Filtr Przepływowy do Wody: Odwrócona Osmoza i Zasada Działania
- Szczegóły
Czytając fora internetowe, można zauważyć, że filtr odwróconej osmozy budzi wiele wątpliwości. Wydaje się, że większość pytań wynika z niezrozumienia mechanizmu działania tego urządzenia. Dlatego warto napisać parę słów, które uzupełniając wiedzę, pozwolą na zrozumienie działania całego systemu i dodatkowego osprzętu, jaki w różnych konfiguracjach zestawów się pojawia.
Zasada Działania Odwróconej Osmozy
Cała zasada działania zawarta jest w nazwie „odwrócona osmoza”. Osmoza to dyfuzja rozpuszczalnika przez błonę półprzepuszczalną rozdzielającą dwa roztwory o różnym stężeniu. W kontekście osmozy roztwór z którego ubywa rozpuszczalnika nazywa się hipotonicznym, a ten w którym przybywa nazywa się hipertonicznym.
Przenikanie wody przez membranę powoduje, że ubywa wody czystej, a przybywa brudnej, z tym że brudna robi się bardziej czysta (rozcieńczanie), a czysta robi się bardziej brudna (zagęszczanie). W wyniku wyrównywania stężeń, ciśnień osmotycznych po obu stronach membrany, rośnie poziom wody po jednej ze stron, tworzy się więc ciśnienie hydrostatyczne, „produkowane” przez rosnący, naciskający słup wody.
Ciśnienie hydrostatyczne ogranicza osmozę, powoduje, że osmoza nie „wyciągnie” całej czystej wody, bo naciskający słup wody będzie wodę przepychał z powrotem na „czystą” stronę. W takim układzie dochodzi do wyrównania ciśnień, nie stężeń po obu stronach membrany osmotycznej, a ciśnienie osmotyczne działające w kierunku wody brudnej równoważone jest przez ciśnienie hydrostatyczne działające w kierunku wody czystej.
Układ dąży do równowagi, w której suma ciśnień (hydrostatycznego i osmotycznego) po jednej stronie membrany jest równa sumie ciśnień po drugiej. Skoro ciśnienie hydrostatyczne nie pozwala na dalsze przenikanie wody czystej, to znaczy, że my naciskając wodę po stronie „woda mniej zanieczyszczona” możemy cały ten proces odwrócić i „wycisnąć” wodę czystą, niemalże jak przez sito.
Przeczytaj także: Sędziszów Filtr Powietrza do Astry H - Testy i Opinie
Istotą działania membrany osmotycznej jest to, że możemy założyć że po stronie czystej nie ma wody ani żadnego ciśnienia, a po stronie brudnej woda cały czas płynie, a ten wcześniej wspomniany „nacisk” stosowany celem odwrócenia osmozy to nic innego jak ciśnienie w wodociągu.
Elementy Składowe Systemu Odwróconej Osmozy
Membrana RO
Sercem całego układu jest membrana RO, która robi najważniejszą część filtracji. To właśnie przez nią przepływa woda, oddzielając czyste cząsteczki od zanieczyszczeń. Woda dostająca się pomiędzy membranę RO a separator zasilania jest przeciskana przez membranę (czyli już jest RO), płynie spiralnie dookoła rurki, tak jak kartki są nawinięte, aż dojdzie do początku kartki (wpuszczonego w rurkę), a dalej z rurki do akwarium.
Woda przez membranę może przepływać w obie strony, tzn. jak odetniemy zasilanie, to mamy sytuację, że po jednej stronie membrany jest woda czysta, po drugiej brudna. Woda czysta zgodnie z ciśnieniem osmotycznym (bo nie ma hydrostatycznego) zostanie wyssana do wody brudnej, popłynie więc spiralnie, ale wstecznie, przedostanie się przez membranę osmotyczną i trafi do wody odrzuconej.
Przy okazji, te zanieczyszczenia, które przedostały się na czystą stronę zostaną zagęszczone. To jest główna przyczyna, że TDS pierwszej porcji wody z nieużywanego przez jakiś czas filtra jest wysoki. Literatura podaje, że wsteczny przepływ wody bardzo niszczy membranę, zaleca się więc w każdym systemie założenie kolanka z zaworem zwrotnym.
