Мембранные технологии очистки воды. Мембранный фильтр для очистки воды: конструкция, принцип действия и классификация Мембранные установки очистки 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.

Пить чистую воду хочет каждый человек. Вот вы, например, наверняка желаете забыть о запахе хлора, коричневатом оттенке, ржавчине... В нашем рейтинге — лучшие (по отзывам покупателей и экспертов) популярные фильтры для воды. Вы сможете выбрать именно тот товар, который вам нужен, живете вы в густонаселенном мегаполисе или в загородном доме. Читаем — и становимся обладателями по-настоящему чистой воды!

Виды бытовых фильтров для воды

Накопительные

• Фильтры-кувшины . Одна из самых популярных разновидностей в силу своей мобильности, доступности и простоты обслуживания. Конструкция состоит, собственно, из кувшина и верхней воронки с крышкой и установленным внутри картриджем очистки. Вода протекает сквозь несколько фильтрующих слоёв, очищается и оказывается в накопителе. Картриджи могут быть нескольких видов - универсальные или с определёнными свойствами (например, уменьшающие жёсткость воды, удаляющие железо и др.);
• Диспенсеры-очистители . Принцип действия также прост и незатейлив - вода заливается сверху и под собственным весом проходит через систему фильтров в нижний бак. Главное отличие от кувшинов - заметно больший объём и наличие сливного крана.

Проточные

• Насадки на кран . Недорогие и простые в монтаже фильтры с одно- или двухступенчатой системой очистки, сводящейся обычно к нейтрализации хлора и ржавчины. Кассет хватает ненадолго, зато они доступны и недороги;
• Настольные системы «рядом с мойкой» . Представители этой категории имеют среднюю производительность, различаются по способу и степени фильтрации воды, а соответственно, и по цене. Недостаток - занимают много пространства на кухне;
• Системы «под мойкой» . Самые эффективные устройства с многоступенчатой фильтрацией, включающей обеззараживание и умягчение воды. Наиболее продвинутые разновидности - модели с обратным осмосом, ключевым компонентом которых является полупроницаемая мембрана, сквозь себя пропускающая лишь молекулы воды. А вот бактериям, вирусам, тяжёлым металлам и прочим вредным примесям шанса «просочиться» не предоставляется. Степень очистки настолько велика, что для придания воде питьевых качеств применяется дополнительная минерализация.
• Магистральные или предфильтры . Устанавливаются непосредственно в систему водопровода и могут быть задействованы как для отдельных кранов, так и для всей квартиры или дома. В качестве фильтрующего элемента выступает специальный картридж, а в самых простых экземплярах - обычная металлическая сетка.

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.

Фото: мембранные фильтры для тонкой очистки воды

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.

Фото: плоская дисковая мембрана в разрезе

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).

Фото: аппарат по типу фильтр-пресс

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.

Фото: фильтр с трубчатыми мембранами для очистки воды представлен

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.

Фото: трубчатый мембранный элемент

Мембраны рулонного типа

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

Фото: рулонный фильтроэлемент

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.

Фото: спиральный мембранный элемент

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.

Фото: фильтр с половолоконными мембранами

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.

Фото: узел мембранной фильтрации

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.

Фото: фильтрация в походных условиях

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.

Фильтр	Описание	Цена
NEROX-03	Очищает воду, сохраняя ее природную структуру и солевой состав. Компактен, легок и удобен в применении как в бытовых, так и в полевых условиях. Моется под проточной водой.	1350 руб.
АКВА ЭКСПЕРТ	Очищают воду любой загрязненности, восстанавливает структуру воды после вредных воздействий. Легко моются.	1500 грн.
Honeywell FF 06 — 1/2″ AAM	Фильтр тонкой очистки проточной горячей воды.	2690 руб.
Atoll A-460 E	Обратноосмотический мембранный фильтр с 4-мя ступенями очистки.	6600 руб.
Atoll A-560 E	Обратноосмотический мембранный фильтр. Имеет 5 ступеней очистки. Удаляет хлор, железо и другие примеси, смягчает воду.	7200 – 14520 руб.
GE Merlin	Проточный фильтр обратного осмоса.	24930 руб.
AquaPro ARO-1500GPD	Система фильтров обратного осмоса для воды, применяемая в коммерческих целях.	104780 руб.

Среди фильтров для воды, которые используются в квартирах и домах для доочистки водопроводной воды, выделяют проточные и мембранные фильтры. Существуют различные мнения, какие из этих двух типов лучше. Профессионалы водоочистки предлагают пользователям не ориентироваться на сторонние мнения и сразу обращаться к специалистам, которые подберут фильтр, оптимально подходящий под ваш тип водопроводной воды на основе ее анализа.

Если концентрация примесей в воде и ее химический состав позволяют, то можно установить под мойку проточный фильтр, но если вода имеет серьезные превышения по примесям, то чаще всего без фильтра мембранной очистки воды просто не обойтись.

Мембранные фильтры для очистки воды, производимые и поставляемые на рынки России группой компаний Гейзер, существуют двух типов: основанные на принципе обратного осмоса и основанные на принципе работы так называемой нанофильтрационной мембраны. Строение фильтров схоже, но очищенная вода имеет разные характеристики.

Бытовой мембранный фильтр состоит из следующих компонентов:

Фильтр предварительной очистки — пакет картриджей, очищающий от включений, которые способны снизить рабочий ресурс мембраны: картриджи механической и сорбционной очистки. Эти картриджи удаляют из исходной воды механические примеси и взвеси, песок, сор, ржавчину, органические примеси, хлорсодержащие вещества.

Мембрана — основной очищающий компонент всего фильтра, представляющий собой картридж, разделяющий воду на два потока: поток очищенной воды и поток воды, смывающий задержанные примеси в дренаж. На мембрану под давлением подается вода, часть из которой очищается, проникая через мембрану, а часть уходит в дренаж, захватывая большую часть примесей, не просочившихся сквозь мембрану.

Обратноосмотическая мембрана задерживает растворенные примеси, соли жесткости, органические и микробиологические загрязнения до 99,7%. Нанофильтрационная мембрана очищает воду от тяжелых металлов, органических веществ, микроорганизмов, тонкодисперсных примесей, частично солей жесткости. Соли жесткости наномембраной удаляются на 80-85%, сохраняя оптимальный минеральный состав воды при использовании для очистки жесткой и сверхжесткой воды.

Гидроаккумулятор — накопитель для воды, позволяющий депонировать воду в необходимом для потребителя количестве. Вода фильтруется через мембрану со скоростью примерно от 190 до 380 литров в сутки, и при объемном разовом потреблении скорости фильтрации может просто не хватить для удовлетворения потребностей пользователя.

После мембраны и накопителя воды устанавливается постфильтр — угольный картридж, осуществляющий финишную очистки воды, удаляющий посторонние привкусы и запахи, которые могут возникнуть при длительном хранении в накопителе.

Минерализатор — картридж, содержащий природные минералы, позволяющие обогатить почти полностью очищенную воду необходимыми минеральными веществами. Не применяется на фильтре Гейзер Нанотек, поскольку нанофильтрационная мембрана позволяет сохранить полезный состав воды без дополнительной минерализации.

Комплектующие для подключения — кран для воды, шланги, фитинги, ограничитель дренажного потока, т.е. все необходимые детали для работы и подключения фильтра под мойку.

Мембранные фильтры различаются по производительности, цене, размеру накопителя, комплектации.

У компании Гейзер в ассортименте есть мембранные фильтры под мойку с баками различной емкости, комплектации с минерализатором и без, комплектации с помпой и без, мобильный мембранный фильтр Гейзер-Престиж 2, обратноосмотические установки высокой производительности — от 600 литров в сутки Гейзер-Престиж Люкс, промышленные мембранные установки, комплектующиеся под необходимую производительность.

Магистральные мембранные фильтры используются, как правило, для промышленных предприятий, где требуется обессоленная вода. Поскольку эксплуатационные расходы для производств имеют серьезное значение, именно использование магистральных мембранных фильтров является часто оптимально оправданным. Обессоленная таким образом вода используется в теплоэнергетике, химической и пищевой промышленностях, фармакологических предприятиях, на предприятиях, производящих бутилированные питьевые воды и напитки.

Выбрать мембранный фильтр для квартиры или дома достаточно легко. Мы предлагаем для регионов с жесткой и сверхжесткой водой рассматривать любой фильтр производства нашей компании, который устраивает вас по стоимости и может быть установлен под вашу мойку с учетом размеров имеющегося места для установки. Мы рекомендуем именно Гейзер, поскольку уверены в качестве и надежности наших фильтров и даем самую большую гарантию на фильтрационные системы в России — 36 месяцев. Кроме того, серьезным преимуществом фильтров Гейзер является тот факт, что смена расходных картриджей осуществляется значительно реже, чем у аналогичных систем именно из-за высокого качества комплектующих, и в итоге общая стоимость покупки фильтра плюс расходы по эксплуатации значительно ниже, чем у других производителей. Ниже, даже при условии более высокой стоимости самого фильтра в момент покупки. Себестоимость за литр очищенной воды для пользователя значительно дешевле.

