На сьогоднішній день побутові системи зворотного осмосу (RO), що використовуються для отримання питної води, переживають сплеск популярності, оскільки дозволяють невибірно знижувати концентрації домішок, включаючи такі сучасні забруднювачі, як перфторалкильні речовини, свинець, мікропластики та фармацевтичні препарати. Не всі побутові системи RO працюють однаково та знаходяться в однакових експлуатаційних умовах. Виникають проблеми: низька продуктивність, великий злив води в каналізацію, несподіваний проскок домішок у очищену воду. Що важливо знати та що можна змінити в умовах експлуатації.   Експлуатація з правильним тиском води на вході. Для ефективного відділення забруднюючих домішок та виробництва води з високим ступенем очищення мембрана зворотного осмосу має бути під тиском. Необхідне значення тиску залежатиме від ряду ключових факторів, які і споживач, і інсталятор часто втрачають воду. Виробники зазвичай вказують у специфікаціях до побутових систем зворотного осмосу діапазон робочого тиску 2,5 – 6,5 бар. При цьому характеристики побутових мембран зазвичай базуються на робочому тиску 4 бар. Дійсно побутова система зворотного осмосу може експлуатуватися при вхідному тиску 2.5. 3 бар, проте ефективність роботи мембрани не буде високою. Осмотичний тиск. Чиста рушійна сила тиску. Інший фактор впливу на рівень робочого тиску – параметр загальної мінералізації води (TDS), який вимірюється в мг/л або ppm. Рівень TDS вихідної води визначає осмотичний тиск, який необхідно компенсувати. Тиск води, прикладений до поверхні мембрани, після коригування на осмотичний тиск називають чистою рушійною силою. Кожні 100 мг/л загальної мінералізації знижуватимуть чисту рушійну силу на 0,07 бар. Наприклад, вода з мінералізацією 1000 мг/л матиме зниження чистої рушійної сили на 0,7 бар. І якщо вхідний тиск низький, загальна мінералізація води радикально знизить ефективність відділення домішок. Моделюємо типову ситуацію: вхідний тиск води 2,5 бар, загальна мінералізація – 1000 мг/л. При такому сценарії чиста рушійна сила тиску знизиться до 1,8 бар і частка відділення домішок може зменшуватися до неприйнятного значення. Коли джерелом води служить свердловина, ми регулярно стикаємося з робочим тиском у системі водопостачання 2…2.5 бар і водою з високою мінералізацією. Найчастіше роботою свердловинного насоса управляє реле тиску, що типово налаштоване на включення насоса при тиску 2.0 бар і відключення насоса при тиску 3.5 бар. У такому варіанті налаштувань реле тиску мембрана системи зворотного осмосу ніколи не отримає тиск у 3.5 бар (насос зупинений) і завжди стикається з дією тиску нижче оптимального рівня. Низький тиск та високий TDS призведуть до значного зниження характеристик мембрани. Залежно від завдання це також означатиме незадовільне зниження вмісту забруднюючих домішок. Наприклад, концентрація нітратів при тиску 6 бар знижується побутовою системою RO тільки на 80%. При низькій чистій рушійній силі тиску досягнутий рівень зниження нітратів може становити 20-30% і представляти ризики для здоров’я споживача. Ми не можемо змінити TDS вихідної води, але ми можемо збільшити тиск на мембрану. Насос підвищення тиску. Насос підвищення тиску – просте рішення для сценаріїв з низьким тиском вхідної води живлення. Підвищення тиску вхідної води на 2 бар кардинально змінює правила гри. У цьому прикладі підвищення тиску на 2,5 бар збільшує чисту рушійну силу тиску до 4.3 бар, що дозволить мембрані виробляти воду з належною продуктивністю і відокремлювати домішки з належною ефективністю. Однак і тут є нюанси. Насос підвищення тиску повинен, як мінімум, підтримувати «потужність» мембрани. На ринку представлено безліч побутових систем зворотного осмосу з продуктивністю від 25 до 150 GPD. Відповідно, насос повинен забезпечувати достатній потік води з потрібним рівнем тиску. Насос підвищення тиску вимагає наявності реле відключення насоса при досягненні заданого рівня тиску в гідроакумуляторі. Доступні реле з фіксованим тиском відключення насоса 2.7 бар, 4 бар і 5.5 бар. як буде в гідроакумуляторі досягнуто тиск 4 бар. не відключиться, почне нагріватися і вийде з ладу. Вбудований автоматичний 4-х ходовий відсічний клапан перекриває подачу води на мембрану при досягненні гідроакумулятора тиску, що дорівнює приблизно 2/3 вхідного тиску на мембрану. Наприклад, якщо насос підвищення тиску забезпечує тиск на мембрану 5.5 бар, 4-х ходовий відсічний клапан перекриє подачу води на мембрану при досягненні тиску в гідроакумуляторі приблизно 3.6 бар. Відповідно, реле відключення насоса з фіксованим значенням 4 бар ніколи не зможе відключити насос, оскільки цей рівень тиску ніколи не буде досягнутий у