Prefiltry: Ochrona Membrany
Gdybyśmy nawet pozbyli się prefiltrów, membrana będzie nadal spełniała swoją rolę. Woda RO dobrej jakości zostanie wyprodukowana. Obecność prefiltrów nie wpływa na jakość produkowanej wody, a jedynie przedłuża żywotność membrany. W sprzedaży dostępne są zestawy, które zawierają tylko jeden, lub dwa prefiltry z tym, że zawsze w skład zestawu wchodzi filtr węglowy.
Przeczytaj także: Jak wymienić filtr w Vespa LX 50?
W przypadku dwóch prefiltrów spotkałem się z różnymi układami - albo pierwszy jest sedymentacyjny, albo węglowy. Pierwszy z nich jest najbardziej brudny, zwykle brązowy, wyłapuje on grube śmieci, które mogą dostać się do układu z instalacji wodnej.
Filtr sedymentacyjny 1um, montowany za węglem, a przed membraną, ma zabezpieczyć membranę przed tym, co przedostało się filtr 5um, oraz węgiel, a dodatkowo wyłapuje drobinki węgla, które mogą odrywać się od bloku węglowego. Taki układ prefiltrów jak na rysunku, zapewnia odpowiednie zabezpieczenie membrany osmotycznej przed zapchaniem mikroporów, a jednocześnie minimalizuje spadek przepływu występujący na zapychających się prefiltrach.
Ogranicznik Ścieku (Restryktor)
Aby zwiększyć ciśnienie, a w zasadzie wygenerować ciśnienie, które będzie przeciskało wodę przez membranę, stosuje się ograniczniki ścieku, zwane też restryktorami. Im większa wartość ogranicznika, tym większy przez niego przepływ, a co za tym idzie, mniejsze ciśnienie działające na membranę, mniej wody RO będzie produkowane.
Przy instalacji nowych filtrów zaleca się płukanie. Należy zdjąć ogranicznik ścieku. Cała woda przeleci przez membranę do ścieku. Poleca się, aby takie płukanie przeprowadzać co jakiś czas, aby duży przepływ wody przez membranę oczyścił przestrzeń wody wejściowej i odrzuconej.
Zawór Czterodrożny
Pewnym przełomem było zainstalowanie zaworu (elektrozaworu) odcinającego dopływ wody do membrany. Wymyślono więc, że można użyć do odcięcia zasilania tzw. zawór czterodrożny. Zawór czterodrożny to w sumie połączenie czujnika ciśnienia i zaworu.
Przeczytaj także: Oczyszczacz Duux: konserwacja filtra
Otwieramy zawór do akwarium, działa membrana, płynie woda, produkowany jest ściek i RO. Automatyczna dolewka, nie ważne pływak czy elektrozawór, zamyka nam obwód podłączony do OUT-3. Membrana dalej pracuje bo przyjmuje wodę płynącą przez IN-1 do OUT-2, ale woda RO nie wypływa, więc w układzie niskiego ciśnienia pomiędzy OUT-3 i IN-4 rośnie ciśnienie. Wraz ze wzrostem ciśnienia, gumowy krążek wbudowany w zawór czterodrożny zaczyna się wyginać w kierunku IN-1/OUT-2, aż w końcu przerywa przepływ z IN-1 do OUT-2, zostaje odcięte zasilanie membrany osmotycznej, woda nie leci ani do ścieku, ani do akwarium.
Kluczem więc do odcięcia zasilania membrany jest utrzymanie ciśnienia za membraną. I tutaj znowu pojawia się zaworek zwrotny w kolanku. Jeśli nie mieliśmy zaworu czterodrożnego, a chcemy go dołożyć, należy zawsze zaopatrzyć się w zawór zwrotny, bo najprawdopodobniej go nie ma.
Pompa Podnosząca Ciśnienie
Pisaliśmy wcześniej o tym, że aby odwrócona osmoza była efektywna, w instalacji wodnej musi być odpowiednie ciśnienie. Przede wszystkim, zmniejsza się produkcja wody RO, ale to nie problem, można poczekać. Niestety ze spadkiem ciśnienia membrana zaczyna przepuszczać więcej zanieczyszczeń.
