Этот процесс называется обратным осмосом. С ростом концентрации раствора рабочее давление также должно повышаться.
Других принципиальных отличий в процессах прямого и обратного осмоса нет: мембрана должна иметь одни и те же свойства. В зависимости от конкретной марки полимера, используемой для производства полупроницаемой пленки, подбирают оптимальную температуру, при которой будет достигнуто оптимальное сочетание селективности и производительности фильтрующей установки обратного ли прямого осмоса.
Обратноосмотические фильтры считаются наиболее эффективными средствами водоочистки. При помощи их удаляется большинство растворенных солей, вирусы, органика и другие виды загрязнителей. Фильтрация в установках обратного осмоса не требует применения реагентов, регенерации мембран, дает высокий выход пермеата. Более подробно о системах обратного осмоса
Сегодня я хотел бы поделиться с Вами своим видением систем очистки воды.
Я не хочу обсуждать различные фильтры, неэффективность которых давно уже известна — поговорим мы про системы очистки обратным осмосом, которые активно используются как на производствах, выпускающих очищенную воду, так и в быту.
К сожалению, вокруг этих систем имеется достаточно много маркетингового шума, который призван к получению прибыли производителем систем, но зачастую никак не связан с качеством получаемого продукта.
Из-за отсутствия понимания того, как работает система и какую воду следует употреблять, пользователь часто покупает лишние узлы и расходные элементы, а производители воды — экономят на жизненно важных деталях, выпуская воду, которая нежелательна для употребления.
Особенности обратного осмоса для автомойки
Установка обратного осмоса на автомойке незаменима и позволяет избавиться от посторонних примесей в воде, которые впоследствии остаются в виде разводов на кузове вашего автомобиля.
Данная технология имеет свои особенности, которые следует учитывать при использовании:
- Вода, которая поступает из автономного источника, часто имеет большое количество примесей. Перед подачей на осмос такую воду необходимо дополнительно очистить с помощью различных фильтров. После обратного осмоса вода становится практически дистиллированной и не оставляет грязные разводы.
- Для сервиса автомойки необходимо большое количество чистой воды. Зачастую системы обратного осмоса на высокую производительность стоят не малых денег. Однако есть решение: накопление подготовленной воды в большие емкости. Это позволит хранить очищенную воду и подавать ее с помощью насоса в нужное для клиента время.
- Прочная конструкция, устойчивая к коррозии. В условиях повышенной влажности это является ключевым моментом. Установки обратного осмоса надежны и долговечны на всем сроке эксплуатации.
Что такое осмотическое давление
Явление прямого осмоса сопровождается переносом массы. Соответственно, в части емкости с более концентрированным раствором столб воды увеличится. Процесс будет протекать до тех пор, пока гидростатическое давление не достигнет некоторого порогового значения, при котором наступит равновесие в системе. Это и есть осмотическое давление. Оно не зависит от природы растворенных веществ, а только от их концентрации и температуры в системе.
Обратный осмос: как это устроено
Для протекания обратного осмоса нужно высокое рабочее давление, которое создается высоконапорным насосом. Системы комплектуются датчиками, манометрами, автоматическими сбросными клапанами, трубной обвязкой. Для контроля качества очищенной воды устанавливают TDS-метр.
Работа установки состоит из двух стадий:
Управление выполняется микроконтроллером. Поскольку исходная вода различается по составу, комплектация и наладка системы выполняется индивидуально. Могут потребоваться дополнительные стадии предподготовки.
Важно! При хорошем качестве исходной воды удается отказаться от некоторых стадий предварительной фильтрации, упростить и удешевить установку.
Бытовой обратный осмос для воды: для чего он нужен
На рынке оборудования представлен широкий выбор модульных систем обратного осмоса для частных домов и коттеджей, которые обычно размещают в отдельном помещении. Также есть моноблочные модели для квартир с централизованным водоснабжением. От промышленных обратноосмотических систем их отличает два параметра: производительность и расход воды. Но что такое обратный осмос в бытовых фильтрах?
