Сегодня на рынке водоочистного оборудования присутствует множество моделей и типов фильтров, предназначенных для многоступенчатой доочистки питьевой воды. Конструктивно – это соединенные между собой картриджные фильтры проточного типа. Фильтры предназначены для доочистки воды до состояния питьевой в бытовых условиях, при этом подразумевается, что предварительная очистка воды проведена муниципальными службами, а бактериологический и химический состав воды находится в пределах предельно-допустимых уровней (ПДУ, ПДК). Проточные фильтры устанавливаются под кухонную мойку, хромированный кран питьевой воды монтируется на мойке или столешнице. Проточные питьевые фильтры эффективно очищают воду от механических примесей, хлора и его соединений, устраняют жесткость, мутность, неприятный запах и вкус, снижают содержание в воде органики, пестицидов, тяжелых металлов и других вредных веществ. Все системы поставляются с отдельным краном для питьевой воды и установочным комплектом (переходники, трубки и т. д.).
Системы двух-, трехступенчатые
Описание и назначение
Двух– и трехступенчатые системы представляют собой комплекс проточных фильтров, которые, в зависимости от комплектации соответствующими картриджами, эффективно очищают воду от механических примесей, хлора и хлорорганических соединений, устраняют жесткость, мутность, неприятный запах и вкус, снижают содержание в воде органики, пестицидов, тяжелых металлов и других вредных веществ.
Ступенчатые системы не предназначены для удаления бактерий, вирусов, хлоридов, нитратов, нитритов и фторидов.
Фильтры этой категории подразделяются:
• по количеству ступеней очистки (двух– и трехступенчатые фильтры очистки воды);
• по месту расположения – нижнее расположение «под мойкой», верхнее расположение «на столе»;
• одноколбовые (в одной колбе может содержаться как одна, так и три ступени очистки);
• многоколбовые (как правило, не более трех колб).
Двух– и трехступенчатые системы, как правило, комплектуются сменными картриджами ограниченного срока службы. Чаще всего в них применяются картриджи стандарта SLIM LINE (SL) – 10. Сменные элементы таких систем следует менять после того, как ресурс картриджа будет исчерпан. Прозрачный корпус первой колбы позволяет следить за степенью загрязнения картриджа для его своевременной замены.
Комплектация ступенчатых фильтров, как правило, следующая:
• двухступенчатые фильтры: 1-я ступень – механическая очистка, 2-я ступень – очистка активированным углем;
• трехступенчатые фильтры: 1-я ступень – механическая очистка, 2-я ступень – очистка активированным углем, 3-я ступень – очистка воды ионообменной смолой или прессованным активированным углем, обогащенным несколькими добавками, такими как серебро, кристаллы гексаметафосфата и т. д. Картриджи для 3-ей ступени подбираются, как правило, в зависимости от претензий к качеству воды.
Основные блоки двух– и трехступенчатых систем
Основными блоками двух– и трехступенчатых систем являются:
Первая ступень – картридж из вспененного или нитяного полипропилена, который обеспечивает предварительную очистку воды от песка, ржавчины и других механических примесей размером более 5–20 мкм. Частота замены этого картриджа зависит от конкретных условий эксплуатации (в среднем замена осуществляется один раз в полгода).
Вторая ступень – картридж, содержащий прессованный или гранулированный активированный уголь. Задерживает хлор и его соединения. Периодичность замены картриджа – 1–2 раза в год.
Третья ступень – картридж для обезжелезивания, умягчения или обеззараживания, в зависимости от претензий, предъявляемых к воде. Частота замены картриджа зависит от конкретных условий эксплуатации (в среднем – один раз-два раза в год).
Двух– и трехступенчатые системы поставляются с отдельным краном для питьевой воды и установочным комплектом (переходники, трубки, кран, установочный кронштейн, ключ и т. д.). Комплект для подключения (врезки) в водопровод предназначен для подключения системы к магистрали холодного водоснабжения.
На рынке водоочистного оборудования существует множество моделей и типов фильтров, предназначенных для многоступенчатой доочистки питьевой воды.
Некоторые из них могут быть укомплектованы угольным постфильтром (для придания приятного вкуса воде) или обеззараживающей ультрафиолетовой лампой (для доочистки воды, небезопасной в микробиологическом отношении).
Монтаж двух– и трехступенчатых систем
Ступенчатые фильтры врезаются в магистраль холодного водоснабжения под кухонной мойкой или над ней, кран питьевой воды монтируется на мойке или столешнице. Системы должны быть установлены в помещении, не допускающем замерзания воды, в противном случае возможно повреждение колб и протечка воды.
