Традиционные способы очистки воды — механические, химические или реагентные — не обеспечивают в большинстве случаев необходимую эффективность очистки. Особый интерес вызывают мембранные методы разделения — обратный осмос, ультрафильтрация и микрофильтрация, позволяющие очищать от солей, органических веществ, коллоидов и взвесей. Метод обратного осмоса заключается в фильтровании растворов под давлением через полупроницаемые мембраны, пропускающие растворитель (воду) и задерживающие молекулы либо ионы растворенных веществ.
Таким образом, из воды удаляются соли жесткости (кальций, магний); железо, марганец; медь, свинец, кадмий, радиоактивные изотопы; фториды; хлориды, нитраты, нитриты, фосфаты; хлор; органические соединения; пестициды; бактерии и вирусы.
Для очистки питьевой воды применяют мембранные аппараты с рулонным фильтрующим элементом.

Осмос и обратный осмос

Обратно осмотические установки фильтрации
Процесс обратного осмоса, как способ очистки воды, используется с начала 60-х годов. Первоначально он применялся для опреснения морской воды. Сегодня по принципу обратного осмоса в мире производятся сотни тысяч тонн питьевой воды в сутки.
Совершенствование технологии сделало возможным применение обратноосмотических систем в домашних условиях. На настоящий момент в мире уже установлены тысячи таких систем. Получаемая обратным осмосом вода имеет уникальную степень очистки. По своим свойствам она близка к талой воде древних ледников, которая признается наиболее экологически чистой и полезной для человека.
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. Таким образом, обратный осмос обеспечивает гораздо более высокую степень очистки, чем большинство традиционных методов фильтрации, основанных на фильтрации механических частиц и адсорбции ряда веществ с помощью активированного угля.
В системах обратного осмоса бытового назначения давление входной воды на мембрану соответствует давлению воды в трубопроводе. В случае, если давление возрастает, поток воды через мембрану также возрастает.
Обратно осмотические установки фильтрации
На практике, мембрана не полностью задерживает растворенные в воде вещества. Они проникают через мембрану, но в ничтожно малых количествах. Поэтому очищенная вода все-таки содержит незначительное количество растворенных веществ. Важно, что повышение давления на входе не приводит к росту содержания солей в воде после мембраны. Наоборот, большее давление воды не только увеличивает производительность мембраны, но и улучшает качество очистки. Другими словами, чем выше давление воды на мембране, тем больше чистой воды лучшего качества можно получить.
В процессе очищения воды концентрация солей со стороны входа возрастает, из-за чего мембрана может засориться и перестать работать. Для предотвращения этого вдоль мембраны создается принудительный поток воды, смывающий «рассол» в дренаж.
Эффективность процесса обратного осмоса в отношении различных примесей и растворенных веществ зависит от ряда факторов. Давление, температура, уровень рН, материал, из которого изготовлена мембрана, и химический состав входной воды, влияют на эффективность работы систем обратного осмоса.
Неорганические вещества очень хорошо отделяются обратноосмотической мембраной. В зависимости от типа применяемой мембраны (ацетатцеллюлозная или тонкопленочная композитная) степень очистки составляет по большинству неорганических элементов 85%-98%.
Обратно осмотические установки фильтрацииМембрана обратного осмоса также удаляет из воды и органические вещества. Органические вещества с молекулярным весом более 100-200 удаляются полностью; а с меньшим — могут проникать через мембрану в незначительных количествах. Большой размер вирусов и бактерий практически исключает вероятность их проникновения через мембрану.
В то же время, мембрана пропускает растворенные в воде кислород и другие газы, определяющие ее вкус. В результате, на выходе системы обратного осмоса получается свежая, вкусная, настолько чистая вода, что она, строго говоря, даже не требует кипячения.
Мембранный элемент имеет вид пакета три кромки которого герметизированы, а четвертая крепится к перфорированной трубке для отвода фильтрата.
Пакет вместе с сеткой-сепаратором накручивается на эту трубку. Разделяемая смесь движется в продольном направлении по межмембранным каналам, фильтрат по дренажному материалу поступает в отводимую трубку. Мембранные аппараты этого типа имеют высокую плотность упаковки мембран (300 — 800) м3/м2
Для увеличения срока службы мембраны, вода должна пройти предварительную очистку от механических примесей, кислот, щелочей и окислителей.