Бытовая система с обратным осмосом - это компактное устройство, которое работает при сравнительно низких давлениях (до 3 атмосфер). Чаще всего в них нет повысительного насоса, а фильтрация происходит за счет напора в водопроводе. Такие установки производят несколько литров очищенной воды в сутки, что вполне достаточно для частного потребителя. Из-за низкого рабочего давления бытовая мембрана требует промывки чаще, чем промышленная.
В бытовых установках после обратного осмоса устанавливают минерализатор - устройство постобработки, которое обогащает воду полезными для человека минералами в нужных концентрациях. Такая вода предназначена исключительно для питья. На приготовление пищи или горячих напитков минерализация не влияет вообще (или влияет отрицательно).
Важно! Ресурс работы бытовых и промышленных мембран обратного осмоса большинства производителей составляет 1 год. Картриджи предварительной очистки меняют раз в полгода.
Лучшее — враг хорошего?
Парадоксально, но способность практически полностью очищать воду от примесей может рассматриваться многими как недостаток. В минусы записывается и сам принцип фильтрации с использованием дренажной воды под эгидой подсаживания на “иглу эксплуатационных расходов”. Мы составили небольшой FAQ по этим и похожим вопросам.
1. “Мертвая” ли вода? (наше любимое)
Что имеют ввиду любители термина “мертвая” вода, нам до конца не ясно. С точки зрения официальной науки нет ни живой, ни мертвой воды. Практически каждая молекула Н2О на планете когда-то побывала и в капле дождя, и в продуктах жизнедеятельности какого-нибудь организма. Нет никаких сказочных свойств воды — существует ее круговорот в природе, а также отличный способ почистить мембраной водный раствор от всего наносного. Сказки предлагаем рассматривать лишь в качестве культурологического ресурса, ведь нашему организму требуется именно H2O, остальное делится на две группы:
- опционально, поскольку поступает с пищей;
- вредно для здоровья в краткосрочной или долгосрочной перспективе.
2. Дорого покупать и дорого содержать?
Пришлось провести серьезный расчет и выяснить, что 300 рублей за кубометр чистой воды — это примерно 30 копеек за литр. Предлагаем сопоставить со стоимостью литра питьевой воды в магазине, ведь её качество в пластике аналогично, если не хуже. В зависимости от пафосности торговой точки, цена литра той же осмотической воды составит от 15 рублей.
3. Почему обратноосмотическая вода — не дистиллят?
Вода для нас это не пища и не способ получения “кирпичей” для строительства организма. Это среда, в которой проходят химические и физические процессы организма. Причем сама она достаточно инертна и в этих процессах почти никогда не участвует. Мы ее не расщепляем на водород и кислород, в теле не проходит процесс электролиза.
Понимая эту роль воды, пить можно и дистиллированную воду, в которой нет “полезных минералов”. Имея сбалансированное питание, вы не получите никаких проблем.
Опасность дистиллированной воды в том, что она как раз может быть “грязной”. Выпаривание не избавляет воду от примесей органических веществ, температура кипения которых ниже 100С.
Между водой после обратноосмотической мембраны и дистиллированной водой огромная разница. Обратный осмос не полностью отсекает растворенные соли, при дистилляции же именно соли полностью остаются в перегонном кубе. С другой стороны органические летучие вещества в процессе дистилляции перемещаются с паром в дистиллят, в то время как мембрана их неплохо удаляет. Кроме того, раньше дистилляторы имели резиновые трубки, что добавляло “невкусности” полученной воде.
4. Почему обратноосмотическая вода — не электролит?
Электролит — это любая жидкость проводящая электрический ток. Например, суп или компот. То есть все жидкое, что проводит электрический ток за счет передвижения ионов.
5. Нужна ли мембране промывка?
Промывку мембраны действительно делают. Однако, это относится к промышленным мембранам. Для их промывки, в зависимости от того, какие именно частицы “налипли” на мембрану, используют целый арсенал специальных составов: щелочные, кислотные детергенты, ПАВы и так далее. В случае с промышленными мембранами, об этих частицах известно все и состав подбирается индивидуально.
