Co to jest odwrócona osmoza? Definicja i zastosowanie

Szczegóły: Opublikowano: 30. November 2025

Odwrócona osmoza (ang. reverse osmosis, RO) to zaawansowana technologicznie metoda uzdatniania wody, która cieszy się nieustannie rosnącą popularnością zarówno w gospodarstwach domowych, jak i w przemyśle. Jest to proces membranowy, co oznacza, że jego działanie opiera się na przepuszczaniu wody przez półprzepuszczalną membranę pod wysokim ciśnieniem.

Na czym polega odwrócona osmoza?

Osmoza naturalna polega na dyfuzji rozpuszczalnika przez błonę półprzepuszczalną rozdzielającą dwa roztwory o różnym stężeniu. Osmoza spontanicznie zachodzi od roztworu o niższym stężeniu substancji rozpuszczonej do roztworu o wyższym, czyli prowadzi do wyrównania stężeń obu roztworów. Ciśnienie zewnętrzne równoważące przepływ osmotyczny określa się mianem ciśnienia osmotycznego, a jego wartość jest charakterystyczna dla danego roztworu.

Proces odwróconej osmozy jest zjawiskiem odwrotnym do spontanicznie zachodzącej osmozy. Polega na wymuszonej dyfuzji dowolnego indywiduum chemicznego (jonów lub cząsteczek) z roztworu o wyższym stężeniu do roztworu o niższym stężeniu przez membranę półprzepuszczalną. Aby mógł zaistnieć przebieg procesu odwróconej osmozy konieczne jest wytworzenie po stronie roztworu ciśnienia hydrostatycznego przewyższającego ciśnienie osmotyczne.

Gdy zostanie spełniony wyżej wspomniany warunek rozpuszczalnik będzie przenikał z roztworu bardziej stężonego do rozcieńczonego, a więc w kierunku odwrotnym niż w procesie osmozy naturalnej. Jest procesem wykorzystywanym do separacji związków małocząsteczkowych takich jak sole nieorganiczne czy małocząsteczkowe związki organiczne od rozpuszczalników. Siłą napędową procesu jest przyłożone ciśnienie, zazwyczaj w przedziale od 1 do 10 MPa.

Warunki przebiegu odwróconej osmozy

Warunkiem przebiegu procesu odwróconej osmozy jest spełnienia następującego warunku:

Przeczytaj także: Jak rozpoznać twardą wodę?

Δp>∏

gdzie:

Δp - ciśnienie zewnętrzne, [Pa]
∏ - ciśnienie osmotyczne, [Pa], definiowane jako: ∏= C•RG•T
RG - stała gazowa, [Pa•dm3/mol•K]
T - temperatura absolutna, [K]
C - stężenie substancji rozpuszczonej w roztworze, [mol/dm3]

Zakres stosowanych ciśnień w odwróconej osmozie waha się w granicach 0,3 - 10 MPa i ściśle zależy od stężenia substancji rozpuszczonych w roztworze. Odwrócona osmoza jest procesem wysokociśnieniowym. Wielkość stosowanych ciśnień zewnętrznych dobiera się w zależności od rodzaju membrany i warunków prowadzenia procesu. Może się on zmieniać w granicach od 1do 10 MPa.

Mechanizmem transportu masy w procesie odwróconej osmozie jest model dyfuzyjny (rozpuszczania). W modelu dyfuzyjnym przyjmuje się, że membrana jest quasi-homogeniczna, dzięki czemu można stosować do opisu transportu masy przez nią teorię roztworów. Transport masy przez membranę można przybliżyć opisem procesu rozpuszczania składników w membranie. Podlega on prawom dyfuzji molekularnej. Siłą napędową transportu jest lokalny gradient potencjału chemicznego wynikający z różnicy stężeń składnika i różnica ciśnienia hydrostatycznego po obu stronach membrany. Różne związki przenikają przez membranę a ich separacja jest skutkiem różnej rozpuszczalności w membranie (prawo Nernsta) oraz różnej szybkości dyfuzji (prawa Ficka).

