Odwrócona Osmoza: Zasada Działania i Zastosowanie
- Szczegóły
Odwrócona osmoza (RO - Reverse Osmosis) to proces membranowy. Oznacza to, że jego działanie opiera się na przepuszczaniu wody przez półprzepuszczalną membranę pod wysokim ciśnieniem.
Co to jest odwrócona osmoza?
Odwrócona osmoza - Zasada działania procesu odwróconej osmozy, jak sama nazwa wskazuje jest przeciwna do standardowej osmozy. Procesy osmotyczne polegają na przenikaniu rozpuszczalnika (wody) z roztworu o niższym stężeniu do roztworu o stężeniu wyższym przez półprzepuszczalną membranę.
Badacze doszli wtedy do wniosku, że jeśli mamy dwa roztwory o różnych stężeniach soli, to gdy zastosuje się półprzepuszczalną membranę, rozdzielającą mechanicznie roztwory, wówczas woda z części o niższym stężeniu przejdzie przez membranę do części o wyższym stężeniu. Efektem przechodzenia roztworów zawsze było zbilansowanie stężeń w obu częściach rozdzielonych membraną.
W odróżnieniu od naturalnej osmozy, gdzie woda przepływa z roztworu o niższym stężeniu do roztworu o wyższym stężeniu, odwrócona osmoza wymusza przepływ wody w przeciwnym kierunku. W systemie RO używa się ciśnienia, aby wymusić odwrotny kierunek przepływu wody - z roztworu bardziej zanieczyszczonego do czystego.
Proces ten wymaga nakładu dodatkowej siły i polega na przepływie rozpuszczalnika z roztworu o stężeniu wyższym do roztworu o stężeniu niższym. W praktyce uzdatniania wody istotą odwróconej osmozy jest zatrzymywanie mikrozanieczyszczeń na półprzepuszczalnej membranie. Dzięki temu uzyskuje się krystalicznie czystą wodę. Odciek (woda zanieczyszczona) kierowany jest do kanalizacji.
Przeczytaj także: Sterowniki i usterki ASUS K52J
W latach 50. XX wieku odkryto zaś, że gdyby odwrócić nieco kierunek procesu osmozy biologicznej (czyli zastosować odwróconą osmozę) to może być to skutecznym sposobem na pozbywanie się z wody różnego rodzaju zanieczyszczeń.
Odwrócona osmoza zachodzi wówczas, kiedy do wody o wyższym stężeniu zanieczyszczeń dodane zostanie odpowiednio duże ciśnienie. Ciśnienie spowoduje bowiem odwrócenie przepływu kierunku wody, przez co cząsteczki wody przedostają się przez membranę do części, gdzie znajduje się woda o niższym stężeniu zanieczyszczeń. Jednocześnie zaś cząsteczki “brudu” zostaną w części pierwotnej, to znaczy nie przejdą przez membranę, która stanowić będzie dla nich mechaniczną przeszkodę.
Zasada działania i proces filtracji
Przy pracy takiego filtra główną rolę odgrywa odwrócona osmoza, czyli proces polegający na przepuszczaniu wody pod wysokim ciśnieniem przez specjalną membranę półprzepuszczalną. Jej zadaniem jest zatrzymywanie różnego rodzaju zabrudzeń, takich jak sole mineralne, wirusy, bakterie, a nawet szkodliwe związki organiczne.
Procedura odwróconej osmozy wymaga użycia pompy wysokociśnieniowej, która wytwarza ciśnienie niezbędne do pokonania naturalnego ciśnienia osmotycznego. Typowe ciśnienie robocze w systemach odwróconej osmozy wynosi od 2,8 do 6 barów, w zależności od jakości wody surowej i wymagań dotyczących czystości wody oczyszczonej.
Proces filtrowania wody zaczyna się od momentu wprowadzenia cieczy do filtra. Tam woda zostaje poddana działaniu wysokiego ciśnienia, które jest niezbędne, aby móc przeprowadzić ją przez membranę półprzepuszczalną. Element ten zbudowany jest w taki sposób, aby woda przepływała przez mikroskopijne oczka.