Смотреть ролики в youtube о том, как мембраны варят в лимонной кислоте немного грустно, ведь на наших глазах люди тратят время зря — мембрана теряет свои свойства от высокой температуры.
Проблемы низкого качества и нестабильного состава воды, которая течет из крана, актуальны для многих городов России. По мнению экспертов в сфере водоснабжения, главные причины такого явления кроются в отсутствии контроля санитарных зон вокруг водозаборов, недостаточной оснащенности распределительных узлов и изношенности водопроводных сетей. Эффективным способом решения этой проблемы на уровне дома или собственной квартиры считается установка мембранного фильтра, который действует по принципу обратного осмоса (ОО). Ниже мы рассмотрим базовые элементы технологии, оборудование для систем бытовой и промышленной водоподготовки.
Выводы
Сначала — грустная статистика:
- По разным подсчётам доля пресной воды в общем количестве воды на Земле составляет 2,5—3 %.
- Распределение пресной воды по земному шару крайне неравномерно. В Европе и Азии, где проживает 70 % населения мира, сосредоточено лишь 39 % речных вод.
- В настоящий момент можно с уверенностью заявить, что около 80 стран страдают от нехватки пресной воды, пригодной для питья. Прежде всего, стоит отметить север Азии, Средний Восток, Китай, Мексику, Аргентину, Чили и даже западные штаты Америки. Территория Австралии находится под серьезной угрозой в связи с недостатком воды.
- По данным ООН на начало 2000-х годов более 1,2 млрд людей живут в условиях постоянного дефицита пресной воды, около 2 млрд страдают от него регулярно. К середине XXI века численность живущих при постоянной нехватке воды превысит 4 млрд человек.
Чтобы повысить качество воды наиболее технологичными и удобными являются системы обратного осмоса. Однако, как вокруг любой технологии, набирающей популярность, существует масса спекуляций — как со стороны поставщиков и продавцов систем, так и со стороны предприятий, их использующих.
Наиболее частой ошибкой покупателя/пользователя системы является:
- Приобретение ненужных узлов-плацебо, например «структуризаторов».
- Приобретение дорогостоящих реактивов, например, регуляторов рН.
- Несвоевременное обслуживание важных узлов системы.
P.S. Спасибо, что дочитали, в комментариях по мере возможности буду пытаться отвечать на вопросы.
Обратноосмотическая вода — во всех смыслах иллюстрация дихотомии H2O / Примеси.
Мы в АКВАФОР привыкли, что мир делится на:
- тех кто считает, что осмотический фильтр чистит все, кроме кармы и совести
- и тех, кто подливает осмотическую воду в чай врагу, считая ее мертвой.
Поговорим о принципе работы мембраны, об отличии осмотической воды от дистиллята и электролита, а также о том, стоит ли искать в ней поры и варить в кислоте.
Сделано военными учеными для подводных лодок?
Не совсем. Знакомство человека с полупроницаемыми мембранами началось с истории внимательного французского аббата Ноле в середине XVIII века. Он налил вино в свиной мочевой пузырь и оставил на хранение в бочке водой. Вино стало похожим на сок, пузырь увеличился, а явление получило от Ноле название осмос (от греческого “давление”). Аббат описал свойства полупроницаемой мембраны и ее главную способность — пропускать только воду. Если ли бы пузырь с вином, который Ноле положил в воду, не обладал способностью растягиваться, проникающая вода подняла бы давление и процесс бы остановился. Давление, которое необходимо приложить, чтобы не пустить воду в вино и называется осмотическим. Оно зависит от разности концентраций растворенных веществ по обе стороны мембраны.
Если бы аббат догадался сжать пузырь с вином и «выдавить» из него лишнюю воду — мог бы заодно изобрести и обратноосмотический фильтр.
Позднее к исследованиям подключились естествоиспытатели, ботаники и физиологи, интересовавшиеся природными проявлениями осмоса, в частности, питанием растений и клеток человеческого организма. Отдельную ветку интересантов составили физики и химики, которых беспокоила задача “повторить процесс в промышленных масштабах” для обессоливания пресной воды и опреснения морской.
