Odwrócona Osmoza: Zasada Działania i Zastosowanie
- Szczegóły
Osmoza jest podstawą ważnych procesów życiowych. To dzięki niej do komórek trafiają substancje niezbędne dla naszego organizmu. Aby odpowiedzieć na pytanie co to jest odwrócona osmoza, warto na moment cofnąć się w czasie o dwa stulecia. To wtedy zaobserwowano zjawisko naturalnie występującej osmozy biologicznej, czyli faktu, że woda przepuszczana jest przez niektóre półprzepuszczalne materiały tylko w jednym kierunku.
Odkrycie i Rozwój Osmozy
Ścianki żywych komórek tzw. Membrany półprzepuszczalne zostały wynalezione w połowie XVIII wieku przez francuskiego duchownego i członka Francuskiej Akademii Nauk Jean-Antoine Nolleta, który wlał wino do pęcherza moczowego świni z zamiarem schłodzenia go w beczce z wodą. Do środka przedostała się woda, rozcieńczając wino, a pęcherz się rozszerzył. Gdyby bukłak z winem się nie rozciągał, napełniająca go woda podniosłaby ciśnienie powłoki i proces zostałby zatrzymany. Ciśnienie, które należy zastosować, aby woda nie rozrzedziła wina, nazywa się ciśnieniem osmotycznym.
Badacze doszli wtedy do wniosku, że jeśli mamy dwa roztwory o różnych stężeniach soli, to gdy zastosuje się półprzepuszczalną membranę, rozdzielającą mechanicznie roztwory, wówczas woda z części o niższym stężeniu przejdzie przez membranę do części o wyższym stężeniu. Efektem przechodzenia roztworów zawsze było zbilansowanie stężeń w obu częściach rozdzielonych membraną. Choć z początku jako membrany służyły wyroby organiczne, np. pęcherz świński, to z biegiem czasu ewoluowały one w ogromnym stopniu, aż do czasu, kiedy wyprodukowane zostały pierwsze sztuczne membrany.
W latach 50. XX wieku odkryto zaś, że gdyby odwrócić nieco kierunek procesu osmozy biologicznej (czyli zastosować odwróconą osmozę) to może być to skutecznym sposobem na pozbywanie się z wody różnego rodzaju zanieczyszczeń.
Zasada Działania Odwróconej Osmozy
Odwrócona osmoza (ang. RO - Reverse Osmosis) jest procesem membranowym. 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.
Przeczytaj także: Sterowniki i usterki ASUS K52J
Procesy osmotyczne polegają na przenikaniu rozpuszczalnika (wody) z roztworu o niższym stężeniu do roztworu o stężeniu wyższym przez półprzepuszczalną membranę. Odwrócona osmoza - Zasada działania procesu odwróconej osmozy, jak sama nazwa wskazuje jest przeciwna do standardowej osmozy. Proces ten wymaga nakładu dodatkowej siły i polega na przepływie rozpuszczalnika z roztworu o stężeniu wyższym do roztworu o stężeniu niższym.
Jeżeli od strony roztworu zostanie zastosowane ciśnienie przekraczające ciśnienie osmotyczne, to woda popłynie w przeciwnym kierunku. Odwrócona osmoza zachodzi wówczas, kiedy do wody o wyższym stężeniu zanieczyszczeń dodane zostanie odpowiednio duże ciśnienie. Ciśnienie spowoduje bowiem odwrócenie przepływu kierunku wody, przez co cząsteczki wody przedostają się przez membranę do części, gdzie znajduje się woda o niższym stężeniu zanieczyszczeń. Jednocześnie zaś cząsteczki “brudu” zostaną w części pierwotnej, to znaczy nie przejdą przez membranę, która stanowić będzie dla nich mechaniczną przeszkodę.
Procedura odwróconej osmozy wymaga użycia pompy wysokociśnieniowej, która wytwarza ciśnienie niezbędne do pokonania naturalnego ciśnienia osmotycznego. Typowe ciśnienie robocze w systemach odwróconej osmozy wynosi od 2,8 do 6 barów, w zależności od jakości wody surowej i wymagań dotyczących czystości wody oczyszczonej.
W praktyce uzdatniania wody istotą odwróconej osmozy jest zatrzymywanie mikrozanieczyszczeń na półprzepuszczalnej membranie. Dzięki temu uzyskuje się krystalicznie czystą wodę. Odciek (woda zanieczyszczona) kierowany jest do kanalizacji. Osiągana skuteczność w uzdatnianiu wody poprzez RO sięga nawet do 99%. Membrany umożliwiają zatrzymanie cząstek o wielkości powyżej 0,0001 mikrona. Dzięki temu woda otrzymana jest gotowa do spożycia przez ludzi.
Etapy Filtracji w Systemach 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.
Przeczytaj także: Zastosowanie wężyków do filtra osmozy
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.
Woda oczyszczona, czyli tzw. permeat, przechodzi przez membranę i jest zbierana do zbiornika na czystą wodę lub trafia bezpośrednio do kranu - zależy to od rodzaju odwróconej osmozy (w naszym sklepie znajdziesz RO ze zbiornikiem oraz RO bez zbiornika).
