Фильтры для очистки воды

Что происходит, когда заканчиваются свободные активные центры с хлоридами? Нитраты перестают задерживаться, т. к. им не к чему прилипать. Главное, это не происходит сразу – количество активных центров снижается постепенно, по мере блокировки активных центров.

Точно так же возрастает степень загрязненности воды нитратами, которые не задерживаются, а проскакивают. Что делать, чтобы этого не происходило? Это зависит от того, как используется ионообменная смола. Если она используется в виде простого картриджа, то нужно чаще менять картридж. Если она используется в виде колонны – бака со смолой, то необходима частая регенерация смолы солью. Для удаления нитрат-ионов используются стандартные или селективные анионообменные смолы сильного основания (strong base anion – SBA), как правило, в Cl-форме. В качестве регенеранта используется раствор соли NaCl. При необходимости удаления нитратов из всей используемой в доме воды наилучшим выбором является ионообмен, а если необходима очистка только питьевой воды, лучшим решением является обратный осмос.

Нитраты попадают в воду через почву. Поэтому применение картриджа для очистки от них в проточном фильтре актуально при отсутствии центрального водоснабжения (особенно в местности, где занимаются сельским хозяйством).

Картриджи для деионизации

Картриджи для деионизации воды изготавливаются с использованием специальной смеси ионообменных смол. Такие фильтрующие элементы применяются в качестве постфильтров в многоступенчатых системах очистки воды. Они минимизируют суммарное содержание органических веществ и суммарное содержание растворенных солей до допустимых значений.

Деионизация воды достигается путем ионного обмена на специальных ионообменных смолах. По типам удаляемых из воды ионов ионообменные смолы делятся на катионообменные и анионообменные. Если на сетках механических фильтров и в порах угля и синтетических волокон частицы попросту физически задерживаются, то при ионном обмене они как бы встраиваются в структуру фильтрующего вещества. Извлечение из воды положительно и отрицательно заряженных ионов металлов происходит за счет взаимодействия с противоположно заряженными активными центрами ионообменной смолы. К положительно заряженным – относятся ионы металлы, в том числе катионы кальция и магния, к отрицательно заряженным – кислотные остатки минеральных и органических кислот.

Картриджи для ионизации воды находят широкое применение для очистки воды, которая используется в фармацевтическом, косметическом и парфюмерном производстве, медицине, лабораториях, лазерных установках, парогенераторах и увлажнителях воздуха, распылителях воды, в энергетическом оборудовании и т. д.

Картриджи для горячей воды

Картриджи к фильтрам для горячей воды изготавливаются из материалов, учитывающих высокую температуру и свойства горячей воды.

Производительность фильтров для горячей воды различна и определяется их габаритами, проходным сечением, а также размерами ячейки фильтрующего элемента. Гидравлические потери в фильтре могут составлять от 0,1 до 0,5 бар. Это особенно важно учитывать при низком давлении в водопроводе.

Существует великое множество картриджей для горячей воды: сетчатых (нержавеющая сталь, нейлон или полипропилен), из вспененного или плетеного полипропилена, из нетканого полиэстера, гофрированных, намоточных и т. д.

В зависимости от установленных картриджей и температуры фильтруемой воды фильтр решает задачи очистки от механических взвесей, ржавчины, тяжелых металлов, органических соединений, остаточного хлора, сорбций, и других различных примесей.

Степень очистки картриджей, предназначенных для горячей воды, – в пределах от 1 до 100 мкм.

Важно помнить то, что картриджи, предназначенные для холодной воды, нельзя ставить для фильтрации горячей. А вот наоборот, как правило, можно. Поэтому, установив в квартире магистральные фильтры на холодную и горячую воду, иногда удобно использовать одни и те же типы сменных картриджей.

Большинство картриджей для горячей воды являются одноразовыми и не подлежат восстановлению по окончании своего ресурса. Служат такие картриджи в среднем порядка 3–6 месяцев, хотя этот показатель является индивидуальным и зависит от количества потребляемой воды.

Большинство картриджей для горячей воды пригодно для использования при температуре не выше 93–95 °С.

Полифосфатные картриджи

Существуют фильтрующие элементы для очистки горячей воды, которые содержат полифосфаты. Полифосфатные соли могут быть в виде кристаллов различных размеров, гранул, порошка, таблеток, либо в состоянии концентрированного раствора, требующего, однако, специального насоса-дозатора. Проходя через фильтрующий элемент, полифосфат постепенно растворяется в проходящей через картридж воде, добавляя в нее фосфаты и тем самым предотвращая образование накипи и ржавчины.

