Смягчение воды, фильтры, различные способы.

Тема "Смягчение воды" - очень популярна среди любителей аквариума в последнее время. С одной стороны, всесторонне и резко ухудшилось экологическое состояние окружающей нас воды, а с другой - как спасение, в быту и в аквариумистике уверенно прописались приборы обратного осмоса (reverse osmosis). Но поскольку их внедрение в обиход рыбовода-любителя пока еще не носит массовый характер, считаю целесообразным вкратце рассмотреть суть этого приспособления и способы его практического приложения. Сразу надо сказать, что процесс обратного осмоса чисто физический, то есть ему не сопутствуют химические реакции и не требуется применение каких-либо реактивов. Если не вдаваться в технические подробности конструкции самого агрегата (можно смело далее называть его фильтром), схематично дело обстоит так. Вода под давлением поступает в полость, у которой одна стенка выполнена из специальной полиамидной пленки. Эту пленку условно можно считать очень мелкопористой: сквозь ее полости способны проникать только молекулы воды: Н20. Это теоретически, а на практике всевозможные технические огрехи, неизбежные при изготовлении как непосредственно пленки, так и прибора в целом, оставляют лазейку для проникновения с водой примерно 2-5% солей и других мельчайших примесей, так что чистоту фильтрации можно оценить на 95-98%.

На рис.1 представлена простейшая схема модуля обратного осмоса. Водопроводная вода под собственным магистральным давлением поступает в левую камеру. Часть ее продавливается сквозь пленку (мембрану) в правую камеру и поступает для дальнейшего применения. Обогащенная не прошедшими сквозь мембрану солями и другими примесями вода сливается в сток (в канализацию). Вот собственно и все.
Магистральная водопроводная вода, как правило, содержит различные мелкие примеси, которые могут оседать на мембране, забивать ее поры и в результате снижать эффективность фильтрации. Кроме того, на большинстве российских водоочистных станций в качестве обеззараживающих средств до сих пор используются хлорсодержащие вещества, а свободный хлор (при концентрации более 0,1 мг/л) действует на полиамидную пленку разрушительно. По этим причинам модуль обратного осмоса, как правило, используется в комплексе с соединенными последовательно механическим и угольным пре-фильтрами (рис.2).
Наполнение механического (иногда его называют осадочным) предварительного фильтра (рис.2, а) может быть самым разнообразным: от мелких гранул нейтрального вещества до шнуровой («веревочной») намотки. На этом этапе фильтрации задерживается мелкая взвесь (осадок) и частично осаждаются (за счет перехода в нерастворимую форму) соли железа. Ресурс механического фильтра невелик и зависит от степени загрязненности исходной воды. Контроль за работоспособностью затруднителен, косвенно ее можно оценить по снижению скорости протекания воды. Поддается частичному восстановлению при помощи промывки противотоком, если удается это устроить.

