Вода из автономных источников, таких как колодцы и скважины, часто содержит растворенные органические и минеральные вещества, концентрация которых может превышать безопасные нормы. Это не только потенциально вредно для здоровья, но и приводит к образованию накипи на нагревательных элементах бытовой техники. Современным и высокоэффективным решением этой проблемы являются мембранные технологии очистки воды. Их суть заключается в многоступенчатой фильтрации, где ключевую роль играет специальная мембрана, обеспечивающая очистку жидкости на молекулярном уровне.
Как устроены и работают мембранные фильтры
Сердцем такого фильтра является мембрана — синтетическая пленка из материалов вроде лавсана, пропилена или целлюлозы. Ее пористая структура действует как сверхточное сито: она свободно пропускает молекулы воды и кислорода, но задерживает более крупные примеси. Эффективность очистки напрямую зависит от размера этих пор. Все загрязнения, чей диаметр превышает размер пор, остаются на поверхности мембраны. На производительность всей системы влияют несколько факторов:
- Исходная степень загрязнения воды;
- Давление в водопроводной системе;
- Температура подаваемой жидкости;
- Общая площадь рабочей поверхности мембраны.
В процессе фильтрации поток воды разделяется на два. Первый, проходя через поры мембраны и несколько слоев фильтрующего материала, глубоко очищается от вредных веществ. Этот чистый поток называется пермеатом и подается непосредственно в водопровод для использования. Второй поток служит для промывки мембраны, унося с ее поверхности задержанные загрязнения (концентрат). Его обычно направляют в канализацию или используют для технических нужд. Благодаря такой высокой степени очистки пермеат можно пить без дополнительного кипячения.
Классификация мембран по степени очистки
Мембранные элементы различаются в первую очередь по размеру пор, что определяет их возможности:
- Микрофильтрация (поры 0,1-1 мкм). Используется для предварительной очистки, удаляя тонкодисперсные взвеси и коллоидные частицы, делая воду прозрачной.
- Ультрафильтрация (поры 0,1-0,02 мкм). Эффективно задерживает микроорганизмы, водоросли, оксиды металлов и мелкие коллоиды.
- Нанофильтрация (поры 0,02-0,001 мкм). Способна удалять тяжелые металлы и хлорорганические соединения, а также умягчать воду, лишь незначительно меняя ее солевой состав.
- Обратный осмос (поры 0,001-0,0001 мкм). Наиболее тонкая очистка. Мембрана задерживает практически все растворенные примеси: соли, бактерии, вирусы, пестициды, нефтепродукты. Такие системы применяются даже для опреснения морской воды и в фармацевтической промышленности.
Конструктивные типы мембранных фильтров
Помимо степени очистки, мембранные фильтры классифицируются по форме и конструкции рабочего элемента.
Плоские дисковые мембраны
Такие фильтрующие элементы обычно рассчитаны на обработку больших объемов воды. Они бывают трех видов:
- Армированные — пористая полимерная пленка нанесена на тканевую основу для прочности.
- Подложечные — используют дополнительный слой материала с более крупными порами для поддержки.
- Бесподложечные — изготавливаются из однородного материала (полиамид, фторопласт).
На сегодняшний день дисковые мембраны наименее распространены в быту.
Рулонные мембраны
Это одно из самых удачных и популярных решений, особенно для систем обратного осмоса. Конструкция представляет собой мембранное полотно, накрученное в виде рулона вокруг перфорированной трубки-сборника. Вода подается с торца модуля и, двигаясь по спирали через слои мембраны и разделительной сетки, очищается и попадает в центральную трубку. Концентрат смывается в дренаж. Такая конструкция эффективно использует площадь фильтрации.
Трубчатые мембраны
Фильтрующий модуль состоит из набора трубок из пористого материала (керамика, пластик, металлокерамика). Вода под давлением проходит через стенки трубок, оставляя на них загрязнения. Очищенная вода собирается в накопителе, а концентрат отводится. Керамические трубчатые модули особенно хороши для централизованного водоснабжения, так как устойчивы к абразивным частицам и эффективно удаляют железо и соли.
Половолоконные мембраны
Модуль содержит пучок очень тонких трубочек (диаметром около 1 мм) с микроскопическими порами в стенках. Такая конструкция создает огромную площадь фильтрации, что позволяет эффективно задерживать бактерии, цисты, микроорганизмы и соединения железа. Однако эти мембраны склонны к быстрому засорению, поэтому перед ними обязательна качественная механическая предварительная очистка.
Отдельно стоит отметить компактные трековые мембранные фильтры для походных условий или дачи, которые просто погружаются в емкость с водой.
На что обратить внимание при выборе
Перед покупкой фильтра крайне желательно сделать химический анализ воды, который вы используете. Его результаты точно подскажут, какой тип мембраны (микро-, ультра-, нанофильтрация или обратный осмос) вам необходим. Для систем обратного осмоса, обеспечивающих наивысшую чистоту, требуется более высокое давление в системе (около 3-3.5 атм), чем для ультра- или нанофильтрации (достаточно 1-2 атм). Стоимость системы напрямую коррелирует с ее эффективностью. Также важно правильно рассчитать производительность, ориентируясь на среднее водопотребление вашей семьи.
Монтаж и обслуживание системы
Схема подключения фильтра обратного осмоса
Стандартное место для установки бытового мембранного фильтра — под кухонной мойкой, где есть доступ к холодной воде и канализационному сливу. Монтаж начинается с врезки в водопроводную магистраль тройника и шарового крана, а на раковину выводится отдельный кран для чистой воды. Для систем обратного осмоса критически важна установка модулей предварительной очистки (механический и угольный фильтры) для защиты тонкой мембраны.
Для поддержания эффективности мембрану нужно периодически промывать под струей теплой воды (около 40°C). При сильных загрязнениях можно замочить ее в слабом растворе лимонной кислоты. Срок службы мембранного модуля обычно составляет 1-3 года. Сигналом для замены служит заметное падение напора очищенной воды или изменение ее вкуса.
Плюсы и минусы мембранной очистки
Основные преимущества:
- Высочайшее качество очистки воды.
- Простота и удобство в эксплуатации.
- Длительный срок службы и возможность самостоятельного обслуживания.
- Компактность бытовых систем.
Недостатки, которые стоит учитывать:
- Значительный расход воды (часть уходит в дренаж с концентратом).
- Системы обратного осмоса наряду с вредными веществами удаляют и полезные минералы.
- Обязательное наличие вывода в канализацию для отвода концентрата.
Мембранные технологии нашли широкое применение не только в быту, но и в медицине и промышленности. Для контроля качества очистки в домашних условиях, особенно после систем обратного осмоса, полезно использовать TDS-тестер, измеряющий общее содержание растворенных солей.