Przeczytaj także: Zastosowanie wężyków do filtra osmozy
Gdy woda zostanie przeprowadzona przez membranę, trafia do zbiornika znajdującego się na dole konstrukcji. Wszystkie zanieczyszczenia zatrzymane przez membranę zostają wypłukane i odprowadzone za pomocą rury odpływowej - dzięki temu można uzyskać krystalicznie czystą ciecz.
Systemy odwróconej osmozy zazwyczaj obejmują kilka etapów wstępnego oczyszczania wody, które mają na celu ochronę membrany i zwiększenie efektywności całego procesu. Kolejnym etapem jest filtracja węglowa, podczas której woda przechodzi przez wkłady z węglem aktywnym. Jest to bardziej zaawansowany proces, gdyż pozwala on na usunięcie m.in. chloru, związków organicznych oraz innych substancji chemicznych, które mogłyby uszkodzić membranę RO.
Kluczowym elementem systemu odwróconej osmozy stanowi membrana osmotyczna, przez którą przepływa woda pod wysokim ciśnieniem. Składa się ona z wielu warstw półprzepuszczalnego materiału, które zatrzymują zanieczyszczenia i przepuszczają jedynie cząstki czystego H2O.
Woda oczyszczona, czyli tzw. permeat, przechodzi przez membranę i jest zbierana do zbiornika na czystą wodę lub trafia bezpośrednio do kranu - zależy to od rodzaju odwróconej osmozy (w naszym sklepie znajdziesz RO ze zbiornikiem oraz RO bez zbiornika).
Etapy filtracji w systemie odwróconej osmozy:
- Filtracja wstępna - usuwanie zanieczyszczeń mechanicznych.
- Filtracja węglowa - usuwanie chloru i związków organicznych.
- Filtracja na membranie osmotycznej - usuwanie pozostałych zanieczyszczeń.
- Filtracja końcowa - poprawa smaku i zapachu wody.
Skuteczność odwróconej osmozy
Osiągana skuteczność w uzdatnianiu wody poprzez RO sięga nawet do 99%. Membrany umożliwiają zatrzymanie cząstek o wielkości powyżej 0,0001 mikrona. Dzięki temu woda otrzymana jest gotowa do spożycia przez ludzi.
Przeczytaj także: Odwrócona osmoza: Twój przewodnik
Warto zaznaczyć, że ciecz przepuszczona przez filtr RO (ang. „reverse osmosis” - odwrócona osmoza) może być pozbawiona nawet 99% zanieczyszczeń i innych substancji.
Powszechnie stosowane przy oczyszczaniu wody - mechaniczne filtry narurowe są zazwyczaj wyposażone we wkłady o mikronażu od 1 do 100 mikrometrów. Pory w membranie osmotycznej mają średnicę około 0,0001-0,0005 mikrometra, czyli są w stanie zatrzymać bakterie (najmniejsze nanobakterie są wielkości 0,2 mikrometra[1], czyli 400-2000 razy większe niż pory membrany osmotycznej), wirusy (najmniejszy znany nauce wirus ma wielkość około 20 nanometrów[2], czyli jest 40-200 razy większy), niemal wszystkie substancje chemiczne (w tym metale ciężkie, pestycydy, związki organiczne, azotany i azotyny), a nawet pojedyncze jony.
W efekcie, odwrócona osmoza to również najlepsza odpowiedź na pytanie jak usunąć PFAS z wody w warunkach domowych oraz jak usunąć fluor z wody.
Zalety i wady odwróconej osmozy
Jedną z największych zalet, które zapewnia odwrócona osmoza, jest bardzo wysoka skuteczność eliminowania zanieczyszczeń z wody. W efekcie można również poprawić smak i zapach cieczy. Sam filtr odwróconej osmozy jest też łatwy w utrzymaniu, a ewentualna wymiana jest dość prosta i można wykonać ją samodzielnie. W przypadku wykorzystania domowego filtr może być świetnym sposobem na ograniczenie zużycia plastiku przez redukcję zapotrzebowania na wodę butelkowaną.