гідроакумуляторі. Тиск повітря в гідроакумуляторі. Чиста рушійна сила також витрачається на подолання протитиску в гідроакумуляторі. Тому значення вхідного тиску ми віднімаємо як осмотичний тиск, так і початковий тиск стисненого повітря в порожньому гідроакумуляторі. Цей розрахунок дозволяє нам перевірити, чи буде наша система RO працювати належним чином у певних умовах. Цей розрахунок не враховує зростання протитиску в гідроакумуляторі в міру його заповнення, наприклад, на 25%, на 50% або на 100%. Коли гідроакумулятор порожній, початковий тиск стисненого повітря зазвичай становить 0,4 бар. Наповнений гідроакумулятор залежно від вхідного тиску води може мати значення тиску 2.5… 3 бар. Коли останні порції очищеної води надходять до гідроакумулятора чиста рушійна сила практично наближається до нульового значення, витрачаючись на подолання протитиску в гідроакумуляторі. При цьому зниження чистої рушійної сили призводить до падіння якості очищеної води та проскоку TDS. На жаль, насос підвищення тиску не усуває проблему проскоку TDS в очищену воду. Є тільки один спосіб вирішення проблеми проскоку – потрібно усунути якимось чином протитиск води у гідроакумуляторі на мембрану. Ми могли б використовувати для накопичення очищеної води замість мембранного гідроакумулятора відкриту накопичувальну ємність, але для подачі води в точки споживання знадобиться додатковий насос підвищення тиску – насос «другого підйому». Є інше рішення – насос пермеату (очищеної води). Насос підвищення тиску пермеату. Насос пермеату усуває проблему, що створюється протитиском гідроакумулятора на мембрану. Незалежно від ступеня заповнення гідроакумулятора, насос пермеату дозволяє мембрані працювати в умовах зниження чистої рушійної сили тільки на 0,4 бар. Це рішення усуває проблему проскоку TDS в очищену воду і вирішує ще одну традиційну проблему – обсяг зливу води в каналізацію різко скорочується. У чому суть проблеми великого скидання води у каналізацію. У міру заповнення гідроакумулятора та збільшення протитиску очищеної води, знижується чиста рушійна сила, уповільнюється швидкість виробництва та накопичення очищеної води. При цьому швидкість потоку води на злив (потік концентрату) характеризується фіксованим значенням і не уповільнюється. Зазвичай побутові мембрани розраховані на вилучення 25% очищеної води (співвідношення потоку пермеату та концентрату 1:3). Це означає, що на кожен 1 літр очищеної води 3 літри води повинні скидатися в каналізацію. Однак, це співвідношення може знизитися аж до значення 1:20 (на кожен 1 літр очищеної води 20 літрів води скидається в каналізацію) через уповільнення потоку наповнення гідроакумулятора. Низьке та нерегулярне споживання очищеної води змушує систему RO працювати в найгіршій точці продуктивності (на наповнення практично заповненого гідроакумулятора), з мінімальною якістю очищення та великим скиданням води в каналізацію. Насос пермеату дозволяє усунути проблему скидання великої кількості води на злив у каналізацію за рахунок фіксації співвідношення пермеату до концентрату на рівні 1:3. Пропонуючи побутові системи RO, продавці сміливо декларують співвідношення отримання очищеної води до води, скинутої в каналізацію, на рівні 1:3…1:5. На практиці низьке та нерегулярне споживання очищеної води разом із низьким тиском на вході призводить до співвідношень 1:15… 1:20. Національне американське Агенство з навколишнього середовища ((US EPA) вважає, що тільки використання насоса пермеату може бути єдиним способом досягти прийнятної ефективності для побутових систем RO. На сьогодні скидання в каналізацію великого об’єму прісної води – найбільша проблема побутових систем RO. Підсумок. Побутові системи зворотного осмосу дозволяють отримати питну воду дуже високої якості. Однак, якість питної води, як і раніше, може залишатися неприйнятною, якщо умови експлуатації не дотримуються. Моє правило полягає в наступному: якщо джерело води – свердловина, керування свердловинним насосом здійснює реле тиску з налаштуваннями 2.0/3.5 бар, а загальна мінералізація води більше 500 мг/л я рекомендую систему RO з насосом підвищення тиску. При цьому я наголошую на необхідності попереднього очищення води «на вході в будинок», якщо стан вихідної води настільки низький, що навіть найкращий осмос найкращого виробника вийде з ладу в короткий період. Вода з надлишковим вмістом заліза, марганцю, сірководню, високою жорсткістю та мікробіологічним забрудненням повинна бути попередньо підготовлена ​​до того, як надійде на вхід побутової системи RO.

*майже ідеально – система RO з насосом підвищення тиску, без накопичувального бака, з продуктивною мембраною 300…400GPD і прямою подачею в кран.