Фильтры на все случаи жизни

В наш неспокойный, насыщенный как природными, так и рукотворными катаклизмами век так хочется быть уверенным хотя бы в одном: что бы ни произошло, в вашем доме из крана (пусть даже особо выделенного и имеющегося только в кухне) всегда будет литься чистая и вкусная вода для питья и приготовления пищи. Как обрести такую уверенность?

Сегодня мы продолжаем тему бытовых фильтров для получения питьевой воды, начатую нами в статье "Фильтр для воды- каприз или необходимость" и продолженную в статье "Фильтры для городского водопровода". На этот раз поговорим о мембранных установках бытового применения, работа которых основана на явлении обратного осмоса. Тема эта довольно непростая, поэтому разговор мы начнем с азов- объяснения, что же такое обратный осмос.

Осмос и обратный осмос

Основным фильтрующим элементом рассматриваемых установок является мембрана, которая пропускает молекулы и ионы только определенного размера, что лимитируется диаметром отверстий-пор мембраны, но при этом служит барьером для веществ с большим размером молекулы. По сути работы это молекулярное сито. Такие мембраны называют полупроницаемыми.

Вбытовых водоочистных системах используются в основном полимерные мембраны с размерами пор, соответствующими молекулам воды (до 1нм). Через такие отверстия большинство примесей проникнуть попросту не способно.

Теперь о сути процессов осмоса и обратного осмоса. Попробуем объяснить, что такое осмос, на конкретном примере. Представьте себе сосуд, который разгородили с помощью вышеупомянутой полупроницаемой мембраны на две части и в каждую из получившихся емкостей залили солевые растворы разной концентрации. Если обе части сосуда находятся под одинаковым внешним давлением, то жидкости, находящиеся в них, будут стремиться уравнять концентрацию в обеих емкостях. При этом молекулы воды начнут перемещаться через мембрану- оттуда, где раствор менее концентрирован, туда, где он более плотный, вызывая в этой части сосуда повышение уровня жидкости. Это явление и называется осмосом, а сила, заставляющая молекулы воды перемещаться,- осмотическим давлением; его величина тем выше, чем больше разница концентраций растворов.

Явление осмоса лежит в основе обмена веществ всех живых организмов- стенки их клеток представляют собой частично проницаемую мембрану, которая свободно пропускает молекулы воды, но не молекулы других веществ.

Теперь представьте процесс, который будет происходить в том же разделенном с помощью полупроницаемой мембраны сосуде, если в той его половине, где находился более концентрированный раствор, с помощью насоса создать давление, превышающее осмотическое. Молекулы воды начнут двигаться через полупроницаемую мембрану в обратном направлении, а именно из более концентрированного раствора в менее концентрированный. Этот процесс и есть обратный осмос. Именно на таком принципе и работают рассматриваемые нами водоочистные установки: с одной стороны мембраны подается под давлением исходная вода, с другой- отводится очищенная.

При этом все загрязнения остаются с той стороны мембраны, с которой подается исходная вода. Понятно, что концентрация минеральных и других загрязняющих соединений возрастать беспредельно не может. Во-первых, мембрана может просто засориться (забиться), во-вторых, при повышении концентрации примесей будет возрастать величина осмотического давления, которое противодействует приложенному внешнему давлению. Икогда их величины уравняются, процесс фильтрации просто прекратится. Чтобы этого не произошло, вдоль мембраны организуется принудительный поток воды, постоянно смывающий «рассол» в дренаж.

Для того чтобы вся вода не уходила в дренаж мимо мембраны (не шла по пути наименьшего гидравлического сопротивления), на ее выходе из установки ставят так называемый ограничитель потока. Его задача- поддерживать поток сбрасываемой воды на уровне, соответствующем максимальной производительности фильтрующей мембраны.

