Мембранные технологии. Как выбрать мембранные фильтры их преимущества и недостатки Фильтр для воды проточный с мембраной

Продолжаем подраздел " " статьёй . Которая вообще-то должна была бы появиться раньше, чем статья "Ультрафильтрация для обеззараживания воды ", потому что ультрафильтрация — это подраздел большой группы мембранных систем очистки воды. И, если вы заметили, мы в разделе "Вода " стараемся двигаться от общего к частям. Однако, ультрафильтрация — это частный случай . И поэтому, чтобы не нарушать последовательность, мы забежали несколько вперёд. Но мы вернулись.

Мембранные системы очистки воды — это практически самые современные технологии очистки воды (и не только воды), которые широко используются в промышленности. Конечно, существуют и более современные технологии, не связанные с водой — но до их серийного производства пройдёт ещё очень много времени.

Почему мембранные системы очистки воды называются мембранными? Потому что в качестве рабочего элемента используется мембрана. Что такое мембрана? Мембрана — это полупроницаемый барьер из самых разнообразных материалов (металл, пластик, керамика), который что-то пропускает, а что-то нет. Иными словами, этот барьер позволяет разделять смеси на составляющие их компоненты.

Простой пример: мы имеем обычную воду. Это не что иное, как раствор (или смесь) воды и разнообразных вредных и ненужных примесей. И при применении мембранных систем очистки воды примеси отсеиваются, а вода остаётся. Чистая 🙂

Обратите внимание, мы не зря использовали слово "отсеиваются", потому что ближайший работающий по похожей технологии бытовой прибор — это сито для муки . Так, когда мы пользуемся ситом, то просеиваем муку (которая проходит через полупроницаемый барьер, сито), и выкидываем

• грязь,
• комки,
• тараканов и т.д.

— которые из-за своих размеров не проходят через полупроницаемый барьер.

Именно потому, что мембранные системы очистки воды используют принцип сита, отсеивая молекулы, их иногда называют "молекулярным ситом ". Конечно, строго говоря, самые маленькие молекулы отсеивают не все мембранные системы, а только система обратного осмоса, но это ведь уже нюансы. Тем более что молекулярное сито — это звучит гордо 🙂

Вы можете сказать: "Но, позвольте, ведь воды — это тоже, получается, мембранный процесс? Ведь там есть

• с одной стороны грязная вода — та самая смесь,
• есть полупроницаемый барьер — картридж (на котором задержаны примеси),
• и есть очищенная вода…"

На самом деле, в обще-теоретическом смысле, это именно так и есть. Но мембрана и картридж отличаются как день и ночь. В частности, по своему строению, благодаря чему картриджи механической фильтрации могут удалять лишь крупные примеси (типа песка или ржавчины), а мембраны — все намного более мелкие вещества.

Так, картридж — это просто куча чего-то, что мешает проходить грязи, грязь забивает картридж. По своей сути, первые мембраны выглядели и работали так же, как и картриджи для механической очистки — и забивались, как и обычные картриджи. Но постепенно технология создания мембран совершенствовалась, и современные мембраны вообще не похожи на картриджи. Как минимум, они очень тонкие (примерно как лист бумаги или чуть толще, если учитывать подложку). Ну и как максимум — они намного лучшеразделяют смеси.

Вернёмся к нашим ситам. Точно так же, как сито бывает

• крупным,
• мелким и
• сверхмелким,

мембраны в свою очередь делятся на различные категории по тому, что именно они пропускают, а что нет. Способность мембраны разделять зависит от двух важных вещей — от строения самой мембраны, и от того, за счёт чего происходит разделение.

Сначала разберёмся, за счёт чего происходит разделение на мембранах.

Разделение на мембранах происходит за счёт того, что с одной стороны у мембраны чего-то больше, а чего-то — нет. И с той стороны, где избыток, прилагается усилие в сторону недостатка. Например, с одной стороны больше содержания спирта, а с другой спирта нет. Мембрана пропускает спирт, и не пропускает всё остальное. Что происходит? Спирт постепенно просачивается на другую сторону в совершенно очищенном виде.

С помощью чего делается так, что с одной стороны у мембраны чего-то больше, а с другой — меньше? Разберём это на примере сита. Так, почему человек может просеять муку?

1. Ну, для начала он положил сверху на сито муку (то есть, с одной стороны избыток муки).
2. Во-вторых, он снизу оставил пустое пространство, чтобы муке было куда сыпаться (то есть, где муки нет).
3. Ну и, наконец, самое главное. Человек использует потряхивание (+ силу тяжести), прикладывает силу для того, чтобы мука начала просеиваться.

Таким образом, выполняется главная задача сита — отделить муку от тараканов, мух и камешков. Которые больше, чем ячейки в сите и поэтому не могут пройти на ту сторону.

Точно так же и в мембранных технологиях. С одной стороны смесь веществ, среди которых есть нужные и ненужные. С другой стороны ничего подобного нет. В лучшем случае, там только нужные (или только ненужные — смотря что пропускает барьер) вещества. И, наконец, на смесь веществ действует та или иная сила. Это может быть

• давление,
• температура,
• концентрация,
• какие-нибудь ещё процессы.

Результат такой же, как и у сита — мухи отдельно, котлеты отдельно. То есть, ненужные вещества в одну сторону, нужные — в другую.

Наиболее распространены мембраны, действующая сила которых — давление. Попросту с одной стороны на смесь веществ действует давление. Эти процессы имеют своё научное название (кому интересно — баромембранные процессы). В их состав входит и уже упоминавшаяся ультрафильтрация. Кроме неё к подобным мембранным системам очистки воды относят:

• микрофильтрацию
• нанофильтрацию
• гиперфильтрацию (обратный осмос).

В целом мембранные системы очистки воды в зависимости от диаметра ячеек и размеров удаляемых веществ выглядят так:

Ну а подробнее про разновидности мембранных систем очистки воды мы поговорим в следующих статьях.