Historia i rozwój odwróconej osmozy

Po raz pierwszy odwrócona osmoza została wykorzystana w 1953 roku do odsalania wody morskiej. Ogromny rozwój przemysłu wykorzystującego zjawisko odwróconej osmozy nastąpił w latach sześćdziesiątych po opracowaniu przez Loeb’a i Sourirajana technologii wytwarzania na skalę przemysłową wysokowydajnych, selektywnych membran asymetrycznych. Asymetryczna budowa membran umożliwiła bowiem rozdział składników o małej masie cząsteczkowej (poniżej 300). Membrany asymetryczne zatrzymują cząstki i cząsteczki o średnicach od kilku do kilkunastu angstremów (Ǻ).

Przeczytaj także: Poradnik: Lokalizacja i wymiana filtra powietrza Dacia 1.4

Zastosowanie odwróconej osmozy

Techniki membranowe jako metody separacji znajdują coraz większe zastosowanie w technologiach oczyszczania odpadów produkcyjnych, przyczyniają się do recyrkulacji surowców i wprowadzania czystych technologii (bezodpadowych), zastępują energochłonne metody rozdzielania. Jednym z obszarów zastosowania modułów membranowych jest odwrócona osmoza, która sukcesywnie wypiera z rynku pozostałe metody uzdatniania wody.

Odwrócona osmoza jest jednym z najczęściej stosowanych procesów membranowych w technologii uzdatniania wody. Sprawdza się przy różnorodnych zastosowaniach - od odsalania wody morskiej, po oczyszczanie ścieków przemysłowych. Odwrócona osmoza to nic innego jak bardzo dokładna metoda filtracji membranowej, która znajduje zastosowanie wszędzie tam, gdzie potrzebna jest wysokiej jakości, zdemineralizowana woda.

Woda zdemineralizowana jest stosowana między innymi w obwodach chłodniczych, wymiennikach ciepła, wytwornicach pary lub kotłach. Służy też do płukania i mycia gotowych produktów na liniach produkcyjnych.

Systemy odwróconej osmozy znajdą zastosowanie w naprawdę wielu dziedzinach przemysłu. Generalnie rzecz biorąc, wszędzie tam, gdzie niezbędna jest czysta woda. Od prozaicznych zastosowań w rodzaju myjni bezdotykowych, przez wszelkiego rodzaju kotłownie, lakiernie proszkowe, stacje dializ czy laboratoria medyczne.

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.

Przeczytaj także: Woda destylowana: charakterystyka

W gospodarstwach domowych i niewielkich przedsiębiorstwach stosuje się najczęściej mniejszą odwróconą osmozę. Rozwiązanie ma zastosowanie, gdy w wodzie obecne są zanieczyszczenia, których usunięcie wymagałoby użycia kilku różnych urządzeń. Do takich substancji należą w szczególności metale ciężkie, pestycydy, azotany i azotyny.

Budowa i działanie systemu odwróconej osmozy

System odwróconej osmozy stanowi zazwyczaj część bardziej złożonego układu technologicznego. Przede wszystkim, poza filtrami wyłapującymi zanieczyszczenia mechaniczne, konieczne jest stosowanie filtrów lub wymieniaczy jonowych przed samą membraną. W celu ograniczenia powstawania osadów stosuje się również preparaty na bazie antykoagulantów, flokulantów lub antyskalantów. Za membraną często umieszcza się lampę UV, która zapewnia stabilność mikrobiologiczną oczyszczanej wody. Dodatkowo, montuje się tak zwany filtr szlifujący, który poprawia właściwości organoleptyczne wody.

W systemach odwróconej osmozy rozróżnia się trzy strumienie wody:

Permeat (woda oczyszczona)
Koncentrat (strumień zanieczyszczeń)
Odrzut (woda odprowadzana do kanalizacji)

Zanieczyszczenia, które zawiera woda uzdatniana metodą odwróconej osmozy, trafiają do trzeciego strumienia wody, czyli skoncentrowanego strumienia ścieków. W przypadku odsalania produktem ubocznym jest stężony, silnie zasolony roztwór zwany solanką. Jednak oprócz soli usuwanych z wody morskiej, może zawierać też inne zanieczyszczenia, takie jak metale ciężkie czy substancje organiczne. To samo dotyczy koncentratów powstałych w wyniku oczyszczania ścieków zasolonych.

Membrany stosowane w odwróconej osmozie

W układach odwróconej osmozy stosuje się dwa typy membran. Pierwszy z nich to uzyskiwane metodą inwersji faz membrany asymetryczne, zbudowane z jednego rodzaju polimeru. Są to membrany o strukturze uwarstwionej, składające się z dwóch warstw: zewnętrznej o grubości 0.1-0.5 μm, która pełni funkcję warstwy permeacyjnej i wewnętrznej (tzw. suportu), która przejmuje obciążenia mechaniczne, chroniąc tym samym warstwę aktywną. Drugim typem membran są membrany kompozytowe, wykonane z dwóch różnych substancji.

Materiały z których produkowane są membrany powinny być przede wszystkim wytrzymałe mechanicznie. Muszą cechować się też wysoką odpornością hydrolityczną oraz być odporne na biodegradację oraz działanie chloru i utleniaczy.

Rodzaje Membran
Typ Membrany	Materiał	Właściwości
Asymetryczne	Estry celulozy (di- i trioctan celulozy)	Hydrofilowe, mała wrażliwość na zmiany temperatury, odporność mikrobiologiczna
Asymetryczne	Poliamidy aromatyczne	Niska odporność na wolny chlor
Kompozytowe	Polisulfony (suport), poliimidy, polibenzimidazol, poliamidohydrazyna (warstwa aktywna)	Różne właściwości w zależności od użytych polimerów

Zalety i wady odwróconej osmozy

Odwrócona osmoza to jeden z częściej stosowanych procesów membranowych w technologii uzdatniania wody, znajdujący ogromną ilość zastosowań. 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.

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.

Najczęściej pojawiające się problemy w procesie odwróconej osmozy:

Polaryzacja stężeniowa
Adsorpcja na powierzchni membrany
Tworzenie warstwy żelowej na powierzchni membrany
Fouling

Mity na temat odwróconej osmozy

Odwrócona osmoza to znana od lat metoda uzdatniania wody pitnej. Jednak wiele osób wciąż z jakiegoś powodu nie decyduje się na korzystanie z tego rozwiązania. Postaramy się więc przedstawić rzetelne zestawienie faktów związanych z krążącymi opiniami na temat odwróconej osmozy (RO).

Mit: Woda po odwróconej osmozie jest "martwa" i niezdrowa.
Fakt: Przeprowadzono wiele badań naukowych nad wodą osmotyczną i żadne z nich nigdy nie wykazało negatywnego wpływu tej wody na zdrowie.
Mit: System RO to skomplikowana technologia, w niezrozumiały sposób ingerująca w strukturę wody.
Fakt: Filtr osmotyczny ma stosunkowo prostą budowę. Jest to w zasadzie bardzo gęsty filtr mechaniczny.
Mit: Filtr RO usuwa z wody minerały, które są niezbędne dla zdrowia.
Fakt: Większość minerałów ważnych dla zdrowia dostarczamy do organizmu z żywnością, a nie z wodą.
Mit: Woda osmotyczna wypłukuje minerały z organizmu człowieka.
Fakt: Woda osmotyczna nie ma jak wypłukiwać minerałów z organizmu człowieka.
Mit: Woda osmotyczna ma odczyn kwaśny, który jest szkodliwy dla zdrowia.
Fakt: Woda osmotyczna ma odczyn lekko kwaśny lub obojętny.
Mit: System RO zużywa dużo wody.
Fakt: System RO zużywa nieco więcej wody niż inne filtry, dzięki czemu ma 99,8% skuteczności i kilkuletni czas pracy.
Mit: System RO jest drogi.
Fakt: Cena zakupu systemu RO jest wielokrotnie niższa niż cena podobnego urządzenia u domokrążców.
Mit: To domorośli pseudospecjaliści sprzedający inne systemy uzdatniania wody odradzają picie wody RO.
Fakt: Pracujemy w branży uzdatniania wody od 1991 roku i przez lata wypróbowaliśmy najróżniejsze systemy i tysiące razy zetknęliśmy się z plusami i minusami każdego z nich. Skupiliśmy się na odwróconej osmozie, ponieważ doświadczenie pokazało, że jest to najlepszy sposób na zdobycie czystej wody pitnej.

tags: #co #to #jest #odwrocona #osmoza #definicja