Обратный осмос для очистки воды: как работает и что убирает

Огурец в крепком рассоле за сутки становится солёным и морщинистым: вода выходит из него туда, где солей больше. Это осмос, и в природе он идёт сам, без насосов. Обратный осмос для очистки воды разворачивает процесс: напор водопровода продавливает воду сквозь тонкую плёнку в обратную сторону, из солёной в чистую. Всё, что в воде было растворено, остаётся на входе и уходит в канализацию.

Ниже по порядку: как устроена мембрана, зачем перед ней ставят несколько ступеней, что фильтр убирает и что пропускает, чего ждать от минерализатора и сколько воды уходит в дренаж. Монтаж под мойку мы уже разбирали отдельно, в статье подключение обратного осмоса под мойку, здесь только про то, как система работает.

Что значит обратный осмос и чем он отличается от осмоса

Осмосом называют движение воды через полупроницаемую плёнку из слабого раствора в крепкий. Плёнка пропускает молекулы воды и не пропускает растворённые соли, поэтому вода перетекает туда, где солей больше. Течёт она до тех пор, пока давление с той стороны не уравновесит поток. Это давление называют осмотическим.

Если со стороны крепкого раствора надавить сильнее осмотического давления, вода пойдёт назад. Соли останутся по одну сторону плёнки, почти чистая вода окажется по другую. Отсюда название и главное требование к бытовому фильтру: ему нужен напор. Барьер «Профи Осмо 100» работает при 2,5–7 атм, Гейзер «Престиж-2» при 2,5–8 атм. Чем больше солей в исходной воде, тем выше её осмотическое давление и тем меньше чистой воды мембрана даст при том же напоре.

	Осмос	Обратный осмос
Куда идёт вода	из слабого раствора в крепкий	из крепкого раствора в чистую воду
Что её двигает	разница концентраций, само	внешнее давление выше осмотического
Где встречается	клетки растений, засолка овощей	питьевые фильтры, опреснители
Что остаётся на плёнке	ничего, вода просто перетекает	соли и примеси, их смывает в дренаж

Короче говоря, фильтр обратного осмоса не держит грязь в порах, как губка. Он отделяет воду от того, что в ней растворено, и делает это давлением.

Принцип работы обратного осмоса: что происходит на мембране

Бытовая мембрана похожа на рулон. В корпусе намотаны листы тонкоплёночного полиамидного композита, между ними сетки-разделители, а в центре трубка, куда собирается очищенная вода. Исходная вода идёт вдоль рулона: часть проходит сквозь плёнку, остальная уносит задержанные примеси.

Главная деталь здесь в направлении потока. Вода течёт вдоль поверхности, а не упирается в неё. В руководстве Барьер это описано так: вдоль мембраны с высокой скоростью идёт поток и смывает загрязнения в дренаж. Поэтому мембрана не забивается за неделю, как обычный картридж, а служит год и дольше. И поэтому осмос не работает без слива: концентрат должен куда-то уходить.

Насколько хорошо мембрана чистит, видно по паспорту. У элемента FilmTec TW30-1812-50HR стабильная задержка солей 99 %: из каждых 100 мг соли в чистую воду проходит около 1 мг. Это цифра для стандартных условий испытаний: 3,4 бар, 25 °C, раствор 500 мг/л. Производительность такого элемента 50 галлонов в сутки, около 190 л. На холодной воде из скважины и при меньшем давлении литров будет меньше; насколько, мы показывали графиком в статье про подключение осмоса.

В том же паспорте есть строчка, которая объясняет устройство всего фильтра: свободного хлора на входе мембраны допустимо меньше 0,1 мг/л. Полиамид хлор разрушает, а водопроводная вода хлорированная. Поэтому перед мембраной всегда стоит уголь.

Система очистки с обратным осмосом: зачем нужны ступени

Мембрана дорогая и капризная, и всё, что стоит перед ней, работает на неё. Схема «обратный осмос 5 ступеней очистки» на примере Барьер «Профи Осмо 100» выглядит так:

1. Механика 5 мкм. Задерживает песок и ржавчину, чтобы они не осели на мембране и в клапанах.
2. Гранулированный уголь. Снимает хлор и защищает полиамидную плёнку.
3. Механика 1 мкм. Ловит мелкую взвесь, в том числе угольную пыль со второй ступени.
4. Мембрана. Делит воду на чистую и концентрат.
5. Угольный постфильтр после бака. Убирает привкус, который вода набирает, пока стоит в баке.