Но вы можете быть уверены — если вам предлагают фильтр на основе мембранных систем — это более глубокая очистка, чем если бы это был фильтр механической очистки воды.

По материалам http://voda.blox.ua/2008/06/Kak-vybrat-filtr-dlya-vody-21.html

Как понятно из названия, в мембранных фильтрах для очистки воды применяется мембрана. Что же это такое?
В дословном переводе с латыни «membrana » – это кожица, перепонка. Конечно же,
для ее получения никто не обдирает шкуру с бедных животных или лапки гусей,
мембраны – это тонкие пористые пленки, которые изготавливают из синтетических
материалов: полипропилена, лавсана, фторопласта, полисульфона, ацетата
целлюлозы, полисульфона и даже керамики .
Различные виды мембран имеют следующие размеры пор (микроотверстий):

1. Микрофильтрационные
   – 0,02-4,0 мкм.
2. Ультрафильтрационные
   – 0,02-0,2 мкм.
3. Нанофильтрационные
   – 0,001-0,01 мкм.
4. Обратноосмотические
   – 0,0001-0,001 мкм.

Все мембраны используются в фильтрах для воды проточного типа:
первые два вида применяются в воды; третий вид используется в фильтрах умягчения воды, для
уменьшения концентрации солей жесткости, вызывающих накипь; и последний вид в
фильтрах обратного осмоса.

Промышленные и бытовые мембранные фильтры для очистки воды подразделяются по конструктивному типу применяемых мембран:

• фильтры с
  плоскими дисковыми мембранами;
• фильтры с
  трубчатыми мембранами;
• фильтры с мембранами
  рулонного типа;
• фильтры с
  половолоконными мембранами.

Все мембранные фильтрующие
устройства могут использовать как уплотняющиеся полимерные мембраны, так и керамические
мембраны с жесткой структурой. В бытовых фильтрах чаще всего применяются
мембраны рулонного типа и половолоконные.

Чем меньше размер пор мембран,
тем частицы меньшего размера они в состоянии задержать. При этом, с уменьшением
пор, возрастает сопротивление потоку воды и требуется большее давление для поддержания
процесса фильтрации.

Микрофильтрационная мембрана с размером пор 0,1-1,0 мкм задерживает мелкодисперсионные взвеси и коллоидные
частицы, вызывающие мутность воды. В основном, она используются при необходимости
грубой очистки воды или для ее предварительной подготовки перед более тонкой фильтрацией.

Ультрафильтрационная мембрана с размером пор от 0,01 до 0,1 мкм задерживает крупные органические молекулы, бактерии
и вирусы, коллоидные частицы, пропуская при этом растворенные соли. Данная
мембрана применяются в промышленных и бытовых мембранных
фильтрах для воды и обеспечивает высокое качество фильтрации вредных
примесей, при этом оставляя неизменным минеральный состав воды.

Нанофильтрационная мембрана ,
имеющая поры размером от 0,001 до 0,01 мкм, отфильтровывает крупные органические
соединения и пропускает до 90 % растворенных солей, в зависимости от их
структуры.

Мембрана обратного осмоса имеет
самые мелкие отверстия и потому обладает самыми селективными свойствами. Она отфильтровывает
все бактерии и вирусы, основную часть растворенных солей, органические соединения,
железо и тяжелые металлы, органические красители, придающие воде цвет,
пестициды, гербициды и инсектициды, смытые с полей и огородов.

Мембрана обратного осмоса задерживает
подавляющее большинство всех растворенных примесей, пропуская лишь молекулы чистой
воды, растворенные газы и небольшой процент минеральных солей. Данный тип мембран
применяется в промышленности, для получения воды высокого качества (разлив питьевой
воды, производство различных напитков,
фармацевтика, электронная и пищевая промышленность и т. д.).

Давайте внимательно
рассмотрим бытовой мембранный фильтр для воды . Поры мембраны обратного осмоса, из-за малых размеров, подвержены засорению
крупными примесями, поэтому для эффективной ее работы обязательна
предварительная подготовка водопроводной воды: грубая фильтрация, затем тонкая
очистка и умягчение слишком жесткой воды. Подготовленная вода должна подаваться
на мембрану с давлением не менее 3 Бар, иначе фильтрация будет проходить
слишком медленно. При недостаточном давлении воды в трубах применяются водяные
помпы, повышающие его до необходимого уровня.

Примеси вместе с водой, не
прошедшей через отверстия мембраны, смываются в дренаж, тем самым продлевая
срок службы этого фильтрующего элемента. Оставшиеся в отфильтрованной воде
растворенные газы (хлор, фтор) адсорбируются в финальной ступени очистки – угольном
фильтре. Промышленностью выпускаются обратноосмотические фильтры с
накопительным баком: через автоматический клапан в фильтр подается вода, пока
бак не наполнится. После его заполнения срабатывает автоматика, и фильтр
отключается до тех пор, пока не начнется разбор чистой воды. Это удобно тем,
что, несмотря на невысокую скорость фильтрации (малое давление на верхних
этажах старых домов), всегда есть оперативный запас питьевой воды.

Мембранный
фильтр для воды позволяет Вам не зависеть от поставщиков очищенной бутилированной
воды, получая ее в домашних условиях и к тому же, по более выгодной цене. Пейте
чистую воду и будьте здоровыми!

Современные системы водоснабжения серьезно продвинулись в своем развитии. Теперь человек может создать полностью автономный комплекс водоснабжения без особых затрат. Качество воды же, наоборот, со временем не улучшается. Что приводит к необходимости использования специальных фильтров для очистки жидкости.

Одними из самых популярных и эффективных фильтров такого типа считаются мембранные, которые способны очищать воду на молекулярном уровне. О них сейчас и пойдет речь.

