3. Методы исследования

Основные преимущества применения нанофильтров при водоподготовке по сравнению с обычными системами очистки заключаются в том, что вода требует меньшего давления для своего прохождения через фильтр, что является более эффективным. Кроме того, система нано очистки воды может очищаться значительно легче путем обратной промывки, чем с применением традиционных методов очистки воды.

При помощи мембран углеродных нано трубок удаляются практически все виды различных загрязнений, включающие в себя замутненные воды, масло, вирусы, бактерии и органические загрязнения. Нанофильтры из алюминия и прочих материалов способны удалять отрицательно заряженные загрязняющие вещества, в числе которых бактерии, вирусы, коллоиды органические и неорганические, довольно быстрыми темпами в сравнении с обычными фильтрами.

Учеными были представлены устройства по нано очистке воды, которые, очищая воду, отсеивали вирусы, бактерии, органические вещества и тяжелые металлы. Способность блокировать прохождение бактерий и вирусов обеспечивает специальная мембрана. Оказывается, что некоторые заводы по производству лекарств уже используют нанофильтрационные мембраны для очистки воды от загрязнений в течение пяти лет . И на сегодняшний день подобная технология очистки воды с помощью подобных систем водоочистки и водоподготовки становится промышленным стандартом.

Система для нано очистки воды состоит из нескольких стекловолоконных слоев, которые создают проницаемую поверхность наноразмерных пор. При увеличении давления, водный удар очищает мембрану и не пропускает через поры вирусы и бактерии.

Исследователи нанотехнологий считают, что, несмотря на относительную простоту поколения нанофильтров, будущее поколение устройств по очистке воды на основе нанотехнологий будут создаваться на основе новых свойств наноразмерных материалов.

Ученые не отрицают, что некоторые фундаментальные аспекты в вопросе нанотехнологий вызывают некоторую обеспокоенность среди групп активистов и общественности. Риск, связанный с наноматериалами, не может сравниться с риском, вызываемым другими материалами. Такая позиция связана с тем, что в нанотехнологиях используется гораздо большая площадь поверхности по отношению к объему наночастиц, что делает их более реактивными, чем материалы сыпучие, и приводит к непроверенным взаимодействиям с биологическими поверхностями.

4. Явление осмоса и обратного осмоса

Исследования явлений и механизмов переноса в обратном осмосе проводились в течение последних 50-ти лет многими известными зарубежными специалистами.

Отечественными исследователями – сотрудниками кафедры мембранной технологии РХТУ им. Д.И. Менделеева (МХТИ), МГСУ (МИСИ), МГУИЭ (МИХМ), ВНИИВОДГЕО, НПО «Полимерсинтез» и др. – также предпринимались попытки обобщения мирового опыта и предлагались методы расчета, как теоретических основ процессов мембранного разделения, так и рабочих параметров установок.

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.

Осмос

Явление осмоса лежит в основе обмена веществ всех живых организмов. Благодаря ему в каждую живую клетку поступают питательные вещества и, наоборот, выводятся шлаки.

Явление осмоса наблюдается, когда два соляных раствора с разными концентрациями разделены полупроницаемой мембраной.

Эта мембрана пропускает молекулы и ионы определенного размера, но служит барьером для веществ с молекулами большего размера. Таким образом, молекулы воды способны проникать через мембрану, а молекулы растворенных в воде солей - нет.

Если по разные стороны полупроницаемой мембраны находятся солесодержащие растворы с разной концентрацией, молекулы воды будут перемещаться через мембрану из слабо концентрированного раствора в более концентрированный, вызывая в последнем повышение уровня жидкости. Из-за явления осмоса процесс проникновения воды через мембрану наблюдается даже в том случае, когда оба раствора находятся под одинаковым внешним давлением.

Разница в высоте уровней двух растворов разной концентрации пропорциональна силе, под действием которой вода проходит через мембрану. Эта сила называется "осмотическим давлением".

Обратный осмос

В случае, когда на раствор с большей концентрацией воздействует внешнее давление, превышающее осмотическое, молекулы воды начнут двигаться через полупроницаемую мембрану в обратном направлении, то есть из более концентрированного раствора в менее концентрированный.

Этот процесс называется "обратным осмосом". 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, чем большинство традиционных методов фильтрации, основанных на фильтрации механических частиц и адсорбции ряда веществ с помощью активированного угля.

Примечание

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. В зависимости от типа применяемой мембраны (ацетатцеллюлозная или тонкопленочная композитная) степень очистки составляет по большинству неорганических элементов 85%-98%.

Мембрана обратного осмосатакже 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.