Суть процессов такова: постепенно растворяясь, гранулы полифосфата образуют в воде комплексные соединения с солями жесткости, препятствуя тем самым образование накипи на поверхностях нагрева. На металлических поверхностях образуется защитная пленка, которая предохраняет металл от разрушения в результате действия кислот, щелочей, солей жесткости, хлора и прочих факторов, приводящих трубы и работающее с водой оборудование в неисправное состояние.

Подобный способ обработки воды рекомендован для котлов, бойлеров и прочих типов непищевого оборудования, контактирующего в работе с горячей водой. Кристаллы полифосфата помещаются в полипропиленовую капсулу с предварительным фильтром из полиэстера и полипропиленовым постфильтром. Скорость растворения гексаметафосфата увеличивается в теплой, кислой или мягкой воде.

К содержимому такого картриджа необходимо относиться с осторожностью, т. к. полифосфаты раздражают слизистую оболочку глаза. Также на рынке присутствуют дозаторы полифосфата. Пропорциональные порошковые дозаторы просты в установке и применяются для предотвращения образования накипи и коррозии в котлах и бойлерах, в стиральных и посудомоечных машинах. Пропорциональные дозаторы добавляют в воду составы на основе полифосфатов пропорционально ее расходу. Это не ухудшает качества воды, в то же время соли, которые могут выпадать в осадок и образовывать отложения, остаются в растворенном виде, а трубопроводы предохраняются от коррозии.

Такие меры защиты гидравлических систем сберегают энергию, снижают затраты на эксплуатацию системы и продлевает срок службы оборудования.

Многоступенчатые системы подготовки воды

Сегодня на рынке водоочистного оборудования присутствует множество моделей и типов фильтров, предназначенных для многоступенчатой доочистки питьевой воды. Конструктивно – это соединенные между собой картриджные фильтры проточного типа. Фильтры предназначены для доочистки воды до состояния питьевой в бытовых условиях, при этом подразумевается, что предварительная очистка воды проведена муниципальными службами, а бактериологический и химический состав воды находится в пределах предельно-допустимых уровней (ПДУ, ПДК). Проточные фильтры устанавливаются под кухонную мойку, хромированный кран питьевой воды монтируется на мойке или столешнице. Проточные питьевые фильтры эффективно очищают воду от механических примесей, хлора и его соединений, устраняют жесткость, мутность, неприятный запах и вкус, снижают содержание в воде органики, пестицидов, тяжелых металлов и других вредных веществ. Все системы поставляются с отдельным краном для питьевой воды и установочным комплектом (переходники, трубки и т. д.).

Системы двух-, трехступенчатые

Описание и назначение

Двух– и трехступенчатые системы представляют собой комплекс проточных фильтров, которые, в зависимости от комплектации соответствующими картриджами, эффективно очищают воду от механических примесей, хлора и хлорорганических соединений, устраняют жесткость, мутность, неприятный запах и вкус, снижают содержание в воде органики, пестицидов, тяжелых металлов и других вредных веществ.

Ступенчатые системы не предназначены для удаления бактерий, вирусов, хлоридов, нитратов, нитритов и фторидов.

Фильтры этой категории подразделяются:

• по количеству ступеней очистки (двух– и трехступенчатые фильтры очистки воды);

• по месту расположения – нижнее расположение «под мойкой», верхнее расположение «на столе»;

• одноколбовые (в одной колбе может содержаться как одна, так и три ступени очистки);

• многоколбовые (как правило, не более трех колб).

Двух– и трехступенчатые системы, как правило, комплектуются сменными картриджами ограниченного срока службы. Чаще всего в них применяются картриджи стандарта SLIM LINE (SL) – 10. Сменные элементы таких систем следует менять после того, как ресурс картриджа будет исчерпан. Прозрачный корпус первой колбы позволяет следить за степенью загрязнения картриджа для его своевременной замены.

Комплектация ступенчатых фильтров, как правило, следующая:

• двухступенчатые фильтры: 1-я ступень – механическая очистка, 2-я ступень – очистка активированным углем;

• трехступенчатые фильтры: 1-я ступень – механическая очистка, 2-я ступень – очистка активированным углем, 3-я ступень – очистка воды ионообменной смолой или прессованным активированным углем, обогащенным несколькими добавками, такими как серебро, кристаллы гексаметафосфата и т. д. Картриджи для 3-ей ступени подбираются, как правило, в зависимости от претензий к качеству воды.

