Способы борьбы с жесткостью воды перед мембраной обратного осмоса

Достаточно давно, в статье Как выбрать фильтр для воды 36, затрагивался вопрос о способах борьбы с жёсткостью воды перед мембраной обратного осмоса. Настало время, так сказать, на него ответить.

Способов борьбы с жёсткостью воды перед мембраной обратного осмоса, собственно говоря, не так уж и много. Основные — это ионный обмен, дозировка антискалантов и частая отмывка мембраны от накипи. Вспомогательные — это турбулиазция потока воды и обработка воды переменными электромагнитными полями.

Ионный обмен как способ борьбы с жёсткой водой перед мембраной обратного осмоса. Заключается  в обмене солей жёсткости на ионы натрия на ионообменных смолах. Подробнее про умягчение воды можно посмотреть в статье «Умягчение воды | Анимация умягчения на ионообменных смолах«.

Минус. Дорогой этот способ в первую очередь из-за расходов на таблетированную соль. Плюс в окружающую среду сбрасывается концентрат соли, а это никак не полезно, а очень даже вредно. Этот способ имеет ограничения по жёсткости воды — если жёсткость воды превышает 17-20 мг-экв/л, то умягчать её не только экономически не выгодно, но и вредно — потому что в воду выходит слишком много ионов натрия, и даже с мембраной обратного осмоса может быть значительный проскок.

Плюсы. Хотя наблюдается высокая эффективность — поскольку соли жёсткости отсутствуют как таковые после умягчения, вреда они не могут нанести тоже никакого.

Дозировка антискалантов. Этот способ борьбы с жёсткой водой заключается в добавлении в воду веществ, которые связывают соли жёсткости в крупные комплексы, из-за чего соли жёсткости не могут образовывать накипь.

Минус. Затраты на антискаланты (хоть и меньше, чем на умягчение воды).  Загрязнение окружающей среды — в качестве антискалантов используются чаще всего полифосфаты и их производные. А это — отличные удобрения. Когда они попадают в окружающую среду… В общем, можете прочесть статью «Вред фосфатов«.

Плюс: этот способ дешевле, чем использование умягчителей (подчас в разы). Этот способ не имеет ограничений по жёсткости воды.

Разновидность дозировки антискалантов — подкисление воды кислотами. Используется редко.

Способ «частая отмывка мембраны от накипи» заключается в том, что мембрана регулярно подвергается химической промывке. Накипь — это соли, которые хорошо растворяются в растворах кислот. Поэтому если через мембрану пропусить раствор кислоты, то накипь растворится и исчезнет. Каждая мембрана имеет свои пределы по количеству кислоты, которое она может выдержать. Обычно эта граница даётся в виде рН. Для бытовых мембран обратного осмоса рН = 4. Для промышленных рН может равняться 2 (очень много кислоты в воде).

Для бытовых целей, для небольших мембран обратного осмоса (когда мембрана стала давать меньше воды, забилась), подойдёт такой рецепт: возьмите 100 грамм лимонной кислоты (пищевой, из супермаркета), залейте тёплой водой и полностью растворите. Затем налейте в ведро полученный раствор и положите туда мембрану. Если за мембраной не следили, и она проработала 2-3 года, то вы увидите множество пузырьков — это растворяется накипь и выделяется углекислый газ. Замачивать в течение 10-12 часов. Теоретически после этой процедуры мембрана восстановит свои фильтрующие способности.

Минусы: при высокой жёсткости воды может понадобиться множество химических промывок в месяц, а это не всегда возможно.

Плюсы способа: можно продлить срок службы мембраны в 2 раза и больше. Главное не переборщить с концентрацией кислоты.

Турбулизация воды. Отчего мембрана забивается накипью? Оттого что на её поверхности, где происходит фильтрация, сильно растёт концентрация солей жёсткости. И из-за этого соли жёсткости начинают выпадать в осадок. То есть, образуют накипь. Это похоже на выпаривание, только происходит не за счёт высокой температуры, а за счёт высокой концентрации. Турбулизация воды теоретически разбивает этот слой, где концентрация солей жёсткости критична, вода лучше перемешивается и накипь образуется в меньшей мере.