Mało tego, większość elementów (restryktor przepływu, zawór czterodrożny, czy zbiornik zapasowy) są obliczone dla określonego ciśnienia. Jak kupujecie pompę, sprawdźcie, czy w zestawie są dwa czujniki ciśnienia. Pompę montuje się przed membraną RO, zgodnie z opisem IN-OUT, a czujnik niskiego ciśnienia (zwykle ma napis LOW) podłączamy do zasilania wody.
Można go wpiąć po pierwszym filtrze sedymentacyjnym, albo bezpośrednio przed membraną, ale zawsze przed pompą. Ten czujnik zabezpiecza pompę przed pracą na sucho. Drugi czujnik HIGH wpinamy na wyjściu wody RO, jeśli jest zawór czterodrożny, to za zaworem. Ten czujnik odcina dopływ prądu do pompy, jeśli woda nie musi być produkowana.
Monitorowanie TDS
Pierwsza porcja wody zwykle ma wysoki TDS. Aby tego uniknąć można zamontować czasowo sterowany elektrozawór, który np. co 1h puści przez 1min wodę RO do kanalizacji. Bardziej nas interesuje, czy zaczyna nam fiksować membrana czy żywica, a tego dowiem się montując IN na wyjściu RO z membrany.
Zastosowanie Odwróconej Osmozy
Zjawisko osmozy jest naturalnym procesem zachodzącym bez przerwy we wszystkich żywych organizmach i polega na przenikaniu cząsteczek wody przez półprzepuszczalną błonę - z roztworu o stężeniu mniejszym do roztworu o stężeniu większym. Zjawisko odwróconej osmozy występujące w technologii oczyszczania wody, także uwarunkowane jest obecnością półprzepuszczalnej błony. Ciśnienie z sieci wodociągowej powoduje, że jedynie cząsteczki wody zostają „przeciśnięte” przez półprzepuszczalną błonę pozostawiając wszystkie zanieczyszczenia po jej drugiej stronie.
Odwrócona osmoza jest jedną z metod uzyskiwania wody zdemineralizowanej, przy czym w odwróconej osmozie polega ona na rozdziale na dwa strumienie: jonów rozpuszczonych w wodzie i wody. Metoda ta pozwala na usunięcie z wody cząstek zawieszonych o wymiarach do 0,001µm. Odwrócona osmoza jest jedyną, skuteczną metodą uzyskania krystalicznie czystej wody do picia bezpośrednio z kranu. Woda otrzymana w procesie odwróconej osmozy pozbawiona jest trujących i rakotwórczych związków chemicznych, metali ciężkich, bakterii oraz wirusów.
System został wyposażony w trzy wkłady filtracji wstępnej - mechaniczne, które usuwają z wody zanieczyszczenia stałe (rdza, piasek, zawiesiny) oraz wkład węglowy usuwający chlor, niektóre pestycydy oraz substancje organiczne.
Zalety i Wady Odwróconej Osmozy
Odwrócona osmoza to metoda filtracji wody wykorzystująca półprzepuszczalną membranę. Proces polega na tłoczeniu wody pod podwyższonym ciśnieniem przez membranę o bardzo małych porach. Cząsteczki wody przenikają przez membranę, natomiast większość rozpuszczonych soli, metali ciężkich i części zanieczyszczeń organicznych zostaje zatrzymana.
W praktyce instalacje odwróconej osmozy składają się z pompy, obudowy membrany, zaworu regulującego odpływ koncentratu i układu doprowadzania wody surowej. Woda uzyskana za membraną trafia zwykle do zbiornika magazynowego, skąd jest pobierana jako woda oczyszczona. Odrzucone zanieczyszczenia usuwane są razem z tzw. koncentratem do kanalizacji lub do dalszego wykorzystania technicznego.
Membrany stosowane w odwróconej osmozie wymagają okresowego płukania i wymiany, ponieważ z czasem ulegają zanieczyszczeniu i zużyciu.
