Система обратного осмоса «рядом с мойкой» T103

Системы очистки воды по принципу обратного осмоса являются самыми прогрессивными, сложными и эффективными фильтрами очистки воды для бытовых целей. Первоначально, системы очистки воды, основанные на этом принципе, были разработаны для очистки воды в замкнутой системе водоснабжения подводных лодок и космических кораблей. В промышленности такие системы используются для опреснения морской воды, а также для очистки воды в пищевой промышленности (в том числе при производстве алкогольной продукции, соков и бутилированной воды), в химической промышленности и т.п.

Ключевой элемент обратноосмотической системы — полупроницаемая мембрана. Диаметр пор обратноосмотической мембраны составляет порядка 1 Ангстрема (0,1 нанометра), что сравнимо с размерами одной молекулы воды. Фактически мембрана осуществляет фильтрацию на атомарном уровне, пропуская через себя лишь молекулы воды и молекулы растворенного кислорода. Размер молекул большинства веществ больше 1 Ангстрема. Физические размеры молекул органических примесей составляют десятки и сотни Ангстрем. Средний размер бактерии превышает диаметр пор мембраны в 4000 раз, а средний размер вирусов — в 200 раз. Благодаря наличию такого барьера из воды удаляются растворенные неорганические и органические соединения, а также тяжелые металлы, все бактерии и вирусы. При этом вода, прошедшая через обратноосмотическую систему, обладает прекрасными вкусовыми качествами, так как в ней сохранены растворенные газы.

Разумеется, обладая подобными характеристиками, системы очистки воды на основе обратного осмоса превосходят по качеству очистки все иные виды фильтров для воды.

Обратный осмос — это процесс удаления растворителя из раствора с помощью полупроницаемой мембраны.

Растворителем в нашем случае является вода (молекулы воды), а раствором — раствор других веществ в этой воде (как правило, растворенные вещества в воде представлены в виде ионов), от которых мы хотим избавиться в процессе водоочистки.

Представим себе такую мембрану, которая полностью прозрачна для растворителя (воды), и непрозрачна для ионов солей. Если по разные стороны мембраны создать разную концентрацию ионов, то вода начнет свободно переходить через мембрану в направлении той части, где концентрация ионов выше, пытаясь выровнять концентрацию раствора по обе стороны мембраны. Это является осмосом, и это термодинамически обусловленный натуральный процесс.

Осмос может быть остановлен или развернут в противоположном направлении, если со стороны раствора с высокой концентрацией ионов приложить гидростатическое давление. Величина гидростатического давления, необходимого для полной остановки процесса осмоса, называется осмотическим давлением.

Осмотическое давление зависит от разности концентраций ионов с разных сторон мембраны и параметров самой мембраны. Иногда осмотическое давление называют осмотическим сопротивлением мембраны. Осмотическое сопротивление возрастает с ростом разности концентраций ионов с двух сторон мембраны.

Для возникновения обратного осмоса со стороны раствора с высокой концентрацией ионов требуется приложить гидростатическое давление на мембрану, превышающее осмотическое сопротивление.

При возникновении обратного осмоса растворитель (вода) начнет перетекать сквозь мембрану из той части, где концентрация ионов выше, в ту часть, где концентрация ионов ниже. При этом по мере убыли воды из зоны высокой концентрации ионов их концентрация там возрастает еще больше, следовательно возрастает и осмотическое сопротивление. Наконец, наступает такой момент, когда осмотическое сопротивление в системе вновь сравняется с внешним давлением на мембрану, и процесс обратного осмоса остановится. Чтобы продолжить процесс, требуется увеличить давление на мембрану. Поскольку до бесконечности такой процесс увеличения давления невозможен (мембрана либо разрушится, либо станет проницаемой для ионов), существует такое предельное количество воды, которое может быть при заданном давлении на мембрану удалено из данного раствора.

Таким образом, при обратном осмосе из раствора удаляется растворитель, который в терминах водоочистки и является очищенной от растворенных примесей водой.

Чистая вода, удаленная из раствора, называется пермеатом. Вода, оставшаяся по другую сторону мембраны и содержащая повышенную концентрацию растворенных примесей, сливается в процессе обратного осмоса в дренаж. Таким образом, подающийся на мембрану водный раствор разделяется мембраной на два потока: пермеат и концентрат (дренаж).

Отношение объема пермеата к объему всего поданного на мембрану раствора называется коэффициентом отбора пермеата, и существует предельное значение данного коэффициента, достижимое при заданных параметрах раствора и приложенного давления. Этот коэффициент в зависимости от условий может достигать 10–30% и даже теоретически не может приблизиться к 100%.

Обратноосмотическая мембрана представляет из себя свернутые по спирали в рулон последовательные слои водоподающего слоя, полупроницаемой полимерной пленки (собственно мембраны) и водосборного слоя. С торца мембраны осуществляется подача исходной воды под давлением. Пермеат, просачиваясь через полимерную пленку, собирается водосборным слоем, откуда по спирали стекает в центральную водосборную трубку. Концентрат собирается на другом торце мембраны, откуда сливается в дренаж.