Турбулизацию воды создают любые выступы на её пути, заужения и расширения подвода воды. На Западе даже промышленно выпускают специальные турбулизаторы — такие себе закрученные железяки из нержавеющей стали.

Минусы: сложно прогнозировать эффективность; накипь всё равно образуется.

Плюсы: не требует никаких расходов на реагенты или сменные элементы. Хоть небольшой процент увеличения срока службы мембраны этот способ даст.

Обработка воды электромагнитными полями. Это непроверенный способ. Его можно реализовать (и нами он реализован в качестве эксперимента) с помощью электро магнитного умягчителя Calamat. Электро магнитный умягчитель Calmat воздействует на временную жёсткость воды, меняя форму крисаллизации солей жёсткости. В результате соли жёсткости образуют не плотную корку накипи, а порошок, который легко смывается с водой. Этот способ работает, когда вода подвергается нагреву — то есть, создаются условия, при которых соли жёсткости выпадают в осадок.

Следовательно, можно предположить, что если с помощью электромагнитного умягчителя воды Calamat обработать воду перед аппаратом обратного осмоса, то можно рассчитывать на то, что соли временной жёсткости не будут забивать мембрану. Значит, степень её загрязнённости накипью уменьшится в среднем вполовину. Легко и просто, без дозировки и постоянного наблюдения.

Минусы: совершенно не проверенный способ. Работает пока что только теоретически.

Плюсы: не нужны реагенты, большой плюс к ресурсу мембраны.

Это те способы, которые известны мне на сегодня. Если у вас есть какие-нибудь ещё наблюдения, замечания, предложения — пишите комментарии!

Предыдущая статья цикла: «Сравнение умягчителей воды 2»

Содержание блога.

Потери мыла и моющих средств из-за жёсткой воды

Продолжаем цикл «Вредное влияние жёсткой воды«. Первой статьёй была статья «Последствия жёсткой воды — потери энергии«. А теперь перейдём к такому явлению, как потери мыла и моющих средств. А в конце — подарок, вы сможете бесплатно скачать програмку рассчёта годовых затрат мыла на компенсацию жёсткости воды.

Возможно,  вы сталкивались с таким явлением,  что в жёсткой воде не мылится мыло. А в мягкой может быть даже наоборот — вода кажется мылкой на ощупь вообще без всякого мыла. Это результат воздействия солей жёсткости.

Как работает мыло (и любые другие моющие средства): половина молекулы связывается с жирными загрязнениями,  а вторая половина способна растворяться в воде. В результате жирные загрязнения как бы окружаются кольцом из молекул моющего средства. Причём теперь жир способен растворяться в воде,  поскольку из капли торчат «любящие воду» (гидрофильные) концы молекул моющего средства.

Молекула мыла — это очень очень большой «хвост»,  который легко растворяется в жирах. И небольшой конец,  который представляет собой соль кислоты. Если это соль калия, то мы имеем жидкое мыло. Если это соль натрия, то мы имеем твёрдое мыло.

А если вместо калия или натрия присоединится кальций или магний (те самые соли жёсткости, которых полно в воде)? Всё очень просто — связи кальция и магния прочнее, чем связи натрия или калия с жирным хвостом мыла. И получается,  что если вместо нужных калия и натрия «прилипнут» кальций или магний, то мыло перестаёт работать. Почему? Потому что на один «хвост» приходится один калий или натрий. Но кальций и магний «забирают» себе сразу два хвоста. Следовательно,  исчезает та самая гидрофильная,  любящая воду головка,  которая и обеспечивает растворение мыла в воде.

Соответственно, можно подсчитать, сколько моющих средств тратится на компенсацию жёсткой воды.

В каталоге продукции Puricom я нашёл вот такую вот табличку,  которая показывает затраты мыла в зависимости от жёсткости воды:

Затраты мыла на компенсацию жёсткости воды
жёсткость воды,  мг-экв/л затраты мыла,  г/л
1 0,465
2 0,93
3 1,395
4 1,86
5 2,325
6 2,79
7 3,255
8 3,72
9 4,185
10 4,65
11 5,115
12 5,58
13 6,04
14 6,51
15 6,97
20 9,295
30 13,945

Имея в руках эти данные, можно заметить,  что зависимость потерь мыла линейная. И, соответственно, вывести формулу для расчёта потерь мыла в зависимости от жёсткости воды:

Потери мыла в граммах на литр воды = 0,0011+0,4648*Жёсткость воды в мг-экв/л

А теперь,  имея на руках все данные, давайте прикинем, каковы годовые потери моющих средств на компенсацию жёсткости воды, например, в Киеве.

