Filtr Odwrócona Osmoza: Zasada Działania i Zastosowanie Membrany
- Szczegóły
Filtracja wody za pomocą odwróconej osmozy to rewolucyjne rozwiązanie, które dało ludzkości możliwość odzyskiwania wody słodkiej do picia. Woda oczyszczona tym sposobem jest także stosowana w wielu procesach technologicznych, w których wymaga się wysokiej jakości wody i jej czystości. Dzięki temu zjawisku, filtry odwróconej osmozy pozwalają uzyskać krystalicznie czystą wodę.
Historia i Odkrycie Osmozy
Proces osmozy został odkryty w latach 50-tych w USA. Początkowo metoda ta służyła odsalaniu wody morskiej. W naturze możemy spotkać materiały, które przepuszczają płyny selektywnie, czyli w jednym kierunku. Zjawisko to występuje praktycznie u wszystkich organizmów żywych. W 1860 roku została po raz pierwszy zastosowana syntetyczna membrana osmotyczna. Membrany takie były jednak mało elastyczne. Ten stan rzeczy trwał prawie 100 lat.
Zjawisko Osmozy - Jak to działa?
Żeby wyjaśnić zjawisko osmozy musimy sobie wyobrazić następujące doświadczenie. W jednym zbiorniku z wodą na środku umieszczamy półprzepuszczalną błonę. Z jednej strony membrany mamy wodę z dużą ilością soli, a z drugiej wodę czystą. Zgodnie z zasadą naczyń połączonych przypuszczalibyśmy, że poziom wody się wyrówna. Po pewnym czasie jednak poziom wody z solą wzrasta, natomiast poziom wody czystej zmniejsza się. Odkrycie tego faktu było dużym zaskoczeniem.
Dzieje się tak, ponieważ membrana próbuje wyrównać poziom soli/stężenia po obydwu stronach, dlatego woda przepływa w kierunku większego zasolenia. Jak się okazało, w przypadku pojawienia się wody o dwóch stężeniach (zanieczyszczonej i czystej) i rozdzieleniu ich błoną osmotyczną, na powierzchni membrany pojawia się tzw. ciśnienie osmotyczne, które powoduje ruch wody z roztworu mniej stężonego (woda czysta) do roztworu gęstego (woda brudna).
Jak Działa Membrana Osmotyczna?
Aby zrozumieć dlaczego tak się dzieje, musimy wiedzieć, że błona osmotyczna to bardzo cienki materiał o wyjątkowo małej porowatości. Dokładność filtracyjna błony (pory, przez które przepływa woda) to 0,0001 mikrona. Na wyobraźnię działa fakt, że wielkość ta jest 10 000 000 razy mniejsza niż jeden milimetr. Okazuje się, że czysta cząsteczka wody ma wielkość bardzo podobną właśnie do porowatości membrany osmotycznej. To jednocześnie jedna z najmniejszych cząsteczek chemicznych jaką znamy. Wodór, który zawiera cząsteczka wody, to najmniejszy pierwiastek jaki znamy. Dzięki właśnie tak małej porowatości przez błonę osmotyczną przedostają się cząsteczki wody, natomiast większość zanieczyszczeń pozostaje na membranie.
Przeczytaj także: Sędziszów Filtr Powietrza do Astry H - Testy i Opinie
Wyobraźmy sobie pojemnik w środku którego umieszczona zostanie membrana osmotyczna, podobnie jak w poprzednim przykładzie. Po jednej stronie znajduje się woda o dużym zasoleniu, a po drugiej stronie pusta część. Jeżeli na stronę o dużym zasoleniu wywrzemy nacisk to molekuły wody przejdą przez membranę na stronę pustą. Molekuły soli zaś zostaną po tej samej stronie, gdzie były. Otwory membrany mają przekrój 0,0001 mikrona. Większość molekuł znajdujących się w wodzie ma wymiary większe niż otwory w membranie, więc zostają zatrzymane. Mamy wówczas do czynienia z hiperfiltracją.
Membrana doskonale oddziela z wody wszystkie zawiesiny azbestu, rdzy, glonów, wodorostów, bakterie, wirusy, metale ciężkie. Zatrzymuje arsen, kadm, ołów, rtęć, srebro, pestycydy, herbicydy oraz molekuły organiczne takie, jak sole baru, chloru, chromu, miedzi, fluoru, manganu, azotu, selenu czy sulfatu. Membrana radzi sobie nawet z produktami odpadowymi przemysłu chemicznego takimi, jak radioaktywne pierwiastki i ich izotopy. Dla porównania, średnia bakteria jest ok. 3 000 razy większa od cząsteczki wody, a wirus ok.
