Энциклопедия воды – статьи, определения, размышления

Умягчение воды – процесс, при котором из воды удаляются соли жёсткости. Соли жёсткости – это соли кальция и магния. 

Они находятся в воде в виде положительно заряженных частиц-ионов, и имеют очень слабую связь со своей "второй половиной" – ионом с отрицательным зарядом. 

И всё, что нужно для умягчения воды – это связать ионы кальция и магния с чем-нибудь более прочно, чем со своими "половинками". Один из способов – умягчение воды на ионообменных смолах. 

Так, создаётся смола, которая имеет твёрдый каркас с отрицательными "местами", к которым крепятся ионы натрия (одна из составляющих поваренной соли). Связь ионов натрия со смолой достаточно слабая, а у солей жёсткости – совсем наоборот, очень сильная. Соответственно, когда вода проходит через ионообменную смолу, проихсодит ионный обмен. Ионы натрия уходят в воду, а ионы кальция и магния закрепляются на смоле. Происходит умягчение воды за счёт того, что из воды удаляются соли жёсткости. 

Соответственно, постепенно смола становится неспособной дальше удалять соли жёсткости, так как большинство ионов уже обменяно. Для возобновления работоспособности ионообменной смолы для удаления солей жёсткости смолу промывают концентрированным раствором поваренной соли. Из-за того, что на один ион кальция приходятся сотни ионов натрия, хоть он и более крепко "держится" за смолу, всё же он отрывается и смывается в канализацию. Его место занимает ион натрия. 

Всё повторяется по кругу. 

Соответственно, постепенно ионообменная смола забивается, её ресурс истощается, и она не может удалять соли жёсткости в том же количестве, в котором удаляла в самом начале своей работы. 

Для иллюстрации умягчения воды предлагается

Анимация процесса умягчения воды на ионообменной смоле: 

Многие люди пользуются фильтрами для воды – совершенно различными по форме, конструкции, производителю, способу очистки воды. Однако, большинство фильтров, которые применяются на кухне, достаточно похожи друг на друга. Примером тому – статья "Фильтр для воды состоит из…". Соответственно, вопрос "Как поменять фильтр для воды" является в той или иной мере универсальным. Итак,

Как поменять фильтр для воды? Давайте будем разбираться с большой группой картриджных фильтров. Потому что в основном именно они нуждаются в смене фильтрующих элементов. Или, другими словами, нужна замена картриджа (или замена картриджей, если их много). В замене картриджей-фильтров нуждаются питьевые системы двух-трёхступенчатые, механические фильтры, аппараты обратного осмоса. 

Для того, чтобы вычислить, как менять, нужно определить, из чего состоит то, что нужно менять.

Картриджный фильтр – это очиститель, рабочий элемент которого – картридж. Картрижд – в большинстве случаев это цилиндр из фильтрующего элемента – картона, полипропилена, полиэтилена, активированного угля и т.д (выполняя задачи механической очистки, удаления органики, хлора и др). Этот цилиндр очень часто по центру содержит полость для очищенной воды. С торцов картридж закрывается резиновыми кольцами-уплотнителями (кроме фильтров механической очистки воды). Кликните на рисунок для увеличения изображения:

Резиновые кольца-уплотнители прилегают к выступам на корпусе фильтра и не дают проходить исходной воде в канал чистой воды. 

Нижняя часть фильтра (называется "колба") крепится с помощью резьбы к "голове" фильтра. 

Шаги замены старого кратриджа на новый

Соответственно, для того, чтобы заменить картридж в очистителе, нужно следовать следующим шагам: 