Принцип работы бытовой обратноосмотической мембраны
Сегодня обратноосмотическая мембрана — это тонкая полимерная пленка, нанесенная на инертную подложку, полностью проницаемую для воды. Важнейшим свойством мембраны является способность набухать — то есть вступать в реакцию с молекулами и связываться с ними. Этот процесс называется гидратацией. Другие растворенные в воде вещества не могут вступать в реакцию с материалом мембраны и когда к набухшей мембране прикладывается давление воды в водопроводе, только молекулы воды начинают просачиваться (выдавливаться) через мембрану.
При переходе воды через мембрану, концентрация растворенных веществ перед мембраной растет, и соответственно растет осмотическое давление.
Если осмотическое давление сравняется с давлением в системе, переход воды через мембрану прекратится. Чтобы этого не произошло, концентрат постоянно сбрасывается в дренаж.
Из чего производят современные мембраны?
В течение последних десятилетий материалы мембраны видоизменялись, из наиболее распространенных отметим:
— Полиацетатные
Целлюлоза. Старое поколение полупроницаемых мембран, которые пропускали до 50% нитратов. Наличие угольной предфильтрации в данном случае не помогает, ведь она также не “видит” нитраты. Целлюлозная основа полиацетатных мембран провоцировала активное размножение бактерий.
— Полиамидные
В последнее десятилетие широкое распространение получил этот тип мембран, а конкретно благодаря устойчивости к биопрорастанию и селективности 92 — 99%. В своих обратноосмотических системах АКВАФОР использует Полиамид 66, который по сути является нейлоном.
Следует различать бытовые тонкопленочные мембраны и мембраны, которые используются для опреснения морской воды. Принцип работы этих мембран один и тот же, однако технически мембрана для опреснения устроена иначе. Чтобы “отжать” H2О из морской воды придется предолеть её более высокое осмотическое давление, тонкопленочная мембрана в таких условиях порвется. Для работы с высокими нагрузками при опреснении, требуется иное техническое исполнение: мембрана делается из других материалов и имеет более плотную подложку (например, керамическую).
Осмос — не сито!
Мнение о том, что мембрана работает за счет наличия в ней “очень маленьких пор” не соответствует действительности. Обратноосмотическая мембрана не имеет пор. Разделение воды на пермеат (очищенную воду) и ретентат (концентрат примесей, уходящий в дренаж) происходит за счет процесса, схожего с передачей электрического тока через металлический полупроводник.
Способность “проводить” воду — свойство определенного класса полимерных материалов, аналогичное способности металлов проводить электрический ток. При этом есть материалы, которые не проводят ни то, ни другое.
Механизм передачи молекул воды через мембрану похож на процесс передачи тока по металлическому проводнику. В нем также, как и в мембране нет отверстий, тем не менее ток в виде электронов следует через материал из места, где их много в направлении меньшей “концентрации”.
Почему селективность мембраны не всегда 100%?
Сравним фильтрационные способности сорбционных и обратноосмотических фильтров по типам загрязнений:
Не все примеси подлежат 100% удалению даже обратноосмотической мембраной. Напомним, изначально мембраны создавались для обессоливания воды (в местностях, где питьевая вода заметно соленая, но еще не морская). Поэтому стандартные испытания на удаление солей мембраной проводились по раствору поваренной соли (хлорида натрия). И действительно, осмос может обеспечить удаление соли на 99%. Однако, когда вода очень жесткая, эффективность может снижаться до 93-95%, за счет увеличения “проскока”.
Для бытового осмоса чаще всего используют мембраны с селективностью от 97 до 99%. Их нормируют по хлориду натрия, но это не значит, что так же будет и по другим веществам. У разных загрязнителей ”проскок” может отличаться, это зависит от их природы. Например, некоторые соединения бора проходят через мембрану довольно успешно, другие же соединения, например, большие органические молекулы, наоборот, удаляются практически на 100%.
“Проскок” происходит по трем причинам:
- “Мимикрия”. Если в воде присутствует что-то, по своему химическому поведению похожее на молекулу воды, оно может образовывать связи с материалом мембраны и “проходить за компанию”.