"Ну и зачем мне знать про всю эту физику?"- вправе спросить уважаемый читатель. Авот зачем. Потоки воды, просачивающиеся сквозь мембрану, и те, что проходят над ней (смыв в дренаж), соотносятся в пропорции 1:3-1:4 (параметр задан конструкцией установки раз и навсегда). То есть при получении 10л очищенной воды в дренаж будет слито 30-40л "рассола". Иэтот объем сливаемой в канализацию воды надо обязательно учитывать. Для городских жителей вопрос, быть может, и не столь актуальный (по крайней мере, до тех пор, пока мы платим за воду не по счетчику), а вот владельцы загородных домов, собственная канализационная система которых рассчитана на ограниченный объем сбросов, могут столкнуться с определенной проблемой- весь дополнительный объем воды выльется где-нибудь на газоне. Впрочем, "рассол" совсем не обязательно выбрасывать (содержание примесей в нем лишь чуть выше, чем в исходной воде), его можно использовать для нужд огорода, например в системе капельного полива ит.п.

Что влияет на процесс

Основным фактором, оказывающим влияние на процесс обратного осмоса, является давление. Именно поэтому в паспорте всех обратноосмотических установок указывается величина давления, при котором процессу фильтрации обеспечены нормальные условия. Обычно этот показатель колеблется от 2,8 до 8,4атм, но чаще пределы уже- 3,5-6 атм. Именно такую величину давления должна обеспечивать водопроводная система, к которой вы подключите приобретенную установку. Если данный параметр значительно ниже рекомендуемого, тогда вместе с установкой вам придется приобрести насос повышения давления или лучше комплект, в который, кроме насоса, входят датчики, автоматика и соединители (все вместе- от $45-180), а еще лучше- обратноосмотический фильтр с уже встроенным насосом (он обойдется примерно на $40-95 дороже). Впротивном случае установка вообще не будет работать или ждать, пока отфильтруется необходимое вам количество воды (пусть даже всего на одну кастрюлю), придется ох как долго!

Поднимать давление выше указанного в паспорте предела тоже нельзя- полимерная мембрана может просто разрушиться.

Вторым по важности фактором, влияющим на процесс, является температура. Сее увеличением снижается вязкость и плотность раствора и, следовательно, улучшается проницаемость мембраны. Но и тут все неоднозначно- с повышением температуры растет осмотическое давление, препятствующее протеканию процесса обратного осмоса. Именно поэтому рабочие температурные параметры также обязательно оговариваются в паспорте установки (как правило, это диапазон от 10 до 40С) и их тоже необходимо соблюдать.

Кроме температуры и давления, на эффективность обратноосмотического процесса в отношении растворенных в очищаемой воде веществ оказывают влияние такие факторы, как рН, состав и уровень загрязненности исходной воды, а также материала, из которого изготовлена мембрана.

Что задерживает мембрана

К примеру, неорганические вещества мембраны задерживают очень хорошо. Взависимости от типа применяемой мембраны (ацетатцеллюлозная или тонкопленочная композитная) степень очистки по большинству неорганических элементов составляет 85-98%. Органические вещества с молекулярным весом более 100 удаляются полностью, а вот с меньшим весом вполне могут проникать через мембрану, правда в незначительном количестве. Большой размер вирусов и бактерий практически исключает вероятность их проникновения в очищенную воду.

Мембранные фильтры выгодно отличаются от моделей сорбционного типа, поскольку действуют по другому принципу- выступают в роли барьера, ничего не накапливая. Встав на пути нежелательных примесей и вирусов, такая преграда, как говорится, будет стоять до последнего. Даже если мембрана забьется- враг не пройдет. Вот за это их качество мы и назвали мембранные установки в заголовке нашей статьи фильтрами на все случаи жизни.

Иеще. Производительность даже самых современных мембран довольно небольшая- 0,2-1,4л в минуту. Чтобы пользователь не ждал длительное время, пока наполнится, например, чайник, современные осмотические устройства снабжаются накопительным мембранным баком. Его объем может колебаться в самых широких пределах- от 5 до 25л, но, как правило, это 10-12л. Накопленная в емкости очищенная вода поступает в отдельный кран, устанавливаемый на мойку.

