О чистой воде и мембранной технологии

Опубликовано: 10.10.2018

Вода — основа жизни. И очень хочется, чтобы вода в доме была чистой, прозрачной и безопасной. Но, к сожалению, в реальности вода загрязнена множеством соединений, концентрации которых часто превышают нормы. И это характерно как для водопроводной воды, так и для подземных вод из скважин и колодцев.

Что есть в воде, кроме воды

Качество водопроводной воды зависит от источника водозабора, методов очистки воды на станциях водоподготовки и качества водопроводных сетей. Источник водоснабжения Киева — Десна, отличающаяся высокими показателями цветности и мутности и низким уровнем жесткости. В качестве реагентов для очистки воды на водопроводных станциях города используют сульфат алюминия и гипохлорит натрия. Все эти факторы определяют состав воды, направляемой потребителям: наблюдаются высокие концентрации органических веществ, в том числе канцерогенных хлорорганических, а также алюминия. Вторичное загрязнение воды происходит по пути к потребителю: из изношенных труб в воду попадает большое количество железа. Состав подземных вод определяется используемым водоносным горизонтом, т.е. тем, какой путь проделывает вода, прежде чем попасть к потребителю. Вода растворяет горные породы, по которым протекает. Кроме того, подземные воды четвертичных отложений, на которые обычно ориентированы колодцы, достаточно слабо защищены от поверхностного загрязнения.

Вода из колодцев и неглубоких скважин нередко загрязнена нитратами, гербицидами, пестицидами, нефтепродуктами, синтетическими поверхностно-активными веществами и тяжелыми металлами. О негативном влиянии всех этих примесей на здоровье человека сейчас пишется и говорится очень много. Поэтому не будем лишний раз перечислять болезни, к которым постепенно приводит употребление неочищенной воды. Эффективно решают эту проблему маленькие системы очистки воды, монтируемые «под мойку»: они снабжают нас чистой водой для питья и приготовления пищи. Но воду мы используем не только для питания. Большинство примесей, находящихся в воде, осложняют ее использование в бытовых целях. Железо, растворенное в воде, постепенно оставляет желтый налет на сантехнике. Соли жесткости образуют труднорастворимые отложения и тем самым выводят из строя бытовую технику — посудомоечные и стиральные машины, систему отопления. При использовании жесткой воды моющие средства плохо пенятся, и даже самые изысканные шампуни и гели для тела не могут радовать в полной мере. Кроме того, при принятии душа вредные примеси, находящиеся в воде, могут проникать в поры кожи и оказывать токсичное действие на организм, не говоря уж о сухости кожи, к которой приводит использование жесткой воды. Да и разве приятно наполнять красивые ванны, джакузи и бассейны желтой мутноватой водой?

Для того чтобы решить все эти проблемы и получить чистую воду, необходима комплексная система водоочистки.

Какую систему очистки воды выбрать

Сегодня рынок насыщен разнообразными системами водоподготовки, работающими по различным принципам. Условно все методы очистки воды разделяют на «накопительные» (сорбционные системы, ионообменные системы, обезжелезиватели, зернистые загрузки и т. д.) и «разделяющие» (мембранные системы).

«Накопительные» системы используются достаточно давно и являются традиционными. Принцип их работы основан на пропускании воды через фильтрующую среду (кварцевый песок, активированный уголь, ионообменную смолу) и на взаимодействии этой среды с определенным видом примесей. Так, кварцевый песок используется для снижения мутности, активированный уголь — для удаления органических соединений и газов, ионообменная смола обычно применяется для снижения жесткости, фильтры-обезжелезыватели удаляют железо. Эти системы эффективны при удалении только определенного вида загрязнителей. Но, как правило, возникает необходимость избавиться от разных примесей. В этом случае используется ряд различных по принципу действия установок, и система получается довольно громоздкой.

В процессе фильтрации загрязнения накапливаются в фильтрующей среде, что приводит к необходимости регенерации среды специальными растворами. При невозможности регенерации производится замена среды. Опасность такого принципа работы заключается в том, что при внезапном ухудшении параметров исходной воды или увеличении ее расхода, загрязнения, накопленные в фильтрующей среде, могут попадать в очищенную воду, причем в концентрациях даже больших, чем в исходной воде.

