Odwrócona Osmoza: Zasada Działania i Zastosowanie
- Szczegóły
Odwrócona osmoza to zaawansowana technologicznie metoda uzdatniania wody, która cieszy się nieustannie rosnącą popularnością 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.
Czym jest odwrócona osmoza?
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.
Jak sama nazwa wskazuje, podczas odwróconej osmozy przepływ rozpuszczalnika następuje w odwrotnym kierunku niż ma to miejsce w przypadku osmozy spontanicznej, czyli do środowiska o mniejszym stężeniu substancji rozpuszczonych. Nie dzieje się to jednak w sposób naturalny - siłą napędową jest sztucznie wytworzona przez pompę różnica ciśnień.
Po stronie roztworu o większym stężeniu stosuje się wyższe ciśnienie niż wartość ciśnienia osmotycznego, czyli ciśnienia, którym należy działać na roztwór, aby powstrzymać przepływ rozpuszczalnika przez półprzepuszczalną membranę. Dzięki zastosowaniu nadciśnienia, rozpuszczalnik płynie w przeciwnym kierunku, a stężenia substancji nie wyrównują się.
Można ująć to tak, że rozpuszczalnik płynie do bardziej stężonego środowiska, dążąc do jego rozcieńczenia i wyrównania stężeń. Siłą napędową osmozy jest chęć zrównoważenia potencjałów chemicznych po obu stronach membrany.
Przeczytaj także: Sterowniki i usterki ASUS K52J
Zasada działania odwróconej osmozy krok po kroku
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.
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.
Następnie woda jest poddawana ciśnieniu i przepuszczana przez membranę półprzepuszczalną, która zatrzymuje sole, metale ciężkie i inne substancje rozpuszczone.
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.
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.
Przeczytaj także: Zastosowanie wężyków do filtra osmozy
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).
Oczywiście filtracja z zastosowaniem samej membrany nie miałaby sensu. Zanieczyszczenia obecne w surowej wodzie bardzo szybko zapchałyby membranę, a efektywność oczyszczania spadłaby do zera. System odwróconej osmozy stanowi więc zazwyczaj część bardziej złożonego układu technologicznego.
Przede wszystkim, poza filtrami wyłapującymi zanieczyszczenia mechaniczne, konieczne jest stosowanie filtrów lub wymieniaczy jonowych przed samą membraną. Mimo że osadzające się na jej powierzchni, nierozpuszczalne sole mineralne można usunąć poprzez mycie, taki zabieg znacznie skraca żywotność membrany.
W celu ograniczenia powstawania osadów stosuje się również preparaty na bazie antykoagulantów, flokulantów lub antyskalantów. Za membraną często umieszcza się lampę UV, która zapewnia stabilność mikrobiologiczną oczyszczanej wody. Dodatkowo, montuje się tak zwany filtr szlifujący, który poprawia właściwości organoleptyczne wody.
Proces ten wymaga zastosowania ciśnienia, aby przepchnąć wodę przez membranę, co sprawia, że odwrócona osmoza jest energochłonnym procesem.
Przeczytaj także: Odwrócona osmoza: Twój przewodnik
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.
Rodzaje membran stosowanych w odwróconej osmozie
W układach odwróconej osmozy stosuje się dwa typy membran. Pierwszy z nich to uzyskiwane metodą inwersji faz membrany asymetryczne, zbudowane z jednego rodzaju polimeru.
Są to membrany o strukturze uwarstwionej, składające się z dwóch warstw: zewnętrznej o grubości 0.1-0.5 μm, która pełni funkcję warstwy permeacyjnej i wewnętrznej (tzw. suportu), która przejmuje obciążenia mechaniczne, chroniąc tym samym warstwę aktywną. Drugim typem membran są membrany kompozytowe, wykonane z dwóch różnych substancji.
Materiały z których produkowane są membrany powinny być przede wszystkim wytrzymałe mechanicznie. Muszą cechować się też wysoką odpornością hydrolityczną oraz być odporne na biodegradację oraz działanie chloru i utleniaczy.
Z chemicznie modyfikowanej celulozy (głównie z octanu celulozy) zbudowane są głównie membrany starszego typu. Działają poprawnie w zakresie pH od 4 do 8 (w przypadku czyszczenia od 3 do 9).
Membrana poliamidowa cienkowarstwowa (TFC) to ultracienka błona na mikroporowatym podłożu polisulfonowym. Ten typ membran wyróżnia stabilność chemiczna i dobre parametry eksploatacyjne. Są odporne na działanie bakterii i pracują w sposób ciągły. Mimo że posiadają lepszą charakterystykę działania, przez co mogą pracować przy niższych ciśnieniach z wyższym przepływem i wydajnością, są stosunkowo wrażliwe na wolny chlor, którego maksymalne stężenie wynosi 0,1 mg/l.
