Odwrócona osmoza: kompleksowe rozwiązanie w uzdatnianiu wody i oczyszczaniu ścieków
- Szczegóły
Odwrócona osmoza to sposób uzdatniania wody, którego odkrycie i wdrożenie w różnych systemach oczyszczania wody spowodowały znaczne polepszenie jakości życia. Technologia ta jest dziś jedną z najbardziej użytecznych, znacznie zwiększa dostęp do wody pitnej, co jest szczególnie ważne w przypadku coraz mniejszych jej zasobów na świecie.
Co to jest odwrócona osmoza?
Aby odpowiedzieć na to pytanie 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. 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.
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. 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. 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.
Odwrócona osmoza schemat swojego działania wzięła z odwrócenia naturalnie występującej osmozy biologicznej. Dzięki niemu możliwe jest usuwanie z wody wszelkich zanieczyszczeń, a więc i różnego rodzaju bakterii. Otwory na półprzepuszczalnej błonie osmotycznej są tak małe, że nie przepuszczają większości mikroorganizmów, w tym wirusów.
Przeczytaj także: Zaawansowane Uzdatnianie Wody
Zasada działania odwróconej osmozy
Zasada działania opiera się na zjawisku odwróconej osmozy, procesie membranowym wykorzystującym ciśnienie do separacji cząsteczek. Woda poddawana jest wysokiemu ciśnieniu (zwykle powyżej 2,5 MPa), które przewyższa ciśnienie osmotyczne roztworu zanieczyszczeń. Kluczowym elementem filtra RO jest membrana osmotyczna. Wykonana z syntetycznych materiałów, posiada strukturę wielowarstwową o bardzo małych porach (rzędu 0,001 μm).
Osmoza to naturalne zjawisko, w którym cząsteczki wody przemieszczają się przez membranę półprzepuszczalną z roztworu o niższym stężeniu do roztworu o wyższym stężeniu. Mikroskopijne otwory pozwalają na przenikanie tylko cząsteczek wody, zatrzymując większe zanieczyszczenia. Osmoza spontanicznie zachodzi od roztworu o niższym stężeniu substancji rozpuszczonej do roztworu o wyższym, czyli prowadzi do wyrównania stężeń obu roztworów. Ciśnienie zewnętrzne równoważące przepływ osmotyczny określa się mianem ciśnienia osmotycznego, a jego wartość jest charakterystyczna dla danego roztworu.
Proces odwróconej osmozy jest zjawiskiem odwrotnym do spontanicznie zachodzącej osmozy. Polega na wymuszonej dyfuzji dowolnego indywiduum chemicznego (jonów lub cząsteczek) z roztworu o niższym stężeniu do roztworu o wyższym stężeniu przez membranę półprzepuszczalną. Aby mógł zaistnieć przebieg procesu odwróconej osmozy konieczne jest wytworzenie po stronie roztworu ciśnienia hydrostatycznego przewyższającego ciśnienie osmotyczne.
Gdy zostanie spełniony wyżej wspomniany warunek rozpuszczalnik będzie przenikał z roztworu bardziej stężonego do rozcieńczonego, a więc w kierunku odwrotnym niż w procesie osmozy naturalnej. Jest procesem wykorzystywanym do separacji związków małocząsteczkowych takich jak sole nieorganiczne czy małocząsteczkowe związki organiczne od rozpuszczalników. Siłą napędową procesu jak już wcześniej wspomniano jest przyłożone ciśnienie. Konieczne jest stosowanie stosunkowo wysokich ciśnień, wyższych niż w przypadku ultra i mikrofiltracji, ze względu na ciśnienie osmotyczne związków małocząsteczkowych.
Mechanizmem transportu masy w procesie odwróconej osmozie jest model dyfuzyjny (rozpuszczania). W modelu dyfuzyjnym przyjmuje się, że membrana jest quasi-homogeniczna, dzięki czemu można stosować do opisu transportu masy przez nią teorię roztworów. Transport masy przez membranę można przybliżyć opisem procesu rozpuszczania składników w membranie. Podlega on prawom dyfuzji molekularnej.
Przeczytaj także: Sterowniki i usterki ASUS K52J
Zastosowania odwróconej osmozy
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.
