Odwrócona Osmoza: Zasada Działania i Zastosowanie w Odsalaniu Wody
- Szczegóły
Odwrócona osmoza (RO) to proces uzdatniania wody z wykorzystaniem specjalnych membran, stosowany do oddzielania substancji (zanieczyszczeń) rozpuszczonych w wodzie od samej wody. Jest to obecnie najefektywniejsza i najlepsza metoda uzdatniania wody. Jest to też metoda wykorzystywana przez producentów wody i soków butelkowanych.
Zasada Działania Odwróconej Osmozy
Odwrócona osmoza opiera się na różnicach między fizycznymi i chemicznymi właściwościami substancji rozpuszczonych w wodzie oraz wody w celu osiągnięcia ich separacji. Strumień zasilający jest kierowany pod ciśnieniem w poprzek powierzchni materiału półprzepuszczalnego (membrany). Ze względu na różnicę ciśnień między stroną membrany po stronie zasilającej oraz wyjściowej, woda ze strumienia zasilającego przesiąka przez membranę.
Gdy woda przesiąka przez membranę, substancje w niej rozpuszczone są odsiewane i pozostają po stronie zasilającej, przez co strumień zasilający staje się bardziej skoncentrowany i zanieczyszony. Przesiąk wypływa pod ciśnieniem zbliżonym do ciśnienia atmosferycznego, podczas gdy koncentrat pozostaje pod ciśnieniem zbliżonym do ciśnienia zasilającego.
Jest to fizyczny proces przenikania rozpuszczalnika (wody) przez błonę półprzepuszczalną, która rozdziela dwa roztwory o różnym stężeniu. Pod wpływem ciśnienia rozpuszczalnik tłoczony jest z roztworu bardziej stężonego do tego o mniejszym stężeniu, a więc w kierunku przeciwnym niż ma to miejsce w przypadku tradycyjnej osmozy. Stąd też nazwa tego procesu brzmi odwrócona osmoza.
System odwróconej osmozy za pomocą wstępnych filtrów i pół-przepuszczalnej membrany osmotycznej zatrzymuje wszelkiego rodzaju zanieczyszczenia - chemiczne, fizyczne oraz mikrobiologiczne. W ten sposób uzyskiwana woda jest krystalicznie czysta, a przez to bezpieczna.
Przeczytaj także: Analiza dzbanków filtrujących wodę z RO
Odwrócona osmoza wykorzystuje membranę filtrującą, która przepuszcza czyste cząsteczki wody, zatrzymując zanieczyszczenia, które są zbyt duże, aby przedostać się przez jej mikropory (otwory te mają wielkość około 0,0005 mikrona).
Tak, odwrócona osmoza usuwa bakterie i to bardzo skutecznie. Dzieje się tak dlatego, że otwory w membranie osmotycznej posiadają rozmiar około 0,0005 mikrona, przy czym bakterie posiadają o wiele większe rozmiary - tj. od 0,2 do 1 mikrona, wirusy natomiast - od 0,02 mikrona do 0,4 mikrona. Membrana filtrująca przepuszcza cząsteczki wody, a zatrzymuje na swojej powierzchni żyjące w wodzie mikroorganizmy.
Standardowy system odwróconej osmozy składa się: ze wstępnego filtra węglowego, membrany osmotycznej, pojemnika składującego czystą wodę oraz kranika (wlewki), który dostarcza oczyszczoną wodę.
Membrany Osmozy Odwróconej
Typowa membrana RO jest wykonana z syntetycznego materiału półprzepuszczalnego, który jest przepuszczalny dla niektórych składników w strumieniu zasilającym, lecz nieprzepuszczalny dla innych składników. Membrana osmotyczna ma całkowitą grubość mniejszą niż 1 mm.
Istnieje wiele rodzajów membran w filtrach odwróconej osmozy. Większość zastosowań wymaga dechloracji, jeśli woda jest chlorowana. Odporne na kontakt z wolnym chlorem w stężeniu do 200 mg/L przez krótki okres czasu (np.
Przeczytaj także: Woda osmotyczna RO8 UV
W procesach odwróconej osmozy stosuje się membrany asymetryczne oraz kompozytowe. Membrany asymetryczne charakteryzuje budowa z jednego rodzaju polimeru tworzącego dwie warstwy: zewnętrzną oraz wewnętrzną.
W procesie odwróconej osmozy stosuje się membrany gęste, nieporowate, asymetryczne lub kompozytowe. Transport składników przez membranę zależy od ich rozpuszczalności w materiale membrany oraz od szybkości dyfuzji przez membranę. Zatem fizykochemiczną podstawą rozdziału będą różnice w rozpuszczalności składników w membranie i różnice w szybkości ich dyfuzji.
Historia Odwróconej Osmozy
Proces osmozy przez błony półprzepuszczalne po raz pierwszy zaobserwował w 1748 roku Jean Antoine Nollet (Laidler i Meiser, 1999). Możliwość odsalania wody morskiej za pomocą półprzepuszczalnych membran została po raz pierwszy poważnie zbadana w 1949 r. na Uniwersytecie Kalifornijskim w Los Angeles (UCLA) i około 1955 r.
Badania koncentrowały się na zmniejszeniu grubości membrany, a w 1959 roku Loebowi i Sourirajanowi z UCLA udało się wyprodukować pierwszą asymetryczną membranę RO (Lonsdale, 1982). Ze względu na cienką warstwę aktywną, która zapewnia możliwości separacji, membrana asymetryczna była przełomem.