Zastosowanie Odwróconej Osmozy
Odwrócona osmoza to zaawansowana i niezwykle skuteczna metoda uzdatniania wody, która znajduje szerokie zastosowanie zarówno w gospodarstwach domowych, jak i w przemyśle. Dzięki zdolności do usuwania szerokiego spektrum zanieczyszczeń, woda uzyskana w procesie RO jest czysta, bezpieczna i pozbawiona nieprzyjemnych smaków i zapachów.
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.
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.
Przeczytaj także: Odwrócona osmoza: Twój przewodnik
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.
Zalety i Wady Odwróconej Osmozy
Omawiany sposób uzdatniania wody pozwala na optymalne pozbycie się z niej niechcianych, szkodliwych substancji, a całość procesu odbywa się w sposób, który nie odbija się negatywnie na środowisku. skuteczność ta dochodzi nawet do 90%. Nie jest jednak pozbawiona wad. 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.
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.
Wady:
- Wysokie zużycie wody: Na jeden litr uzdatnionej wody przypada od 2 do nawet 8 litrów wody zużytej.
- Usuwanie minerałów: Wraz z zanieczyszczeniami usuwane są z wody również składniki mineralne.
Zalety:
- Wysoka skuteczność: Filtr zatrzymuje ok. 96% szkodliwych substancji.
- Ciągłość procesu: Oczyszczanie prowadzone jest w sposób ciągły.
- Automatyzacja: Technologia jest nieskomplikowana w obsłudze i daje możliwość całkowitej automatyzacji.
Mineralizacja Wody po Odwróconej Osmozie
Wraz z zanieczyszczeniami usuwane są z wody również składniki mineralne. Aby z powrotem dodać minerały do filtrowanej wody, można zastosować specjalne wkłady mineralizujące. Mineralizacja to dobre rozwiązanie dla osób, które cenią sobie wodę o pełniejszym smaku i chcą wzbogacić ją w naturalne pierwiastki, takie jak wapń czy magnez.
Jeśli zależy Ci na czystej wodzie bez zanieczyszczeń i jednocześnie o wyższym odczynie pH, najlepszym wyborem będzie filtr odwróconej osmozy z wbudowanym mineralizatorem lub wkładem REDOX. Taki system nie tylko usunie z wody większość zanieczyszczeń, ale też podniesie pH do poziomu bardziej zbliżonego do neutralnego lub zasadowego.
Wpływ Odwróconej Osmozy na pH Wody
Woda po przejściu przez filtr odwróconej osmozy jest wyjątkowo czysta - pozbawiona zarówno drobnoustrojów, jak i większości rozpuszczonych minerałów. Filtr odwróconej osmozy usuwa z wody niemal wszystkie rozpuszczone substancje, w tym minerały odpowiedzialne za stabilizację poziomu pH. W procesie filtrowania woda przechodzi przez membranę osmotyczną, która zatrzymuje nawet najmniejsze cząsteczki - od bakterii i wirusów, po metale ciężkie, pestycydy czy mikroplastik.
Usunięcie węglanów i minerałów - woda po filtrze odwróconej osmozy (RO) jest prawie całkowicie pozbawiona minerałów i ma bardzo niski poziom TDS. Oznacza to, że nie ma naturalnej „poduszki” chroniącej przed zmianami kwasowości. Dlatego nawet niewielkie ilości dwutlenku węgla (CO₂), które były rozpuszczone w wodzie wodociągowej jeszcze przed filtracją, mogą łatwo obniżyć pH.
Niższe pH wody z odwróconej osmozy nie jest zagrożeniem zdrowotnym, jeśli woda jest czysta i wolna od zanieczyszczeń. Jak już wspomnieliśmy odwrócona osmoza skutecznie usuwa niemal wszystkie zanieczyszczenia z wody z kranu, ale wraz z nimi także minerały odpowiedzialne za naturalną stabilizację odczynu pH. Efektem jest bardzo czysta, lecz często lekko kwaśna woda osmotyczna.
Regularna Pielęgnacja i Konserwacja
Do prawidłowego funkcjonowania systemów oczyszczania konieczna jest regularna pielęgnacja membran. Dzięki rozwiązaniu CIP (z angielskiego cleaning in place) instalacja może być czyszczona bez wcześniejszego demontażu, a mycie membrany zapewniają zamontowane w urządzeniu dysze prysznicowe lub głowice. Do usuwania osadów żelaza stosuje się kwasy organiczne, takie jak kwas cytrynowy czy kwas szczawiowy. Jony wapnia i magnezu usuwa się przy użyciu środka chelatującego na bazie EDTA (kwas etylenodiaminotetraoctowy).
Regularna wymiana wkładów filtracyjnych to podstawa, aby system odwróconej osmozy działał prawidłowo i zapewniał wodę najwyższej jakości. Zużyte wkłady mogą pogarszać smak i zapach wody, a także obniżać skuteczność filtracji oraz wpływać na stabilność pH. Dlatego tak ważne jest, aby przestrzegać harmonogramu wymiany zgodnie z zaleceniami producenta.
tags: #odwrocona #osmoza #zasada #działania