Moduły membranowe
Modułem membranowym nazywamy zwartą jednostkę konstrukcyjną, zapewniającą dużą powierzchnię rozdziału i zawierającą odpowiednio upakowane membrany. W tej konstrukcji płaska membrana (najczęściej o kołowym kształcie), płyta nośna oraz płyta prowadząca strumień zasilający łączone są w stosy pionowe lub poziome. Zaletą modułów płytowych jest możliwość wymiany pojedynczych membran bez konieczności wyłączania całego modułu.
W tym przypadku dwa prostokątne arkusze membran, między którymi znajduje się elastyczny materiał porowaty, sklejane są wzdłuż trzech krawędzi i rolowane. Budowa modułów poduszkowych przypomina moduły spiralne. Cechuje je niewielka ilość uszczelnień oraz bardzo małe straty ciśnienia po stronie permeatu. Z powodzeniem mogą być stosowane w procesach wysokociśnieniowych, cechuje je też odporność na zanieczyszczenia.
Czyszczenie i pielęgnacja membran
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). Często konieczne jest jednak stosowanie ługów lub innych silnie alkalicznych roztworów, a także detergentów lub odtłuszczaczy.
Jeżeli materiał membrany nie pozwala na dozowanie zwykłych środków dezynfekcyjnych, należy przeprowadzić tak zwaną dezynfekcję szokową kwasem nadoctowym, nadtlenkiem wodoru lub formaldehydem.
Zastosowanie odwróconej osmozy
Odwrócona osmoza jest obecnie jedną z najczęściej stosowanych metod odsalania wody, która już na początku lat 80-tych zaczęła wypierać konwencjonalne technologie odsalania termicznego. Za jej pomocą oczyszczane jest ok. 2/3 całkowitej objętości wody uzdatnianej w procesie odsalania na świecie.
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.
Technologia odsalania przy zastosowaniu odwróconej osmozy opłaca się zwłaszcza, gdy w wodzie znajduje się od 2 do 10 g soli/l wody.
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.
Substancje zawarte w twardej wodzie mogą stanowić poważny problem, ponieważ ich obecność w wodzie prowadzi do wytwarzania się osadów, które ograniczają powierzchnię wymiany ciepła, zatykają filtry i niszczą armaturę.
W wielu przypadkach, uzdatniona za pomocą procesu odwróconej osmozy woda, może nawet trafić z powrotem do obiegu jako woda procesowa. Metoda ta jest więc bardzo ważnym elementem technologii recyrkulacji wody w przemyśle.
Zasada działania urządzeń opartych na odwróconej osmozie pokazuje, że można je wykorzystać nie tylko do oczyszczania wody, lecz także do zagęszczania roztworów.
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.
Jednak woda uzdatniona metodą odwróconej osmozy nie nadaje się do picia. W praktyce więc uzdatniana jest zwykle tylko część wody, reszta prowadzona jest tzw.
Odwrócona osmoza to jeden z częściej stosowanych procesów membranowych w technologii uzdatniania wody, znajdujący ogromną ilość zastosowań.
Systemy odwróconej osmozy znajdą zastosowanie w naprawdę wielu dziedzinach przemysłu. Generalnie rzecz biorąc, wszędzie tam, gdzie niezbędna jest czysta woda. Od prozaicznych zastosowań w rodzaju myjni bezdotykowych, przez wszelkiego rodzaju kotłownie, lakiernie proszkowe, stacje dializ czy laboratoria medyczne.
Jakość wody po procesie odwróconej osmozy
Warto zaznaczyć, że ciecz przepuszczona przez filtr RO (ang. „reverse osmosis” - odwrócona osmoza) może być pozbawiona nawet 99% zanieczyszczeń i innych substancji.
Jeśli chcemy sprawdzić jakość wody i zbadać ilość substancji rozpuszczonych w wodzie w naszym mieszkaniu, domu można zakupić jednorazowe testy wody lub skorzystać z urządzenia, które pozwoli na regularny pomiar jakości wody. Takim urządzeniem jest choćby multitester Soeks Ecovisor F4, który posiada także wiele innych funkcji (sprawdzi on także jakość żywności).
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.
Jedną z największych zalet, które zapewnia odwrócona osmoza, jest bardzo wysoka skuteczność eliminowania zanieczyszczeń z wody. W efekcie można również poprawić smak i zapach cieczy.
Sam filtr odwróconej osmozy jest też łatwy w utrzymaniu, a ewentualna wymiana jest dość prosta i można wykonać ją samodzielnie. W przypadku wykorzystania domowego filtr może być świetnym sposobem na ograniczenie zużycia plastiku przez redukcję zapotrzebowania na wodę butelkowaną.
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.
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.
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.
Dodatkowo należy pamiętać, że filtr tego typu usuwa zarówno zanieczyszczenia, jak i związki organiczne, które mogą pozytywnie wpływać na kondycję organizmu. Aby z powrotem dodać minerały do filtrowanej wody, można zastosować specjalne wkłady mineralizujące.
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.
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.
tags: #odwrocona #osmoza #zasada #działania #i #zastosowanie
