По данным Роспотребнадзора, 12,1% проб водопроводной питьевой воды в 2023 году не соответствовали гигиеническим нормативам по санитарно-химическим показателям, а 2,3% — по микробиологическим. Выходит, чтобы без опасений пить воду из-под крана, её нужно дополнительно очищать. Для этого используют фильтры разных типов, размеров и конструкций, но принципов действия всего три. Давайте разберёмся, как они работают.
Механические магистральные фильтры — это сетки, которые улавливают крупные, видимые глазу частицы: песок, почву, ил, камни, крупицы ржавчины. Они важны для правильной работы последующих фильтров тонкой очистки, смесителей, бытовой техники. Как правило, механические фильтры врезают в водопроводную трубу ещё до счётчиков, чтобы защитить и их тоже.
Самые простые выглядят как дополнительный кран с пробкой на резьбе снизу — под ней и скрывается сетка. Более сложные представляют собой небольшую колбу с той же многослойной сеткой или полипропиленовыми дисками с насечкой. Принцип работы у них одинаковый: вода проходит через преграду, отверстия в которой меньше песчинки. Эти фильтры нужно регулярно очищать от загрязнений, но менять полностью нет нужды.
Механические фильтры остро необходимы, если вода в дом поступает не из централизованного водопровода, а, например, из скважины.
Городские водозаборы удаляют из воды примеси минералов и металлов, плюс очищают от органических загрязнений и обеззараживают хлором. Предельно допустимые концентрации не должны превышаться — это прописанные в госстандарте нормы, при соблюдении которых вода не принесёт вреда для здоровья непосредственно после употребления. Долгосрочное же влияние даже допустимого количества примесей оценить сложно.
Протекая по водопроводным трубам, вода успевает снова загрязниться частицами металла, из которого они сделаны, а то и землёй, если трубы ветхие. Поэтому механические фильтры устанавливают и в городских квартирах, но их нужно чистить заметно реже — порой пробку не открывают годами.
Сорбенты — следующий шаг в эволюции фильтров. Внешне сорбционные фильтры представляют собой колбу с картриджем, который вешают на кувшин или врезают в водопровод под мойкой. Наполнитель картриджа — это гранулы сорбента и умягчителя. В роли сорбента обычно выступает активированный уголь — он эффективно связывает хлор и тяжёлые металлы. Умягчители бывают разными. Например, ионообменная смола вступает в реакцию с растворёнными в жёсткой воде солями, замещая ионы кальция на ионы натрия — вода становится мягче, в чайниках и стиральных машинах перестаёт оседать накипь.
Такие фильтры очищают воду от ядовитого хлора и солей, но, как правило, не убивают бактерии. Поэтому для полной безопасности очищенную воду всё равно приходится кипятить, особенно в южных регионах. Там, где городской водозабор работает на реке, кипятить воду имеет смысл во время весеннего паводка, когда микробиологическая опасность повышается.
Продвинутые сорбционные фильтры представляют собой целые системы из картриджей, в которых первый обеспечивает глубокую механическую очистку, второй наполнен сорбентами, а третий представляет собой как раз биологический барьер: либо мембрану с отверстиями меньше, чем размер большинства бактерий, либо химически активный набор для обеззараживания.
Бывают и упрощённые варианты: всем известные фильтры-кувшины для дачи. Или проточные фильтры для душа, которые накручиваются прямо на лейку и защищают только от хлора.
Плюс фильтров с сорбентами — они очищают воду не только от грязи, но и от солей и тяжёлых металлов. Минус — картриджи нужно регулярно менять. Периодичность зависит от вида фильтра, качества и объёма отфильтрованной воды, обычно указана в инструкции и составляет от месяца до года.
Осмотические фильтры — самые технически сложные и дорогие, но они обеспечивают очистку воды до состояния чище дистиллированной, полностью исключая любые примеси.
Принцип действия фильтра основан на явлении осмотического давления. Если взять стакан воды и насыпать ложку соли, то соль растворится равномерно по всему объёму. Если взять мембрану, через которую может проходить вода, но не может пройти соль, и разделить ею два раствора разной концентрации, вода будет проникать от более слабого раствора к более сильному, пока концентрация не выровняется.
Осмос работает только там, где молекулы растворителя меньше и подвижнее, чем молекулы растворённых веществ. Благодаря осмотическому давлению в теле человека проходит обмен веществ: мембраны клеток обладают такими параметрами, чтобы впускать и выпускать маленькие молекулы (например, воды), но сохранять внутри крупные (например, белков).
Растения могут регулировать осмотическое давление и, соответственно, упругость клеток, увеличивая или уменьшая концентрацию растворённых в клетках веществ. Именно с помощью осмоса ползучие растения, — например, горох — задают направление «движения» побегов-усов.
Фильтр обратного осмоса использует тот же принцип: полупроницаемую мембрану устанавливают на пути водяного потока и создают давление, которое превышает осмотическое. При этом отверстия в мембране микроскопически малы и приближаются именно к размеру молекулы воды — менее 0,0003 микрометра. Это позволяет отфильтровать практически все остальные молекулы, бактерии и даже вирусы — на обратную сторону мембраны попадает исключительно вода.
Осмотический фильтр обычно включает в себя систему предварительной очистки — то есть по сути ставится не вместо, а после механических и сорбционных систем из предыдущих разделов.
Для работы осмотического фильтра нужно создать высокое давление на входе в картридж с мембраной, поэтому требуется дополнительный насос. Скорость фильтрации невелика, поэтому в систему входит бак-ресивер, куда поступает очищенная вода, чтобы не ждать каждый раз. Производительность фильтра относительно поступающего объёма воды тоже невелика — около 15-25%. То есть осмотический фильтр сливает в канализацию в три-четыре раза больше воды, чем очищает. Однако на фоне стоимости картриджей траты на перерасход воды выглядят не такими уж значительными.
Кроме высокой цены, у технологии обратного осмоса есть и другие недостатки.
Во-первых, полностью лишённая примесей вода предельно безвкусная, что подходит не всем.
Во-вторых, многие опасаются, что лишённая минералов вода может привести к деминерализации костей и остеопорозу. Дефицит фтора навредит зубам, а ионов калия и магния — сердечно-сосудистой системе. Однако долгосрочных исследований употребления полностью очищенной воды в мире мало. Всемирная организация здравоохранения выпускала обзор, из которого следует, что питьевая вода является важным источником магния и фтора, однако не единственным — они могут поступать и с пищей.
Чтобы исключить эти опасения, многие производители добавляют ещё отсек минерализации уже после очистки, в котором солевой баланс очищенной воды восстанавливается до нормального.
Фото: A42.RU