Основные блоки двух– и трехступенчатых систем

Основными блоками двух– и трехступенчатых систем являются:

Первая ступень – картридж из вспененного или нитяного полипропилена, который обеспечивает предварительную очистку воды от песка, ржавчины и других механических примесей размером более 5–20 мкм. Частота замены этого картриджа зависит от конкретных условий эксплуатации (в среднем замена осуществляется один раз в полгода).

Вторая ступень – картридж, содержащий прессованный или гранулированный активированный уголь. Задерживает хлор и его соединения. Периодичность замены картриджа – 1–2 раза в год.

Третья ступень – картридж для обезжелезивания, умягчения или обеззараживания, в зависимости от претензий, предъявляемых к воде. Частота замены картриджа зависит от конкретных условий эксплуатации (в среднем – один раз-два раза в год).

Двух– и трехступенчатые системы поставляются с отдельным краном для питьевой воды и установочным комплектом (переходники, трубки, кран, установочный кронштейн, ключ и т. д.). Комплект для подключения (врезки) в водопровод предназначен для подключения системы к магистрали холодного водоснабжения.

На рынке водоочистного оборудования существует множество моделей и типов фильтров, предназначенных для многоступенчатой доочистки питьевой воды.

Некоторые из них могут быть укомплектованы угольным постфильтром (для придания приятного вкуса воде) или обеззараживающей ультрафиолетовой лампой (для доочистки воды, небезопасной в микробиологическом отношении).

Монтаж двух– и трехступенчатых систем

Ступенчатые фильтры врезаются в магистраль холодного водоснабжения под кухонной мойкой или над ней, кран питьевой воды монтируется на мойке или столешнице. Системы должны быть установлены в помещении, не допускающем замерзания воды, в противном случае возможно повреждение колб и протечка воды.

Системы с технологией обратного осмоса. Описание, принцип действия. Сменные элементы

Метод обратного осмоса возник в 1953 г., когда Рейдом и Бретоном (США) были открыты полупроницаемые свойства ацетилцеллюлозных мембран. Технология производства полупроницаемых мембран была усовершенствована Маникяном (США), разработавшим способ промышленного изготовления мембран из раствора ацетилцеллюлозы в ацетоне и формамиде. В дальнейшем были разработаны и изготовлены мембраны, которые можно хранить длительное время в сухом виде, а также мембраны в виде полых волокон и составные мембраны.

Одновременно с созданием мембран велись исследования по разработке обратноосмотических аппаратов. Обратноосмотическое опреснение начали внедрять в промышленность в 1969 г. – в городе Плейседе (США) пущена в эксплуатацию установка производительностью 400 м3/сут. В нашей стране исследования обратноосмотического обессоливания были начаты по инициативе профессора В. А. Клячко в 1964 г. во ВНИИ ВОДГЕО под руководством профессора И. Э. Апельцина.

Таким образом, около 50 лет назад начала развиваться принципиально иная технология очистки воды – мембранная технология. Она основана на пропускании воды под давлением через полупроницаемую мембрану и разделении воды на два потока: фильтрат (очищенная вода) и концентрат (концентрированный раствор примесей).

Сущность метода обратноосмотического разделения растворов

Обратным осмосом называется метод опреснения, основанный на фильтровании соленой воды через полупроницаемую мембрану, пропускающую воду, но задерживающую ионы растворенных в воде солей. Если растворитель и раствор разделить полупроницаемой перегородкой, пропускающей молекулы растворителя и задерживающей молекулы растворенного вещества, то растворитель начнет переходить через перегородку в раствор. Этот самопроизвольный переход и называется осмосом.

Переход растворителя в раствор сопровождается увеличением объема раствора и возрастанием гидростатического давления в сосуде с раствором. При установлении равновесия отвечающее ему давление может служить количественной характеристикой явления обратного осмоса. Оно называется осмотическим давлением и равно тому давлению, которое нужно приложить к раствору, чтобы привести его в равновесие с растворителем, отделенным от него полупроницаемой перегородкой.

Чтобы осуществить опреснение воды, нужно создать избыточное давление и заставить воду фильтроваться через мембрану в направлении, противоположном осмотическому переносу, т. е. со стороны соленой воды.

В процессе обратного осмоса вода и растворенные в ней вещества разделяются на молекулярном уровне, при этом с одной стороны мембраны накапливается практически идеально чистая вода, а все загрязнения остаются по другую ее сторону.