Это были плюсы обратноосмотических устройств. Но есть и минусы. Первый и самый существенный: фильтры задерживают абсолютно все вещества, как вредные для организма, так и полезные. Из-за этого вода получается обессоленной (о том, как получить воду, все-таки насыщенную полезными организму минеральными солями, мы расскажем чуть позже). Второй минус в том, что мембрана пропускает растворенные в воде газы. Если речь идет о содержащемся в ней кислороде, это даже хорошо, но когда подразумевается сероводород- согласитесь, приятного мало.

Реализация идеи в конструкции

Начнем с конструкции, ставшей своего рода классической. Ее некоторая техническая сложность обусловлена, прежде всего, тем, что первые, широко используемые в конструкциях фильтров полимерные мембраны были очень нежными. Они боялись буквально всего- грязи, примесей, но особенно хлора. Чтобы эта самая дорогостоящая деталь водоочистного устройства работала как можно дольше, перед ней необходимо было устанавливать мощную систему предварительной очистки. Например, трехступенчатую картриджную систему, где:

1-я ступень- механическая очистка от взвесей, песка ит.п. (материал- полипропилен высокой плотности, намоточные картриджи ит.п.);

2-я ступень- сорбция, то есть очистка от хлора и хлорсодержащих соединений (материал- прессованный активированный древесный уголь);

3-я ступень- очистка от общих органических загрязнений (материал- кокосовый активированный гранулированный уголь).

Лишь после этих трех этапов вода подавалась на мембрану (4-я ступень), а из нее в накопительный бак. Впрочем, на пути к крану ей предстояли еще два цикла очистки:

5-я ступень- обеззараживание воды ультрафиолетовым излучением (УФ-лампа). Убивает неболезнетворных бактерий, которые могут расплодиться в мембранном баке, попав туда, например из воздуха или с носика грязного крана;

6-я ступень- так называемый постфильтр (прессованный активированный уголь). Задерживает проскользнувшие через угольные картриджи предфильтра запахи и газы.

Все ступени очистки соединяются между собой тонкими пластиковыми трубками с помощью коннекторов быстрой сборки John Guest.

Описанная классическая схема впервые была предложена примерно десять лет назад и до сих пор применяется в большинстве выпускаемых мембранных систем. Но не подумайте, что технический прогресс не коснулся этой техники- прежней осталась только принципиальная схема. Все остальное изменилось, и довольно круто.

Во-первых, мембранные устройства сейчас серийно выпускает такое множество производителей, что всех даже не перечислить. Врезультате подешевели как комплектующие, так и фильтры, причем в 3-4раза. Внастоящее время цена на них составляет $150-300 в зависимости от производительности и, конечно, от производителя- надбавку за бренд никто не отменял.

Во-вторых, систему ультрафиолетового обеззараживания перестали покупателю навязывать. Есть желание- установят дополнительно ($50-145).

В-третьих, систему предочистки перед обратным осмосом стало возможно собирать в любой желаемой комплектации. Для этого необходимо провести анализ исходной воды и уже исходя из него определить, сколько и каких именно ступеней должно быть в конструкции. Возможно, хватит и одной, механической, а может, потребуется достаточно сложная многоступенчатая система водоподготовки- с механической очисткой, сорбцией на угле, обезжелезивателем, умягчителем ит.д.

Но это, так сказать, в идеале. На практике потребителю, подбирают готовую установку из выпускаемого фирмой модельного ряда. Авыбрать есть из чего! Каждая выпускающая обратноосмотические фильтры фирма производит сразу несколько вариантов систем, постоянно совершенствуя их в соответствии с накапливаемым опытом. Например, ATOLL (Россия) в последнее время широко предлагает две модели (хотя общее их количество значительно больше- девять). Так, Atoll A-560E имеет пять ступеней, а его система предочистки получила следующую конфигурацию: механическая очистка (25мкм, вспененный полипропилен)- сорбция (гранулированный активированный уголь)- механическая очистка (5мкм, вспененный полипропилен). Умодели Atoll A-460E на одну ступень механической очистки меньше- она рассчитана на монтаж в домах и квартирах, водопроводные магистрали которых оборудованы собственной системой предварительной очистки (сетчатые, намоточные фильтры).