Odwrócona osmoza zatrzymuje większość jonów metali ciężkich, takich jak ołów, kadm czy rtęć, ograniczając ich przenikanie do wody pitnej. Odwrócona osmoza usuwa znaczną część rozpuszczonych soli mineralnych, w tym nadmiar sodu, wapnia i magnezu, co wpływa na przewodność wody. Membrana redukuje stężenie azotanów i azotynów, które mogą pochodzić z nawozów rolniczych i ścieków. Z wody są eliminowane liczne związki organiczne małocząsteczkowe, w tym część pestycydów oraz pozostałości farmaceutyków. System usuwa także większość bakterii i wielu wirusów, ograniczając ryzyko mikrobiologicznego skażenia wody. Odwrócona osmoza zmniejsza zawartość chloru w formie związanej oraz części produktów ubocznych jego dezynfekcyjnego stosowania.
Woda z odwróconej osmozy jest oczyszczana przez membranę, która zatrzymuje większość zanieczyszczeń chemicznych i mikrobiologicznych. Proces usuwa też znaczną część minerałów, przez co taka woda ma bardzo niską zawartość składników mineralnych. Część producentów uzupełnia ją o minerały po filtracji, aby poprawić jej smak i skład.
Filtry odwróconej osmozy usuwają z wody większość rozpuszczonych soli, metali ciężkich oraz części zanieczyszczeń chemicznych. Membrana w takich filtrach zatrzymuje także wiele mikroorganizmów, co ogranicza ryzyko ich spożycia. Systemy te pozwalają uzyskać wodę o stałych parametrach, dzięki czemu łatwiej przewidzieć jej skład w porównaniu z wodą surową.
Wadą jest stosunkowo wolne tempo filtracji, co wymaga często zastosowania zbiornika magazynującego wodę. Instalacja filtrów odwróconej osmozy wiąże się z kosztami zakupu membrany, wkładów wstępnych oraz ewentualnego serwisu. Proces generuje ścieki popłuczne, ponieważ część wody jest odprowadzana z zanieczyszczeniami do kanalizacji. Woda po odwróconej osmozie ma znacznie obniżoną zawartość minerałów, co wpływa na jej smak i wymaga czasem zastosowania wkładu mineralizującego. Systemy tego typu zajmują miejsce pod zlewem i wymagają dostępu do instalacji wodnej oraz odpływu.
Porównanie z Tradycyjnymi Metodami Oczyszczania Wody
Tradycyjne metody oczyszczania wody obejmują sedymentację, filtrację mechaniczną oraz dezynfekcję chemiczną, które usuwają głównie zawiesiny i część mikroorganizmów. Odwrócona osmoza wykorzystuje półprzepuszczalną membranę, która zatrzymuje większość jonów, związków organicznych i mikroorganizmów przy działaniu ciśnienia wyższego niż ciśnienie osmotyczne. W odróżnieniu od prostych filtrów mechanicznych, membrana osmotyczna pozwala na redukcję twardości wody poprzez usunięcie jonów wapnia i magnezu.
W zestawieniu z dezynfekcją chemiczną odwrócona osmoza ogranicza ilość produktów ubocznych powstających przy użyciu chloru, ponieważ usuwa wiele związków reagujących w procesie dezynfekcji. Połączenie wstępnej filtracji piaskowej lub węglowej z odwróconą osmozą zwiększa trwałość membran, gdyż zanieczyszczenia o większych rozmiarach są usuwane przed etapem membranowym. W systemach zaopatrzenia w wodę pitną odwrócona osmoza umożliwia także obniżenie stężenia azotanów, metali ciężkich i pestycydów, co jest trudne przy samym chlorowaniu.
Jak Wybrać Filtr Odwróconej Osmozy?
Przy wyborze filtra odwróconej osmozy w pierwszej kolejności trzeba sprawdzić jakość wody zasilającej, uwzględniając twardość, poziom żelaza, manganu oraz całkowite zasolenie. Od tych parametrów zależy dobór membrany o odpowiednim stopniu odrzutu zanieczyszczeń oraz ewentualnej wstępnej filtracji mechanicznej i węglowej. Istotne jest także określenie dziennego zapotrzebowania na wodę, ponieważ różne systemy mają odmienną wydajność podawaną w litrach na dobę.