1. Перекрыть воду на фильтр. Если почему-то нет крана для перекрытия, то нужно перекрыть воду на весь дом. 
2. С помощью крана (обязательно должен быть в комплекте с фильтром) откручивается нижняя часть фильтра.
   • Нюанс: давление внутри фильтра может не давать раскрутить его. Поэтому перед раскручиванием его нужно сбрасывать. Способы – с помощью специальной кнопки сброса давления на "голове" картриджного фильтра. Или же, если кнопки нет, то открыв кран подачи чистой воды на кухонной мойке (кран после фильтра). 
   • Нюанс: раскручивать нужно осторожно, вода может выплеснуться из колбы. Для того, чтобы было не очень мокро, под фильтр можно подложить тряпку. 
3. Вынуть старый картридж. Если это не фильтр механической очистки воды, то на торцах картриджа есть резинки уплотнители. Нужно проверить резинки-уплотнители. Если они мягкие, элластичные, то можно их снять, помыть и оставить для последующего использования, для замены – иногда у новых картриджей попадаются очень жёсткие и тугие резинки. 
4. Вылить из колбы остатки воды, промыть колбу водой из-под крана. Если перекрыта вода на дом, заранее нужно набрать ведро с водой. 
   • Нюанс.  В колбе может быть ржавчина и слизь. Колбу лучше мыть без применения моющих средств (чтобы они потом не повредили последующие этапы фильтрации или не попали вместе с питьевой водой вам в чашку). Также можно протереть доступные части "головы" фильтра. 
5. В чистую колбу поместить новый сменный картридж.
   • Нюанс.  Если резинки на новом сменном картридже очень твёрдые, то нужно заменить их на более мягкие. Если более мягких нет, то новый сменный фильтр придётся закручивать, применяя много усилий. Не перестарайтесь, лучше потихоньку на протяжении часа, чем сразу всё и сломать ключ. 
6. Закрутить колбу ключом до упора. 
   • Нюанс: если меняется фильтр в аппарате обратного осмоса, то вымытую колбу с новым сменным фильтром лучше всего заполнить заранее приготовленой очищенной водой. Дело в том, что мембрана обратного осмоса не очень хорошо относится к воздушным пузырям вместе с водой. Если ремонтируется обычный, не мембранный фильтр, то воздух просто выйдет через кран. Если это аппарат обратного осмоса (или ультрафильтрации), то воздушные пузыри могут повредить мембране. 
7. Далее, либо заменить следующий картридж, либо, если всё заменено, плавно и постепенно открыть кран, подавая воду в фильтр. Нужно следить, чтобы вода не начала просачиваться между колбой и головой фильтра.
   • Нюанс. Если это происходит, то нужно ещё раз перекрыть воду и ещё плотнее закрутить колбу. Если это не помогает, нужно (перекрыв воду) выкрутить колбу и проверить целостность или перекрученность тонкого резинового кольца в ложбинке колбы (это кольцо называется по-другому О-ring и служит для того, чтобы вода не просачивалась из фильтра). Если обнаружены повреждения, то кольцо нужно заменить. Процедура та же, только меняется не картридж, а кольцо. 

Вот, в принципе, и все шаги замены картриджа на новый. Перечислим последовательность "Как поменять фильтр для воды" вкратце: 

1. Перекрыть воду. 
2. Выкрутить колбу со старым картриджем. 
3. Вынуть старый картридж, сохранить уплотнители если нужно. 
4. Помыть колбу фильтра, по-возможности, без применения химических средств. 
5. Поместить в колбу новый сменный картридж.
6. Закрутить колбу до упора ключом. 
7. Открыть воду, проверить качество воды. 

ВАЖНО: это не входит в процедуру замены фильтров, поэтому не внесено в последовательность. Однако, после того, как фильтр заменен, нужно сливать очищенную воду в течение примерно 10 минут. Дело в том, что новый картридж, особенно угольный, содержит мелкую пыль – которая вымывается те самые 10 минут. 

В комментариях прозвучал вопрос, просьба осветить это явление-процесс подробно и с деталями. Что мы и сделаем.

Итак, обратный осмос. Или, другими словами, осмос наоборот, в другую сторону. Что же такое осмос как таковой?

Осмос – это такое физическое явление. Чтобы описать его понятнее, давайте будем идти постепенно, шаг за шагом. Для начала представьте себе ёмкость.

Теперь представьте, что эта ёмкость  разделяется напополам гибкой перегородкой (например, из тонкой резины).  Получается две камеры.

Что будет с перегородкой, если в обе камеры налить одинаковый объём воды? Ничего. Она будет неподвижна, в равновесии.

Теперь в одну камеру наливаем хороший, крепкий раствор сахара. А во вторую – такое же количество  обычной воды.

Что произойдёт?

Гибкая перегородка выгнется в сторону чистой воды – её "выдавливает" раствор сахара.

Та сила, которую нужно приложить к перегородке, чтобы вернуть её в исходное, расновесное положение (как она была в случае с водой в обеих камерах), называется "осмотическое давление". То есть, это определённая сила. Отчего она возникает?