Technologia ma wiele zalet. Przede wszystkim jest niezwykle skuteczna - filtr, który wykorzystuje proces odwróconej osmozy zatrzymuje ok. 96 % wszystkich szkodliwych substancji, znajdujących się w wodzie. Poza tym proces oczyszczania prowadzony jest w sposób ciągły, a dzięki możliwości łączenia modułów, można łatwo powiększyć skalę oczyszczania. Oczyszczanie przy technice odwróconej osmozy łatwo łączy się z innymi technologiami membranowymi. Technologia jest nieskomplikowana w obsłudze i daje możliwość całkowitej automatyzacji.
Wśród wad warto wskazać wyższe koszty w stosunku do innych podobnych rozwiązań. Filtr odwróconej osmozy potrzebuje również cieczy do odprowadzania zanieczyszczeń z membrany półprzepuszczalnej; ponadto jednostka filtrująca wykorzystuje nie tylko wodę, lecz także prąd. Dodatkowo należy pamiętać, że filtr tego typu usuwa zarówno zanieczyszczenia, jak i związki organiczne, które mogą pozytywnie wpływać na kondycję organizmu. Aby z powrotem dodać minerały do filtrowanej wody, można zastosować specjalne wkłady mineralizujące.
Mimo wielu zalet oraz szerokiego zastosowania, posiada jednak pewne ograniczenia. Membrany muszą wykazywać odporność na pH roztworu, temperaturę czy obecność substancji utleniających. Ze względu na konieczność zastosowania wysokiego ciśnienia, proces jest opłacalny do ograniczonego stężenia roztworów. Posiada też ograniczoną możliwość zastosowania przy roztworach o dużej gęstości, krystalizujących i koagulujących.
Zalety filtrów odwróconej osmozy:
- Wysoka skuteczność w usuwaniu zanieczyszczeń.
- Poprawa smaku i zapachu wody.
- Łatwość w utrzymaniu i wymianie.
- Ograniczenie zużycia plastiku.
Wady filtrów odwróconej osmozy:
- Wyższe koszty w porównaniu do innych rozwiązań.
- Konieczność odprowadzania wody do kanalizacji.
- Usuwanie minerałów z wody.
Wpływ odwróconej osmozy na pH wody
Filtr odwróconej osmozy usuwa z wody niemal wszystkie rozpuszczone substancje, w tym minerały odpowiedzialne za stabilizację poziomu pH. W procesie filtrowania woda przechodzi przez membranę osmotyczną, która zatrzymuje nawet najmniejsze cząsteczki - od bakterii i wirusów, po metale ciężkie, pestycydy czy mikroplastik.
Jak już wspomnieliśmy odwrócona osmoza skutecznie usuwa niemal wszystkie zanieczyszczenia z wody z kranu, ale wraz z nimi także minerały odpowiedzialne za naturalną stabilizację odczynu pH. Efektem jest bardzo czysta, lecz często lekko kwaśna woda osmotyczna.
Usunięcie węglanów i minerałów - woda po filtrze odwróconej osmozy (RO) jest prawie całkowicie pozbawiona minerałów i ma bardzo niski poziom TDS. Oznacza to, że nie ma naturalnej „poduszki” chroniącej przed zmianami kwasowości. Dlatego nawet niewielkie ilości dwutlenku węgla (CO₂), które były rozpuszczone w wodzie wodociągowej jeszcze przed filtracją, mogą łatwo obniżyć pH.
Ponieważ w wodzie po osmozie nie ma wapnia ani magnezu, nie posiada ona naturalnej ochrony przed zmianami odczynu. Przechowywanie w zbiorniku - woda zamknięta w zbiorniku nie pobiera nowego CO₂ z otoczenia, ale stopniowo wyrównuje się z gazami, które były w niej obecne już po filtracji.
