Обратный осмос (RO) — это метод фильтрации с использованием мембранной технологии, который удаляет многие типы больших молекул и ионов из растворов путем приложения давления к раствору, когда он находится на одной стороне селективной мембраны. В результате растворенное вещество остается на стороне мембраны, находящейся под давлением, а чистый растворитель проходит на другую сторону.
Как работает обратный осмос
В нормальном процессе осмоса растворитель естественным образом перемещается из области с низкой концентрацией растворенного вещества (высокий потенциал воды) через мембрану в область с высокой концентрацией растворенного вещества (низкий потенциал воды). Движение чистого растворителя для выравнивания концентрации растворенных веществ по обе стороны мембраны создает осмотическое давление. Применение внешнего давления для обращения естественного потока чистого растворителя, таким образом, является обратным осмосом. Этот процесс аналогичен другим применениям мембранной технологии. Однако между обратным осмосом и фильтрацией есть ключевые различия. Преобладающим механизмом удаления при мембранной фильтрации является натяжение или исключение размера, поэтому теоретически процесс может обеспечить идеальное удаление частиц независимо от рабочих параметров, таких как давление и концентрация на входе.
Однако обратный осмос включает диффузионный механизм, поэтому эффективность разделения зависит от концентрации растворенного вещества, давления и скорости потока воды. Обратный осмос наиболее известен тем, что используется для очистки питьевой воды от морской воды, удаления солей и других веществ из молекул воды.
На эффективность фильтра обратного осмоса для воды влияет давление воды, поступающей в систему, и температура этой воды. Мембраны испытываются при давлении 65 фунтов на квадратный дюйм и температуре 77 градусов. При каждом постепенном изменении любой из переменных характеристики мембраны соответственно изменяются. Более высокое давление увеличивает производительность и наоборот. Оптимальное давление составляет 65 фунтов на квадратный дюйм, а температура — 77°, как показано здесь на нашей диаграмме давление/температура обратного осмоса.
Какие этапы в системе обратного осмоса?
Ниже представлена упрощенная схема в разобранном виде типичной четырехступенчатой системы обратного осмоса. Ступени пронумерованы, а стрелки показывают направление потока воды по мере ее прохождения через систему. Внизу представлена увеличенная схема мембраны, на которой показаны ее многочисленные слои — компонент системы, делающий ее системой «обратного осмоса».
1. Фильтр предварительной очистки отложений
Полипропилен, выдуваемый из расплава, удаляет грязь, ржавчину и частицы осадка размером до 5 микрон. Существует несколько различных типов отстойных картриджей.
Гофрированные фильтры имеют увеличенную площадь поверхности и более длительный срок службы. Эти картриджи можно мыть и использовать повторно.
Выдуваемые из расплава полипропиленовые фильтры предназначены для удаления грязи, ржавчины и осадка из воды. 5 и 20 микрон являются наиболее популярными размерами для питьевой воды.
Струнные фильтры являются недорогим решением для ваших потребностей в фильтрации. Эти картриджи выпускаются с различными типами носителей и имеют широкий спектр применения.
2. Угольный фильтр предварительной очистки
Картридж(и) Coconut Shell Carbon Block, 10 микрон, удаляет хлор, вкус, запах и химические загрязнители.
Блок-фильтры с активированным углем обычно имеют способность фильтрации от 0.5 до 10 микрон, что делает их также полезными для фильтрации твердых частиц, удаления вкуса и запаха хлора, восстановления нерастворимого свинца и демонстрации, в некоторых случаях, удаления Giardia и Cryptosporidium. Пятиступенчатая система обратного осмоса имеет третий корпус для дополнительного картриджа с угольным блоком.
3. Мембрана обратного осмоса
Тонкопленочный композит (TFC) отбрасывает (удаляет) 95% всех растворенных твердых веществ (TDS) размером до 0001 микрона.
Тонкопленочные композитные мембраны (TFC или TFM) представляют собой полупроницаемые мембраны, изготавливаемые в основном для использования в системах очистки или опреснения воды. Они также используются в химических применениях, таких как батареи и топливные элементы.
4. Постугольный фильтр
Активированный уголь из скорлупы кокосового ореха — это последний фильтр для полировки после резервуара для хранения, непосредственно перед использованием воды.
Встроенные пост-фильтры обычно крепятся к верхней части корпуса мембраны системы обратного осмоса. Постфильтр удаляет любой хлор или загрязняющие вещества, пропущенные другими картриджами или мембраной.
Что может удалить обратный осмос из питьевой воды?
Процесс обратного осмоса может удалить множество органических и неорганических загрязнителей из водопроводной воды.
Эти системы специализируются на удалении привкуса и запаха хлора, ржавчины, отложений, а также снимают общие опасения по поводу общественной воды за счет снижения или полного удаления мышьяка, асбеста, хрома, фтора, свинца, ртути, ЛОС, ТГМ, лямблий и криптоспоридий. Для получения более подробного списка см. наш список загрязняющих веществ, удаляемых с помощью обратного осмоса, или нашу таблицу размеров частиц тонкопленочных мембран выше.
Обратный осмос
Обратный осмос (RO) известен уже более века, но он не стал коммерческим процессом до начала шестидесятых годов, когда была разработана специальная мембрана (1,2,3,4). Поскольку обратный осмос работает при сравнительно низкой температуре и является относительно энергоэффективным, он используется в различных целях, например, для опреснения, очистки сточных вод, регенерации минералов, концентрирования сыворотки и других пищевых продуктов и очистки воды (5,6). ). В последние годы RO все чаще используется при производстве обработанной воды для диализа в больницах, а также для производства некоторых косметических средств и лекарств фармацевтическими производителями (7,8). В дополнение к этим применениям RO может производить воду достаточной чистоты для использования в качестве воды для инъекций (WFI) и для приготовления парентеральных растворов (9,10,11,12). Эта ITG будет посвящена химическому и микробиологическому качеству воды, полученной с помощью обратного осмоса.
Определение и принцип работы
Обратный осмос — это процесс, в котором используется мембрана под давлением для отделения относительно чистой воды (или другого растворителя) от менее чистого раствора. При разделении полупроницаемой мембраной двух водных растворов разной концентрации вода под действием осмотического давления проходит через мембрану в сторону более концентрированного раствора (рис. 1). Если к концентрированному раствору приложено противодавление, достаточное для преодоления осмотического давления, поток воды изменится на противоположный (рис. 2).
Молекулы воды могут образовывать водородные связи в мембране обратного осмоса и вписываться в матрицу мембраны. Молекулы воды, которые входят в мембрану за счет водородных связей, могут быть протолкнуты под давлением. Большинство органических веществ с молекулярной массой более 100 отсеивается, т. е. масла, пирогены и твердые частицы, включая бактерии и вирусы (13).
Ионы соли, с другой стороны, отвергаются механизмом, связанным с валентностью иона. Ионы отталкиваются диэлектрическими взаимодействиями; ионы с более высокими зарядами отталкиваются на большее расстояние от поверхности мембраны. Одновалентные ионы, такие как ионы хлорида, не будут отторгаться так же эффективно, как, например, ионы двухвалентного сульфата. Номинальный коэффициент отбраковки обычных ионных солей составляет 85 – 98%.
Мембрана
Большинство промышленных мембран обратного осмоса изготавливаются из ацетата целлюлозы, полисульфоната и полиамида. Многие другие виды мембран, изготовленных из одного полимера или сополимера, также доступны для определенных целей. Мембрана состоит из оболочки толщиной около 0.25 мкм и опорного слоя толщиной около 100 мкм. Кожа является активным барьером и в первую очередь пропускает воду.
Обычно используются два типа конструкции обратного осмоса: 1. спиральная намотка — листы мембраны, прослоенные сетчатыми прокладками, соединяются и наматываются вокруг трубки пермеата; и 2. полое волокно. Любой из этих модулей собран в корпусе высокого давления. Схемы этих двух типов мембранных модулей (пермеаторов) показаны ниже (рис. 3 и 4).
РАСПРОСТРАНЕННЫЕ ТИПЫ МОДУЛЕЙ RO (ПЕРМЕАТОРЫ)
Эксплуатация
Типичная система обратного осмоса показана на блок-схеме (рис. 5) (размер изображения 11 КБ). Исходная вода проходит через предварительный фильтр после корректировки рН и подается на мембранные модули под расчетным давлением. Затем полученная вода перекачивается в резервуар для хранения, а концентрат сливается (6). Большинство установок обратного осмоса с мембраной из ацетата целлюлозы рассчитаны на работу при температуре от 55 F до 86 F (от 13 C до 30 C). На практике питательная вода может проходить любую из следующих предварительных очисток или комбинацию нескольких из них: песчаный слой, хлоратор и сборный резервуар, антрацитовый фильтр, фильтр с активированным углем, дегазатор, микрофильтр, нейтрализатор и деионизатор, в зависимости от состояния питательной воды и желаемого качества полученной воды. Поскольку состояние воды может время от времени меняться, необходимо обеспечить адекватную предварительную обработку, чтобы можно было контролировать растворенные твердые вещества и уровень бактерий в питательной воде после предварительной фильтрации в установленных пределах. Два последовательных модуля обратного осмоса следует рассматривать для парентеральных растворов, главным образом, для уменьшения количества одновалентных ионов и бактериальных загрязнений.
Основной проблемой при эксплуатации систем обратного осмоса является поляризация концентрации или загрязнение, которое представляет собой постепенное накопление отбракованных растворенных веществ на стороне подачи, непосредственно прилегающей к мембране. Цикл промывки часто используется для уменьшения образования отложений. Спиральная конструкция менее подвержена загрязнению, чем конструкция из полых волокон. Мембранный модуль служит в среднем два-три года. Процедура выключения в нерабочее время должна обеспечивать сохранение минимального расхода и рабочего давления с синхронизированным циклом внутренней промывки.
Качество воды продукта обратного осмоса
Количество растворенных твердых веществ в воде, полученной обратным осмосом, составляет примерно постоянный процент от их количества в питательной воде. Например, когда исходная вода содержит 300 частей на миллион растворенных твердых веществ (TDS), получаемая вода может иметь от 15 до 30 частей на миллион (коэффициент отбраковки 95% и 90% соответственно). Конструкция системы обратного осмоса основана на определенном диапазоне TDS питательной воды, требуемом проценте отбраковки и проценте извлечения. Для данной системы, чем выше процент извлечения или меньше процент брака, тем хуже становится качество получаемой воды. Система очистки воды обратного осмоса с деионизатором и/или несколькими последовательно соединенными модулями может производить воду, содержащую менее 0.1 ppm TDS (удельное сопротивление около 1 МОм·см). При определении воды для парентерального применения компания Remington’s Pharmaceutical Sciences подчеркивает, что, помимо соответствия стандартам USP в отношении пирогенов, существует несколько допустимых уровней общего содержания сухих веществ, которые можно использовать для оценки или классификации воды, получаемой в результате, для конкретных применений. Монография USP ограничивает общее содержание твердых веществ до 10 частей на миллион для воды для инъекций. Однако, чтобы проблемы со стабильностью не мешали производству, производители парентеральных препаратов обычно устанавливают ограничение содержания ионных примесей в 0.1 промилле или меньше (14).
Сообщалось, что бактерии могут «прорастать» через мембраны. Механизм, с помощью которого бактерии проходят через мембрану обратного осмоса, неизвестен, и не существует корреляции между тестом мембраны на утечку красителя и ее эффективностью удержания бактерий. Исследователи из Центра контроля заболеваний (CDC) провели обширные исследования бактериального загрязнения систем обратного осмоса, используемых при производстве очищенной воды для диализа (15). Они сообщили: 1. некоторые встречающиеся в природе грамотрицательные бактерии могут размножаться в относительно чистой воде обратного осмоса; 2. Тщательная периодическая дезинфекция всей системы обратного осмоса необходима для производства воды с приемлемым количеством бактерий; 3. стоячая вода в трубах после мембраны является основным источником бактерий и эндотоксинов в проточной воде; и 4. эффективность мембраны в подавлении бактерий выше при непрерывной работе, чем при периодическом использовании.
Модульные установки обратного осмоса с производительностью от нескольких до нескольких сотен галлонов в день теперь доступны от нескольких производителей. Эти устройства при правильной эксплуатации могут производить воду, которая соответствует химическим, микробиологическим и пирогенным тестам WFI в соответствии с USP XX.
Каковы плюсы и минусы фильтров для воды обратного осмоса?
В этой статье мы разъясняем основы, которые вам нужно знать об обратном осмосе, плюсы и минусы и лучшие альтернативы фильтрам для воды обратного осмоса.
Что такое обратный осмос?
Технология была первоначально изобретенный как решение
- Опреснение солоноватой воды вода или морская вода, чтобы сделать ее пригодной для питья
- Уменьшить очень специфические химические загрязняющие вещества, такие как тяжелые металлы
RO — это процесс, при котором давление воды проталкивает водопроводную воду через полупроницаемую мембрану, которая пропускает относительно небольшие молекулы воды, но не пропускает более крупные молекулы, такие как растворенные минералы (например, соль). Благодаря этому процессу чистая водопроводная вода отделяется от всех других веществ, содержащихся в воде.
Вот типичная установка обратного осмоса выглядит как наряду с некоторыми требованиями по обслуживанию. Перемотайте вперед до 13:35, чтобы увидеть, работает ли RO и устраняются ли неполадки.
Что удаляют фильтры обратного осмоса?
Системы обратного осмоса удаляют из воды загрязняющие вещества, включая бактерии, вирусы, нитраты, сульфаты, фтор, мышьяк и многое другое.. Но они также удаляют полезные минералы, такие как магний, кальций, калий и натрий. В целом фильтры обратного осмоса могут удалить сотни веществ из водопроводной воды с эффективностью фильтрации 100% или выше. Некоторые профессиональные фильтры обратного осмоса высокого давления, такие как Blue Water, даже заявляют о 99%.
С другой стороны, недорогие фильтры обратного осмоса обычно имеют гораздо более низкую эффективность. Поэтому очень важно ознакомиться с независимыми лабораторными тестами и сертификатами каждого конкретного бренда и продукта.
RO не очень эффективно удаляет хлор или смягчает воду. Поэтому фильтры с активированным углем почти всегда требуются в сочетании с RO.. Активированный уголь также помогает удалить более 70 других загрязняющих веществ, таких как пестициды, гербициды, побочные продукты хлора, фармацевтические препараты и многое другое.
Фильтры обратного осмоса снижают TDS
«Продавец использовал тестер TDS, чтобы обосновать необходимость системы обратного осмоса»
TDS измеряет количество растворенных веществ в воде. Часто продавцы используют это как аргумент в пользу необходимости фильтра для воды. Проблема в том, что TDS не является хорошим показателем чистой воды. Основными компонентами TDS обычно являются кальций, магний и бикарбонаты, необходимые человеческому организму. TDS 250 частей на миллион, например, обычно просто означает, что водопроводная вода богата минералами, что хорошо.
Нужен ли мне фильтр обратного осмоса, чтобы получать дома чистую питьевую воду?
За последние 10-15 лет системы обратного осмоса в сочетании с активированным углем позиционировались как единственное решение для питьевой воды в домашних условиях. В некоторых случаях домашние хозяйства могут действительно извлечь выгоду из фильтров обратного осмоса. Однако для водопроводной воды общего пользования в Европе и Северной Америке Фильтры обратного осмоса, как правило, пустая трата денег и воды.
Перед покупкой установки обратного осмоса или любого другого оборудования для очистки воды проверьте качество вашей местной водопроводной воды и то, что требуется, чтобы сделать ее безопасной и вкусной. Не слушай продавца.
Каковы преимущества (плюсы) фильтров обратного осмоса?
- Проверенная технология получения чистой питьевой воды
- Высококачественная фильтрация непитьевой водопроводной воды, содержащей, например, бактерии или тяжелые металлы.
- Может сделать водопроводную воду с чрезвычайно высоким содержанием минералов (TDS 1500 или выше) пригодной для питья.
Каковы недостатки (минусы) фильтрации RO?
- Отходы столько, сколько в 6 раз больше чистой воды (некоторые продукты намного эффективнее)
- Требует профессионального ухода для обеспечения эффективности и безопасности
- Вода может быть безвкусной и ухудшать вкус кофе и чая, если вода не реминерализована.
- Удаляет полезные минералы, включая кальций, магний, калий и бикарбонаты.
- Относительно дорого, от 300 долларов. + обслуживание и замена
- Опасность размножения бактерий в воде после фильтра, так как хлор был удален
В 2020 году правительство Индии запретило использование фильтров для воды обратного осмоса для всей воды с TDS менее 500, чтобы сократить потери воды и энергии.
Полезна ли деминерализованная вода из фильтров обратного осмоса?
Нет, на самом деле это не так. По данным Всемирной организации здравоохранения, питьевая вода с низким содержанием минералов (TDS), полученная путем обратного осмоса или дистилляции, не пригодна для длительного потребления человеком и фактически может оказывать негативное воздействие на здоровье тех, кто ее потребляет. Недостаток минералов может негативно сказаться на вкусе многих людей.
Однако при правильном питании минералы из водопроводной воды не имеют для вас решающего значения, поэтому употребление деминерализованной воды не будет проблемой.
Каковы альтернативы фильтрам обратного осмоса?
Большая часть водопроводной воды в Европе и Северной Америке уже пригодна для питья (пригодна для питья в соответствии со строгими стандартами ВОЗ, EPA и ЕС). Поэтому первоочередной задачей обычно является улучшение вкуса и снижение риска возможных загрязнений, таких как ТГМ, микропластик и тяжелые металлы.
Высококачественный фильтр с активированным углем позаботится об этом со следующими преимуществами.
- Простота в установке и заменен кем-либо
- Стоимость значительно меньше
- Сохраняет полезные минералы в воде
- Не тратьте зря воду
- Меньший риск того, что вода станет несвежей / плохой на вкус
Примеры фильтров с активированным углем включают TAPP EcoPro.
Для водопроводной воды с бактериями есть доступные фильтры ультрафильтрации, такие как Ultra от TAPP Water, которые удаляют 99.99% бактерий и более 100 других загрязняющих веществ.
Другие альтернативы обратному осмосу включают ионный обмен, УФ-очиститель, озон и дистилляцию. Подробнее в этом руководство по фильтру воды.
Заключение
- Обратный осмос — это удивительная технологическая инновация, позволяющая получать пресную воду из морской воды в районах по всему миру, где воды не хватает, а также для промышленной очистки загрязненных сточных вод. Это также может быть хорошим решением для чистой бытовой воды, когда того требуют условия.
- Не устанавливайте фильтр обратного осмоса, если он вам действительно не нужен, и убедитесь, что он высокого качества, чтобы гарантировать, что ваша вода безопасна для питья.
- Для коммунальной водопроводной воды есть отличные альтернативы, включая EcoPro от TAPP Water, который прост в установке, доступен по цене и устойчив.
- Для небезопасной водопроводной и колодезной воды отличной альтернативой может стать ультрафильтрационный фильтр, такой как Ultra от TAPP Water.
Вопросы, комментарии или отзывы? Пожалуйста, прокомментируйте ниже, и мы постараемся ответить в течение 3-5 дней. Если вам нужен более быстрый ответ, напишите в нашу службу поддержки по адресу [email protected]