Системы с технологией обратного осмоса. Описание, принцип действия. Сменные элементы
Метод обратного осмоса возник в 1953 г., когда Рейдом и Бретоном (США) были открыты полупроницаемые свойства ацетилцеллюлозных мембран. Технология производства полупроницаемых мембран была усовершенствована Маникяном (США), разработавшим способ промышленного изготовления мембран из раствора ацетилцеллюлозы в ацетоне и формамиде. В дальнейшем были разработаны и изготовлены мембраны, которые можно хранить длительное время в сухом виде, а также мембраны в виде полых волокон и составные мембраны.
Одновременно с созданием мембран велись исследования по разработке обратноосмотических аппаратов. Обратноосмотическое опреснение начали внедрять в промышленность в 1969 г. – в городе Плейседе (США) пущена в эксплуатацию установка производительностью 400 м3/сут. В нашей стране исследования обратноосмотического обессоливания были начаты по инициативе профессора В. А. Клячко в 1964 г. во ВНИИ ВОДГЕО под руководством профессора И. Э. Апельцина.
Таким образом, около 50 лет назад начала развиваться принципиально иная 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).
Сущность метода обратноосмотического разделения растворов
Обратным осмосом называется метод опреснения, основанный на фильтровании соленой воды через полупроницаемую мембрану, пропускающую воду, но задерживающую ионы растворенных в воде солей. Если растворитель и раствор разделить полупроницаемой перегородкой, пропускающей молекулы растворителя и задерживающей молекулы растворенного вещества, то растворитель начнет переходить через перегородку в раствор. Этот самопроизвольный переход и называется осмосом.
Переход растворителя в раствор сопровождается увеличением объема раствора и возрастанием гидростатического давления в сосуде с раствором. При установлении равновесия отвечающее ему давление может служить количественной характеристикой явления обратного осмоса. Оно называется осмотическим давлением и равно тому давлению, которое нужно приложить к раствору, чтобы привести его в равновесие с растворителем, отделенным от него полупроницаемой перегородкой.
Чтобы осуществить опреснение воды, нужно создать избыточное давление и заставить воду фильтроваться через мембрану в направлении, противоположном осмотическому переносу, т. е. со стороны соленой воды.
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.
Явление обратного осмоса используют для очистки воды от различных примесей, так как обратный осмос обеспечивает более высокую степень очистки, чем большинство традиционных способов очистки воды, основанных на фильтрации механических частиц и адсорбции ряда веществ с помощью активированного угля.
К тому же метод обратного осмоса гораздо проще и дешевле в эксплуатации по сравнению с ионообменными системами.
Бытовые системы обратного осмоса имеют небольшие размеры, и, как правило, размещаются под кухонной мойкой. Для их работы требуется давление 2,5–5 атмосфер, при более низком давлении требуется подключение встраиваемого насоса.
Основные блоки бытовой системы обратного осмоса
Основными блоками бытовой системы обратного осмоса являются:
Префильтры
Используются для предварительной очистки воды от нерастворимых частиц, хлора, органических веществ до того, как вода достигнет мембраны, и способствуют увеличению срока службы основного чистящего элемента системы – мембраны. В зависимости от степени загрязненности исходной воды рекомендуется выбирать модели с двумя или тремя префильтрами.
Первая ступень (первый префильтр) – картридж из вспененного или нитяного полипропилена, обеспечивающий предварительную очистку воды от песка, ржавчины и других механических примесей размером более 5–20 мкм. Частота замены этого картриджа зависит от конкретных условий эксплуатации (в среднем – один раз в полгода).
Вторая ступень (второй префильтр) – картридж, содержащий прессованный или гранулированный активированный уголь. Он задерживает хлор и его соединения. Периодичность замены картриджа – 1–2 раза в год.
Третья ступень (третий префильтр) – также картридж из вспененного или нитяного полипропилена, обеспечивающий более тонкую очистку воды от механических примесей размером более 1–5 мкм (в бытовой четырехступенчатой обратноосмотической системе эта ступень отсутствует). Частота замены этого картриджа также зависит от конкретных условий эксплуатации (в среднем – один-два раза в год).
Мембранный элемент
Четвертая ступень – заключенная в пластиковом корпусе мембрана, свернутая в рулон. Мембрана является главным элементом системы обратного осмоса. Мембрана разделяет поток воды после фильтрации на чистую воду (пермеат) и «грязную» (концентрат). Срок службы мембранного элемента при правильной эксплуатации и своевременной замене фильтров предварительной очистки – 2–3 года.