Угольный префильтр (рис.2, б) содержит гранулы активированного угля. Материал это очень пористый, что значительно увеличивает его суммарную рабочую поверхность, на которой задерживаются многие макромолекулы и хлор. Частично он работает и как механический фильтр. По мере заполнения пор на гранулах «активность» угля снижается. Срок его жизни в московской водопроводной воде составляет около полугода. Контроль за работоспособностью практически невозможен. Промывка противотоком устраняет только засоренность взвесью. Регенерация (восстановление) угля в домашних условиях не проводится. Наполнитель подлежит замене.
Ну и, наконец, модуль обратного осмоса (рис.2, в) с мембраной и промывным клапаном, регулирующим поток слива. Срок жизни 3-6 лет в зависимости от чистоты поступающей воды и качества самой мембраны. Последняя не восстанавливается и при потере своих качеств подлежит замене. Работоспособность контролируется измерением электропроводимости воды на выходе (то есть степенью ее обессоленности). Считается, что мембрана находится в рабочем состоянии, если получаемая с ее помощью вода имеет электропроводи мость в пределах 20-50 мкС/см. Возможен также контроль при помощи периодического измерения жесткости выходящей воды обычными методами (химическое тестирование). Нужно учитывать, что в отфильтрованной воде остается 2-5% солей. Так, если вода в магистрали имела общую жесткость 10°dGH, то качественной можно признать фильтрацию, если вода на выходе из осмотического фильтра имеет жесткость 0,2-0,5 градусов.
Очевидно, что для аквариумистики это достаточно «чистая» вода и возможно продолжение использования такой мембраны с частично утерянными свойствами до той поры, пока значение остаточной жесткости не перейдет рубеж, который любитель сочтет предельным для своих задач.
Непременным условием нормальной работы мембраны является довольно высокое давление воды: 3-6 бар. При меньшем напоре производительность мембраны быстро падает вплоть до полного прекращения пропускания воды. По этой причине фильтр обратного осмоса, как правило, подключается к магистральному водопроводу и, опять же, только если в самой сети поддерживается нужное давление. Правда, компенсировать его дефицит может дополнительный насос, но это уже лишние расходы и хлопоты...
Вторым обстоятельством, заметно влияющим на производительность мембраны, является температура воды. Чем она выше, тем существеннее пропускная способность мембраны. Так, увеличение температуры воды с 5 до 25°С повышает производительность примерно вдвое. Рабочий диапазон температур должен быть указан изготовителем. Подключение фильтра, как правило, производится в холодную магистраль, однако, насколько я знаю, любители умудряются включиться и после смесителя, что дает им возможность самостоятельно регулировать температуру воды в фильтре.
В настоящее время в специализированных магазинах есть достаточно большой выбор фирменных изделий, в том числе и фильтры, предназначенные именно для нужд аквариумистики. Мне представляется, что в принципе можно пользоваться любым прибором обратного осмоса. Некоторые неудобства представляют бытовые конструкции с маленьким накопительным баком и специальным клапаном, перекрывающим магистраль при его заполнении. Более удобен фильтр с ручным управлением, когда вы сами включаете магистраль и отключаете ее после набора нужного количества воды.
Достоинствами фильтра обратного осмоса являются отсутствие затрат энергии (если нет подкачки), его способность работать «самотеком», без вмешательства любителя, а также чистоту готовой воды. Фильтр не нуждается в частой регулировке, не требует систематических проверок качества воды, да и вообще практически не доставляет хлопот рыбоводу-любителю. К положительным сторонам устройства можно смело отнести и довольно высокую продолжительность его «жизни».
Недостатки же - это низкая производительность, сравнимая с дистилляцией, необходимость обеспечения высокого давления воды и... повышенный общий ее расход. Примерное соотношение «чистой» воды и «сливной», которая уходит в канализацию, - 1 к 2,5-3. Правда при определенных условиях не прошедшую через мембрану воду можно накапливать и использовать, например, для технических целей. Кроме того, хорошие фильтры обратного осмоса пока еще дороговаты, но, учитывая сроки их работы, с этим можно мириться. Другое приспособление для обессоливания воды, ранее использовавшееся в основном в научно-производственной сфере и очень редко аквариумистами - ионообменные смолы. Они - сложный химический продукт, главным свойством которого является способность к избирательному обмену ионов из окружающей среды на собственные. Ассортимент этих смол достаточно велик, но аквариумистов мо гут интересовать в основном те, которые способны отбирать из воды ионы кальция и магния, ответственные за ее жесткость, а заодно и ионы всех остальных металлов, соли которых находятся в растворе. Такая смола носит название катионит, так как ионы металлов имеют положительную заряженность.
Забирая ион металла, катионитовая смола отдает в воду имеющиеся в ее составе ионы водорода (Н+), которые, соединившись с кислотным остатком, создают соответствующую ему кислоту (соляную, серную, азотную, фосфорную и т.д.). Понятно, что чем больше солей было растворено в воде, тем выше будет концентрация вновь созданных кислот.
Очевидно, что подобная вода, несмотря на свою мягкость, из-за обилия кислоты для аквариумных целей непригодна, поэтому обработанную катионитом воду пропускают через другую смолу - анионит. Он забирает из воды ионы кислотных остатков и отдает ей отрицательно заряженную гидроксильную группу (ОН-), которая соединяется с осиротевшим ионом водорода и образует обычную воду: Н+ + ОН" = Н20. Процесс окончен. Таким образом, вода, прошедшая последовательно через катионит и анионит, полностью теряет свою ми нерализацию, т.е., лишается всех растворенных в ней солей. Это теория, а на практике кое-что все же там остается. В домашних условиях можно получить очень мягкую воду с общей жесткостью менее одного градуса dGH. По ходу работы смола расходует свои обменные ионы и как бы «разряжается». Поэтому в определенное время ее приходится подзаряжать (регенерировать). Через катионит в этих целях пропускают 10%-ный раствор соляной или серной кислот (лучше первая - она не такая «вредная»), а анионит восстанавливают с помощью 5%-ного раствора калиевой или натриевой щелочи. В обоих случаях после зарядки необходима тщательная промывка гранул обычной водой (в пятикратном объеме), чтобы убрать остатки регенерационных растворов. Несмотря на промывку, считается, что первые несколько (зависит от объема используемой смолы) литров свежей воды тоже нежелательно использовать для живых существ, так как в ней что-то из продуктов регенерации еще присутствует.
Очень трудно дать оценку ресурса (продолжительности работы) свежезаряженной смолы: слишком много факторов надо учитывать. Сюда входят:
марка используемого материала - есть сильные и слабые смолы, с малой и высокой удельной рабочей емкостью; объем смолы (чем он внушительнее, тем больше воды обработает);
степень минерализации исходной воды и состав входящих в нее солей (чем выше концентрация солей в воде и чем они «тяжелее», тем быстрее исчерпается ресурс смолы).
В меньшей степени оказывает влияние на это температура воды и форма колонки, в которую помещена смола. Известно, что химические реакции ускоряются при повышении температуры, а от формы и площади сечения зависит скорость протекания воды и качество обессоливания.

Теперь о практической стороне. На рис.3 представлена схема прибора, которым я пользуюсь с L988 года и рекомендую для домашней установки. Конструкция и практическое исполнение самих колонок могут быть самыми разными. Можно подобрать готовые пластиковые или стеклянные трубы (цилиндры). Можно самостоятельно склеить резервуары из пластин оргстекла, как это сделал я.
В любом случае удобнее, если стенки колонок прозрачны. Продолжение статьи