Оттого, что в одной камере есть то, чего нет в другой, в нашем случае это сахар. Такое состояние, в котором в одном месте что-то есть, а в другом чего-то этого нет, называется "разность потенциалов". И всегда возникает движение от большего к меньшему, в сторону уравновешивания.

Что будет, если гибкую перегородку в ёмкости сделать полупроницаемой? То есть такой, чтобы через неё мог пройти сахар?  Под воздействием осмотического давления сахар устремится в камеру, где сахара нет. Движение будет проходить до тех пор, пока количество сахара в двух камерах не выравняется.

Но что произойдёт, если полупроницаемая перегородка между камерами сможет пропускать воду, но не будет пропускать сахар? Ведь "стремление" к равновесию у системы осталось. Осмотическое давление осталось.

В этом случае вода будет проникать в камеру с сахаром, разбавляя его. Вот этот процесс называется "осмос". Он очень распространён в живой природе: питание организмов как на уровне клеток, так и на уровне целой пищеварительной системы происходит именно по типу осмоса.

Что же такое обратный осмос? Это осмос наоборот. Однажды, почти сто лет назад, люди задумались: вот есть две камеры, одна с раствором солей, другая с чистой водой. Камеры разделены полупроницаемой перегородкой, вода может пройти через неё, а соли – нет. В обычном состоянии вода стремится в камеру с рассолом. Но что будет, если на камеру с рассолом оказывать давление?

Произойдёт вот что. Чем больше давления оказывается на камеру с рассолом, тем меньше вода может в неё поступать через полупроницаемую перегородку. При определённом давлении вода в камеру перестанет поступать. Кстати, это давление и равно осмотическому давлению.

При дальнейшем увеличении давления вода, содержащаяся в рассоле, будет выдавливаться через полупроницаемую перегородку в камеру с чистой водой. Это процесс, обратный осмосу – то есть, обратный осмос.

В процессе обратного осмоса наш раствор сахара концентрируется (то есть сахара по отношению к воде становится больше, чем было в начале), а количество чистой воды в другой камере увеличивается; камера пополняется опреснённой водой. То есть, по сути, мы видим процесс обессахаривания. В более общем смысле это деминерализация (или опреснение, или обессоливание).

Некоторое время (примерно, лет тридцать-сорок) с этим явлением ничего не делали, не могли придумать, зачем оно нужно. Но, когда люди стали осваивать пустынни (Арабские Эмираты и соседние государства), стал ребром вопрос в питьевой воде. Дистиллировать воду очень дорого. Но вот обратный осмос…

Первые аппараты обратного осмоса были нужны для того, чтобы опреснять морскую воду. Для этого применялись высокие давления (порядка 60 бар); можно сказать, гипер-давления. Поэтому процесс обратного осмоса другими словами называется "гиперфильтрация", то есть, сверх-очистка.

Далее процесс пошёл в стророну уменьшения объёмов, примерно одновременно с ухудшением качества водопроводной воды вследствие её загрязнения.  И вскоре появились системы обратного осмоса, доступные каждому. Естественно, вначале они появились за рубежом. Потом стали продаваться и у нас.

Собственно говоря, современные системы гиперфильтрации предназначены для очистки водопроводной или скважинной воды от различных вредных примесей. Вредные примеси (нитраты, тяжёлые металлы и т.д.) отсеиваются на полупроницаемом барьере (мембрана обратного осмоса). Потребителю достаётся чистая и безопасная вода.

Естественно, системы гиперфильтрации используются и в промышленных целях – как деминерализаторы в технологических процессах, для обессоливания морской воды, в качестве замены дистилляторам и для многих других целей.

Со временем были разработаны мембраны, которые могут пропускать большие примеси, чем соли. Так, появились нанофильтрация (умягчает воду, убирает соли тяжёлых металллов, бактерии, вирусы, органические примеси), ультрафильтрация (убирает бактерии, органические примеси, вирусы), микрофильтрация (убирает бактерии и крупные примеси).  В большей степени эти процессы используютсяв промышленности. Хотя есть и бытовые варианты.

Но до сих пор спектр систем обратного осмоса наиболее распространён, так как он в наилучшей степени удаляет из воды вредные вещества.