В среднем RO-мембраны задерживают 97–99 % всех растворенных веществ, бактерии, вирусы, соли, железо и гумусовые соединения, придающие воде цветность, патогенные вещества и пропускают лишь молекулы воды, растворенные газы и легкие минеральные соли. Такие мембраны используются во многих отраслях промышленности, где есть необходимость в получении воды высокого качества (разлив воды, производство алкогольных и безалкогольных напитков, пивоварение, пищевая промышленность, фармацевтика, электронная промышленность и т. д.).
Определить эффективность работы мембраны можно по производительности – следует убедиться, что давление в норме и картриджи не задерживают поток воды.
Современные обратноосмотические мембраны – композитные – состоят из нескольких слоев. Общая толщина 10–150 мкм, причем толщина собственно селективного слоя, который определяет селективность мембраны – не более 1 мкм. В бытовых системах в основном применяются мембраны из двух материалов – триацетат целлюлозы (международное название – СТА) и тонкопленочный композит (ТFC).
1 – префильтр – картридж из вспененного полипропилена (5 мкм); 2 – префильтр – угольный картридж; 3 – префильтр-картридж из вспененного полипропилена (1 мкм); 4 – четырехходовой клапан; 5 – мембранный элемент; 6 – гидроаккумулятор; 7 – постфильтер – посткарбон; 8 – ограничитель дренажа; 9 – кран для питьевой воды; 10 – байпасная линия; 11 – слив в дренаж; 12 – обратный клапан
В комплектацию обратноосмотических фильтров, как правило, входит:
Накопительная емкость
Представляет собой бак для хранения очищенной воды – гидроаккумулятор, общий объем которого 10–15 л (полезный объем – 6–8 л). Т. к. производительность мембраны очень мала, гидроаккумулятор необходим для создания некоего запаса очищенной воды, которая поступает к пользователю при открытии крана. Гидроаккумулятор состоит из металлического корпуса, внутри которого находится мембрана (груша). Очищенная вода накапливается внутри мембраны, давление в воздушной полости в пустом баке 0,5–0,6 атм.
Автоматический диафрагменный клапан, предназначенный для отключения подачи воды в бак при его наполнении.
Постфильтр
Это последний, финишный фильтр; представляет собой неразборный пластиковый корпус с активированным углем, который после выработки ресурса полностью заменяется. Если система обратного осмоса долгое время не используется, то очищенная вода, находящаяся в баке для хранения очищенной воды и трубках, может приобрести неприятный привкус или запах. Угольный постфильтр служит для устранения посторонних запахов и привкусов. Периодичность замены постфильтра – 1 раз в 3–6 месяцев или при появлении «горьковатого» привкуса в очищенной воде.
Минерализатор – картридж, который обогащает воду минеральными веществами (солями кальция, магния, калия, натрия).
Кран для питьевой воды
Каждая система комплектуется отдельным краном для очищенной воды, независимым от общего потока воды для хозяйственных нужд. Кран врезается в кухонную мойку или столешницу.
Комплект для подключения (врезки) в водопровод – предназначен для подключения системы обратного осмоса к магистрали холодного водоснабжения.
Комплект для врезки в сливную магистраль – предназначен для подключения системы обратного осмоса к канализации и слива концентрата в канализацию.
Мембранные системы очистки воды имеют ряд достоинств. Загрязнения не накапливаются внутри мембраны, а смываются потоком воды с поверхности мембраны и 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. Со временем лишь понижается производительность фильтра (в бытовых системах, устанавливаемых под мойкой, потребитель легко сможет их заменить самостоятельно). Другое преимущество – в конструкции фильтра отсутствуют какие-либо химические реагенты, что обеспечивает их экологическую безопасность.
Мембранные системы компактны и прекрасно вписываются в интерьер. Они просты в эксплуатации и не нуждаются в излишнем внимании со стороны пользователя.
Ультрафильтрационные системы. Описание, принцип действия. Отличия от обратного осмоса
Ультрафильтрацию, в отличие от обратного осмоса, используют для разделения систем, в которых молекулярная масса растворенных компонентов намного больше молекулярной массы растворителя. Например, для водных растворов принимают, что ультрафильтрация применима тогда, когда хотя бы один из компонентов системы имеет молекулярную массу от 500 и выше.
Ультрафильтрация заимствовала у обратного осмоса способы получения мембран, а также во многом подобна обратному осмосу и по аппаратному исполнению. Отличие заключается в гораздо более высоких требованиях к отводу концентрированного у мембранной поверхности вещества, способного формировать в случае ультрафильтрации гелеобразные слои и малорастворимые осадки.