1 Особенности и Принцип работы

Мембранные фильтры для очистки воды относятся к так называемым «системам глубокой очистки» и применяются для избавления воды от вредных составляющих, часто — в составе систем водоподготовки (нескольких последовательных очистных устройств для воды различного назначения).

Основным элементом такого фильтра, а также фильтра, работающего по технологии , является мембрана, которая изготовлена из синтетических материалов. В мембране есть отверстия (поры) и когда через мембрану проходит поток воды – она задерживает частицы, которые больше диаметра пор. Таким образом, на выход поступает вода, избавленная от примесей.

Очистительные системы на основе фильтрационных мембран с различным диаметром пор применяются для бытовых нужд, а также – для получения сверхчистой воды медицинского и технического назначения, опреснения морской воды,

Также, трековая мембрана в специальной комплектации может применяться и для очистки воды в чрезвычайных ситуациях, при этом её ресурс работы позволяет многоразовое использование.

1.1 Виды мембранных фильтров для воды

Мембраны, которыми оснащается фильтр, могут отличаться по строению и диаметру пор. Мембрана может быть:

• Микрофильтрационной (поры — до 4 мкм);
• Ультрафильтрационной (от 0.2 до 0.02 мкм);
• Нанофильтрационной (или трековая) (0.01 – 0.001 мкм);
• Обратноосмотической (0.001 – 0.0001 мкм).

В зависимости от размера пор изменяется и назначение фильтра: он может обеспечивать очистку воды от коллоидных загрязнений (самые большие по размерам частицы), может останавливать ионы тяжёлых металлов, или же – производить практически полную деминерализацию воды (обратный осмос).

Обычно, мембранный фильтр, работающий по технологии обратного осмоса, выделяют в отдельную разновидность, но указанные узлы могут входить в состав одной системы очистки. Также, стоит учитывать, что мембрана з меньшим размером пор требует, чтобы предварительная была проведена до прохождения через него – так что нужна будет система пред-фильтрации.

Мембраны также отличаются по форме и структуре волокна, которое используется для их создания. В результате тот или иной тип мембраны имеет различную рабочую площадь, что напрямую влияет на производительность фильтра (как он работает и с какой скоростью).

Выделяют следующие виды мембран для фильтров:

• Половолоконные мембраны;
• Трубчатые мембраны;
• Мембраны рулонного типа;
• Плоские дискообразные мембраны.

Соответственно, фильтр мембранного типа может быть установлен в сменный корпус картриджа, совместимого с последовательной системой фильтрации.

1.2 Плюсы и минусы

Фильтры, в которых используется ультрафильтрационная мембрана или фильтры, работающие по технологии обратного осмоса, подходят для фильтрации воды для питья. При этом, вторая разновидность также полностью удаляет накипь. Следует отметить, что водопроводная вода, которая была пропущена через обе разновидности – пригодна для питься без кипячения.

Из минусов использования мембранных фильтров для воды обычно указывают то, что степень деминерализации воды может быть излишней, поскольку мембрана не пропускает также и полезные для организма человека вещества.

Существует зависимость от размера пор мембраны, рабочей площадью и давлением в системе подачи воды – эти свойства следует учитывать при установке мембранного фильтра, как составляющей комплексной очистки воды. Фильтры этого типа требуют доступа к дренажу сточных вод, а это включает дополнительные работы при установке.

Мембраны с крупными порами не требуют дополнительного давления для работы . Обычно, чем тоньше мембрана, тем выше её производительность, но чем меньше её поры – тем большее дополнительное давление следует прилагать, когда фильтр работает, чтобы поддерживать напор воды.

1.3 Как выбрать и что лучше купить?

Кроме мембранных фильтров существуют и другие, функционирующие по иному принципу. Поэтому, первым определяющим фактором будет то, от каких примесей или вредных составляющих нужно избавить воду. В зависимости от того, в чём именно вода отличается от санитарных норм следует и подбирать очистную систему.

В фильтрах картриджного типа предусмотрена возможность установки нескольких различных блоков (т.е. – это не один корпус). Вполне возможно, что в конкретном случае, к примеру, будет достаточно , а фильтр на основе ультрафильтрационной мембраны или фильтр, работающий по технологии обратного осмоса, не является необходимым.

К примеру, такая ситуация может возникать, когда содержание солей тяжёлых металлов в воде в пределах санитарной нормы.

Установка фильтра, работающего по технологии обратного осмоса, обязательно потребует производить предварительную фильтрацию подаваемой воды (то есть – установку дополнительных фильтров) и создавать давление не ниже определённого (как правило — не менее 3 бар).

Без такого давления в системе функционирование технологии обратного осмоса просто невозможно, так как вода не сможет с должной скоростью проходить через мелкие мембраны. А это приведет либо к замедлению процессов очистки, либо к их полной остановке.

2 Как очистить фильтрационную мембрану?

Необходимость чистки или замены фильтрующей мембраны и срок её службы, во многом зависят от качества воды, которая подаётся на фильтр, а также от её количества. Поэтому определить универсальное время, когда мембрану нужно заменить или очистить – достаточно сложно (в среднем от полугода до четырёх лет).

В случае, когда пользователь не стеснён в средствах – мембрана в фильтре может быть просто заменена (в фильтре картриджного типа достаточно просто заменить один блок на другой). Одним из вариантов решения данной проблемы может быть не замена, а промывка фильтрующей мембраны.

В фильтрах некоторых производителей также может быть предусмотрена промывка мембраны, режим которой предполагает подачу воды на мембрану со стороны, противоположной обычному потоку или резкий сброс давления.

Промывка мембраны таким способом может организована и непосредственно пользователем (если корпус и конструкция фильтра это позволяют). Мембрана извлекается и полощется просто в воде, воде с мылом или в воде с лимонной кислотой. Кроме того, мембрану можно промыть, направив на неё струю воды того же состава.

Также возможен вариант, когда в пятипроцентный раствор лимонной кислоты и тёплой воды погружается корпус фильтра полностью на время около пяти часов, после чего промывается чистой водой. Поле этого, первые полчаса воду, которая будет поступать из фильтра использовать нельзя.

Периодическое проведение таких процедур существенно увеличит срок службы мембраны. Не в быту промывка (регенерация) мембраны производится с помощью более сложных щелочных или кислотных реагентов, очистить мембрану таким способом на дому не представляется возможным.

Процедура очистки промышленных мембран, которые применяются для опреснения воды или для фильтрации сточных вод достаточно комплексная и производится с помощью предусмотренных самими механизмами режимов работы.

2.1 Установка мембранного фильтра – этапы и особенности процесса

В случае бытовой и самостоятельной установки мембранного фильтра или фильтра, работающего по технологии обратного осмоса (обычно ставятся «под мойку», непосредственно к крану, который планируется использовать как питьевой, и подключаются к колену для слива сточных вод) – нужно выполнить определённую последовательность действий.

Нужно очистить пространство, где будет размещён фильтр и перекрыть воду. Далее следует раскрутить соединение, которое идёт от магистрали на смеситель.

В линию устанавливается тройник на резьбу и шаровой кран на него, что позволит подать на фильтр воду. Также, производится установка крана для питьевой воды в мойку и просверливание отверстия в колене для сточных вод. Если давление в основной системе подачи воды больше 6 бар – может понадобиться установить редуктор давления (проверять манометром).

Далее происходит сборка фильтра, работающего по технологии обратного осмоса, согласно инструкции и соединение фильтра с системой подачи воды и слива сточных вод. При этом нужно следить, чтобы согласно схеме были правильно соединены также выводы для сточных вод и шланг подачи на кран питьевой воды.

Очистка воды от вредных примесей актуальна не только при ее использовании в качестве питьевой, но и для технических нужд, где высокая минерализация приводит к появлению накипи, засорам в сантехническом оборудовании и арматуре, некорректной работе бытовой электротехники. Один из эффективных способов борьбы с вредными компонентами — мембранный фильтр для очистки воды, широко применяемый в промышленном производстве и бытовом хозяйстве.

На рынке представлен ряд мембранных устройств для водоочистки от разных производителей, при их выборе следует учитывать характер загрязнений, целевое назначение очищенной воды и объемы ее потребления. При самостоятельном монтаже систем с использованием мембранных фильтров важную роль играет степень загрязнений — при их большой интенсивности требуется использование фильтрующих устройств предварительной очистки и умягчения. Чтобы правильно собрать систему очистки воды с использованием любого типа фильтров, необходимо провести лабораторный анализ ее химического состава, данное условие является обязательным при водозаборе из скважин и колодцев частных домов, загородных дач.

Мембранный фильтр для воды относят к устройствам глубокой очистки, благодаря малым порам фильтрационного материала он способен отсеивать загрязнения диаметром от 0,0001 мкм. Чтобы понять, что представляет собой такой фильтр, рассмотрим поэтапную технологию его производства:

• Нарезают полипропиленовую сетку на прямоугольники необходимой длины и ширины, она служит прокладкой между слоями фильтрующего материала.
• Отрезают куски полиэстера равного с сеткой размера, в нем имеются мельчайшие каналы, через которые проходит вода и задерживаются вредные примеси, материал является фильтрующим элементом мембраны.
• Полиэстер укладывают в стопки по 15 листов и скрепляют между собой высокочастотными акустическими волнами по технологии ультразвуковой сварки, получая один из сборочных элементов устройства — фильтратор.
• Разматывают рулон из специальной фильтровальной бумаги и пропускают ее через смесь жидкого пластика с растворителем, которым покрывает одну из сторон, после застывания пластика и испарения растворителя на бумажной ленте формируется уникальная мелкоячеистая структура мембраны.
• Мембрану раскладывают на столе, накрывают ее сверху сеткой размером в 2 раза меньше, и заворачивают вторую часть ленты наверх — получают своеобразный конверт из двух фильтрующих поверхностей, между которыми расположена изолирующая сетка.

• На края пластиковой трубки с круглыми отверстиями по всей длине наносят клей и прикладывают к нему стопку из ряда полиэстерных фильтраторов, закрепляя на трубе скотчем.
• Укладывают на первый лист полиэстера мембранный конверт с сеткой посередине и приклеивают его по краям, сверху накладывают следующий лист фильтратора, мембрану и снова проклеивают.
• Операцию повторяют несколько раз (число фильтрующих мембранных слоев зависит от качества фильтра), получая в итоге своеобразный мембранный сэндвич. В недорогих бытовых устройствах количество наматываемых на дренажную трубку рукавов не превышает одного — двух, в высокотехнологичных промышленных установках, где требуется высокое качество очистки, число фильтрующих слоев достигает 15.
• Начинают вращать трубку, наматывая на нее все собранные в единое целое элементы фильтра, сверху сжимают и закрепляют фильтрующие слои скотчем.
• По краям устанавливают торцевые пластиковые наконечники и фиксируют их на клей.
• Наматывают на цилиндрическую поверхность фильтра стекловолоконную проклеенную нить с необходимым натяжением, излишки клея убирают. После высыхания клеевого состава на поверхности фильтра образуется прочная стекловолоконная оболочка.

Бытовые фильтраторы в процессе производства собирают из четырех листов в следующей последовательности: мембрана, поддерживающий полиэстерный фильтратор, полиэтиленовая подложка, сетка. Листы складывают вместе в один рукав и наматывают на дренажную трубу, в фильтре их может быть несколько, уложенных вплотную друг другу и скрученных в спираль.

По рассмотренной выше технологии изготавливают наиболее популярные рулонные мембраны, также на рынке встречаются мембранные умягчители в виде дисков или изготовленные из других материалов (керамика).

Принцип работы

Рулонные фильтры для воды мембранного типа чаще других используют в системах бытовой водоочистки, их принцип работы основан на пропускании жидкости через специальную мелкоячеистую мембрану на пропитанной бумажной основе и отвода загрязнений с частичным улавливанием полиэстерным фильтратором. Он необходим для корректной работы системы — чтобы фильтр действовал, вода подается на мембрану под давлением, при этом слой полиэстера создает сопротивление на пути водного потока и препятствует его выходу через очиститель. При его отсутствии вода под давлением беспрепятственно проходит через фильтр в продольном направлении, не продавливаясь в мембрану и затем в дренажную трубу.

Работа мембранного рулонного фильтра состоит из следующей последовательности технологических операций:

• Очищаемая вода поступает в торцевую часть фильтра и проходит вдоль мембраны, с этого конца внутренняя пластиковая трубка запаяна и не имеет дефрагментации.
• С другого конца корпус закрывает крышка с выходным штуцером малого диаметра, ограничивающего давление. В результате внутри появляется избыточный напор и очищаемая вода продавливается сквозь ряд мембранных фильтров к круглым отверстиям на центральной трубе.
• В процессе продавливания все частицы, размер которых превышает диаметр ячеек мембраны, собираются в полиэстерном фильтраторе и между ячейками сетки, а затем вымываются проходящим потоком воды.

Важно: При отсутствии промывания фильтрующей системы проточной водой мелкие ячейки мембраны забиваются вредными примесями в короткое время и она перестает выполнять свои функции.

• Таким образом, фильтруемая жидкость движется одновременно вдоль фильтра и в радиальном направлении, просачиваясь в мембрану, скрученную в спираль. Очищенная вода (пермеат) через центральную дренажную трубу выводится наружу, а загрязненная жидкость (концентрат) с высоким содержанием вредных примесей собирается у выходного торца фильтра после продольного прохождения через сетку и полиэстеровую подложку.
• Солевой концентрат отводится в накопительную емкость для дальнейшего использования в бытовом хозяйстве или утилизируется путем слива в канализационную систему.

Как видно из принципа действия данного фильтра, значительная часть очищаемой жидкости (около 3/4) содержит высокую концентрацию вредных примесей и сливается, поэтому при бытовом использовании подобных систем следует продумывать вопрос о рациональном использовании этих водных объемов в хозяйственных целях.

Совет: Неплохой выход из ситуации большого расхода воды в квартирах с приборами учета — врезка в трубопровод тройника с обратным клапаном, через который загрязненный раствор направляют обратно в водопроводную систему. Фильтр включают во время бытового использования воды (мытье посуды, принятие ванн) и концентрат сразу расходуется в хозяйственных целях.

Конструкция фильтрующей системы на основе мембран

В продаже имеется большое количество бытовых фильтрующих систем мембранного типа от отечественного производителя, заслуживших положительные отзывы потребителей, к ним относят известные бренды: Аквафор, Гейзер, Исток, Новая вода, Atoll, Роса. Типовые модели с обратным осмосом состоят из следующих элементов:

• Фильтр первичной очистки . Из водного потока удаляет крупные механические частицы размером от 5 мкм, мелкие песчинки, взвешенную грязь, ржавчину. Картридж данного фильтра часто изготавливают из вспененного полипропилена, с его помощью производится механическое очищение воды от взвешенных загрязнений.
• Адсорбционный фильтр . Фильтрующим элементом очистителя является активированный уголь, поверхностный слой которого впитывает в себя вредные вещества из воды. Уголь отлично очищает воду от хлорных соединений, органических примесей.
• Высококачественный фильтр доочистки . Наполнителем картриджа является брикетированный активированный уголь, удаляющий из жидкости механические частицы диаметром до 1 мкм и производящий доочистку хлорных соединений и органики.
• Обратноосмотический мембранный фильтр . Удаляет из воды все частицы размером от 0,001 до 0,0001 мкм или 96 – 98% всех загрязнений, в эту категорию попадают нерастворимые двухвалентные оксиды металлов (марганец, калий, железо), органические примеси, бактерии и вирусы.
• Минерализатор. Очищенная стерилизованная дистиллированная вода не имеет в составе полезных для здоровья человека минералов и солей, которые были удалены в процессе очистки вместе с вредными примесями. При использовании в качестве питьевой, ее пропускают через проточный минерализатор с минеральными солями, насыщая воду, они повышают ее вкусовые качества и делают полезной для здоровья.
• Накопительный бак . Питьевую воду отправляют в металлический накопительный бак с целью использования в любое время без ожидания завершения процесса очистки.
• Электронный модуль управления (дополнительно, нужен при низком давлении воды в водопроводе) . Запускает нагнетательную помпу при опустошении накопительного бака, производит очистку системы в автоматическом режиме.

Классификация мембран по размерам пор

Мембраной называют тонкую эластичную пленку, закрепленную на несущей поверхности по периметру, данное определение не слишком подходит для систем водоочистки, где назначение мембранных гибких пластин — фильтрация воды.

Поры используемых в водоочистке материалов способны пропускать примеси разных диаметров, учитывая данный фактор, сложилась система разделения мембран по размерным параметрам пропускаемых частиц на следующие группы:

• Микрофильтрационные (1-0,1 мкм) . Включения с таким размером имеет мутная вода и сточные серые стоки, подобные фильтры также используются для очистки воды от крупных коллоидных частиц и крупнодисперсных органических примесей. Фильтры подобной очистки относят к разряду механических, в бытовых системах предварительной водоочистки аналогичные функции выполняет полипропиленовый картридж.
• Ультрафильтрационные (0,1-0,01 мкм) . Отсеивают мелкие коллоидные примеси и высокомолекулярные соединения, водоросли, бактерии, трехвалентные нерастворимые оксиды металлов.
• Нанофильтрационные (0,01-0,001 мкм). Используются в системах для умягчения воды, способны очищать жидкость от растворимых двухвалентных оксидов железа, калия, марганца, хлора, различного вида красителей.
• Обратноосмотические (0,001-0,0001 мкм) . Фильтры глубокой очистки эффективностью до 99%, получили широкое распространение в промышленном опреснении морской воды. Удаляют из жидкости все соли и оксиды металлов, бактерии, нефтепродукты, красители, пестициды. Системы обратного осмоса широко используются в медицине, пищевой и химической промышленности для получения стерилизованной воды.

При выборе водоочистной установки важным критерием является давление в системе, для больших размеров пор в мембранах достаточно 1 — 2 атмосфер, наивысший напор требуется для фильтров обратного осмоса — минимум 3 атмосферы.

Типы мембранных фильтров по конструктивному исполнению

Помимо размерных параметров, мембранные фильтры в зависимости от конструктивного исполнения делят на следующие виды:

Дисковые . Данный вид фильтров нечасто используют в бытовом хозяйстве, микропористые мембраны чаще применяют в промышленной сфере для водоочистки больших объемов воды в крупногабаритных установках. Материалом их изготовления является капрон, полиамид, полиэфирсульфон, фторопласт, полиэтилентерефталат (лавсан), ацетилцеллюлоза. В процессе производства очистительные элементы с мембранами располагают в фильтрах следующими способами:

• бесподложечным, фильтратор выполнен из однородного материала;
• армированным с тканевой или полимерной сетчатой основой;
• подложечным — с основой из прочного крупнопористого материала.

На рынке водоочистного оборудования можно приобрести дисковые Гейзер из полимерных материалов со встроенными канавками, пропускающие частицы размером от 100 мкм.

Трубчатые. Имеют простую конструкцию в виде трубки из пористого материала, в которую фильтруемая жидкость поступает через торцевую крышку с отверстиями и затем выдавливается наружу под давлением, проходя через поры мембранного очистителя. Материалами изготовления корпуса мелкопористой мембраны могут быть керамика, металлокерамика, пластик, сплавы различных металлов.

Рулонные . Устройство подобных фильтров было рассмотрено выше, они представляют собой намотанный на дренажную трубку сэндвич из пленки обратного осмоса, полиэстеровой подложки, полиэтиленовой пленки и сетки. При их работе вода из торцевой части попадает на мембрану и стекает по спирали в дренажные отверстия, а концентрат с примесями утилизируется или используется для хозяйственных нужд.

Половолоконные. Данный тип мембран рассчитан для промышленного применения, представляют собой очень мелкие фильтрационные трубочки, сложенные в пучок. Очищаемая жидкость проходит сквозь капилляры в их стенках, диаметр которых препятствует прохождению примесей более крупных размеров. Подобную конструкцию имеют ультрафильтрационные мембраны, отсеивающие частицы диаметром от 0,1 мкм.

Треково-мембранные . Подобного вида мембраны изготавливают из тонких пленочных полимеров толщиной 12 — 23 мкм методом бомбардировки поверхности ионами криптона, в результате появляются сквозные каналы с фиксированным диаметром до 0,05 мкм (для полиэтилентерефталатной пленки). Одно из простейших приспособлений на их основе, используемое для водоочистки в бытовом хозяйстве, представляет собой пленочную мембрану с диаметром отверстий 0,2 — 0,4 мкм, помещенную в закрытый пластиковый футляр.

Для работы устройства его корпус погружают в емкость с водой и подключают сливную трубку, опуская ее ниже уровня жидкости в резервуар (банку) для сбора отфильтрованной воды. Перед фильтрованием воду подсасывают и после того, как струйный режим перейдет в капельный (мембранный фильтратор включается в работу), начинают собирать фильтрат.

Трековые мембранные фильтры тонкой очистки воды, средняя цена которых порядка 700 руб., не требуют электроэнергии, приспособление можно брать с собой на дачу, в отпуск с условиями дикого проживания, туристический поход. Преимуществом трековой системы является простота в обслуживании — после забивания пор походный мембранный фильтр для очистки воды разбирают, снимают очиститель, протирают его чистой губкой от налета под струей воды и погружают в раствор 5% лимонной кислоты для восстановления.

На рынке водоочистительного оборудования реализуется широкий ряд трековых фильтраторов, популярные бренды — Нерокс, Капель, Снежинка.

Плюсы и минусы мембранных фильтров

Среди всех разновидностей мембранных фильтров в бытовом хозяйстве нашли применение установки обратного осмоса с начальной стоимостью около 6000 руб., обладающие высочайшей эффективностью водоочистки. К их положительным качествам относят:

• Высокую чистоту отфильтрованной воды, в которой отсутствуют все виды бактерий, микробов, вирусов, оксиды металлов, вызывающие накипь.
• Система фильтрации имеет простую конструкцию и может самостоятельно обслуживаться потребителем.
• В отличие от популярных бытовых альтернативных методов очистки с аэрационными установками и ионообменными смолами, система обратного осмоса занимает небольшое пространство под мойкой.
• Срок эксплуатации мембранного фильтра благодаря технологии с постоянной прочисткой его поверхности проточной водой, превышает время использования картриджей в системах кувшинного типа и может доходить до 2-х лет. Системы, где предусмотрена автоматическая очистка мембраны, работают без смены фильтра 5 и более лет.

Несмотря на высочайшее качество очистки, мембранный фильтр с обратным осмосом имеет ряд недостатков, ограничивающих его широкое применение в быту:

• При эксплуатации установок с данным методом фильтрации эффективно очищается лишь 1/4 часть поступающей воды, остальную придется сливать в канализацию или искать ей применение в хозяйственных целях.
• Высокое качество очистки требует сильного давления в системе до 10 атмосфер для продавливания воды через мелкоячеистую мембрану, такой напор можно достичь только с использованием электронасоса, для работы которого требуется электроэнергия — это существенно повышает эксплуатационные расходы.
• Для корректной работы мембраны обратного осмоса вода перед фильтрацией должна проходить предварительную очистку — в результате дополнительно используют три фильтра (стандартный комплект Аквафор трио, Роса). В двух из них угольные картриджи подлежат обязательной периодической замене, что приводит к дополнительным расходам.

• Проходя через систему обратного осмоса, вода теряет полезные для здоровья человека минералы и становится безвкусной, поэтому для улучшения вкусовых качеств используют дополнительный узел минерализации с расходными компонентами.
• По сравнению с другими системами, фильтр обратного осмоса имеет довольно низкую производительность (максимум 0,12 л/мин у популярной модели Гейзер Престиж) и используется только для получения питьевой воды.
• Многие пользователи жалуются на шумную работу автоматической системы, включающей нагнетающий воду электронасос после опустошения накопительного бака, иногда электроника путается в работе и постоянно включает и отключает помпу.
• Средняя стоимость обратноосмотического фильтратора около 7500 руб. без нагнетательной помпы — такие расходы не каждому по карману.

Как чистить фильтр обратного осмоса

Необходимость и периодичность очистки обратноосмотической установки зависит от качества воды, объемов фильтрации и давления в системе, при наличии автоматики со встроенной функцией водоочистки срок использования картриджа может доходить до 6 лет.

Если в конструкции установки не предусмотрена возможность автоматического обслуживание фильтра, его можно промыть самостоятельно одним из следующих методов:

• Достать картридж и направить в него струю воды в обратном направлении, из-за небольшого давления она будет проходить фильтрующие слои насквозь, вымывая отложения. После промывки фильтр можно положить в воду с лимонной кислотой на несколько часов.
• Современные конструкции бытовых фильтров отличаются невысокой прочностью корпуса, состоящего из нескольких слоев полимерной пленки. Ее довольно просто размотать, затем выпрямить 2 спиральных рукава, в которых легко отделить фильтр, сетку и подложку друг от друга. Можно опустить всю систему в емкость с водой и тщательно промыть ее составляющие с дальнейшим отстаиванием в растворе 5% лимонной кислоты. После высыхания картридж легко собрать обратно, скрепив корпус скотчем или изолентой.

В бытовом хозяйстве для получения питьевой воды высокого качества отлично зарекомендовал себя мембранный очиститель воды с обратным осмосом, производящий 95 — 98% фильтрование всех вредных и полезных для организма человека компонентов. Несмотря на массу недостатков (низкая производительность с утилизацией 3/4 водного объема, высокие эксплуатационные расходы, отсутствие полезных минералов) система не имеет конкурентов по качеству фильтрования и является лучшей для получения сверхчистой питьевой воды из коммунальных магистралей и индивидуальных водных источников.

Видео

Принцип работы системы обратного осмоса

Как рулонная мембрана фильтрует воду и ее устройство

Фильтр с трековой мембраной – как использовать

В воде может содержаться около 13 миллионов вредных веществ, употребление которых наносит вред здоровью человека. Часть людей просто кипятят воду, забывая о том, что не все микроорганизмы и примеси устраняются при этом.

Проблему решает мембранный фильтр для тонкой очистки воды, удаляющий с нее грязь, различные примеси, бактерии, вирусы, и при этом сохраняющий ее природный вкус и свойства.

Появились мембраны в XIX веке из обработанной клетчатки, но они не имели практического применения. Прототип современной мембраны был изобретен только в 1960 году.

Мембрана представляет собой полупроницаемую среду, которая пропускает воду и кислород, но задерживает примеси на своей поверхности.

Обычные фильтры устраняют крупный мусор, а мембранные фильтры для тонкой очистки воды способны удалить даже мелкие коллоидные соединения и частицы.

Чем меньше уловимое вещество, тем меньше должны быть поры мембраны для его задержания.

Виды мембран по размеру пор:

• мембрана микрофильтрации – 0,1-1,0 мкм;
• мембрана ультрафильтрации – 0,02-0,1 мкм;
• мембрана нанофильтрации – 0,001-0,02 мкм;
• обратноосмотическая мембрана – 0,0001-0,001 мкм.

С уменьшением размера пор растет рабочее давление воды для фильтрации. Мембрана для микрофильтрации задерживает коллоидные частицы и тонкодисперсные примеси.

Они довольно крупны (0,1 мкм) и способствуют помутнению воды. Эта мембрана используется для и подготавливает ее к дальнейшей фильтрации.

Мембрана ультрафильтрации устраняет коллоидные примеси и высокомолекулярные загрязнения, макромолекулы, бактерии, водоросли и т.д.

Но пропускает растворимые в воде соли. Ее применяют в фильтрах для воды, которую нужно очистить от механических примесей, сохранив солевой состав.

Важно! Мембрану нанофильтрации применяют для умягчения воды, имеющей повышенную жесткость, удаления хлорорганических веществ и ионов тяжелых металлов.

Одновалентные ионы задерживаются на 10-30 %. Преимуществом мембраны является пропускание до 90% солей, растворенных в воде, которые обеспечивают сохранение и пополнение жизненно необходимых элементов и солей в организме.

Обратноосмотическая мембрана устраняет практически все загрязнения и растворимые вещества, пропуская только воду, растворенные газы и немного солей.

Мембраной осуществляется глубокое обессоливание, способное опреснить даже морскую воду до 97 %. Так же отфильтровываются все вирусы, бактерии, нефтепродукты, пестициды, красители и т.д.

Видео: ультрафильтрационный мембранный фильтр

Разделение по конструктивному типу

Мембранные фильтры для тонкой очистки воды могут иметь разную форму мембран и площадь рабочей поверхности, и бывают таких типов: плоские дисковые, трубчатые, рулонные и половолоконные.

Фильтры с плоскими дисковыми мембранами

Дисковые мембраны производят в виде пленок таких видов:

• бесподложечные – из однородного вещества;
• армированные – тканевая основа с нанесенным пористым материалом;
• подложечные – с подложкой из крупнопористого материала и рабочего слоя.

Чаще всего обратноосмотические плоские дисковые мембраны бывают композитными тонкопленочными и состоят из нескольких слоев, выполненных из разных соединений.

За основу (1) в мембране применяют полотно из полистирола.

Слой полисульфона с микропорами (2) наносится на основу. Он должен хорошо проводить воду, но не сжиматься и деформироваться под давлением. Третий слой (3) выступает, как барьер, и изготовлен из ароматического полиамида.

С плоскими дисковыми мембранами производят аппараты по типу «фильтр-пресс». Они легко монтируются и удобны в эксплуатации.

Мембраны в аппарате заменяются довольно просто. Состоит фильтр из мембран (1), пористых пластин (2), крышек (4,5), шпилек (6) и коллектора (7).

С трубчатыми мембранами

Трубчатая мембрана – трубка из пористого материала (пластмассы, керамики, металлической ткани, металлокерамики и т.д.) с диаметром от нескольких миллиметров до пары сантиметров.

При этом она бывает симметричной и ассиметричной. У симметричной мембраны пористость по всему объему одинаковая. При изготовлении ассиметричной трубчатой мембраны формируют слой более плотного материала на одной из ее поверхностей.

Именно он определяет способность мембраны задерживать загрязнители и есть рабочим слоем в мембране. А крупнопористый материал исполняет функцию подложки-носителя и имеет дренажные свойства.

Через пористую трубу (1) с полупроницаемой мембраной попадает вода, которая фильтруется, проходя по трубе, и собирается в сборник (2), а концентрированное загрязнение выходит с отдельной трубки. Насос (3) увеличивает давление на исходный раствор, а дроссель (4) сбрасывает его на выходе.

В состав трубчатого мембранного элемента входят полупроницаемая мембрана (1), дренажный каркас (2) и прокладка (3), которая не дает вдавливаться мембране в каналы трубки и рваться под давлением.

Мембраны рулонного типа

В рулонном фильтроэлементе мембрана (2) и дренажные прокладки (3,4) накручиваются на дренажную трубку.

При попадании воды с торца, она течет по спирали и накапливается в дренажной трубке, а с противоположного торца выходит концентрат. Они обладают удобной формой и имеют тонкий рабочий слой, что обеспечивает мембране высокую производительность и небольшую склонность к засорению.

Преимуществом фильтров со спиральными мембранными элементами выступает высокая плотность упаковки мембран, механизированная сборка и низкая металлоемкость.

Половолоконные мембраны

Половолоконные мембраны выполнены в форме трубочек небольшого диаметра. Это позволяет поместить их большое количество в аппарат для фильтрования.

Тогда суммарная рабочая поверхность увеличивается во много раз в сравнении с мембранами большого диаметра, что обеспечивает высокую производительность фильтра.

Но контролировать поток жидкости вдоль каждого волокна довольно трудно, потому половолоконная мембрана может засорятся довольно часто и иметь проблемы при очистке.

Важно! Из-за этого фильтры требуют дополнительной очистки жидкости перед подачей на обработку. Волокна упакованы с высокой плотностью и составляют толстый рабочий слой мембраны, потому обладают небольшой пропускной способностью.

Принцип действия

Тонкая полимерная пленка, насыщенная порами – это и есть мембранный фильтр для тонкой очистки воды. Это лучшая в своем роде система, гарантирующая наивысший уровень фильтрации, удаляющая все загрязнения и вирусы, но сохраняющая полезные свойства воды и нужные микроэлементы.

Вода после фильтрации выходит:

• природная и полностью очищенная;
• биологически полноценная;
• насыщена природными минералами, нужными каждому человеку.

Примеси, задержанные мембраной, находятся на ее фильтрующей поверхности. Потому в фильтрах предусмотрена «тангенциальная» схема движения воды, при которой она собирается по обе стороны от мембраны.

Одна часть воды фильтруется через мембрану и очищается, а другая смывает загрязнение с поверхности и выводит его из зоны фильтрации в дренаж или другое место. Потому в узле мембранной фильтрации находится один вход и два выхода.

Мембранные фильтры для воды – лучшее доступное очищение воды в домашних и промышленных условиях. Отфильтрованную воду сразу можно пить без кипячения, так как с нее удаляются все вирусы, бактерии и микроорганизмы, а нужные организму соли остаются.

При этом вода фильтруется быстрее, чем в системе обратного осмоса, потому отпадает необходимость в накопительном баке.

Производительность мембраны становится больше при условиях:

• повышения площади мембраны;
• повышения давления в системе;
• уменьшения толщины мембраны;
• повышения температуры фильтруемой воды. 1°С — увеличение потока до 3%;
• небольшой концентрации примесей.

Сейчас существуют мембранные фильтры, работающие по немного другой схеме. Фильтр помещается в емкость с загрязненной водой и по трубочке выводится чистая вода в другую емкость. Это удобный способ фильтрации в походных условиях или тогда, когда нет возможности подключить систему к водопроводу.

В этом случае нужно время от времени очищать мембрану фильтра от загрязнения вручную. Чем грязнее вода, тем чаще это необходимо делать.

Можно промыть мембрану под проточной водой с губкой, но желательно применять для этого специальные растворы. Их выбирают исходя из стойкости мембраны и преобладающего вида загрязнений.

Кислотные растворы используют для удаления неорганических осадков (соли жесткости, гидроксиды). Щелочными смесями удаляют органические и биологические пленки, соединения кремния.

Важно! Серная и азотная кислоты не используются, так как могут повредить мембрану. Нужная концентрация зависит от кислоты: HCl — 0,2-0,5%, более слабые органические кислоты 1-2%.

Промывать мембрану лучше при температуре +40°С и большом давлении воды.

Видео: NEROX

Цены

Определяет цену на фильтр его производительность и степень загрязненности воды.