В разных районах Киева жёсткость воды разная. В среднем это 5,8 мг-экв/л. Соответственно,  на компенсацию жёсткости каждого литра воды затрачивается 2,697 грамм мыла. Если вы пользуетесь моющим средством,  эти потери могут быть как больше (за счёт добавок),  так и меньше — за счёт большей эффективности моющего средства по сравнению с обычным мылом.

Сколько воды «мылится» в день? Сложно сказать, эти данные могут очень отличаться. Но,  наверное, вы согласитесь со мной, когда я скажу, что это большая часть воды в доме. Так как не «мылится» вода только для питья и приготовления пищи. И для туалета,  хотя не всегда. Чтобы выразить численно,  то,  скажем,  50 % всей воды в доме «мылится». Учитывая, конечно же и стирку.

Итак, в месяц мы тратим примерно 3 кубометра воды. Этот расход,  конечно же, также зависит от конкретной семьи и в первую очередь от количества человек. Но примем эти данные за основу для расчёта. А пересчитать можно всегда.

Соответственно,  50 % этой воды «мылится». Итого получается 1,5 кубометра мыльной воды, жёсткость которой компенсировалась.

И теперь всё просто — умножаем потери мыла (выраженные в кг/м3,  чтобы не путались обозначения) на использованную мыльную воду и получаем:

Потери мыла на компенсацию жёсткости в месяц,  кг = 2,697 кг/м3 * 1,5 м3

Итого месячные потери мыла на компенсацию жёсткости воды составляют (округлённо) 4,04 кг. Эта цифра может немного пугать, но если учесть,  что сюда входит и моющее средство для посуды, и мыло для умывания, и моющие средства для полов и окон,  и мыло для душа и ванной,  и стиральный порошок, то становится понятно — это значение достаточно близко к действительности.

Соответственно, годовые потери мыла на компенсацию жёсткой воды составляют 48 кг (округлённо).

Немало, да?

Для расчётов годовых затрат мыла на компенсацию жёсткости воды я предлагаю небольшую программку,  в которой вы можете выставить «вашу» жёсткость воды,  «ваше» водопотребление,  и другие значения. Програмка написана в Экселе, вы можете менять значения в зелёных полях на ваши собственные. Жёлтым обозначены результаты. Красные значения — формулы, их менять не стоит.

Бесплатно скачать программу рассчёта годовых затрат мыла на компенсацию жёсткости воды.

Удачных рассчётов!

Источник статьи: Последствия жёсткой воды | Потери моющих средств

Предыдущая статья цикла: Еспринг, взгляд на фильтр со стороны продавца

Содержание блога

Сравнение умягчителей воды 2

В первой части статьи «Сравнение умягчителей. Какой умягчитель лучше» рассмотрели первые 5 шагов план-схемы сравнения фильтров для воды из статьи Сравнение фильтров для воды. Идём дальше!

Шестой, седьмой и восьмой шаг: сменные и расходные элементы — их количество, частота замены и т.д. Обычный расходный элемент умягчителя — это таблетированная соль. Она необходима для возобновления способности умягчать воду. Регенерация проводится так часто, как этого требует жёсткость воды. Также в умягчителе меняется ионообменная смола (средняя частота замены, если в воде нет трёхвалентного железа — раз в 10 лет). Стоимость смолы может отличаться, Но зависит от объёма смолы. Так что этот показатель соответствует динамике объёма ионообменной смолы умягчителей из нашего первого шага. Соль также может стоить различные деньги, поэтому ограничимся сравнением количества соли, которое требуется на одну регенерацию:

Умягчитель / Показатель WaterBoss 700 Atoll L-17 EcoWater ESM 25CE ФИО-Кб-1035 Kinetico 2020c Calmat
Затраты соли на регенерацию, кг 1,15 1,9 3,9 7,2 0,3 0

Девятый шаг. Габариты умягчителей воды.