W czerwcu 1965 roku pierwsza komercyjna instalacja odsalania membranowego (RO) zaczęła dostarczać wodę pitną do miasta Coalinga w Kalifornii. Zakład wytwarzał 19 m3/d wody pitnej z wody zasilającej w której całkowita ilość rozpuszczonych związków i soli (TDS - ang.
Przeczytaj także: Woda Osmotyczna i Jej Mierniki
Zastosowanie Odwróconej Osmozy
Odwrócona osmoza daje czystą i nieskazitelną wodę do picia, która jest gwarancją bezpieczeństwa i zdrowia. Zamontowanie systemu opartego na technologii RO we własnym domu zapewnia stały dostęp do świeżej i smacznej wody pitnej i to prosto z kranu.
W połowie lat siedemdziesiątych RO zostało wykorzystane do zmiękczania wody. Zastosowanie membran do usuwania NOM (ang.
Do końca 2008 r. całkowita przepustowość zakładów odsalania na całym świecie wynosiła 42 × 106 m3/d (42 miliony metrów sześciennych dziennie). W Stanach Zjednoczonych działa ponad 1100 instalacji odwróconej osmozy o łącznej wydajności około 5,7 × 106 m3 /dzień (NRC, 2008), co stanowi około 3 procent wody pobieranej przez publiczne systemy wodociągowe.
Systemy odwróconej osmozy są wykorzystywane na szeroką skalę w sektorze przemysłowym. Bez tego rodzaju oczyszczania wody nie mógłby obejść się między innymi: przemysł spożywczy, farmaceutyczny, medyczny, elektroniczny, chemiczny.
Odwróconą osmozę można nazwać odkryciem przełomowym. Dzięki niej możliwe jest odsalanie wody i przygotowanie jej do celów spożywczych w miejscach, gdzie zasoby wody pitnej są znikome.
Ciśnienie w Procesie Odwróconej Osmozy
Aby proces odwróconej osmozy był skuteczny w oczyszczaniu wody i produkcji słodkiej wody, konieczne jest zastosowanie wysokiego ciśnienia. Woda morska jest poddawana ciśnieniu w zakresie od 60 do 80 bar, co jest niezbędne do przepchnięcia wody przez membranę półprzepuszczalną.
Gdy ciśnienie jest zbyt niskie, proces odwróconej osmozy nie działa efektywnie. Woda nie jest odpowiednio przepychana przez membranę, co prowadzi do niskiej jakości permeatu. Zbyt wysokie ciśnienie może uszkodzić membranę półprzepuszczalną, co prowadzi do jej przedwczesnego zużycia i konieczności wymiany.
Mierzenie ciśnienia w systemie odwróconej osmozy jest kluczowym krokiem w zapewnieniu efektywnej i bezpiecznej pracy całego systemu. Aby dokładnie monitorować ciśnienie, stosuje się różnorodne urządzenia pomiarowe, takie jak manometry mechaniczne oraz elektroniczne przetworniki ciśnienia.
W zastosowaniach domowych, woda w filtrze odwróconej osmozy nie jest zwykle dodatkowo sprężana a cały domowy system operuje pod ciśnieniem zastanym w ujęciu (np.
Przetworniki Ciśnienia
Wybór odpowiedniego przetwornika ciśnienia do mierzenia ciśnienia w systemie odwróconej osmozy jest kluczowym elementem zapewniającym niezawodność i efektywność całego procesu. Jednym z przykładów jest JUMO MIDAS C18 SW, który oferuje wysoką precyzję i odporność na korozję.
Wpływ na pH Wody
Odwrócona osmoza nie ma wpływu na pH wody. Jest to proces, w którym woda jest przepuszczana przez membranę osmotyczną, dzięki czemu usuwane są z niej różne rodzaje zanieczyszczeń. W rezultacie woda filtrowana przez odwróconą osmozę jest czystsza, ale jej pH pozostaje niezmienione. Zmiana pH wody może być osiągnięta poprzez dodanie do niej odpowiednich substancji, takich jak kwasy lub zasady.
Obróbka Wstępna i Dodatkowa
Wstępne uzdatnianie wody zasilającej jest wymagane w praktycznie wszystkich systemach RO. Gdy obecne są trudno rozpuszczalne sole, jednym z celów obróbki wstępnej jest zapobieganie osadzaniu się kamienia. Bez wstępnego uzdatniania, sole te mogą wytrącać się na powierzchni membrany i nieodwracalnie ją uszkadzać (np. korodować lub zatykać).
Podczas odsalania wody za pomocą membran osmotycznych, przesiąk zazwyczaj wymaga dodatkowej obróbki, która polega na usunięciu rozpuszczonych gazów oraz dostosowaniu zasadowości i pH. Membrany nie usuwają skutecznie małych, nienaładowanych cząsteczek, w szczególności rozpuszczonych gazów.
Przyszłość Odwróconej Osmozy
Przyszłość RO jest obiecująca. Odwrócona osmoza to zaawansowany proces oczyszczania wody, w którym woda morska jest przepychana przez półprzepuszczalną membranę membranowy proces pod wysokim ciśnieniem, pozwalający na uzyskanie słodkiej wody. Dzięki temu możliwe jest uzyskanie czystej wody pitnej z wody morskiej lub innych zanieczyszczonych źródeł wodnych.
W dobie narastających zmian klimatycznych, wzrostu populacji i rosnącego zapotrzebowania na zasoby, zapewnienie dostępu do wody pitnej stało się kluczowym wyzwaniem. Pomóc ma w tym odsalanie wody morskiej.
tags: #osmoza #odsalanie #wody #zasada #działania