Należy sprawdzić wymagane ciśnienie robocze w instalacji, gdyż część urządzeń wymaga zastosowania pompy podnoszącej ciśnienie przy zbyt niskich wartościach. Warto dobrać system z łatwo dostępnymi wkładami zamiennymi, aby ograniczyć koszty eksploatacji i mieć pewność ciągłości serwisu. Przydatne jest również zwrócenie uwagi na sposób montażu i ilość miejsca pod zlewem, ponieważ niektóre zestawy zawierają dodatkowy zbiornik magazynujący wodę.
Koszty Związane z Odwróconą Osmozą
Koszt zakupu systemu odwróconej osmozy zależy głównie od wydajności urządzenia, jakości zastosowanych membran oraz stopnia automatyzacji sterowania. Na cenę wpływa także konieczność dopasowania instalacji do istniejącej infrastruktury wodnej i elektrycznej w budynku. W przypadku większych systemów istotnym wydatkiem początkowym jest projekt technologiczny oraz montaż wraz z uruchomieniem i konfiguracją parametrów pracy.
Eksploatacja generuje stałe koszty zużycia wody, energii elektrycznej oraz okresowej wymiany wkładów wstępnych i filtrów węglowych. Membrany osmotyczne wymagają wymiany co kilka lat, co stanowi jeden z wyższych kosztów serwisowych w cyklu życia instalacji. W budżecie eksploatacyjnym należy uwzględnić także środki do dezynfekcji i ewentualnego odkamieniania elementów mających kontakt z wodą. Regularne przeglądy techniczne i serwis prewencyjny zmniejszają ryzyko awarii, lecz wiążą się z dodatkowymi opłatami za robociznę i dojazd serwisu.
Odwrócona Osmoza w Ogrodnictwie
Odwrócona osmoza, znana również jako hiperfiltracja, jest powszechnie stosowaną w ogrodnictwie techniką filtrowania wody pozwalającą na jej oczyszczanie z soli, minerałów, nawozów i środków ochrony roślin. Zaletą odwróconej osmozy jest to, że technika ta nie wykorzystuje środków chemicznych, lecz filtrowanie odbywa się za pomocą membrany.
Co to jest Osmoza?
Osmoza jest naturalnym procesem, w którym dwie ciecze mieszają ze sobą za pośrednictwem półprzepuszczalnej membrany. Membrana ta przepuszcza pewne cząsteczki (takie jak cząsteczki wody), ale inne nie (takie jak cząsteczki soli). Woda przepływa przez tę półprzepuszczalną membranę do cieczy o niższym stężeniu. Odbywa się to do momentu osiągnięcia równowagi w procentach rozpuszczonych substancji po obu stronach membrany. Wody zwiększa się po stronie membrany, do której przepływa woda. Powoduje to wzrost ciśnienia po tej stronie. Jeśli ciśnienie jest wystarczająco wysokie, aby zatrzymać przepływ wody przez membranę, proces zatrzymuje się.
Co to jest Odwrócona Osmoza?
Zasada działania odwróconej osmozy jest odwrotna do zasady osmozy. W tym przypadku membrana jest stosowana jako wyjątkowo delikatny filtr, za pomocą którego rozpuszczone substancje są odfiltrowywane z wody. Osmotyczne i przepychając w ten sposób wodę pod ciśnieniem przez membranę, małe cząsteczki wody mogą przechodzić przez membranę, ale większe cząsteczki lub cząsteczki chemiczne nie mogą. Jako ścieki. Czysta woda po drugiej stronie membrany może być następnie ponownie użyta (ale uważaj: nie może być odprowadzona do ścieków!).
Przepływy Krzyżowe
Odwrócona osmoza wykorzystuje prądy krzyżowe. Technika ta zapewnia, że membrana nie ulega zatkaniu.
Wartości Szczątkowe
Oczyszczona woda z osmozy zawsze zawiera małe ilości szczątkowe. Dla większości membran obowiązuje minimalna wartość wody oczyszczonej wynosząca od 95 do 97% (są to minimalne wartości testowe; w praktyce wartości te są zazwyczaj wyższe).
tags: #filtr #przepływowy #do #wody #osmoza #zasada
