Системы очистки воды обратным осмосом — здорово или не очень?

Всем привет.

Сегодня я хотел бы поделиться с своим видением систем очистки воды.

Я не хочу обсуждать различные фильтры, неэффективность которых давно уже известна — поговорим мы про системы очистки обратным осмосом, которые активно используются как на производствах, выпускающих очищенную воду, так и в быту.

К сожалению вокруг этих систем имеется достаточно много маркетингового шума, который призван к получению прибыли производителем систем, но зачастую никак не связан с качеством получаемого продукта.

Из-за отсутствия понимания того, как работает система и какую воду следует употреблять, пользователь часто покупает лишние узлы и расходные элементы, а производители воды — экономят на жизненно важных деталях, выпуская воду, которая нежелательна для употребления.

Давайте разберёмся.

Теория и её реализация

Итак, матчасть нам говорит, что обратный осмос — процесс, в котором, при определённом давлении, растворитель (вода) проходит через полупроницаемую мембрану из более концентрированного в менее концентрированный раствор, то есть в обратном для осмоса направлении. При этом мембрана пропускает растворитель, но не пропускает некоторые растворённые в нём вещества. Вода, которая проходит через мембрану, называется пермеатом, вода с высокой концентрацией солей, которая остаётся и сливается — концентратом.

Обратный осмос используют с 1970-х годов при очистке воды, получении питьевой воды из морской воды, получении особо чистой воды для медицины, промышленности и других нужд.

Сразу оговоримся: обратный осмос эффективен в удалении из воды частиц с размерами 0,001-0,0001 мкм. В этот диапазон попадают соли жёсткости, сульфаты, нитраты, ионы натрия, малые молекулы, красители, железо, микроэлементы, тяжёлые металлы. Мембрана не задерживает низкомолекулярные вещества, например такие газы, как кислород, хлор, углекислый газ и пр. Именно из-за наличия этих газов в пермеате наблюдается слабокислая реакция, вплоть до рН 5.

Мембрана крайне плохо реагирует на хлорорганику, органические растворители, крупные механические частицы. По этой причине обычно используется грубый механический фильтр или узел предварительной очистки воды перед мембраной, а также угольный фильтр для удаления хлорорганики и органики в целом. Фильтры являются расходными элементами, если их не менять, то, принимая качество воды в нашем водопроводе, рано или поздно повредится мембрана — и тогда ремонт будет стоить намного дороже.

Также следует помнить, что даже при использовании предварительной очистки и её своевременной замены, мембрану иногда следует мыть: для этого используются химические антискаланты/дисперганты, которые растворяют осевшие на мембране соли алюминия (в основном — оксихлориды, используемые как коагулянты на водоканалах), сульфаты кальция, карбонаты кальция-магния и гидроокись железа. Иногда пишут, что эти реактивы отмывают коллоиды оксида кремния, растворяет осадки фторида кальция и сульфатов стронция и бария — что же, это означает, что в реагенте есть комплексон 3 (трилон Б) и какие-то поверхностно-активные вещества, а значит рассказы о нежности мембран в отношении к высокомолекулярным органическим соединениям сильно притянуты за уши. Впрочем, трудно себе представить наличие таких осадков в значимых количествах после предварительной очистки.

Какие узлы стоят обычно после мембраны?

1. Для удаления остаточного хлора часто имеется угольная пост-фильтрация – небольшой линейный фильтр, заполненный активированным углем, через который проходит пермеат. Его задача — поймать остатки растворенного хлора и прошедшей через мембрану органики. Поскольку вода после нормально работающей мембраны содержит мало негативных примесей, то и нагрузка на постфильтр невысока, а потому менять его нужно реже.
2. Минерализующие картриджи (реминерализаторы) – важнейший элемент для любителей не терять полученные с пищей минералы – картридж восполняет утраченные на мембране минералы, но вместо смеси полезного и вредного, минерализатор добавляет только полезные. Как правило, минерализуют воду макроэлементами, такими как кальций, магний, натрий, калий. Так же восполняется анионный состав, хотя на самом деле это неважно. Без минерализатора Вы будете употреблять воду, которая не содержит кальций и магний — а потому может потенциально приводить к остеопорозу, особенно у детей и женщин: в этом случае элементы будут просто «вымываться» из зубов и костей. К сожалению, именно на этом узле экономят недобросовестные производители очищенной воды.
3. Структуризаторы – отдельная когорта картриджей, которые сложно назвать фильтрами, так как проверить их влияние на воду практически не возможно. Их задача – под воздействием разного рода факторов «изменять структуру воды в лучшую сторону». Победители «Битвы экстрасенсов» одобряют. Исключительно разводка маркетологов на дополнительные деньги.
4. Ультрафиолетовое обеззараживание – как и в ряде другого оборудования этот элемент имеет свое узкоцелевое назначение – не допускать попадание потребителю ни одного жизнеспособного микроорганизма. Мне крайне сложно представить микроорганизм, который меньше 0,001-0,0001 мкм, содержится в воде в значимых количествах, вреден и пропускается службами водоканалов.
5. Системы коррекции рН — по сути, дозаторы фосфата и сульфита натрия, призванные повысить рН до 6,5-7,5 (выше уже писалось, что после обратного осмоса вода слабокислая) и связать свободный кислород. Доводом маркетологов являются страшные истории про иссушенную кожу, выпадающие волосы и растворяющиеся зубы. Касательно кожи и волос — тут я бы направил маркетологов к их коллегам по продаже шампуней с рН 5,5 — вода в худшем случае после обратного осмоса не сильно далеко ушла по шкале от «лучших шампуней», а проблемы с зубами больше будут вызваны не столько кислой средой, сколько деминерализацией — см. выше (кстати, рН уксуса и лимонного сока — порядка 2, яблоки и вишни имеют рН около 4 — зубы ничего так, терпят). На самом деле, комбинация свободного кислорода и слабокислого рН здорово корродирует все металлические элементы — и именно это необходимо устранять, хотя мне сложно представить усиленную коррозию качественной пищевой нержавеющей стали в этих условиях. Ну это если она качественная и нержавеющая, конечно.
   Тем не менее для чисто органолептических качеств питьевой воды рН можно корректировать — но уж точно не покупкой дорогостоящего реагента, а простой дозировкой разбавленного раствора пищевой соды.