Шестой и седьмой ступенью в описаниях обычно называют минерализатор, ещё один угольный картридж или ультрафиолетовую лампу. Само число ступеней о качестве воды говорит мало, его делает четвёртая. При сравнении моделей полезнее смотреть на другое:

• есть ли автопереключатель, который перекрывает вход при полном баке;
• есть ли версия с насосом, если давление в доме ниже 2,5 атм;
• сколько литров уходит в дренаж на литр чистой воды;
• сколько стоит годовой комплект сменных картриджей.

Кроме фильтров, в системе есть бак, где копится чистая вода (мембрана даёт её медленно, почти по капле), обратный клапан и ограничитель дренажа. Как часто менять каждую ступень и как сделать это без лужи под мойкой, разобрано в инструкции как поменять фильтр для воды.

Что делает обратный осмос с водой: что удаляет, а что нет

Задержка 99 % относится к заряженным частицам, ионам: с ними мембрана справляется лучше всего. С мелкими незаряженными молекулами и растворёнными газами хуже, и это видно по таблице.

Что в воде	Как ведёт себя на мембране	Что это значит на практике
Кальций и магний (жёсткость)	задерживаются	накипи в чайнике нет
Нитраты, нитриты, фториды	задерживаются	по словам Барьер, в быту их стабильно убирает только мембрана
Хлориды, сульфаты, натрий	задерживаются	уходит солоноватый привкус
Бактерии и вирусы	задерживаются	но на заведомо загрязнённой воде предфильтры обрастают, Барьер просит такую воду не подавать
Бор	частично, обычная мембрана задерживает 60–70 %	при высоком боре на входе нужен анализ после фильтра
Углекислый газ	проходит	чистая вода чуть кислее исходной
Сероводород	проходит, при окислении даёт налёт на мембране	Барьер допускает на входе не больше 0,003 мг/л
Железо и марганец	на мембрану их подавать нельзя	предел 0,3 и 0,1 мг/л у Барьер и Гейзер

Про бор стоит сказать отдельно, потому что для Ярославского района это не теория. В схеме водоснабжения Ивняковского поселения для скважин Сарафоново указан бор 0,64 и 0,76 мг/л при нормативе 0,5 мг/л по СанПиН 1.2.3685-21. Если мембрана задерживает 60–70 %, после фильтра останется 0,19–0,30 мг/л. Это в пределах нормы, но расчёт не заменяет анализа: сдайте пробу из крана чистой воды через месяц после запуска.

Железо попало в таблицу по другой причине. Мембрана его задерживает, но оба производителя ограничивают его на входе, а при превышении, как пишет Барьер, производительность мембраны заметно падает. В скважинах вокруг Ярославля железо выше нормы встречается часто, поэтому в частном доме осмос ставят после обезжелезивания. Как собрать такую цепочку, есть в статье какие фильтры для воды выбрать для частного дома.

Минерализатор: сколько минералов он возвращает

После мембраны в воде почти не остаётся солей. Одним нравится именно это, другие боятся «пустой» воды. Вопрос на деле простой: сколько кальция и магния окажется в стакане.

Минерализатор Барьер по паспорту даёт кальций 5–45 мг/л и магний 0,5–10 мг/л. Ресурс картриджа 1000 л, менять его рекомендуют раз в 3 месяца. Вилка широкая, и от чего она зависит, производитель не пишет.

Независимые замеры скромнее. Национальный институт общественного здравоохранения Чехии проверял воду в семьях, которые пили воду из бытовых осмосов с минерализатором. В водопроводе у них было 25–103 мг/л кальция. После осмоса, даже с минерализатором, кальция было 0–7,2 мг/л, чаще меньше 3, магния 0–8,8 мг/л, чаще меньше 1. Данные приведены в обзоре Rosborg, Kozisek и Ferrante 2019 года.

После этих историй Чехия ввела правило: бытовой фильтр, который снижает минерализацию, должен оставлять в воде не меньше 150 мг/л солей, 30 мг/л кальция и 10 мг/л магния. Одного картриджа-минерализатора для этого, по оценке института, мало, поэтому там продают осмос с подмесом исходной воды. Что из этого следует для вас:

• Минерализатор улучшает вкус, но состав водопроводной воды он не возвращает. Рассчитывать на него как на источник кальция не стоит.
• Если вода просто жёсткая, а в остальном в норме, осмос может быть не нужен вовсе. Хватит умягчения на вводе и угольного фильтра на кухне. Какая жёсткость считается высокой, разобрано в статье жёсткость воды: что это.
• Если осмос нужен из-за нитратов, бора или солоноватой воды, а минералы хочется сохранить, спрашивайте модель с регулируемым подмесом исходной воды.
• Есть и промежуточный вариант. Гейзер пишет, что в корпус «Престиж-2» можно поставить наномембрану, которая сохраняет минеральный состав воды.