Не отстают по количеству моделей и другие российские производители. Например, "МЕДИАНА ФИЛЬТР" предлагает 16 моделей (серия "Исток"), "КОНТУР-АКВА"- четыре (серия RS), "ВОДОЛЕЙ"- четыре (серии RO и SF), "МЕМБРАННАЯ ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИЯ"- две (серия "Ключ"), "БАРОМЕМБРАННАЯ ТЕХНОЛОГИЯ"- восемь (серия «Ручеек»).

Растущая популярность обратноосмотических фильтров заставила заниматься их выпуском даже те фирмы, которые ранее специализировались исключительно на картриджных системах, устанавливаемых на кран, на столешницу и под мойку. Так "АКВАФОР" (Санкт-Петербург) предлагает "Установку глубокого обессоливания воды Аквафор-RO", "МЕТТЕМ-ТЕХНОЛОГИИ"- "Барьер in-line RO4" ит.д. АСанкт-Петербургский "ГЕЙЗЕР" выпустил не только целую линейку мембранных фильтров "Гейзер-6", но и комплект "Гейзер-Мастер", предназначенный для преобразования выпускаемых фирмой трехступенчатых картриджных моделей "Гейзер-3" в систему обратного осмоса. Модернизация заключается в добавлении к уже имеющимся ступеням еще двух- мембраны и постугольного фильтра, а также накопительного бака емкостью 12л. Старый трехступенчатый фильтр в этом случае превращается в систему предварительной очистки для всей системы. Обновленная, она позволяет получать до 200л воды в сутки. Новинку с успехом можно использовать и с фильтрами других производителей, оборудованными системой быстрой сборки John Guest. Модернизация существующего фильтра по сравнению с приобретением новой установки аналогичной конфигурации позволяет экономить около 68.

В-четвертых, производители усовершенствовали и удешевили предлагаемые мембраны- их прочность, химическая стойкость и, естественно, надежность значительно повысились. Цена же сильно упала.

От классики к модерну, минимализму и передвижничеству

Идея придать мембранному фильтру с его выпирающими в разные стороны бочонками-ступенями и подводящими пластиковыми трубочками более эргономичный вид наконец-то стала воплощаться в реальность. Например, эргономичностью и современным дизайном отличается оборудование американской фирмы RAIN SOFT- ни одной "выпирающей" детали, все строго и выразительно. Кэтому стоит добавить высокое качество и надежность: на оборудование торговой марки Rain Soft действует гарантия производителя на весь срок службы у первого розничного покупателя.

Следующим шагом в области дизайна можно считать попытку спрятать все части фильтра в пластиковый корпус. Вкачестве примера можно привести недавно выпущенную фирмой ATOLL систему A-575E CMB-R3. Вее корпусе размером 420230360мм спрятаны пять ступеней очистки и накопительный бак объемом 6л. Чтобы последний наполнялся как можно быстрее, в системе установлена более мощная мембрана- производительностью 280л/сут. Обслуживание устройства также не представляет особых сложностей. Все сменные элементы (так называемые линейные картриджи) установлены на быстроразъемных соединениях, так что для замены выработавшего свой ресурс фильтропатрона не требуется раскручивать корпус и вынимать "грязный" картридж. Достаточно просто отсоединить две трубки (система John Guest), отщелкнуть старый элемент от держателя и, выполняя операции в обратном порядке, установить новый. Для определения необходимости замены выработавшей свой ресурс мембраны используется специальное устройство- встроенный TDS-метр (total dissolved solids- прибор для измерения общего количества, в ррm, заряженных частиц, растворенных в воде соединений). Цена системы- $500.

