Odwrócona Osmoza w Oczyszczaniu Ścieków: Zaawansowany Proces Filtracji
- Szczegóły
Odwrócona osmoza (RO) to obecnie jedna z najskuteczniejszych metod uzyskania czystej wody. Jest to zaawansowany proces separacji membranowej, który umożliwia uzyskanie wysokiej jakości wody poprzez usunięcie z niej rozpuszczonych soli, zanieczyszczeń organicznych, mikroorganizmów i innych cząsteczek.
Na Czym Polega Odwrócona Osmoza?
Odwrócona osmoza (ang. reverse osmosis, RO) 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.
W przypadku osmozy spontanicznej, rozpuszczalnik (zazwyczaj woda) przepływa przez półprzepuszczalną membranę z roztworu o niższym stężeniu substancji rozpuszczonej, do roztworu o wyższym stężeniu substancji rozpuszczonej. Prowadzi to do wyrównywania stężeń po obu stronach membrany. Przez półprzepuszczalną błonę jest w stanie przeniknąć tylko rozpuszczalnik - substancja rozpuszczona zatrzymywana jest po drugiej stronie. 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.
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.
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.
Przeczytaj także: Zastosowanie wężyków do filtra osmozy
Proces Oczyszczania Wody Krok po Kroku
Cały proces odwróconej osmozy składa się z kilku etapów, które razem zapewniają uzyskanie czystej wody:
- Wstępne filtrowanie - na początku woda, która ma być oczyszczona, przechodzi przez filtr wstępny. Jest to zwykle filtr mechaniczny, który usuwa większe zanieczyszczenia, takie jak piasek, rdza czy osady.
- 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.
- Podwyższenie ciśnienia - następnie woda jest poddawana działaniu ciśnienia, które jest niezbędne, aby wymusić jej przepływ przez membranę.
- Proces filtracji - kiedy woda przepływa przez membranę, zanieczyszczenia, takie jak sole, bakterie, wirusy czy inne szkodliwe substancje, zostają zatrzymane.
- Odprowadzenie odpadów - zanieczyszczenia, które zostały zatrzymane przez membranę, są usuwane z systemu w postaci tzw. koncentratu. Jest to woda, która zawiera wysokie stężenie soli, metali ciężkich i innych substancji.
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).
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.
Przeczytaj także: Analiza dzbanków filtrujących wodę z RO
W systemach odwróconej osmozy rozróżnia się trzy strumienie wody. Zanieczyszczenia, które zawiera woda uzdatniana metodą odwróconej osmozy, trafiają do trzeciego strumienia wody, czyli skoncentrowanego strumienia ścieków. W przypadku odsalania produktem ubocznym jest stężony, silnie zasolony roztwór zwany solanką.
Woda odpadowa w odwróconej osmozie nie jest "wadą" systemu - jest jego nieodłączną, funkcjonalną częścią. To dzięki niej membrana się nie zapycha, a jakość filtrowanej wody pozostaje stała i wysoka.
Rodzaje Membran i Modułów Membranowych
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.
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.
Przeczytaj także: Vontron w Akwarystyce: Opinie Użytkowników
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.
Zastosowanie 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.
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.
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.
Odwrócona osmoza w ogrodnictwie jest powszechnie stosowaną techniką filtrowania wody pozwalającą na jej oczyszczanie z soli, minerałów, nawozów i środków ochrony roślin. Zaletą odwróconej osmozy jest to, że technika ta nie wykorzystuje środków chemicznych, lecz filtrowanie odbywa się za pomocą membrany.
Oczyszczanie wody w przemyśle - systemy przemysłowe - odwrócona osmoza jest także stosowana w przemyśle.
Zalety i Ograniczenia 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.
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.
Aby sprostać tym potrzebom, ponad 40 lat temu zespoły Veolia opracowały gamę wyparek Evaled. Technologie te wykorzystują niskotemperaturowe procesy odparowywania, aby skutecznie zagęszczać strumienie ścieków, minimalizować ilość odpadów i wytwarzać wysokiej jakości destylat wielokrotnego użytku. Technologie te zostały zaprojektowane w celu spełnienia specyficznych potrzeb różnych branż, w tym chemicznej, petrochemicznej, spożywczej i napojów, farmaceutycznej itp.
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.
Odwrócona Osmoza a Inne Metody Filtracji
Dzbanek filtrujący wykorzystuje zazwyczaj filtr węglowy z dodatkiem żywicy jonowymiennej, który usuwa głównie duże zanieczyszczenia, chlor, a także nieprzyjemny smak i zapach wody. Stopień redukcji większości zanieczyszczeń chemicznych i biologicznych jest jednak ograniczony. Dzbanki nie są w stanie usunąć wirusów, bakterii, azotanów, azotynów, fluoru, sodu, czy mikrozanieczyszczeń farmaceutycznych.
Odwrócona osmoza to technologia klasy przemysłowej zaadoptowana do warunków domowych. Jest znacznie bardziej złożona od prostej filtracji z wykorzystaniem filtrów węglowych, ale też nieporównywalnie skuteczniejsza. Choć początkowy koszt zakupu i montażu dystrybutorów z odwróconą osmozą jest wyższy niż filtrów dzbankowych czy nakranowych, to ich efektywność, żywotność i wydajność w dłuższej perspektywie jest bardzo opłacalna.
Odwrócona Osmoza w Domu
Systemy odwróconej osmozy są idealnym rozwiązaniem do codziennego użytku w domu i biurze. Dzięki nim możesz pić czystą wodę prosto z kranu, bez konieczności kupowania butelek z wodą. Dodatkowo, systemy te pozwalają na znaczne oszczędności i eliminację śladu węglowego, ponieważ rezygnujesz z kupna wody od producentów wody butelkowanej.
Nowoczesny filtr z odwróconą osmozą to połączenie skuteczności i kompaktowej budowy. Filtry te są łatwe do wbudowania pod zlew, zajmują mało miejsca i oferują wieloetapową filtrację.
W kategorii filtrów do wody odwróconej osmozy znajdziesz zarówno klasyczne systemy ze zbiornikiem, jak i kompaktowe urządzenia najnowszej generacji. Wybór zależy od potrzeb użytkownika: liczby domowników, przestrzeni pod zlewem, częstotliwości używania i preferowanej szybkości filtracji.
Dzięki odwróconej osmozie zyskujesz wodę przeznaczoną do picia, pozbawioną toksyn i nieprzyjemnego zapachu. Smak wody po filtracji RO jest neutralny, delikatny i czysty. Filtr osmotyczny jest nie tylko skuteczny, ale i ekonomiczny. Koszt 5 litrów wody z systemu RO to grosze w porównaniu z wodą butelkowaną.
Kontrola Jakości Wody
Choć większość nowoczesnych systemów nie mierzy pH wody automatycznie, możesz samodzielnie sprawdzić jakość uzyskanej wody za pomocą mierników TDS lub testów paskowych. Regularna kontrola parametrów pozwala na szybką reakcję i ewentualne serwisowanie systemu.
Podsumowanie
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. Mimo pewnych wad, takich jak wysokie zużycie wody i koszty, odwrócona osmoza pozostaje jednym z najlepszych rozwiązań do uzdatniania wody, oferując wiele korzyści zdrowotnych i ekonomicznych.
tags: #osmoza #w #oczyszczaniu #ścieków #proces