Odwrócona Osmoza - Przełom w Filtracji Wody
W 1952 roku nastąpiło odkrycie tzw. membran poliamidowych (TFC) Sourirajana, które pokazało, ze przebieg osmozy może zachodzić również odwrotnie. Zauważono, że w ten sposób praktycznie wszystkie zanieczyszczenia znajdujące w wodzie mogą zostać z niej usunięte. Metodę tą nazwano właśnie "ODWRÓCONĄ OSMOZĄ".
Działa ona przeciwnie do procesu naturalnego, czyli wykorzystywane jest ciśnienie wody, aby "przepchnąć" czystą cząsteczkę wody przez membranę osmotyczną. Aktualnie membrany osmotyczne produkowane są tylko przez kilku producentów.
Jak Wygląda Membrana Osmotyczna w Systemach Odwróconej Osmozy?
Membrana osmotyczna stosowana w systemach odwróconej osmozy wygląda jak rolka folii nawiniętej na walec. Woda wciskana jest pod ciśnieniem na błonę membrany. Zanieczyszczona woda przesuwa się równolegle do powierzchni membrany. Woda przedostając się przez membranę, zostaje oczyszczona. Pozostała część (brudna woda) kierowana jest do ścieku. Dlatego wszystkie systemy osmotyczne muszą być podpięte do kanalizacji, a proces odwróconej osmozy jest procesem stratnym. Czysta woda to ok. 20-35% wody zanieczyszczonej. Dzięki temu jednak, że woda brudna spłukiwana jest do ścieku nasze membrany osmotyczne mogą służyć przez długi okres czasu.
Przeczytaj także: Jak wymienić filtr w Vespa LX 50?
Żywotność i Konserwacja Membran Osmatycznych
Membrany osmotyczne podlegają naturalnemu zużyciu. Określa się, że ich żywotność to ok. 3 lata. Podczas użytkowania membran:
- ściera się ich powierzchnia zewnętrzna
- powiększają się pory - zjawisko nazywane dekalibracją membrany
- w przypadku dużej ilości zanieczyszczeń, może zachodzić zjawisko zarastania membran kamieniem
- przy stosowaniu węgla aktywnego niskiej jakości, który nie zatrzymuje chloru z odpowiednią skutecznością, membrany mogą pokrywać się, zarastać, tzw. śluzem bakteryjnym.
Powiększanie się por membrany powoduje, że przepuszczają one coraz większe pierwiastki i związki chemiczne. Określa się, że nowa membrana przepuszcza ok. 10% związków chemicznych zawartych w wodzie nieoczyszczonej natomiast już po 3-4 latach membrana będzie przepuszczała aż 40% związków chemicznych.
Zaleca się wymianę membrany co 2 do 3 lat, w zależności od jakości wody wejściowej i intensywności użytkowania systemu. Wskazówką do konieczności wymiany mogą być oznaki, takie jak spadek jakości filtrowanej wody, zwiększenie przepływu wody odrzutowej (koncentratu), czy zauważalne zmniejszenie ciśnienia wody.
Proces wymiany nie wymaga specjalistycznych narzędzi - wystarczy zamknięcie dopływu wody, odłączenie obudowy membrany i wymiana starej membrany na nową. Regularne czyszczenie membrany oraz przestrzeganie zaleceń producenta odnośnie jej konserwacji może znacznie wydłużyć jej żywotność i poprawić jakość uzyskiwanej wody.
Zasada Działania Odwróconej Osmozy
Membrana osmotyczna działa na zasadzie odwróconej osmozy, co jest kluczowym procesem w zaawansowanych systemach filtracji wody. W naturalnych warunkach woda przenika przez półprzepuszczalną błonę z obszaru o niższym stężeniu soli do obszaru o wyższym stężeniu soli.
Przeczytaj także: Oczyszczacz Duux: konserwacja filtra
Membrana osmotyczna składa się z mikroskopijnych porów, które są na tyle małe, że pozwalają na przepuszczanie wyłącznie cząsteczek wody, blokując większość innych substancji, takich jak sole, zanieczyszczenia, bakterie i wirusy. W efekcie końcowym, system odwróconej osmozy produkuje dwa strumienie wodne: permeat (oczyszczona woda) oraz koncentrat (woda odrzutowa zawierająca zatrzymane zanieczyszczenia).
Jednakże, aby zapewnić długotrwałą efektywność systemu odwróconej osmozy, membrany osmotyczne wymagają regularnej konserwacji. Zanieczyszczenia gromadzące się na powierzchni membrany mogą prowadzić do jej zapchania, co obniża wydajność filtracji.
Cechy Membrany Osmatycznej
Membrana osmotyczna wyróżnia się kilkoma kluczowymi cechami, które czynią ją nieodzownym elementem nowoczesnych systemów filtracji wody, takich jak odwrócona osmoza:
- Selektywność: Membrana osmotyczna posiada mikroskopijne pory, które umożliwiają selektywny przepływ wody, jednocześnie blokując większość innych cząsteczek, takich jak sole, zanieczyszczenia, bakterie i wirusy.
- Potrzeba ciśnienia: Proces odwróconej osmozy wymaga zastosowania ciśnienia, aby woda mogła przenikać przez membranę.
- Skuteczność: Membrany osmotyczne są niezwykle skuteczne w usuwaniu zanieczyszczeń, osiągając efektywność na poziomie do 99%.
Dzięki powyższym cechom, membrana osmotyczna jest niezastąpionym narzędziem w procesach uzdatniania wody. Kluczowe jest jednak, aby systemy z jej użyciem były odpowiednio konserwowane, co zapewnia ich długotrwałą efektywność.
Proces Filtracji W Systemach Odwróconej Osmozy
W systemach odwróconej osmozy, surowa woda jest najpierw oczyszczana z zanieczyszczeń mechanicznych na wkładach wstępnych. Cząstki stałe doprowadziłyby w przeciwnym razie do zapchania membrany osmotycznej i spadku jej wydajności. Przed membraną osmotyczną często pojawia się także wkład węglowy, dzięki któremu z wody zostaje wyeliminowany chlor i jego pochodne będące pozostałościami procesów dezynfekcji.
Zbudowana z cienkich błon półprzepuszczalnych, membrana osmotyczna rozdziela wodę na dwa roztwory o różnym stężeniu. Działanie odwróconej osmozy może być jeszcze bardziej higieniczne, dzięki antybakteryjnej powłoce Microban® obecnej m.in. w filtrach kuchennych Atlas Filtri OASIS Sanic.
Po filtracji wstępnej woda trafia na membranę osmotyczną o wydajności 75 GPD, która eliminuje najmniejsze zanieczyszczenia. Zanim jednak kranówka zostanie finalnie zmagazynowana w zewnętrznym zbiorniku, przepływa jeszcze przez wkład końcowy 2w1 węglowo-mineralizujący, który optymalizuje smak wody oraz wzbogaca ją w cenne dla zdrowia minerały - wapń i magnez.
Każdy system odwróconej osmozy to w rzeczywistości układ wkładów filtracyjnych współpracujących z membraną osmotyczną. W zestawie z odwróconą osmozą zazwyczaj znajduje się także wylewka do pobierania oczyszczonej wody oraz akcesoria instalacyjne wraz z instrukcją jak zamontować odwróconą osmozę.
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.
Tabela 1. Skuteczność usuwania zanieczyszczeń przez membranę osmotyczną
| Zanieczyszczenie | Skuteczność usuwania |
|---|---|
| Bakterie | Do 99.99% |
| Wirusy | Do 99.99% |
| Metale ciężkie (np. ołów, arsen) | Do 99% |
| Pestycydy | Do 99% |
| Sole mineralne | Do 95% |
Wpływ Odwróconej Osmozy na Zdrowie
Regularne spożywanie wody oczyszczonej metodą odwróconej osmozy ma zarówno zwolenników, jak i krytyków. Zwolennicy podkreślają, że jest to jedna z najbezpieczniejszych metod filtracji, pozwalająca na usunięcie szkodliwych substancji, takich jak pestycydy, metale ciężkie, chlor, fluor, a nawet farmaceutyki czy mikroplastik. Dzięki temu woda staje się wolna od zanieczyszczeń, które mogłyby negatywnie wpływać na organizm.
Jednak pojawiają się także głosy, że odwrócona osmoza usuwa z wody nie tylko zanieczyszczenia, ale również minerały, takie jak wapń, magnez czy potas, które są istotne dla zdrowia. Długotrwałe spożywanie wody całkowicie pozbawionej minerałów może przyczyniać się do ich niedoborów w organizmie, zwłaszcza jeśli dieta nie dostarcza ich w odpowiednich ilościach.
Aby zminimalizować ten efekt, wiele systemów osmotycznych wyposażonych jest w filtry mineralizujące, które przywracają wodzie niezbędne mikroelementy, poprawiając jej skład i smak. Warto więc wybierać nowoczesne systemy filtracji, które nie tylko oczyszczają wodę, ale również wzbogacają ją w wartościowe składniki odżywcze.
tags: #filtr #odwrócona #osmoza #membrana #działanie