- Диффузия, о ней расскажем подробнее дальше.
- Повреждения или плохое качество мембраны.
О мимикрии. Представьте линию рабочих, передающих по цепочке кирпичи. Если несколько кирпичей заменить на что-то очень похожее, то есть «тяжелое и прямоугольно-параллелепипедное», вряд ли кто-то в цепочке заметит подмену.
Любая мембрана пропускает какое-то количество растворенных веществ, именно поэтому измерения солесодержания (а на самом деле — электропроводности) с помощью TDS-метра показывают результаты очень низкие, но не нулевые. Эффективности TDS-метра, кстати, посвящен предыдущий пост.
Диффузия — параллельный процесс
Одновременно с процессом переноса молекул воды через мембрану, происходит и процесс диффузии растворенных веществ через нее же. Чем больше градиент концентрации, тем больше диффузия. Конечно, результат этого процесса определяется и природой диффундирующих веществ: какие-то из них более «пронырливы», какие-то менее. При прочих равных, большие органические ионы диффундируют хуже маленьких, «шустрых» ионов щелочных металлов.
По сравнению с основным переносом молекул воды через мембрану, количество диффундирующего вещества мало, и в бытовой водоочистке им можно пренебречь. Тем не менее, именно по этой причине селективность мембраны составляет не 100%.
Результат диффузии обычно заметен в первой порции воды после длительной стагнации — простоя фильтра. За это время концентрация солей по обе стороны мембраны успевает выровняться. В «продвинутых» фильтрах есть специальные ухищрения, чтобы бороться с этой проблемой.
Любой материал подвержен диффузии. Думаете полиэтилен герметичен? Газы через него проходят со свистом, хоть и тихим. Гораздо быстрее диффундирует гелий из воздушного шара.
Что не чистит даже обратноосмотический фильтр?
Есть вещества, которые легко обманывают мембрану. Среди них — бор/бораты. При нейтральном рH бор находится в растворе в виде молекулы H3BO3 и по некоторым свойствам очень напоминает мембране воду. Это позволяет бору проходить через мембрану за компанию. Если рН изменить на щелочной, то бор будет находиться в растворе в виде заряженного иона — аниона борной кислоты или тетрабората. В виде аниона, бор уже отлично отсекается мембраной.
Для некоторых легколетучих органических соединений характерна высокая диффузионная активность. Например, хлороформ способен проникать через мембрану, однако легко удаляется угольным предфильтром. Мембрана не предназначена для удаления газов, в частности, сероводорода. Жителям мегаполисов переживать не стоит, воду с сероводородом не поставят в водопроводную сеть, а бор токсичен не во всех формах. Борную кислоту, например, закапывают детям в уши.
Факторы “здоровья” мембраны
Причины по которой мембрана выходит из строя:
- Физическое повреждение
- Потеря способности к гидратации из-за воздействия хлорированной воды или других окислителей (озонирование) либо из-за высыхания мембраны. Процесс может стать необратимым, поэтому нельзя допускать высушивание уже поработавшей мембраны. А чтобы предотвратить порчу мембраны из-за хлора, обратноосмотический фильтр обязательно имеет в составе угольные блоки предварительной очистки.
- Осаждение на поверхности нерастворимых солей и механических примесей, присутствующих в воде (плохая/недостаточная предфильтрация)
- Недостаточный поток воды в дренаж или “экономия” дренажной воды.
Для чего нужна установка обратного осмоса
Основные направления использования установок обратного осмоса - очистка воды с целью снижения общей минерализации, опреснение солоноватых вод. Фильтр обратного осмоса - это одна из стадий предподготовки при получении ультра очищенной воды для электронной промышленности, медицины, теплоэнергетики.
Еще одно направление использования обратного осмоса - получение концентратов - широко используется в пищевой промышленности. Сгущенное молоко и концентрированные соки получают путем обратного осмоса.