Технологические возможности ультрафильтрации во многих случаях гораздо шире, чем у обратного осмоса. Так, при обратном осмосе, как правило, происходит общее задержание всех частиц. Однако на практике часто возникает задача селективного разделения компонентов раствора, т. е. фракционирования. Решение этой задачи является очень важным, поскольку при этом возможно отделение и концентрирование весьма ценных или редких веществ (белки, физиологически активные вещества, полисахариды, комплексы редких металлов и т. д.).
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. Это свойство ультрафильтрационных мембран задействовано для бытовых систем очистки воды.
Ультрафильтрационные мембраны бывают различных типов – одноканальные и многоканальные. Их изготавливают в виде плоских листов или полых волокон. Для систем водоподготовки обычно применят мембраны с полыми волокнами. Для бытовых систем ультрафильтрации, устанавливаемых под мойку, применяют одноканальные волокна с внутренним диаметром 0,8 мм или меньше, для исходной воды с высоким содержанием твердых веществ используются волокна с бóльшим внутренним диаметром – до 1,5 мм.
Малый диаметр применяемых волокон обеспечивает высокую плотность мембраны, простоту обратной промывки, малую загрязняемость, уровень эксплуатационных затрат, высокую проницаемость и в то же время высокую механическую прочность, обеспечивает целостность мембраны.
Механическая целостность мембраны напрямую зависит от наличия поврежденных волокон. Вследствие их малых размеров, одноканальные волокна подвержены повреждениям из-за высоких нагрузок, особенно во время частых циклов обратных промывок.
Обычно исходная вода проникает внутрь капилляров волокон, а отфильтрованная отводится с их внешней стороны (режим «in-out») Однако подача исходной воды может осуществляться и снаружи мембран, при этом отфильтрованная выходит из капилляров.
При обратной промывке направления потоков меняются на противоположные (в отличие от режима фильтрации).
На внешней поверхности волокон во время обратной промывки достигается большая скорость потока. Это обеспечивает выравнивание распределения потока вдоль всей длины волокна, что повышает эффективность удаления загрязнений из капилляров. При конфигурации «in-out» объем использованной загрязненной воды оказывается очень маленьким, так как вода проникает внутрь волокон и заполняет внутренний объем, который существенно меньше наружного.
Экономически выгодно производить обратные промывки через короткие интервалы времени, предотвращая образование загрязняющего слоя. При этом офф-лайновые химические промывки мембран можно будет производить гораздо реже.
Давление, необходимое для промывки фильтра, составляет 1–3 атм. Слив удаленных загрязнений происходит в канализацию.
Особенности монтажа и эксплуатации многоступенчатых систем
В сопровождающей технической документации на изделие фирмы-изготовители подробно указывают особенности монтажа и эксплуатации оборудования. Ниже приведены основные подходы/правила монтажа и эксплуатации многоступенчатых систем.
Монтаж оборудования
При монтаже оборудования необходимо соблюдать требования к проведению монтажных работ, гигиенические нормы и технические требования.
Устанавливать водоочистные устройства необходимо в отапливаемом помещении, чтобы избежать замерзания воды.
Место установки водоочистных устройств необходимо выбрать так, чтобы была возможность легкого доступа для обслуживания и замены картриджей.
Монтажное положение – установить на горизонтальном трубопроводе, учитывая направление потока.
Необходимо убедиться, что давление в системе водоснабжения соответствует требованиям, изложенным в инструкции производителя системы. Обратить внимание, что для многоступенчатой системы с технологий обратного осмоса при давлении ниже 2,8 атм следует использовать повышающий давление насос.
При первом запуске системы, а также при перестановке в место с другим качеством исходной воды и после замены мембраны и/или сменных элементов до окончания процедур наладки и промывки не рекомендуется использовать очищенную воду для питьевых нужд.
Присоединение многоступенчатых систем к водопроводу выполнить, используя комплект для врезки в водопровод.
Установить кран чистой воды на горизонтальной поверхности мойки. Если на поверхности мойки нет места для установки крана, то его можно смонтировать на поверхности стола.
Системы обратного осмоса, требующие промывки мембранного элемента, обязательно соединить с дренажной магистралью, используя комплект для врезки в дренаж.
В случае обнаружения протечек или других неисправностей следует прекратить подачу воды в систему.
Условия эксплуатации:
• Соблюдать температурный режим эксплуатации – температуру очищаемой воды и температуры воздуха в помещении. Не устанавливать рядом с источниками тепла более 40 °С.
• Соблюдать режим эксплуатации по давлению. Превышение давления в водопроводной сети может привести к порче оборудования и выходу его из строя. При необходимости установить в систему водоснабжения клапан понижения давления.
• Проводить своевременную замену фильтрующих элементов.
• Не превышать пропускную способность фильтра.