Mineralizacja wody po odwróconej osmozie
Odwrócona osmoza gwarantuje uzyskanie nieskazitelnie czystej, zdemineralizowanej wody. Jednak to nie z wody czerpiemy największą ilość składników mineralnych. Najbardziej przyswajalne formy dostarczane są z substancjami pokarmowymi. Z tego powodu nie ma podstawy, żeby sądzić, że woda osmotyczna jest nienaturalna i niezdrowa.
Dzięki tym rozwiązaniom woda z filtra odwróconej osmozy nie tylko spełnia surowe normy jakościowe, ale też staje się przyjemna w smaku i bezpieczna dla całej rodziny. Jeśli zależy Ci na czystej wodzie bez zanieczyszczeń i jednocześnie o wyższym odczynie pH, najlepszym wyborem będzie filtr odwróconej osmozy z wbudowanym mineralizatorem lub wkładem REDOX. Taki system nie tylko usunie z wody większość zanieczyszczeń, ale też podniesie pH do poziomu bardziej zbliżonego do neutralnego lub zasadowego. W przypadku wody Redox może to być nawet pH ok.
Mineralizacja to dobre rozwiązanie dla osób, które cenią sobie wodę o pełniejszym smaku i chcą wzbogacić ją w naturalne pierwiastki, takie jak wapń czy magnez. Z kolei wielu użytkowników jest w pełni zadowolonych z samej wody po odwróconej osmozie - czystej, neutralnej i pozbawionej jakichkolwiek domieszek.
Wodę po filtracji na membranie osmotycznej można wzbogacać w minerały stosując specjalistyczne wkłady mineralizujące. Wewnątrz takiego wkładu znajduje się złoże, które podczas przepływu wody uwalnia wapń, magnez, a także potas, sód, czy chlorki. Wydajność i efektywność nasycenia w minerały spada oczywiście wraz ze wzrostem ilości przefiltrowanej wody. W tej kategorii produktów na rynku wyróżnia się wkład rewitalizujący Ecoperla Elixir z wypełnieniem z magnezu w czystej postaci.
Zastosowanie odwróconej osmozy
Tego typu rozwiązania znajdują zastosowanie w wielu dziedzinach - mogą być używane również w domu, zarówno do uzdatniania wody pitnej, jak i m.in. w akwariach. Filtr odwróconej osmozy jest wykorzystywany także np. w rolnictwie i przemyśle.
Odwrócona osmoza jest obecnie stosowana do oczyszczania wody pitnej zarówno w warunkach domowych, jak i na większą skalę. Przemysłowa odwrócona osmoza sprawdza się między innymi w produkcji elektroniki, żywności i farmaceutyków, czyli wszędzie tam, gdzie wymagana jest woda ultra-czysta.
W wielu przypadkach, uzdatniona za pomocą procesu odwróconej osmozy woda, może nawet trafić z powrotem do obiegu jako woda procesowa. Metoda ta jest więc bardzo ważnym elementem technologii recyrkulacji wody w przemyśle.
Zasada działania urządzeń opartych na odwróconej osmozie pokazuje, że można je wykorzystać nie tylko do oczyszczania wody, lecz także do zagęszczania roztworów.
Podsumowanie
Odwrócona osmoza to zaawansowana i niezwykle skuteczna metoda uzdatniania wody, która znajduje szerokie zastosowanie zarówno w gospodarstwach domowych, jak i w przemyśle. Dzięki zdolności do usuwania szerokiego spektrum zanieczyszczeń, woda uzyskana w procesie RO jest czysta, bezpieczna i pozbawiona nieprzyjemnych smaków i zapachów.
Mimo pewnych wad, takich jak wysokie zużycie wody i koszty, odwrócona osmoza pozostaje jednym z najlepszych rozwiązań do uzdatniania wody, oferując wiele korzyści zdrowotnych i ekonomicznych.
tags: #odwrocona #osmoza #zasada #dzialania