Установка под мойку подобного фильтра занимает у специалиста порядка 20 минут, если же пользователь самостоятельно хочет установить фильтр, то инструкции, идущей в комплекте с фильтром, вполне достаточно. Необходимо просверлить два технологических отверстия, одно в столешнице или раковине для крана 12 мм, и одно отверстие 7 мм в патрубках для слива воды в канализацию. Все остальные действия по подключению необходимо произвести в строгом соответствии с информацией, представленной в инструкции.

Также можно посмотреть видео-инструкции, широко представленные в интернете и на сайте компании. В регионах присутствия филиалов компании установку могут произвести бесплатно специалисты нашей компании.

В результате использования мембранных фильтров под мойкой у вас в доме вы получаете воду, очищенную практически от всех примесей, насыщенную полезными минералами, итоговая стоимость которой значительно ниже (до 30 раз) бутилированной воды. Подобная вода реализуется компаниями, поставляющая на рынок бутилированную воду. Практически все поставщики бутилированной воды очищают воду именно мембранными установками и никак иначе, а пользователь в конечном итоге платит за упаковку и логистику.

Обслуживать фильтр легко, регулярная замена картриджей позволяет получать воду без снижения качества фильтрации весь срок службы фильтра под вашей мойкой. Частота замены картриджей находится в прямой зависимости от качества исходной воды, используйте рекомендации, предоставленные в инструкции к фильтру.

При использовании мембранного фильтра для доочистки воды среднего для России качества желательно производить смену картриджей предварительной очистки, постфильтра и минерализатора не реже одного раза в год, мембранный элемент необходимо менять один раз в два-три года. Использование прибора для определения солесодержания в питьевой воде позволит определить необходимость замены мембраны более точно.

Ответы на часто возникающие вопросы по мембранным фильтрам для очистки воды :

Вода после мембраны «мертвая» как дистиллят, и пить ее нельзя, это правда?

Мембрана обратного осмоса очищает воду почти полностью, и для использования в качестве питьевой ее желательно насыщать солями кальция и магния, используя минерализатор. Для приготовления напитков и приготовления пищи можно использовать воду без минерализации. Установка у вас дома фильтра Гейзер Нанотек позволит вообще не использовать минерализатор, поскольку нанофильтрационная мембрана, устанавливаемая в фильтры данного типа, сохраняет соли в необходимом количестве при использовании для очистки жесткой и сверхжесткой воды.

Установка бесплатная?

Бесплатная установка бытовых фильтров производится сервисной службой Гейзер в городах: Санкт-Петербург (в пределах КАД), Москва (в пределах МКАД), Красноярск, Краснодар, Новосибирск, Ростов-на-Дону, Уфа, Саратов, Екатеринбург. Ограничения и подробные условия уточняйте у операторов интернет-магазина или в филиале компании.

Дренажный поток меня не устраивает, у меня счетчики.

Стоимость холодной воды и водоотведения в России находятся на уровне, позволяющем говорить о незначительной стоимости воды, уходящей в дренаж при использовании мембранного фильтра под мойкой. Говоря более подробно в цифрах, для примера приведем семью из 4-х человек, потребляющюю в среднем 5 литров чистой воды в сутки. Стоимость воды и водоотведения при таком расходе должна составить в месяц от 18 до 30 рублей в зависимости от региона. Согласитесь, что даже для семьи с ограниченным бюджетом эти расходы вполне допустимы. Ну и главное, расходы полностью окупаются качеством и количеством очищенной воды.

Стоимость фильтра у других производителей ниже, почему?

Безусловно, стоимость это важный вопрос. На рынке представлены мембранные фильтры для бытовой очистки воды, как и несколько ниже по начальной стоимости, так и значительно выше. Чудес в инженерной отрасли мы ждать можем едва ли, и снизить стоимость фильтров можно только за счет более дешевых и, как следствие, менее качественных компонентов. Это вариант не приемлем для нашей компании, мы уверены в высоком качестве наших фильтров и комплектующих. В долгосрочной перспективе использование мембранных фильтров нашего производства окупается более редкой сменой расходных комплектующих, и дополнительно мы предоставляем гарантию 36 месяцев при расчетном сроке эксплуатации 10 лет, чего не дает больше ни один производитель в России. Простые расчеты позволяют понять, что себестоимость воды, полученной через наши мембранные фильтры, более чем в 1,5 раза ниже, чем аналогичная цифра у самого дешевого фильтра на рынке России другого производителя.

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