Filtracja Wody Osmoza: Zasada Działania i Zastosowanie

Szczegóły: Opublikowano: 22. November 2025

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. Odwrócona osmoza to zaawansowana i niezwykle skuteczna metoda uzdatniania wody, która znajduje szerokie zastosowanie zarówno w gospodarstwach domowych, jak i w przemyśle. Niniejszy proces filtracji jest ceniony za swoją ponadprzeciętną efektywność w usuwaniu zanieczyszczeń, minerałów i związków chemicznych, co czyni go idealnym rozwiązaniem dla osób poszukujących czystej i bezpiecznej wody.

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. W 1952 roku nastąpiło odkrycie tzw. membran poliamidowych (TFC) Sourirajana, które pokazało, że 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".

Zasada Działania Osmozy i Odwróconej Osmozy

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).

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.

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. Działa ona przeciwnie do procesu naturalnego, czyli wykorzystywane jest ciśnienie wody, aby "przepchnąć" czystą cząsteczkę wody przez membranę osmotyczną. Metodę tą nazwano właśnie "ODWRÓCONĄ OSMOZĄ". Oznacza to, że jego działanie opiera się na przepuszczaniu wody przez półprzepuszczalną membranę pod wysokim ciśnieniem. 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. Procedura odwróconej osmozy wymaga użycia pompy wysokociśnieniowej, która wytwarza ciśnienie niezbędne do pokonania naturalnego ciśnienia osmotycznego.

Przeczytaj także: Opinie o filtracji wody RO

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. Dzięki temu zjawisku, filtry odwróconej osmozy pozwalają uzyskać krystalicznie czystą wodę.

System filtracji osmotycznej ma za zadanie przede wszystkim wyrównać stężenia. W odwróconej osmozie ten naturalny proces jest odwracany. Wytwarza się ciśnienie (zazwyczaj za pomocą pompy) do przepychania wody przez półprzepuszczalną membranę z roztworu o wyższym stężeniu do roztworu o niższym stężeniu. W wyniku tego procesu w filtrze z odwróconą osmozą czysta woda przechodzi przez membranę, a zanieczyszczenia są zatrzymywane i usuwane.

Membrana Osmotyczna - Kluczowy Element Filtracji

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.

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.

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.

Przeczytaj także: Definicja i pomiar filtracji kłębuszkowej

Aktualnie membrany osmotyczne produkowane są tylko przez kilku producentów. 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.

Etapy Oczyszczania Wody w Systemie Odwróconej Osmozy

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.

W zależności od modelu i producenta, filtry z odwróconą osmozą posiadają różne etapy oczyszczania:

Filtracja mechaniczną - za ten wstępny etap filtracji wody odpowiada piankowy wkład sedymentacyjny. To pierwszy i podstawowy proces oczyszczania wody, który zatrzymuje części stałe, takie jak osady o wielkości cząsteczek do 5 mikron.
Filtracji węglowej - przeprowadza ją blokowy wkład węglowy. Węgiel aktywny usuwa z wody inne, częste zanieczyszczenia jak: chlor, metale ciężkie, detergenty czy pestycydy.
Proces odwróconej osmozy - za główny etap filtracji, czyli działanie odwróconej osmozy odpowiadają 2 membrany osmotyczne. Są one półprzepuszczalne, czyli zatrzymują ok. 90-99,8% wszystkich substancji w wodzie. Odwrócona osmoza gwarantuje dokładność filtrowania to aż 0,0006 mikrona. Dzięki temu woda jest wolna od wirusów, bakterii, włókien mikroplastiku i pochodnych farmaceutyków.
Dodatkowa jonizacja wody wkładem Biocera®️- jonizator wody podnosi odczyn pH wody na prozdrowotny, co wspomaga procesy detoksykujące organizmu.

Żywotność i Wymiana Membran Osmotycznych

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. Eksploatacja filtra do odwróconej osmozy RO Pad polega na regularnej wymianie membran odwróconej osmozy i wkładów.

Przeczytaj także: Webber AP8400 - wymiana filtrów

Zastosowanie Odwróconej Osmozy

Odwrócona osmoza faktycznie jest stosowana nie tylko w zakładach przetwórstwa spożywczego, ale także w restauracjach i kawiarniach. Osmoza przemysłowa używana jest także w służbie zdrowia oraz w warunkach laboratoryjnych, gdzie ważna jest sterylność. W szpitalach przemysłowa osmoza używana jest np. do sterylizacji narzędzi.

Przemysł spożywczy - proces oczyszczania wody odwróconą osmozą jest wykorzystywany w produkcji czystej wody do celów produkcji żywności i napojów.
Uzdatnianie wody w domach - domowe systemy RO są chętnie montowane jako filtry wody pod zlew, aby dostarczać czystą wodę do picia bez konieczności kupowania jej w plastikowych butelkach.
Szpitale i laboratoria badawcze - osmoza przemysłowa używana jest także w służbie zdrowia oraz w warunkach laboratoryjnych, gdzie ważna jest sterylność.
Odwrócona osmoza w ogrodnictwie - 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.

Zalety i Wady Odwróconej Osmozy

Zalety:

Skuteczność w usuwaniu zanieczyszczeń: Odwrócona osmoza usuwa z wody różnego rodzaju zanieczyszczenia i substancje organiczne. Filtr wody z odwróconą osmozą jest w stanie usunąć z wody aż 99% zanieczyszczeń, co czyni go jednym z najskuteczniejszych sposobów na uzyskanie czystej wody pitnej.
Poprawa smaku i zapachu wody: Filtracja za pomocą odwróconej osmozy usuwa nie tylko zanieczyszczenia, ale także sole mineralne i inne substancje, które wpływają na smak i jakość wody. W efekcie można również poprawić smak i zapach cieczy.
Ograniczenie zużycia plastiku: W przypadku wykorzystania domowego filtr może być świetnym sposobem na ograniczenie zużycia plastiku przez redukcję zapotrzebowania na wodę butelkowaną.

Wady:

Usuwanie minerałów: Odwrócona osmoza usuwa zarówno zanieczyszczenia, jak i związki organiczne, które mogą pozytywnie wpływać na kondycję organizmu. Wraz z zanieczyszczeniami usuwane są z wody również składniki mineralne. Przefiltrowana dzięki procesowi odwróconej osmozy woda jest zatem dużo mniej zmineralizowana, niż woda nieuzdatniona i warto mieć to na uwadze. Aby z powrotem dodać minerały do filtrowanej wody, można zastosować specjalne wkłady mineralizujące.
Straty wody: Na jeden litr uzdatnionej wody przypada od 2 do nawet 8 litrów wody zużytej. Faktycznie jest to spora ilość ale należy pamiętać, że woda zużyta odpływająca z systemu odwróconej osmozy nie ma gorszych parametrów od wody doprowadzanej. Membrany zatrzymują większość zanieczyszczeń w swoich porach, przez co woda odpływowa nadaje się do ponownego użytku.
Koszty: 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.

Podsumowanie

Odwrócona osmoza jest technologią o szerokim zakresie zastosowań i dużej skuteczności, co czyni ją jednym z najważniejszych narzędzi w dziedzinie uzdatniania wody do celów spożywczych i medycznych. 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: #filtracja #wody #osmoza #zasada #działania