Дренаж: сколько воды уходит в канализацию

Частый вопрос после покупки: почему под мойкой журчит, когда никто не пьёт. Так набирается бак, и на каждый литр в бак система сливает несколько литров концентрата.

По паспортам Барьер «Профи Осмо 100» сливает 4 л на 1 л чистой воды, версия Boost с насосом 3 л, Гейзер «Престиж-2» до 3 л. Агентство по охране окружающей среды США (EPA) пишет, что типичная бытовая система сливает 5 л и больше, неудачные до 10 л. Для своей маркировки WaterSense агентство требует не больше 2,3 л.

Посчитаем для семьи. Барьер рассчитывает ресурс картриджей на 15 л питьевой воды в сутки, возьмём эту цифру:

• в бак за месяц уходит 15 × 30 = 450 л;
• при соотношении 1:4 в дренаж уходит 1 800 л, то есть 1,8 м³ в месяц, около 22 м³ в год;
• при 1:3 выходит 1,35 м³ в месяц, около 16 м³ в год.

В квартире эти кубометры оплачиваются дважды, как холодная вода и как водоотведение: умножьте их на тарифы из своей квитанции. В частном доме счёт другой. Насос качает лишнюю воду из скважины, а дренаж попадает в септик или станцию очистки, и при выборе их объёма этот поток лучше учесть.

Сократить слив можно так:

• Держать давление. При низком давлении мембрана работает медленнее. А ниже 1,5 атм, по таблице неисправностей Гейзер, автопереключатель не перекрывает дренаж, и вода течёт в канализацию круглые сутки. В доме со скважиной это частая история, решения описаны в статье про подключение осмоса.
• Выбрать модель экономнее. У Барьер версия с насосом сливает 3 л вместо 4.
• Не трогать ограничитель дренажа. Он держит на мембране нужное давление. Без него или с более широким ограничителем чистой воды на литр слива станет меньше.
• Менять предфильтры вовремя. Забитая предочистка снижает давление на мембране, и бак набирается дольше.

Очистка бака обратного осмоса и перерывы в работе

Отдельной процедуры очистки бака в инструкциях Барьер и Гейзер нет. Оба производителя требуют другого. После замены мембраны бак нужно набрать и слить: Барьер просит сделать это дважды. После перерыва больше двух недель Гейзер советует промыть систему, то есть слить полный бак и набрать заново.

Если вы уезжаете на месяц, по возвращении не пейте первый бак. Если вода из бака пахнет, а постфильтр свежий, позовите сервис: дезинфекцию делают по инструкции конкретной модели, универсального рецепта нет.

Когда осмос нужен, а когда хватит фильтра попроще

• Городская вода в норме, раздражает хлор. Хватит угольного проточного фильтра под мойкой.
• Жёсткая вода, накипь в чайнике. Осмос сделает питьевую воду мягкой, но котёл и бойлер защищает только умягчитель на вводе.
• В анализе нитраты, бор или много солей. Здесь осмос нужен. Для нитратов и фторидов, по словам Барьер, другого бытового способа нет, бор мембрана убирает частично.
• Скважина с железом. Сначала механика и обезжелезивание в котельной, потом осмос на кухне.

Мы подбираем водоподготовку по анализу воды: фильтр грубой очистки, обезжелезивание и умягчение в котельной, осмос под мойку с подключением к сливу. Инженер приезжает на бесплатный замер в течение 48 часов, письменная смета готова через 2 рабочих дня, на работы гарантия 1 год. Если анализ у вас уже есть, приложите его к заявке на странице водоподготовка: по нему сразу видно, нужен ли вашей воде осмос.

Источники

• Барьер «Профи Осмо 100», «Профи Осмо 100 М», «Boost»: руководство по эксплуатации
• Гейзер «Престиж-2»: инструкция по монтажу и эксплуатации
• DuPont FilmTec TW30-1812-50HR: характеристики мембранного элемента
• EPA WaterSense: Point-of-Use Reverse Osmosis Systems
• Rosborg I., Kozisek F., Ferrante M. Health Effects of De-mineralization of Drinking Water. Springer, 2019
• Mukhopadhyay D. Method and apparatus for high efficiency reverse osmosis operation, патент US 5925255 (задержка бора, CO₂ в пермеате)
• Схема водоснабжения и водоотведения Ивняковского СП Ярославского МР на 2017 год (бор в скважинах Сарафоново)
• СанПиН 1.2.3685-21: гигиенические нормативы качества питьевой воды