Умягчитель / Показатель WaterBoss 700 Atoll L-17 EcoWater ESM 25CE ФИО-Кб-1035 Kinetico 2020c Calmat
Габариты умягчителей воды (ширина, глубина, высота), мм 375х476х654 480х460х1100 355х500х1155 + солевой бак 250(диам)х950 + солевой бак 210х455х485 + солевой бак 150х50х180

Десятый, одиннадцатый и двенадцатый шаги зависят от конкретной модели и конкретного поставщика, моделейи поставщиков огромное количество, и мы эти шаги здесь рассматривать не будем.

Итак, мы сравниваем умягчители воды и получаем такую вот табличку — какой умягчитель лучше?

Умягчитель / Показатель WaterBoss 700 Atoll L-17 EcoWater ESM 25CE ФИО-Кб-1035 Kinetico 2020c Calmat
Предел по жёсткости воды, мг-экв/л 24,1 14 20 нет данных* 12 нет
Ёмкость (накапливаемая жёсткость), мг-экв 35490 34000** 37200 42000 24000** нет
Объём смолы, л 18 17 25 30 12 нет
Дополнительные назначения (по железу) может удалять железо до 10 мг/л удаляет железо до 1 мг/л удаляет железо до 1 мг/л нет данных* нет данных* препятствует коррозии труб, железо не удаляет
Удаление марганца до 3 мг/л нет данных нет данных нет данных нет данных не удаляет
Удаление сероводорода до 0,3 мг/л нет данных нет данных нет данных нет данных не удаляет
Производительность средняя, л/час 1,5 1,5 1,8 1,2 1,44* 2,5
Производительность средняя, л/мин 25* 25* 30* 20* 24 41*
Энергопотребление, Вт/час 15* 15* 15* 15* 0 1,5
Сброс воды за одну регенерацию, л 57 125 170 300 20 0
Затраты соли на регенерацию, кг 1,15 1,9 3,9 7,2 0,3 0
Габариты умягчителей воды (ширина, глубина, высота), мм 375х476х654 480х460х1100 355х500х1155 + солевой бак 250(диам)х950 + солевой бак 210х455х485 + солевой бак 150х50х180

Какой можно сделать вывод?

Итак, можно сделать вывод, что лучше всех умягчитель Calmat. Но здесь мы поступили не совсем честно. Потому что, если вы помните, то в статье Сравнение фильтров для воды мы договаривались не сравнивать друг с другом слишком разные фильтры и очистители. А электромагнитный умягчитель Calmat работает по другому принципу. То есть, по сути, он в нашем сравнении умягчителей вообще вне конкуренции.

Далее, если исключить из таблички сравнения умягчитель Calmat, то теперь на первое место выходит умягчитель Kinetico. Кажется, что он наиболее экономичный из всех. Однако, это не совсем так. Во-первых, у него минимальная производительность. Во-вторых, у него маленькая ёмкость: он может вместить в себя не так много солей жёсткости, как другие умягчители. Следовательно, регенерация у него будет происходить чаще. И его кажущееся преимущество по расходу соли и сливу воды сводится почти на нет.

Хотя он вполне может остатья на первом месте в своей весовой категории.

Давайте расположим умягчители воды в порядке убывания их «лучшести»:

  1. Calmat (вне конкуренции вследствие другой технологии очистки воды)
  2. Kinetico 2020c (не превышая его возможностей)
  3. WaterBoss 700
  4. Atoll L-17
  5. EcoWater ESM 25CE
  6. ФИО-Кб-1035

Проведённый анализ является приблизительным и не учитывает всех особенностей и нюансов сравнения умягчителей воды. Например, умягчитель Ecowater может иметь в комплекте пульт дистанционного управления, на который выводятся данные о состоянии умягчителя. В общем, детальный и точный анализ, определение, какой умягчитель лучше, — на вашей совести.

Ну и в результате можно сказать, что безреагентное умягчение воды (например, с помощью электромагнитного умягчителя Calmat) — наиболее выгодное с точки зрения обслуживания и других показателей.

Статья по теме: Сравнение фильтров для воды.

Предыдущая статья цикла «Очистка воды»: «Умягчение воды. Анимация умягчения воды на ионообменных смолах«.

Следующая статья цикла: «Способы борьбы с жесткостью воды перед мембраной обратного осмоса»

Содержание блога.