Systemy CCRO mogą być używane do wszystkiego, do czego wykorzystywana jest tradycyjna odwrócona osmoza, w tym między innymi:
- woda procesowa przemysłowa
- żywność, napoje i składniki farmaceutyczne woda
- wstępne uzdatnianie wody kotłowej
- odsalanie wody do nawadniania
- stężenie solanki
- oczyszczanie ścieków komunalnych
Zalety i wady odwróconej osmozy
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.
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. Choć można pić taką wodę, warto w takim wypadku zadbać o dostarczenie minerałów z diety. W przypadku odwróconej osmozy jednym z minusów jest to, że usuwa również wszystkie sole mineralne, co może prowadzić do jej jałowości.
Wysoka skuteczność wiąże się jednak ze stratami wody, co na pewno jest minusem tego rodzaju filtrów. Część czyszczonej wody (tak zwany odrzut) odprowadzana jest do kanalizacji. Dlatego odrzut wody warto przechwycić i wykorzystać ponownie. Na przykład do nawodnienia ogrodu lub podlewania kwiatków.
Przeczytaj także: Zastosowanie wężyków do filtra osmozy
Rodzaje systemów odwróconej osmozy
Systemy odwróconej osmozy dostępne są w różnych wariantach, dostosowanych do indywidualnych potrzeb użytkowników:
- Tradycyjne filtry do odwróconej osmozy: oczyszczona woda magazynowana jest w zbiorniku. Po wykorzystaniu wody ze zbiornika należy odczekać, aż zostanie on ponownie napełniony.
- Bezzbiornikowe filtry osmozy odwróconej: woda jest filtrowana na bieżąco, bez konieczności magazynowania.
- Systemy z mineralizatorem: do systemu odwróconej osmozy dodano mineralizator, wzbogacający wodę w niezbędne minerały.
- Systemy z jonizatorem: oprócz mineralizacji, dodatkowo jonizują wodę, podnosząc jej pH i dodając właściwości antyoksydacyjne.
Elementy składowe filtrów odwróconej osmozy
Filtry do wody z odwróconą osmozą składają się z kilku kluczowych elementów:
- Membrana osmotyczna: odpowiada za zatrzymywanie nawet najdrobniejszych zanieczyszczeń.
- Pompa ciśnieniowa: podnosi ciśnienie wody w instalacji, zwiększając wydajność systemu.
- Zbiornik na wodę: magazynuje przefiltrowaną wodę w tradycyjnych systemach.
- Wkłady filtrujące: eliminują różne typy zanieczyszczeń.
- Obudowy filtrów: odpowiadają za szczelność i bezpieczeństwo systemu.
Odwrócona osmoza w obiegu zamkniętym (CCRO)
Lenntech wprowadza innowacyjną technologię odwróconej osmozy w obiegu zamkniętym (CCRO) do przemysłu wodnego i przetwórczego w Europie. CCRO rewolucjonizuje oczyszczanie i odzyskiwanie wody w różnych gałęziach przemysłu. Systemy CCRO działają na zasadzie recyrkulacji wody zasilającej pod ciśnieniem, aż do osiągnięcia pożądanego poziomu odzysku. Systemy CCRO osiągają odzysk poprzez recyrkulację, a nie za pomocą wielu elementów membranowych i etapów połączonych szeregowo, dzięki czemu mogą osiągnąć dowolny pożądany procent odzysku w jednym etapie. Ten opatentowany półokresowy proces odwróconej osmozy wykazał współczynnik odzysku do 98% w jednostopniowych systemach słonawych, oszczędzając więcej wody i zmniejszając więcej odpadów niż tradycyjne jedno-, dwu- i trzystopniowe systemy odwróconej osmozy.
Tabela porównawcza systemów RO
| Typ systemu | Zalety | Wady | Zastosowanie |
|---|---|---|---|
| Tradycyjny (ze zbiornikiem) | Magazynowanie wody, niższy koszt | Potrzeba miejsca na zbiornik, dłuższy czas oczekiwania na wodę | Gospodarstwa domowe |
| Bezzbiornikowy | Woda filtrowana na bieżąco, kompaktowy rozmiar | Wyższy koszt, może wymagać pompy | Małe kuchnie, biura |
| Z mineralizatorem | Woda wzbogacona o minerały | Wyższy koszt | Osoby dbające o zdrowie |
| Z jonizatorem | Woda o właściwościach antyoksydacyjnych i podwyższonym pH | Najwyższy koszt | Osoby poszukujące wody o prozdrowotnych właściwościach |
tags: #odwrocona #osmoza #uzdatnianie #wody #oczyszczanie #ścieków
