Явление обратного осмоса наблюдается когда на раствор с большей концентрацией примесей воздействует давление, превышающее осмотическое. В этом случае молекулы воды начнут двигаться через полупроницаемую мембрану в обратном направлении, из более концентрированного раствора в менее концентрированный, т.е. в направлении обратном по сравнению с обычным осмосом. От сюда и возник термин "обратный осмос". По этому принципу и работают все мембраны обратного осмоса.

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 воды, чем большинство традиционных методов фильтрации, основанных на фильтрации механических частиц и адсорбции ряда веществ с помощью активированного угля.

Применение обратного осмоса

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.

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. Cтепень очистки воды составляет по большинству неорганических элементов 85%-98%.

Мембрана 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.

Обратный осмос очень важный процесс, являющийся составной частью высокопрофессиональной очистки воды. Первоначально обратный осмос был предложен для опреснения морской воды. Принцип его необычайно прост - вода продавливается через полупроницаемую тонкопленочную мембрану - синтетический аналог мембраны живой клетки. Размеры ее пор сопоставимы с размерами молекул воды. Поэтому сквозь них под давлением просачивается только вода и низкомолекулярные газы - кислород, углекислый газ, а все примеси просто не в состоянии "протиснуться". Они остаются на мембране, с которой смываются в дренаж. По эффективности очистки мембранные системы не имеют себе равных: она достигает практически 97-99,9% по любому из видов загрязнений. В результате получается глубоко очищенная, полностью обессоленная вода, содержащая растворенный кислород, чем, собственно, она и отличается от дистиллированной воды, в которой кислорода нет.

На обратноосмотической мембране можно очищать только воду, прошедшую предварительную комплексную очистку. Иначе мембраны быстро выходят из строя, и их использование будет слишком дорогим. Удаление песка, ржавчины и прочих нерастворимых примесей производится механическим картриджем с ячейками до 5 микрон. Затем обычно используется картридж на основе высококачественного гранулированного кокосового угля. Он сорбирует растворенные в воде соединения железа, алюминия, тяжелых и радиоактивных металлов, свободный хлор (как правило, содержащийся в городской водопроводной воде) и микроорганизмы. На последней стадии предварительной очистки для мембран, особо чувствительных к разрушительному воздействию хлора и хлорорганики может использоваться либо картридж из прессованного угля, либо карбон- блок. В последние годы стали выпускать более устойчивые к хлору мембраны. В этом случае в качестве последней ступени предочистки устанавливается механический 1-микронный картридж, защищающий мембрану от мельчайшей угольной пыли и примесей, проскочивших через первые два картриджа. Бытовые системы обратного осмоса укомплектованы мембранами, способными хорошо фильтровать воду, если ее жесткость не превышает 7 мг-экв/л. Если исходная вода еще жестче - необходимо произвести ее умягчение до подачи на мембрану. Использование ионообменных картриджей в системе предварительной очистки в таких случаях не имеет смысла, так как 70-85% воды, прошедшей эту очистку, все равно сливается в дренаж, выполняя функцию промывки мембраны и ресурса стандартного десятидюймового картриджа с ионообменной смолой хватит от силы на неделю. Целесообразно использовать либо автоматические ионообменные устройства, либо магнитные преобразователи воды. Только после комплексной предварительной очистки вода подается на мембрану. А чтобы убрать прошедшие через мембрану растворенные газы, придающие неприятный запах и привкус, воду на заключительном этапе пропускают через высококачественный прессованный активированный уголь с добавкой серебра. Следует отметить, что если исходная вода содержит избыточное количество механических или растворенных примесей, то перед системой обратного осмоса рекомендуется установка дополнительных систем водоподготовки (фильтр механической очистки, обезжелезиватель и т. п.).

Так как скорость фильтрации воды через мембрану невелика, то домашние установки обратного осмоса обычно укомплектовываются накопительными баками для очищенной, воды. Накопительный бак, как правило, общей емкостью 12 л выстлан внутри эластичным силиконовым мешком. Между внешней стенкой мешка и стенками бака накачан воздух под давлением 0,5 атм. При наполнении водой мешок расширяется, сжимая воздушную прослойку. Давление воздуха возрастает, срабатывает отсечной клапан и процесс фильтрации прекращается. Такой бак способен накопить в себе 6-8 л очищенной воды. Обычно для этого требуется от 2 до 6 часов (зависит от давления в водопроводе).

Теоретически, мембраны удаляют почти все известные нам микроорганизмы, в том числе и вирусы, однако, возможные нарушения герметичности прокладок, производственные дефекты могут позволить некоторым микроорганизмам проникнуть в очищенную воду. Именно поэтому небольшие системы обратного осмоса не должны использоваться в качестве основного средства для устранения биологического загрязнения. Хотя при использовании в системе, где вода проходит муниципальную очистку возможность чем-либо заразиться маловероятна.

Просачивание воды сквозь полупроницаемую мембрану идет только при давлении воды в водопроводе не менее 2,5-2,8 атм. Дело в том, что обратный осмос - процесс полностью противоположный осмосу.

Осмос - это природное явление, заключающееся в стремлении воды понизить концентрацию любого солевого раствора, то есть его разбавить.

Чем выше концентрация солевого раствора, тем с большей силой стремится его разбавить вода. Эта сила и есть осмотическое давление, которое необходимо преодолеть для того, чтобы процесс пошел в обратную сторону. Для обеспечения работоспособности системы при недостаточном давлении в водопроводе (менее 2,5 - 2,8 атм.) необходимо установить повышающий насос.

То обстоятельство, что в воде после очистки в мембранной системе почти полностью отсутствуют минеральные соли, уже не один год вызывает оживленные дискуссии. Хотя необходимое для организма количество макро- и микроэлементов гораздо эффективнее получать через пищу (см. выше), но многие настолько привыкли к вкусу, который придают воде минеральные соли, что при их отсутствии вода кажется безвкусной. Однако полностью удалить вредные примеси, сохранив минеральные вещества в полезных концентрациях, оказывается настолько сложно и дорого, что лучше воду сначала максимально очистить, а потом вносить добавки, если это необходимо. Так поступают все производители бутилированной воды.