Явление обратного осмоса используют для очистки воды от различных примесей, так как обратный осмос обеспечивает более высокую степень очистки, чем большинство традиционных способов очистки воды, основанных на фильтрации механических частиц и адсорбции ряда веществ с помощью активированного угля.

К тому же метод обратного осмоса гораздо проще и дешевле в эксплуатации по сравнению с ионообменными системами.

Бытовые системы обратного осмоса имеют небольшие размеры, и, как правило, размещаются под кухонной мойкой. Для их работы требуется давление 2,5–5 атмосфер, при более низком давлении требуется подключение встраиваемого насоса.

Основные блоки бытовой системы обратного осмоса

Основными блоками бытовой системы обратного осмоса являются:

Префильтры

Используются для предварительной очистки воды от нерастворимых частиц, хлора, органических веществ до того, как вода достигнет мембраны, и способствуют увеличению срока службы основного чистящего элемента системы – мембраны. В зависимости от степени загрязненности исходной воды рекомендуется выбирать модели с двумя или тремя префильтрами.

Первая ступень (первый префильтр) – картридж из вспененного или нитяного полипропилена, обеспечивающий предварительную очистку воды от песка, ржавчины и других механических примесей размером более 5–20 мкм. Частота замены этого картриджа зависит от конкретных условий эксплуатации (в среднем – один раз в полгода).

Вторая ступень (второй префильтр) – картридж, содержащий прессованный или гранулированный активированный уголь. Он задерживает хлор и его соединения. Периодичность замены картриджа – 1–2 раза в год.

Третья ступень (третий префильтр) – также картридж из вспененного или нитяного полипропилена, обеспечивающий более тонкую очистку воды от механических примесей размером более 1–5 мкм (в бытовой четырехступенчатой обратноосмотической системе эта ступень отсутствует). Частота замены этого картриджа также зависит от конкретных условий эксплуатации (в среднем – один-два раза в год).

Мембранный элемент

Четвертая ступень – заключенная в пластиковом корпусе мембрана, свернутая в рулон. Мембрана является главным элементом системы обратного осмоса. Мембрана разделяет поток воды после фильтрации на чистую воду (пермеат) и «грязную» (концентрат). Срок службы мембранного элемента при правильной эксплуатации и своевременной замене фильтров предварительной очистки – 2–3 года.

В среднем RO-мембраны задерживают 97–99 % всех растворенных веществ, бактерии, вирусы, соли, железо и гумусовые соединения, придающие воде цветность, патогенные вещества и пропускают лишь молекулы воды, растворенные газы и легкие минеральные соли. Такие мембраны используются во многих отраслях промышленности, где есть необходимость в получении воды высокого качества (разлив воды, производство алкогольных и безалкогольных напитков, пивоварение, пищевая промышленность, фармацевтика, электронная промышленность и т. д.).

Определить эффективность работы мембраны можно по производительности – следует убедиться, что давление в норме и картриджи не задерживают поток воды.

Современные обратноосмотические мембраны – композитные – состоят из нескольких слоев. Общая толщина 10–150 мкм, причем толщина собственно селективного слоя, который определяет селективность мембраны – не более 1 мкм. В бытовых системах в основном применяются мембраны из двух материалов – триацетат целлюлозы (международное название – СТА) и тонкопленочный композит (ТFC).

1 – префильтр – картридж из вспененного полипропилена (5 мкм); 2 – префильтр – угольный картридж; 3 – префильтр-картридж из вспененного полипропилена (1 мкм); 4 – четырехходовой клапан; 5 – мембранный элемент; 6 – гидроаккумулятор; 7 – постфильтер – посткарбон; 8 – ограничитель дренажа; 9 – кран для питьевой воды; 10 – байпасная линия; 11 – слив в дренаж; 12 – обратный клапан

В комплектацию обратноосмотических фильтров, как правило, входит:

Накопительная емкость

Представляет собой бак для хранения очищенной воды – гидроаккумулятор, общий объем которого 10–15 л (полезный объем – 6–8 л). Т. к. производительность мембраны очень мала, гидроаккумулятор необходим для создания некоего запаса очищенной воды, которая поступает к пользователю при открытии крана. Гидроаккумулятор состоит из металлического корпуса, внутри которого находится мембрана (груша). Очищенная вода накапливается внутри мембраны, давление в воздушной полости в пустом баке 0,5–0,6 атм.

Автоматический диафрагменный клапан, предназначенный для отключения подачи воды в бак при его наполнении.