Итого, какие мы расходные части имеем?

1. Фильтры предварительной очистки. Не будете менять — убьёте мембрану.
2. Антискаланты/дисперганты для отмывки мембраны. Если фильтры предварительной очистки меняются вовремя — практически не нужны.
3. Угольные пост-фильтры. Если не будете менять — ничего страшного не произойдёт.
4. Минерализующие картриджи. Обязательны.
5. Структуризаторы. Бесполезны.
6. Ультрафиолетовое обеззараживание (лампу иногда надо менять). Бесполезно.
7. Раствор для системы коррекции рН. Легко меняется на раствор пищевой соды. При условии качественной системы — работает так же.

А теперь — некоторые результаты анализа воды, которые попадались мне в жизни, по которым можно распознать систему очистки обратным осмосом и то, на чём в ней экономят.

Практический опыт

Откровенно говоря, я не встречал в странах постсоветского пространства водопроводную воду, которая имела бы проблемы по тяжёлым металлам. Я не декларирую порядок по хлорорганике или микробиологии, но с элементным составом воды на самом деле проблема чаще всего связана со следующим:

• Жёсткость. Традиционно вода почти везде очень жёсткая. Ну мы это видим по накипи в чайниках. Чревато это песком и камнями в некоторых органах.
  Рекомендации всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) для питьевой воды: кальций – 20-80 мг/л; магний – 10-30 мг/л. Для жёсткости какой-либо рекомендуемой величины не предлагается, но она связана с содержанием этих элементов. Российские нормативные документы (СанПиН 2.1.4.1074-01 и ГН 2.1.5.1315-03) для питьевой воды регламентируют: магний – не более 50 мг/л; жесткость — не более 7°Ж.
  Норматив физиологической полноценности бутилированной воды (СанПиН 2.1.4.1116-02): кальций – 25-130 мг/л; магний – 5-65 мг/л; жесткость – 1,5-7°Ж.
• Железо. Из-за старых ржавых труб — получаем высокое содержание железа. Это не особо вредно, но влияет на органолептику — вода на вкус «ржавая». И поэтому СанПиН регламентирует не более 0,3 мг/л железа, впрочем, цифру в ряде случаев можно поднять до 1,0 мг/л.
• Алюминий. Технология водоканалов использует оксихлорид алюминия как коагулянт. СанПиН допускает до 0,5 мг/л алюминия, но лично я сильно подозреваю, что цифра — завышена из-за технологов, в той же Европе согласно 80/778/ЕС уровень не должен превышать 0,3 мг/л при оптимальной цифре 0,05 мг/л. Алюминий — редкостная дрянь, а потому чем его меньше — тем лучше.

Системы, которые Вы планируете использовать для очистки, в первую очередь должны справляться с этими элементами.

И что же выходит в итоге?

В ряде городов и регионов вода очень мягкая, например город Кузнецовск (ныне — Вараш), в котором располагается Ровенская АЭС, может похвастать такой водой:


На первый взгляд может даже показаться, что это — деионизированная вода, но это не так: обратите внимание на литий, железо, кремний. Имея довольно низкие значения по жёсткости (даже чересчур — по мнению ВОЗ), вода не является деионизированной.

Но к сожалению, в других регионах ситуация не так хороша — да, встретить превышения ПДК в воде из-под крана удаётся редко, но цифры часто близки к неприятным значениям.

Некоторые примеры:


Довольно жёсткая с аномальным соотношением: содержание магния выше, чем кальция. Достаточно высокое содержание стронция (впрочем, ниже ПДК) — вероятно, питается от подземных источников.



Разные по географии города, но одинаково: жёсткая, солёная вода.

Подводя итоги: найти воду, которая была бы оптимальна для употребления, практически невозможно. Именно в таких случаях и используют системы очистки. Правда, с переменным успехом.

Крайне разрекламированная система очистки воды компании Amway с задачей справляется частично:



Да, алюминий и железо связаны, но жёсткость осталась, как и прежде: содержание кальция и магния не изменилось. Впрочем, справедливости ради стоить отметить, что эти содержания и не превышали нормы. Однако, когда мы ввели добавки кальция и магния, которые соответствовали 100 мг/л и 50 мг/л соответственно, фильтр всё так же «пропустил» эти элементы.

Если использовать систему очистки обратным осмосом, то в конечном итоге пермеат может иметь вот такой состав:


Я даже видел несколько сертификатов качества разливной воды на продажу, которые хвалились подобными цифрами. Однако по факту это означает, что производитель сэкономил на реминерализации — и пьёте Вы деионизированную воду со всеми проистекающими из этого последствиями типа остеопороза — обратите внимание на крайне низкие значения по распространённым элементам типа кальция, магния, калия и даже кремния.

Вот так обычно выглядит качественная очищенная вода.


Как Вы видите — ничего лишнего, но уровни кальция и магния — в соответствии с рекомендациями ВОЗ, алюминия и железа практически нет. Небольшой уровень натрия, калия и фосфора — результат работы корректора кислотности, там используются именно фосфаты натрия и калия. Эту воду продаёт для детского питания компания Bebivita.

А вот — результат анализа их воды, когда реминерализатор стал постепенно изнашиваться:


Свалился кальций и магний, фосфор несколько повысился — до этого его растворимость сдерживалась кальцием и магнием — пора срочно менять картридж!

Обычно, в современных системах очистки о необходимости смены картриджа свидетельствуют датчики, которые по своей природе — кондуктометры, то есть измеряют проводимость воды, которая, как известно, зависит от содержания в ней растворённых солей (кстати, Xiaomi и другие китайские компании предлагают «датчики качества воды» на том же принципе, что вообще смешно).

Недобросовестные производители воды часто обманывают эти датчики следующим образом:


Перед Вами — результат анализа очищенной воды из кулера в Казани: по уровню магния и кальция вода не рекомендуется для питья, но есть аномально высокое содержание натрия! Это — не натрий из корректора рН — слишком низкий фосфор. И даже если вместо фирменной жидкости для коррекции использовалась сода — это тоже не наш случай: слишком низкий калий, а он — естественный загрязнитель соды. Просто разработчик подсыпал соль в свой деионизат, чтобы обмануть датчики общего содержания солей. Такую воду пить не стоит, хотя примитивный прибор и показывает, что всё отлично.

Выводы

Сначала — грустная статистика:

• По разным подсчётам доля пресной воды в общем количестве воды на Земле составляет 2,5—3 %.
• Распределение пресной воды по земному шару крайне неравномерно. В Европе и Азии, где проживает 70 % населения мира, сосредоточено лишь 39 % речных вод.
• В настоящий момент можно с уверенностью заявить, что около 80 стран страдают от нехватки пресной воды, пригодной для питья. Прежде всего, стоит отметить север Азии, Средний Восток, Китай, Мексику, Аргентину, Чили и даже западные штаты Америки. Территория Австралии находится под серьезной угрозой в связи с недостатком воды.
• По данным ООН на начало 2000-х годов более 1,2 млрд людей живут в условиях постоянного дефицита пресной воды, около 2 млрд страдают от него регулярно. К середине XXI века численность живущих при постоянной нехватке воды превысит 4 млрд человек.

Можно говорить, что в настоящее время качество водопроводной воды соответствует нормам, но уже иногда наблюдаются опасные приближения к уровню ПДК. Токсичностью вода не обладает, но может вызывать некоторые нарушения при постоянном употреблении.

Чтобы повысить качество воды наиболее технологичными и удобными являются системы обратного осмоса. Однако, как вокруг любой технологии, набирающей популярность, существует масса спекуляций — как со стороны поставщиков и продавцов систем, так и со стороны предприятий, их использующих.

Наиболее частой ошибкой покупателя/пользователя системы является:

• Приобретение ненужных узлов-плацебо, например «структуризаторов».
• Приобретение дорогостоящих реактивов, например, регуляторов рН.
• Несвоевременное обслуживание важных узлов системы.

Наиболее частой махинацией со стороны производителей очищенной воды является несвоевременная замена (или полное отсутствие) минерализующих картриджей.