Есть и еще более компактные конструкции, например фильтр РО Slim от AMII (Польша) или ARO-SL от BLUEFILTERS (Канада). Внутри их небольшого корпуса прячется все та же четырех- или пятиэтапная система фильтрации, составленная из линейных картриджей: механическая очистка, сорбция на угле, обратноосмотическая мембрана и окончательная доочистка (на угле). Уменьшенные размеры системы позволяют монтировать ее в труднодоступных местах. Естественно, накопительный бак в такой "минималистский" корпус не спрячешь- он стоит отдельно.

Компактность мембранных систем дала возможность сделать их мобильными. Например, фирмы AQUAPRO (Тайвань, модель Travel kit) и AMII (модель "Дачник") выпускают фильтры, предназначенные для любителей путешествовать на автомобиле. Такое устройство с четырьмя ступенями очистки спрятано в небольшой чемоданчик (примерные размеры 453517см, вес 10кг) и снабжено насосом, что позволяет брать воду из любого источника. Питание- от сети или автомобильного аккумулятора. Производительность- 6-8л/ч. Цена- от $280.

Общий недостаток компактных систем- пониженный ресурс линейных картриджей по сравнению с обычными, менять их придется примерно в два раза чаще.

Проточные системы

Эта разновидность обратноосмотических систем имеет три существенных отличия. Вней отсутствует мембранный бак, а чтобы без него можно было обойтись, значительно увеличена производительность- в системе установлена не одна мембрана, а три. Ипоследнее отличие- прибор просто напичкан электроникой. Например, в недавно выпущенной фирмой АТОLL модели А3300Ер предусмотрены датчики контроля давления воды на входе и выходе, автоматическая промывка блока мембран как после включения прибора (смыв отфильтрованных примесей, 5с), так и после закрытия крана раздачи чистой воды (10с), а также автоматическая промывка системы предфильтров несколько раз в сутки (чтобы в них не застаивалась вода), регулируемый датчик минерализации ит.д. Показания всех приборов выводятся на ЖК-дисплей, светодиоды, а в случае нарушений нормального режима работы еще и сопровождаются звуковым сигналом. Все это спрятано в симпатичный корпус, напоминающий по форме (да и по содержанию) системный блок компьютера. Поцене умная машина тоже неуступает компьютеру- $1225.

Примерно аналогичная по функциям проточная система Merilin от OSMONICS (США) оформлена совсем иначе- в стиле high tech. Ее создатели расположили три обтекаемые белые "колбы" в горизонтальном положении, закрепив их в оригинальных держателях из темного пластика. Производительность- до 2790л/сут. Цена- $455.

Выпускают проточные мембранные системы и другие производители, например, "БАРОМЕМБРАННАЯ ТЕХНОЛОГИЯ" предлагает "Ручеек-Комфорт". Цена- $350.

Изложенными в предыдущей статье материалами по обратноосмотическим системам очистки питьевой воды можно было бы и ограничиться, если бы не многочислен-ные письма читателей, содержащие один и тот же вопрос. Для конкретного примера приведем одно из таких писем.

Как уже говорилось, мембранный фильтр выдает практически обессоленную воду (солесодержание очищенной воды- в пределах 15-20 мг/л). Овреде и пользе такой воды в печати вот уже десять лет идут бесконечные дискуссии. Мы в этот процесс вмешиваться, пожалуй, не станем, но для тех, кто предпочитает пользоваться мембранными фильтрами, но при этом пить воду с минеральными солями, расскажем, каким образом можно этого добиться.

Путь первый- установить на фильтр картридж-минерализатор. Эти компактные устройства предназначены для обогащения уже полностью очищенной воды полезными минеральными солями и микроэлементами (например, минерализатор "Гейзер-Вита" добавляет Са и Мg). Конструктивно такой прибор представляет собой корпус с соединительными разъемами John Guest (прозрачный или белый), заполненный специальной медленно растворяющейся композицией полезных минеральных веществ. Ресурс картриджа- 4000-6000л, то есть хватит его почти на весь год. Цена- $20-25.