Из чего состоит установка обратного осмоса
Важно учитывать, что воду из водопровода, скважины или колодца нельзя напрямую подавать на обратный осмос. Мы советуем в комплекте с обратноосмотической системой установить фильтры, которые подготавливают воду перед подачей в систему. С различными примесями отлично справляется фильтр с активированным углем, который обеспечивает системе надежную защиту от хлора (обычно на городских станциях водоподготовки хлорируют воду, а хлор - достаточное агрессивное вещество). На верхней части фильтра располагается автоматический промывной клапан, который выполняет все задачи по удалению хлора. Для задержки ионов железа используют фильтры обезжелезивания. Для умягчения воды - ионообменные фильтры.
Однако, и в самой установке обратного осмоса предусмотрены картриджные фильтры. После предочистки вода поступает в вертикальный многоступенчатый насос, работающий при давлении до 15 бар. Далее вода подается на мембранные элементы (количество мембран зависит от мощности оборудования), где проходит процесс очистки. Работа системы контролируется с помощью автоматического шкафа управления. Показатели качества воды можно отследить с помощью манометров, ротаметров и пробоотборников.
Как работает прямой осмос
Представим себе емкость, которая разделена перегородкой, проницаемой для воды, но задерживающей другие вещества. Если одну ее часть заполнить раствором соли, а другую - чистой водой, начнется перенос молекул воды в сторону раствора. Это и есть прямой осмос.
Один из наиболее ярких примеров селективной мембраны - оболочка животной или растительной клетки. Она свободно пропускает воду и задерживает соли. Процесс прямого осмоса можно наблюдать ежедневно на кухне: любой овощ, посыпанный поваренной солью, начинает выделять сок. Концентрированный раствор оказывается снаружи клетки и "вытягивает" из нее воду.
Искусственная мембрана для прямого и обратного осмоса представляет собой композиционную пленку со сложной структурой. В нее входят как минимум два компонента:
- Селективный слой. "Рабочий элемент" большинства современных мембран - полиамид. В отличие от большинства полимеров, отличающихся высокой гидрофобностью, ПА хорошо смачивается водой с образованием гидрата. Это свойство обусловлено наличием амидных групп, имеющих водородные связи между собой. Селективность полиамидных мембран составляет 92 - 99%. Вопреки распространенному заблуждению о том, что мембрана представляет собой сито с мелкими ячейками, полиамидное полотно имеет сплошную структуру и пропускает молекулы воды, входящие в состав гидрата. Этот процесс скорее похож на электрический ток в проводнике, чем на просеивание через сито.
- Основа. Для обеспечения прочностных свойств полиамидное полотно наносится на инертную подложку. Это нужно, чтобы мембрана прямого и обратного осмоса не разрушилась под действием осмотического давления.
В чем суть обратного осмоса
Обратный осмос воды - это процесс, который дает на выходе чистую питьевую и техническую воду. Установки обратного осмоса применяются на следующих объектах:
- ГЭС, ТЭЦ, АЭС и других предприятиях энергетики;
- ЖКХ, для водоснабжения объектов первой категории;
- научные и исследовательские лаборатории, в том числе оборонного комплекса;
- индивидуальное водоснабжение.
Для чего нужны фильтры с системой обратного осмоса
Системы обратного осмоса - это установки, которые хорошо справляются с удалением растворенных минеральных солей. Очистка воды обратным осмосом - это удаление неорганических соединений из воды от 90 до 98 %.
Мембраны хорошо отфильтровывают органические вещества, молекулы которых значительно крупнее, чем у минеральных солей. Соединения с молекулярной массой выше 150 Da удаляются из воды на 100 %. Вероятность проникновения бактерий и вирусов через фильтр практически нулевая. Исключение составляют картриджи с механическими повреждениями мембраны. Очищенная вода, полученная на нормально работающей установке, не требует кипячения и дозирования дезинфицирующих веществ.
Но что очищает обратный осмос? Все ли вещества задерживаются на мембранах? Обратноосмотические мембраны свободно пропускают растворенные двухатомные газы: кислород, азот, водород.
Очистке на ОО можно подвергать воду с общей минерализацией 3 - 20 г/л с мутностью до 5 ЕМФ и перманганатной окисляемостью до 3 мгО2/л. Среди требований большинства производителей мембран к исходной воде можно выделить также отсутствие сильных окислителей (свободного хлора, озона) и двухвалентного железа.