Около 40 лет назад начала развиваться принципиально другая технология очистки воды — мембранная технология. Она основана на пропускании воды под давлением через полупроницаемую мембрану и разделении воды на два потока: фильтрат (очищенная вода) и концентрат (концентрированный раствор примесей). Явление самопроизвольного прохождения воды через пленку из малоконцентрированного раствора в более концентрированный раствор было открыто еще в XVIII в. Это явление получило название осмоса, а пленка, пропускающая воду, названа мембраной. Явление осмоса лежит в основе обмена веществ всех живых организмов. Благодаря ему в каждую живую клетку поступают питательные вещества и, наоборот, выводятся шлаки. Явление осмоса наблюдается, когда два соляных раствора с разными концентрациями разделены полупроницаемой мембраной. Эта мембрана пропускает молекулы и ионы определенного размера, но служит барьером для веществ с молекулами большего размера. Таким образом, молекулы воды способны проникать через мембрану, а молекулы растворенных в воде солей — нет.

Если по разные стороны полупроницаемой мембраны находятся солесодержащие растворы с разной концентрацией, молекулы воды будут перемещаться через мембрану из слабо концентрированного раствора в более концентрированный, вызывая в последнем повышение уровня жидкости. Из-за явления осмоса процесс проникновения воды через мембрану наблюдается даже в том случае, когда оба раствора находятся под одинаковым внешним давлением. Было установлено, что процесс этот продолжается до тех пор, пока между растворами не установится определенная разница в давлении, так называемое осмотическое давление — сила, под действием которой вода проходит через мембрану. В 60-е годы ХХ в. было обнаружено, что если искусственно к концентрированному раствору приложить давление, больше осмотического, то будет протекать обратный процесс: молекулы воды будут переходить из концентрированного раствора в разбавленный. Этот процесс называется «обратным осмосом». В процессе обратного осмоса вода и растворенные в ней вещества разделяются

на молекулярном уровне, при этом с одной стороны мембраны накапливается практически идеально чистая вода, а все загрязнения остаются по другую ее сторону. Тогда ученые пришли к выводу, что явление обратного осмоса можно использовать для очистки воды от различных примесей, так как обратный осмос обеспечивает гораздо более высокую степень очистки, чем большинство традиционных методов фильтрации, основанных на фильтрации механических частиц и адсорбции ряда веществ с помощью активированного угля. Кроме того, метод обратного осмоса гораздо проще и дешевле в эксплуатации по сравнению с ионообменными системами. Первоначально обратный осмос применялся для опреснения морской воды. Постепенно стали изготавливаться мембраны с различным диаметром пор, соответственно обеспечивающие разную чистоту воды на выходе.

Мембранные процессы можно классифицировать по размерам задерживаемых частиц на следующие типы:

микрофильтрационные (MF),

ультрафильтрационные (UF),

нанофильтрационные (NF),

обратноосмотические (RO).

При переходе от микрофильтрации к обратному осмосу размер пор мембраны уменьшается и, следовательно, уменьшается минимальный размер задерживаемых частиц. При этом, чем меньше размер пор мембраны, тем большее сопротивление она оказывает потоку и тем большее давление требуется для процесса фильтрации.

Микрофильтрационные мембраны с размером пор 0,1-1,0 мкм задерживают мелкие взвеси и коллоидные частицы, определяемые как мутность. Как правило, они используются, когда есть необходимость в грубой очистке воды или для предварительной подготовки воды перед более глубокой очисткой.

Ультрафильтрационные мембраны с размером пор от 0,01 до 0,1 мкм удаляют крупные органические молекулы (молекулярный вес больше 10 000), коллоидные частицы, бактерии и вирусы, не задерживая при этом растворенные соли. Такие мембраны применяются в промышленности и в быту и обеспечивают стабильно высокое качество очистки от вышеперечисленных примесей, не изменяя при этом минеральный состав воды.

Нанофильтрационные мембраны характеризуются размером пор от 0,001 до 0,01 мкм. Они задерживают органические соединения с молекулярной массой выше 300 и пропускают 15-90 % солей в зависимости от структуры мембраны.

Обратноосмотические мембраны содержат самые узкие поры, и потому являются самыми селективными. Они задерживают все бактерии и вирусы, бoльшую часть растворенных солей и органических веществ (в том числе железо и гумусовые соединения, придающие воде цветность и патогенные вещества), пропуская лишь молекулы воды небольших органических соединений и легких минеральных солей. В среднем RO мембраны задерживают 97-99 % всех растворенных веществ, пропуская лишь молекулы воды, растворенных газов и легких минеральных солей. Такие мембраны используются во многих отраслях промышленности, где есть необходимость в получении воды высокого качества (разлив воды, производство алкогольных и безалкогольных напитков, пищевая промышленность, фармацевтика, электронная промышленность и т. д.). Использование двухступенчатого обратного осмоса (вода дважды пропускается через обратноосмотические мембраны) позволяет получить дистиллированную и деминерализованную воду. Такие системы являются экономически выгодной альтернативой дистилляторам-испарителям и используются на многих производствах (гальваника, электроника и т. д.). В последние годы начался новый бум в мембранной технологии. Мембранные установки стали все больше и больше использоваться в быту. Это стало возможным благодаря научным и технологическим достижениям: мембранные аппараты стали дешевле, возросла удельная производительность и снизилось рабочее давление. Системы обратного осмоса позволяют получить чистейшую воду, удовлетворяющую СанПиН «Питьевая вода» и европейским стандартам качества для питьевого водопользования, а также всем требованиям для использования в бытовой технике, системе отопления и сантехнике.

Преимущество использования обратноосмотических мембран

Наибольшее признание получили обратноосмотические системы благодаря уникальному качеству воды, достигаемому после фильтрации. Такие мембраны эффективно справляются с низкомолекулярными гуминовыми соединениями, которые придают воде желтоватый оттенок и ухудшают ее вкусовые свойства, и которые очень трудно удалить другими методами. С использованием мембранных обратноосмотических систем можно получить чистейшую голубую воду. Такая вода не только безопасна для здоровья, но и сохраняет белоснежность дорогостоящей сантехники, не выводит из строя бытовую технику и систему отопления, и просто радует глаз.

Мембранные системы имеют и ряд других достоинств. Во-первых, загрязнения не накапливаются внутри мембраны, а постоянно сливаются в дренаж, что исключает вероятность их попадания в очищенную воду. Благодаря такой технологии даже при значительном ухудшении параметров исходной воды качество очищенной воды остается стабильно высоким. Может лишь понизиться производительность, о чем потребитель узнает по счетчикам, встроенным в систему. В этом случае мембрану необходимо промыть специальными реагентами. Такие промывки проводятся регулярно (примерно 4 раза в год) специалистами сервисной службы. Одновременно производится контроль работы установки. Другое преимущество — отсутствие химических сбросов и реагентов, что обеспечивает экологическую безопасность. Мембранные системы компактны и прекрасно вписываются в интерьер. Они просты в эксплуатации и не нуждаются во внимании со стороны пользователя. 

Теперь о финансовой стороне: мембранные системы достаточно дорогостоящи. Но, учитывая то, что при использовании «накопительных» систем скорее всего понадобится несколько установок различного действия, то общая их стоимость тоже обойдется недешево. А если говорить об эксплуатационных затратах, то для мембранных систем они значительно меньше.

Мембранная технология активно развивается. Установки постоянно совершенствуются. Современные системы практически полностью автоматизированы, оснащены системой блокировки в случае перебоев в подаче электроэнергии и защитой от «сухого хода». Мембранная фильтрация получает все большую популярность в бытовом использовании благодаря надежности, компактности, удобству в эксплуатации и, конечно же, стабильно высокому качеству получаемой воды. Многие утверждают, что только благодаря обратному осмосу узнали настоящий цвет чистой воды!

Оборудование

Компания «ИСТОКИ» предлагает широкий спектр моделей обратноосмотических установок бытового, полупромышленного и промышленного назначения. Установки серии WATERLIGHT X-RO производят до 190 литров питьевой воды высокого качества в сутки и являются неплохой альтернативой бутылированной воде. Для оборудования этого класса характерны небольшие размеры, эргономичный дизайн, простота инсталляции и обслуживания, что позволяет использовать его в быту.

Полупромышленные обратноосмотические установки серии BUDGET RO производительностью до 100 литров в час используются для подготовки как питьевой воды в кафе, ресторанах, гостиницах так и технологической воды в лабораториях и на предприятиях, где существует потребность в дистиллированной или деминерализованной воде.

Для водоподготовки в пищевой и электронной промышленности, в фармацевтике, при производстве алкогольных и безалкогольных напитков применяются установки PALLAS XL RO. Высокая производительность, низкая энергоемкость, сбалансированное соотношение себестоимость/качество — преимущества этого оборудования.

"О голубой воде и мембранной технологии"

(Журнал "С.О.К." 15.04.2005)