Путь второй- создать систему с регулируемым (настраиваемым исходя из ваших предпочтений) уровнем минерализации. Таким путем предлагает пойти, например, российская фирма "ГИДРОТЕХ". Для этого необходимо приобрести и установить настенный TDS-метр, призванный постоянно измерять общее солесодержание в воде, а также провести небольшую модернизацию системы так, чтобы можно было подмешивать к воде, прошедшей через мембрану, определенное количество воды после предфильтра. Пропорцию смешения вы и будете регулировать, контролируя ее по показаниям TDS-метра. Ну а проще всего приобрести фильтр "Энерго-0004-5М" от этой фирмы, в который описанная система уже встроена ($249).

Путь третий- приобрести не обратноосмотическую, а нанофильтрационную установку. Внешне это то же самое, но здесь использована мембрана с несколько увеличенным диаметром пор-отверстий (до 10нм). Вэтих современных установках соотношение очищенной воды и исходной составляет примерно 1:2-1:3, что снижает общий ее расход. Современные нанофильтрационные мембраны позволяют уменьшать содержание одновалентных ионов (Cl, F, Na) на 40-70%, а двухвалентных (Са, Mg, SО₄)- на 70-90%. При этом полностью удаляются молекулы и многозарядные ионы размером от 0,001 мкм, органические вещества с молекулярной массой выше 300 и все бактерии и вирусы. Таким образом, солесодержание очищенной воды по сравнению с «рассолом» уменьшается всего в 2-3 раза, то есть все необходимые организму соли и микроэлемены в ней сохраняются во вполне достаточных количествах.

Вкачестве примера можно привести новую серию мембранных установок производства отечественной фирмы WATERLAB. Правда, эти изделия не совсем типичны. Дело в том, что производитель применил в них новые высокопрочные и химически стойкие мембраны, что позволило в системах, предназначенных для доочистки водопроводной воды в условиях Москвы, вообще отказаться от предфильтров. Врезультате конструкция стала значительно компактнее: это лишь накопительный бак, на боковой поверхности которого смонтирована мембрана, и все! При работе с водой иного, чем в московском водопроводе, состава ("жесткой", "железной", с повышенным содержанием бактерий ит.п.) систему можно дооснастить соответствующей ступенью водоподготовки и бактерицидной лампой. Производительность устройств- 5л/ч. Цена- $180-230. Мембрану надо раз в год отдавать производителю на регенерацию ($10) и раз в пять лет заменять новой. Нанофильтрационные установки на основе хлоростойких мембран выпускаются и другими отечественными и зарубежными фирмами. Назовем лишь «БАРОМЕМБРАННУЮ ТЕХНОЛОГИЮ» (серия «Ручеек»), «ОСМОС» (Санкт-Петербург) и OSMONICS (США).

На этом мы, пожалуй, закончим разговор о мембранных системах очистки, хотя есть еще о чем рассказать. Например, о современных аквабарах, не только очищающих воду с помощью спрятанного внутри обратноосмотического фильтра, но и способных напоить владельца как водой обычной, так и охлажденной, газированной или нагретой до 95С (избавляют от необходимости кипятить утром целый чайник ради одной чашки чая или кофе). Можно поговорить также и о системах очистки воды для всего дома, являющихся прекрасной альтернативой многоступенчатым автоматическим системам. Но пусть это станет темами для отдельного разговора.

Редакция благодарит фирмы WATERLAB, «АКВАФОР», «АЛЬТ ГРУПП», «КОМИНТЕКС ЭКОЛОГИЯ», «МЕДИАНА ФИЛЬТР», «ВОДНАЯ ТЕХНИКА», «КОНТУР-АКВА», «МЕМБРАННАЯ ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИЯ», «МЕТТЕМ-ТЕХНОЛОГИИ», «ГЕЙЗЕР», «НПЦ ВЫСОКИЕ ТЕХНОЛОГИИ ЭКОЛОГИИ И КОМФОРТА», «БАРОМЕМБРАННАЯ ТЕХНОЛОГИЯ» за помощь в подготовке материала.

• Источник: Журнал «Идеи вашего дома»№89