Промышленный обратный осмос: что это такое
Коммерческие и промышленные установки обратного осмоса представляют собой высокопроизводительные системы очистки воды с полуавтоматическим или полностью автоматизированным управлением. В их состав входит несколько модулей, отвечающих за предварительную подготовку и мембранную очистку.
Типовая установка промышленного обратного осмоса для получения технической воды состоит из следующих элементов:
- Фильтр грубой очистки. Сетка с определенным размером ячейки задерживает нерастворимые частицы.
- Колонна обезжелезивания. В ней двухвалентное железо окисляется до трехвалентного и удаляется в виде нерастворимого осадка.
- Сорбционный фильтр. Активный сорбент поглощает свободный хлор.
- Мембрана обратного осмоса. Удаляет растворенные соли и другие загрязнения. Одно из преимуществ промышленных установок обратного осмоса - масштабируемость. Для увеличения производительности в нее можно добавлять необходимое количество фильтрующих элементов.
Что такое осмос и обратный осмос: в чем различия
Явление осмоса (прямой осмос) лежит в основе обменных процессов всех живых организмов на клеточном уровне. Благодаря ему "работают" водно-солевой обмен, получение питательных веществ, вывод продуктов жизнедеятельности. Для протекания процесса нужны раствор, растворитель и разделяющая их полупроницаемая мембрана, которая является барьером для растворенного вещества.
Прямой осмос - это баромембранный массообменный процесс. Его можно описать следующим образом: со стороны растворителя возникает осмотическое давление, которое заставляет его молекулы переходить на сторону раствора и разбавлять его. Увеличение объема раствора сопровождается ростом гидростатического давления. Процесс прекращается, когда статическое и осмотическое давления приходят в равновесие.
Важно! В растительных и животных организмах роль полупроницаемой перегородки играет стенка клетки. Искусственные мембраны изготавливаются из органической синтетики.
Если приложить давление со стороны раствора, процесс пойдет в другую сторону. Это и есть обратный осмос. В процессе обратного осмоса по одну сторону мембраны повышается концентрация раствора, а по другую - увеличивается объем растворителя.
Как подобрать установку обратного осмоса для автомойки самообслуживания
Оптимальной производительностью обратного осмоса для автомоек является 12,9 л/минуту. В среднем на очистку одного автомобиля уходит 10-15 литров очищенной воды (20-30 литров на автоматических мойках). При выборе подходящего оборудования в первую очередь следует обратить внимание на тип мойки (ручная или автоматическая, а также средний расход воды в день). Не смогли сами определиться с выбором установки? Тогда доверьтесь специалисту. Просто оставьте заявку на нашем сайте и мы подберем для вас наиболее выгодный вариант.
Зачем нужна установка обратного осмоса для автомойки
Автовладельцы, которые пользуются мойками самообслуживания, не раз замечали, что после чистки автомобиля на его поверхности остается белый налет. Это связано в первую очередь с жёсткостью воды. На таких автомойках клиенты надеются получить такой же сервис, как и в профессиональных боксах. Однако, сами редко используют губки и шампуни. Обратноосмотическая вода отлично справляется со сложными загрязнениями, солью и реагентами, при этом не оставляя грязных разводов. Осмос является отличным решением, как для профессиональных моек, так и автомоек самообслуживания. Более подробно про системы обратного осмоса.
Где заказать систему обратного осмоса для автомойки
Обратный осмос - незаменимая технология на автоматических и ручных мойках. Позволяет не только удалить всю грязь с поверхности кузова автомобиля, не оставляя при этом следов, но и продлить срок службы транспортного средства. Заказать систему обратного осмоса вы можете в нашей компании. Наша компания имеет ряд преимуществ:
- Доступные цены на оборудование высокого качества.
- Предоставление консультации по всем интересующим вопросам.
- Надежность оборудования.
- Постоянно пополняем наш ассортимент и готовы предлагать только современные инновационные решения.
- Гарантия на системы и работы каждому клиенту.
Читайте также: