Материалы 

Фильтры для очистки воды мембрана. Как работает мембранный фильтр для воды? Что обуславливает высокий спрос

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

Сегодня обратноосмотическая мембрана по достоинству признана наиболее совершенной технологией очистки воды. Дело в том, что методика основана на использовании мембраны обратного осмоса, а этот элемент удаляет почти все известные в природе примеси.

Из этой статьи вы узнаете:

    Что собой представляет обратноосмотическая мембрана

    На какие характеристики обратноосмотической мембраны следует обращать внимание перед покупкой

Что такое обратноосмотическая мембрана

Как мы уже сказали, обратный осмос считается передовым вариантом освобождения воды от примесей. Принцип его действия: вода проходит сквозь обратноосмотическую мембрану, причем поры мембраны может преодолеть только вода, но не растворенные в ней примеси.

При помощи данной системы вода становится приближенной к дистиллированной. Посмотрим, что входит в качественную (полноценную) очистку воды фильтрами обратного осмоса. Жидкость очищается от магния, ртути, нитратов, нитритов, стронция, мышьяка, свинца, сульфатов, железа, хлора, большого количества бактерий и вирусов. Правда, отметим, что полностью удалить последние невозможно.

Как работает фильтр с обратноосмотической мембраной

Фильтры подсоединяются к системе водопровода. Из нее поступает исходная вода, которая должна подвергаться очистке, а удаленные примеси уходить в канализацию. Действие фильтра с установкой по принципу обратноосмотической мембраны состоит из таких шагов:

    предочистка воды;

    жидкость пропускается сквозь мембрану обратного осмоса;

    вода попадает в накопитель;

    финишная обработка воды;

    очищенная вода разливается через отдельный кран.

Предочистка воды. Эта ступень обработки воды невероятно важна. Дело в том, что обратноосмотическая мембрана по цене значительно превышает остальные сменные составляющие фильтра. Длительность ее эксплуатации непосредственно связана с состоянием воды, используемой для очистки. Во время предочистки три фильтра должны пропустить воду, чтобы допустить ее к очистке обратноосмотической мембраной.


В первую очередь, жидкость попадает в механический пятимикронный полипропиленовый фильтр. Он освобождает ее от нерастворенных элементов размером от 0,5 микрон, устраняет ржавчину, песок, а также прочие виды механических примесей. Потом угольный фильтр удаляет химические и органические вещества. Основная цель этого этапа очистки – фильтрация хлора и его соединений, нефтепродуктов, пестицидов, растворенного железа, тяжелых металлов и иных веществ органического и неорганического происхождения. Последним, одномикронным механическим фильтром удаляются механические примеси до 1 микрона, что следует из названия.

Основная очистка воды. Это непосредственная очистка обратноосмотической мембраной. Подчеркнем, что технология обработки воды мембранами обратного осмоса с использованием разницы давлений активно используется по всему миру. Вода очищается, проходя сквозь одну/несколько пористых мембран. Данные элементы производят из синтетических материалов, поры в которых по размеру не превышают 0,0001 микрон, через мембрану могут пройти исключительно молекулы воды.

Далее весь поток водопроводной воды делится на два: чистая вода, идущая в накопительный резервуар, и раствор повышенной плотности – его система сливает в канализацию. Через обратноосмотическую мембрану свободно проходят влияющие на вкус растворенные в жидкости газы, в том числе и кислород. После системы обратного осмоса вода становится свежей, вкусной и настолько чистой, что даже не надо ее кипятить.

На высококачественную очистку необходимо некоторое время, из-за чего производительность обратноосмотических систем не так высока. Скорость, с которой молекулы проходят сквозь мембрану, зависит от нескольких факторов. К наиболее существенным можно причислить давление жидкости, содержание примесей, степень нагрева воды, уровень проницаемости обратноосмотической мембраны. Применяемые в быту варианты оснащаются мембранами производительностью от 150 до 300 л в сутки.

Обработанная вода попадает в накопительный бак объемом 4–12 л (вместительность зависит от модели и производительности фильтра), где и накапливается. В то время как эта вода используется, фильтр самостоятельно доливает новую очищенную порцию. Накопительные баки состоят из высококачественной листовой стали, покрыты с внешней стороны эмалью. Внутреннее пространство резервуара силиконовая мембрана разделяет на две камеры. В нижней под давлением находится воздух. Это позволяет поддерживать в баке давление для полного слива воды: по мере падения объема воды в баке, силиконовая мембрана деформируется и выталкивает оставшуюся жидкость. Со стороны нижней камеры ставят ниппель, который при необходимости повышает и снижает уровень давления воздуха в баке. Сверху на баке резьба – для присоединения крана для подачи/забора жидкости.

Постфильтр – это еще один уровень очистки, гарантирующий чистоту полученной питьевой воды, попадающей к потребителю из бака через отдельный кран.

Кран очищенной питьевой воды устанавливается в кухонной мойке, в столешнице и подает чистую питьевую воду вне зависимости от основного потока жидкости, расходуемой в быту.

Также для системы с обратноосмотической мембраной клиент может купить дополнительные картриджи, обогащающие уже обработанную воду минералами и восстанавливающие ее природную структуру.

Минерализатор добавляет в воду магний, натрий, а также кальций, который является основной составляющей зубов, костей, важен для бесперебойной работы сердечной, нервно-мышечной систем. Магний в нашем организме участвует более чем в 300 биохимических реакциях и минимизирует риск развития склероза, рака, образования камней в почках. Натрий нормализует кислотность и уровень pH крови.

Биокерамический картридж возвращает воде ее природную структуру. Наполнителем в корпусе этого элемента системы с обратноосмотической мембраной являются запеченные глиняные шарики с турмалином. Данный минерал излучает волны длинноволнового инфракрасного диапазона. Это излучение входит в спектры излучения Солнца, непосредственно соседствует с красной частью видимой области спектра, передает в окружающую среду энергию. Под воздействием последней молекулы воды выстраиваются в правильную природную структуру. Специалисты называют испускаемое турмалином излучение (Far Infrared Radiation) «лучом жизни». Вода, которая прошла через картридж с такими гранулами, положительно воздействует на людей, растения, животных, запускает соматические клетки, стимулирует обмен веществ, кровообращение. На что еще влияют лучи FIR? Они активируют частицы воды, находящиеся в человеческом организме, борются с жирами, химическими веществами, токсинами в системе кровообращения, помогают работе нервной системы, снижают уровень кислотности, повышают количество кислорода.

Виды обратноосмотической мембраны

Общепринятой классификации обратноосмотических мембран нет. Из-за этого создатели и фирмы-производители представляют свои системы обозначений. В целом обратноосмотические мембраны делят на группы:

    по назначению – для обессоливания (задержки растворенных в воде электролитов, ПАВ), для опреснения морской воды, для разделения органических жидкостей и пр.;

    по своей геометрической форме – пленки (листы) и полые волокна;

    по способу получения обратноосмотические мембраны делятся на полученные посредством:

    формования из растворов, расплавов полимеров;

    создания полиэлектролитных комплексов в растворе/на подложке;

    нанесения, напыления активной матрицы на подложку;

    химической прививки активных групп к инертной матрице;

    вымывания, травления растворенных компонентов;

    осаждения на подложке продуктов гидролиза солей многовалентных металлов, суспензий алюмосиликатов, растворов полиэлектролитов и пр.;

    по морфологии – пористые и непористые, симметричные и ассиметричные, с жестким каркасом и без, изотропные, анизотропные, композитные (композиционные), импрегнированные и пр.;

    по величине , знаку заряда – сильно- и слабозаряженные, катионитовые (отрицательный заряд), анионитовые (положительный заряд).

На какие характеристики обратноосмотической мембраны следует обращать внимание

К ключевым характеристикам обратноосмотических мембран относятся:

    Удельная производительность, то есть объем обработанной жидкости, проходящей за единицу времени через единицу площади мембраны. То есть это количество пермеата (жидкости), которое может произвести 1 м 2 мембраны за сутки или за час. Обозначение: G, J. Единицы измерения: м 3 /м 2 ×день, м 3 /м 2 ×час (метрическая система); галлон/кв. фут×день (GFD), галлон/кв. фут×час (GFH) (англо-американская система).

    Селективность обратноосмотических мембран , иначе говоря, доля растворенного вещества, которую задерживает мембрана. При очистке обратноосмотической системой это описывается в терминах отражения NaCl в определенных рабочих условиях (давление, температура, pH, степень отбора концентрата, солесодержание).

    Солепроницаемость – это процентное отношение доли солей, не задержанных мембраной и попавших при обработке в готовую жидкость, к доле солей в воде, пришедшей из водопровода.

    Солезадержание, то есть процентное отношение объема растворенных солей, которые мембрана удержала, к объему солей в жидкости до обработки. Иными словами, это солепроницаемость (%), вычтенная из 100 %. Если мы говорим об однокомпонентном растворе, солезадержание соответствует селективности.

    Степень отбора пермеата (выход пермеата) выражается в процентах, это отношение объемов прошедшей обработку и исходной воды. В некоторых ситуациях применяется величина степени отбора концентрата – отношение количества концентрата к объему попадающий в фильтр жидкости.

Как производится промывка обратноосмотической мембраны

Есть три базовых критерия, которые говорят о необходимости промывки и/или дезинфекции обратноосмотического модуля (установки):

    снижение нормализованной селективности на 10 %;

    снижение нормализованной производительности на 10 %;

    повышение нормализованного гидравлического сопротивления на 10–15 %.

Под понятием «нормализованный» понимают приведение определенного показателя к стандартным условиям по рабочей температуре, давлению, расходным характеристикам потока исходной воды.

Для промывки фильтров с обратноосмотической мембраной используют обычную воду, а также раствор трилона Б (хелатообразующий реагент), гипохлорит натрия, лимонная кислота. При простой промывке такой тип фильтра полощут в нефильтрованной воде либо под струей воды (требуется достать картридж из пенала).

Если налицо сильное загрязнение фильтра, например, образование осадка сульфата кальция на обратноосмотических мембранах, его опускают, не вынимая из защитного корпуса, в 5%-ный раствор лимонной кислоты. Раствор делается таким образом: на стакан теплой (+40…+50 °С) воды кладут чайную ложку сухой лимонной кислоты. После чего фильтр оставляют в такой жидкости на 5–6 часов, далее промывают под струей воды и просушивают. Первые 0,5 литра воды, обработанной фильтром после промывки, не используют. Подобный уход за мембранным фильтром необходимо осуществлять раз в 3–4 месяца в зависимости от нагрузки.

Помимо этого, частота регенерации (промывки) фильтра с обратноосмотической мембраной зависит от загрязнения входящей в него воды. Если промывку приходится производить каждые 10–14 дней, требуется дополнительная предфильтрация.

Если вы собираетесь хранить фильтр, не используя в течение долгого времени, его требуется промыть с лимонной кислотой и дать высохнуть.

Чтобы качественнее удалить загрязнения с поверхности из пор мембраны, применяется технология обратных промывок. То есть чистая вода (фильтрат) подается сквозь мембрану в направлении обратном рабочему. Такого рода обработки осуществляются значительно чаще, чем регенерация обычных фильтров с зернистым наполнением – от 1 до 5 раз в час. Правда, они длятся всего 10–30 секунд, благодаря чему объем затрачиваемой жидкости равен 2–5 % от объема фильтрата.

Срок службы обратноосмотической мембраны

В первую очередь поговорим о картриджах предварительной очистки. Они устанавливаются перед обратноосмотической мембраной и необходимы для ее защиты и повышения продолжительности ее работы. Они удаляют из жидкости механические частицы, способные засорить полимерный материал, и хлор, также опасный для мембраны.

Очевидно, чем больше в водопроводной воде примесей, тем сильнее сокращается срок работы полимерного материала. Если картриджи для фильтров воды не отличаются высоким качеством и продуктивностью, мембрана быстро выйдет из строя.

По этой причине важно правильно выбрать фильтрующие элементы и в срок заменять их. Отметим, что если в кран поступает вода низкого качества с большим содержанием хлора или других примесей, требуется установить магистральный фильтр с подходящим именно для вашего типа воды картриджем. Он удержит большую часть примесей, упростив работу картриджей в обратном осмосе, защитит обратноосмотическую мембрану и увеличит срок службы этого дорогостоящего элемента. Это отличный выход для рачительных хозяев, поскольку магистральный фильтр увеличивает срок службы всех составляющих данной системы.

Итак, на срок работы мембраны влияют:

    качество водопроводной воды;

    качество картриджей, установленных перед мембраной;

    соответствие картриджей, находящихся перед мембраной, качеству воды;

    наличие магистрального фильтра;

    своевременность установки свежих картриджей перед мембраной.

Данные условия способны повлиять на срок службы обратноосмотической мембраны. В среднем, элемент требуется менять каждые три года. Подчеркнем, что прочие картриджи в системе необходимо обновлять раз в полгода. Только при таких условиях система будет давать воду хорошего качества.

Наша компания Biokit предлагает широкий выбор систем обратного осмоса, фильтры для воды и другое оборудование, способное вернуть воде из-под крана ее естественные характеристики.

Специалисты нашей компании готовы помочь вам:

    подключить систему фильтрации самостоятельно;

    разобраться с процессом выбора фильтров для воды;

    подобрать сменные материалы;

    устранить неполадки или решить проблемы с привлечением специалистов-монтажников;

    найти ответы на интересующие вопросы в телефонном режиме.

Доверьте очистку воды системам от Biokit – пусть ваша семья будет здоровой!

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.

Некоторые отрасли промышленности предъявляют повышенные требования к качеству воды. Например, для приготовления лекарств, микросхем она должна быть дистиллированной. Такое качество можно получить используя мембранные методы очистки воды.

К ним относятся: микрофильтрация, ультрафильтрация, обратный осмос, нанофильтрация, электродиализ. Принцип действия мембранных систем очистки воды основан на способности специально разработанных мембран пропускать молекулы воды и задерживать молекулы и ионы солей и других веществ, растворенных в воде. Вода, прошедшая через мембрану называется фильтратом, а оставшаяся - концентратом.

На фото: Мембранный элемент - Filmtec BW

Теория полупроницаемых мембран

Существует несколько теорий, объясняющих принцип действия полупроницаемых мембран:

1) Молекулы воды меньше по размерам, чем молекулы растворенных в ней веществ, поэтому они просачиваются сквозь поры мембраны, а примеси нет;

2) Вода диффудирует через перегородку быстрее за счет более высокого коэффициента диффузии;

3) Вода, находящаяся в толще мембраны в капиллярном или связанном состоянии, постоянно образует новые водородные связи с молекулами воды, находящимися в концентрате и таким образом «вытягивает» только чистую воду, потому что соли не могут образовывать водородные связи.

Материал и классификация мембран

Полупроницаемые мембраны – это главный элемент в системе. От их качества и типа напрямую зависит результат умягчения (удаления солей). Они должны быть достаточно прочными, селективными (способными пропускать некоторые вещества и задерживать другие), химически стойкими к растворам солей, долговечными. Основные материалы для производства мембран: полимеры синтетические и растительного происхождения, смолы, силикатные стекла, металлы, керамические материалы, стенки внутренних органов и т.д. Размер пор мембран колеблется от 0,1 до 10 мкм.

Считается, что разделение мембранной очистки на отдельные методы основано на размере пор мембран (по возрастанию):

1) Обратный осмос;

2) Нанофильтрация;

3) Ультрафильтрация;

4) Микрофильтрация.

Соответственно, методы дают разное качество очистки и имеют различные области применения.

Обратный осмос и ультрафильтрация – в фармакологии, медицине, пищевой промышленности;

микрофильтрация и нанофильтрация – обезжелезивание воды. В некоторых литературных источниках обратный осмос и ультрафильтрация преподаются как синонимами. Впрочем схема у них у всех одинакова: насосы подают очищаемую воду под необходимым давлением в ёмкость, где она проходит через мембрану. Отличие электродиализа состоит в использовании электрического тока, как движущей силы, вместо давления. В этом случае в емкость опускаются электроды (катод и анод), которые вызывают гидролиз солей и направленное движение ионов. Обычно электродиализные установки имеют не одну, а несколько полупроницаемых мембран.

Мембранные технологии отличаются от простого фильтрования тем, что загрязнения не скапливаются в мембране, а остается у ее поверхности в жидкости. Они удаляются следующими способами: поперечным потоком, обратной промывкой, ультразвуком.

Вода может содержать огромное количество примесей. Часть из них задерживается при помощи механических и адсорбционных фильтров, но другие компоненты проходят через очищающие системы, не задерживаясь в них. Избавиться от таких загрязнений поможет мембранный фильтр для очистки воды.

Рис. 1 Вариант устройства с мембранным фильтром

Мембранные очистные устройства относят к системам глубокой очистки. Их используют, чтобы избавить воду от множества вредных компонентов.

Главным фильтрующим элементом мембранного фильтра является пористая мембрана, изготовленная из синтетических материалов. Размеры пор бывают самыми разными, от этого зависит степень очистки. Когда вода проходит через такую мембрану, то все загрязнения, размер которых больше размера пор, задерживаются. На выходе получают чистую воду.

Мембранный фильтр имеет определенные плюсы и минусы. К достоинствам относят высокую степень очистки. Воду, которая прошла через обратноосмотическую или ультрафильтрационную мембрану, можно пить без предварительной обработки. Эти мембраны имеют очень малый диаметр пор, поэтому через них проходят практически исключительно молекулы воды, а примеси остаются с другой стороны.

Отрицательные моменты включают зависимость работы фильтра от напора воды. Чем меньше размер пор мембраны, тем выше требуется напор, чтобы вода через них проходила. Мембранный фильтр потребляет значительное количество воды. Она требуется и для того, чтобы оставшиеся загрязнения смывать в канализацию.

Поскольку загрязнения смываются в канализацию, требуется сделать отвод. Это усложняет процесс монтажа.

В некоторых случаях к минусам относят и высокую степень деминерализации. Вода лишается всех солей, что негативно отражается на ее вкусовых характеристиках.

Разновидности мембран по степени очистки

Мембраной называют полупроницаемую поверхность, которая свободно пропускает молекулы воды и газов, но задерживает прочие вещества. Крупные включения из воды удаляются при помощи механических и других разновидностей фильтров. Мембранный фильтр используют для очищения от частиц небольшого размера, коллоидных включений.

По размерам пор выделяют мембраны:

  • микрофильтрационные – 0,1-1 мкм;
  • ультрафильтрационные – 0,02-0,1 мкм;
  • нанофильтрационные – 0,001-0,02 мкм;
  • обратноосмотические – 0,0001-0,001 мкм.

Микрофильтрационный мембранный элемент устраняет коллоидные и тонкодисперсные загрязнители. Они делают воду мутной и относятся к относительно крупным включениям. Растворенные вещества такая мембрана не задерживает.


 Рис. 2 Уровень очистки мембранными устройствами

Ультрафильтрационная задерживает коллоиды, высокомолекулярные включения, микроорганизмов. Она помогает убрать из воды многочисленные примеси, но полностью сохраняет солевой состав, т.е. для смягчения воды она не подходит.

Для устранения жесткости, ионов тяжелых металлов и соединений хлора используют мембраны нанофильтрации.

Мембрана обратного осмоса задерживает все загрязнения, содержащиеся в воде.

Виды мембранных фильтров по характеру конструкции

Существующие мембранные фильтры разделяются на группы по особенностям конструкции. Они отличаются формой мембран и бывают следующих видов.

Устройства с дисковыми мембранами плоской формы

Дисковые мембраны представляют собой пленки трех вариантов. Они бывают бесподложечными, т.е. сделанными из однородного материала, армированными и подложечными. Армированные состоят из тканевой основы, на которую нанесен пористый фильтрующий состав. Подложечные – двухслойные. Рабочий слой располагается на подложке из материала с крупными порами.


Рис. 3 Работа дисковых фильтров

Обычно плоские дисковые мембранные элементы являются тонкопленочными и представляют собой композитный материал. Они включают несколько слоев, которые состоят из соединений разного характера.

Фильтры с трубчатыми элементами

Трубчатые фильтрующие мембраны представляют собой трубку, которая сделана из пористого материала. Это может быть керамика, пластик, металлокерамика и некоторые другие варианты. Диаметр трубки бывает от нескольких миллиметров до двух сантиметров.

Рис. 4 Трубчатые мембранные фильтры

По толщине стенок трубки бывают симметричными и асимметричными. У первого варианта стенки одинаковой толщины и пористости по всей длине трубки. У второго варианта – часть стенки плотнее, с меньшим количеством пор, чем другая.

Вода нагнетается в пористую трубку при помощи насоса, проходит через поры и фильтруется. Очищенная жидкость собирается в специальную емкость, а концентрированный раствор загрязнений сбрасывается в канализацию.

Фильтры с рулонными мембранами

Рулонный фильтрующий элемент состоит из дренажной трубки, на которую наворачиваются слои материала. Мембрана с двух сторон закрывается дренажными прокладками. Получается трехслойный пласт, который накручивают на трубку.

Вода попадает с торцевой части, проходит по спирали через материалы и выходит в дренажную трубку. Растворенные загрязнения выходят с другой торцевой части рулонного фильтра.


 Рис. 5 Рулонные мембранные фильтры

Рулонные мембранные конструкции имеют удобную форму. Они отличаются рабочим слоем небольшой толщины, что делает данный вариант высокопроизводительным. Засоряется мембрана такого типа относительно редко.

Половолоконные варианты мембран

Такие мембраны состоят из трубочек, имеющих небольшой диаметр. Компактные размеры позволяют увеличивать их количество в приборе. В результате увеличивается площадь фильтрующей поверхности. Большая рабочая поверхность значительно повышает производительность фильтра.

Рис. 6 Половолоконный элемент

Поскольку контролировать потоки жидкости сложно из-за их большого количества, половолоконная мембрана относительно часто засоряется и сложно очищается. Чтобы этого избежать, обязательно требуется качественная предварительная очистка, устраняющая крупные загрязнения.

Что учесть при выборе?

Мембранные фильтры – только один из возможных вариантов фильтрующих устройств. Существуют и другие приборы, основанные на иных принципах работы. Прежде чем приобретать устройства, требуется оценить характер загрязнения воды. В ряде случаев использование ультратонких мембран или обратного осмоса не требуется, вполне достаточно бывает ионообменных или сорбционных фильтров.

Если же требуется именно мембранный фильтр, то его устанавливают в составе системы очистки. Чтобы небольшие поры не забивались крупными загрязнениями, требуется предварительная очистка. Обязательно устанавливают блок механической фильтрации. Следующим чаще всего используется сорбционный, устраняющий часть коллоидных и растворенных загрязнений. Уменьшение количества загрязнений сделает очистку более быстрой и сократит расход воды на промывку поверхности мембраны.

Приобретая мембранный фильтр, обязательно стоит учесть напор воды. Он указывается в эксплуатационных характеристиках устройства.