Odwrócona Osmoza: Zasada Działania i Zastosowanie

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.

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

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).

Przeczytaj także: Zasada Działania Metody Karbidowej

Błona Osomotyczna

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. 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.

Przeczytaj także: Korzyści i ograniczenia dzbanków filtrujących

Odkrycie Odwróconej Osmozy

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

Jak Działa Odwrócona Osmoza?

W przypadku odwróconej osmozy, proces ten jest odwracany za pomocą membrany półprzepuszczalnej, która zatrzymuje zanieczyszczenia i sole, pozwalając jedynie czystej wodzie przechodzić na drugą stronę.

Membrany używane w odwróconej osmozie są wykonane z materiałów o bardzo małych porach, co pozwala na selektywne przepuszczanie cząsteczek wody, a zatrzymywanie większych cząsteczek zanieczyszczeń. Proces ten wymaga zastosowania ciśnienia, aby przepchnąć wodę przez membranę, co sprawia, że odwrócona osmoza jest energochłonnym procesem. Jednak efekt końcowy to czysta woda, wolna od zanieczyszczeń i soli, co sprawia, że jest to jedna z najskuteczniejszych metod oczyszczania wody.

Proces odwróconej osmozy składa się z kilku kroków, które prowadzą do uzyskania czystej wody. Pierwszym etapem jest przepuszczenie surowej wody przez przedfiltr, który usuwa większe cząstki zanieczyszczeń, takie jak piasek czy muł. Następnie woda jest poddawana ciśnieniu i przepuszczana przez membranę półprzepuszczalną, która zatrzymuje sole, metale ciężkie i inne substancje rozpuszczone.

Po przejściu przez membranę, czysta woda jest oddzielana od zanieczyszczeń i zbierana do osobnego zbiornika, gotowa do spożycia. Zanieczyszczenia zatrzymane przez membranę są odprowadzane do odpływu jako odpad. Proces ten może być powtarzany wielokrotnie, aż do uzyskania pożądanej jakości wody. Jest to skuteczna metoda oczyszczania wody, która pozwala uzyskać czystą i zdrową wodę pitną.

Przeczytaj także: Technologie oczyszczania wody: Przegląd

Membrany Osmotyczne

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. 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.

Zastosowanie Odwróconej Osmozy

Odwrócona osmoza znajduje szerokie zastosowanie w różnych dziedzinach, zarówno przemysłowych, jak i domowych. W przemyśle odwrócona osmoza jest wykorzystywana do produkcji wody demineralizowanej do celów technologicznych, usuwania soli z wody morskiej do celów nawadniania czy produkcji leków. Jest to również popularna metoda oczyszczania wody pitnej w krajach o niskiej jakości wody.

W domach odwrócona osmoza jest stosowana do uzdatniania wody pitnej, usuwania nieprzyjemnego smaku i zapachu oraz redukcji zawartości soli i metali ciężkich. Systemy odwróconej osmozy są również wykorzystywane do uzdatniania wody używanej do przygotowywania posiłków czy napojów. Dzięki temu można mieć pewność, że spożywana woda jest wolna od zanieczyszczeń i bezpieczna dla zdrowia.

Tabela Zastosowań Odwróconej Osmozy

Typ zastosowaniaMetryka
Produkcja wody pitnejWydajność: 75-99%, Usuwanie zanieczyszczeń: 90-99%
Procesy przemysłoweUsuwanie soli: 99%, Usuwanie zanieczyszczeń: 99%
Oczyszczanie wód ściekowychUsuwanie zanieczyszczeń: 90-99%, Usuwanie soli: 95-99%

Zalety i Wady Odwróconej Osmozy

Odwrócona osmoza ma wiele zalet, takich jak skuteczność usuwania zanieczyszczeń i soli, wysoka jakość uzyskiwanej wody oraz szerokie zastosowanie. Jest to również ekologiczna metoda oczyszczania wody, ponieważ nie wymaga stosowania chemikaliów ani innych substancji chemicznych. Jednak proces ten wymaga zastosowania energii do przepchnięcia wody przez membranę, co sprawia, że jest to proces energochłonny.

Inną wadą odwróconej osmozy jest generowanie dużych ilości odpadów w postaci zanieczyszczonej wody, która jest odprowadzana do kanalizacji. Ponadto systemy odwróconej osmozy mogą być kosztowne w zakupie i konserwacji, co może stanowić barierę dla niektórych osób. Pomimo tych wad, odwrócona osmoza pozostaje jedną z najskuteczniejszych metod oczyszczania wody.

Odwrócona Osmoza w Życiu Codziennym

Odwrócona osmoza ma duże znaczenie w życiu codziennym, zwłaszcza tam, gdzie jakość wody pitnej pozostawia wiele do życzenia. W krajach o niskiej jakości wody pitnej systemy odwróconej osmozy są szeroko stosowane do uzdatniania wody do picia i gotowania. Dzięki temu mieszkańcy tych regionów mogą cieszyć się czystą i zdrową wodą bez obaw o zdrowie.

W domach prywatnych systemy odwróconej osmozy są wykorzystywane do uzdatniania wody pitnej oraz usuwania nieprzyjemnego smaku i zapachu. Dzięki temu można cieszyć się smaczną i zdrową wodą bez konieczności kupowania butelkowanej wody.

Odwrócona osmoza ma również zastosowanie w produkcji napojów i żywności, gdzie czysta woda jest niezbędna do zachowania wysokiej jakości produktów.

Jak Wybrać System Odwróconej Osmozy do Domu?

Wybór systemu odwróconej osmozy do domu może być trudny ze względu na różnorodność dostępnych rozwiązań. Przy wyborze systemu należy zwrócić uwagę na wydajność oczyszczania, koszty eksploatacji oraz jakość uzyskiwanej wody. Ważne jest również sprawdzenie opinii innych użytkowników oraz ewentualne wsparcie techniczne oferowane przez producenta.

Należy również zastanowić się nad ilością zużywanej wody oraz dostępnym miejscem do instalacji systemu. Istnieją różne rozmiary systemów odwróconej osmozy, które mogą być dostosowane do indywidualnych potrzeb użytkowników. Warto również rozważyć zakup systemu wyposażonego w dodatkowe filtry, które mogą poprawić jakość uzdatnianej wody.

Dzięki odpowiedniemu wyborowi systemu odwróconej osmozy można cieszyć się czystą i zdrową wodą bez konieczności kupowania butelkowanej wody.

tags: #metoda #filtracji #wody #osmoza #zasada #działania

Popularne posty: