Połączenie Filtrów do Wody Osmoza - Schemat i Działanie
- Szczegóły
Filtr odwróconej osmozy budzi wiele wątpliwości. Większość pytań wynika z niezrozumienia mechanizmu działania tego podstawowego urządzenia w rękach akwarysty. Właśnie, dlatego warto zrozumieć działanie całego systemu i dodatkowego osprzętu, jaki w różnych konfiguracjach zestawów się pojawia.
Podstawowe Elementy Systemu Osmozy
Sercem całego układu jest membrana RO, zamknięta w obudowie. To właśnie membrana robi najważniejszą część filtracji. Gdybyśmy nawet pozbyli się prefiltrów, membrana będzie nadal spełniała swoją rolę i woda RO dobrej jakości zostanie wyprodukowana.
Prefiltry
Obecność prefiltrów nie wpływa na jakość produkowanej wody, a jedynie przedłuża żywotność membrany. W sprzedaży dostępne są zestawy, które zawierają tylko jeden, lub dwa prefiltry z tym, że zawsze w skład zestawu wchodzi filtr węglowy. W przypadku dwóch prefiltrów spotkałem się z różnymi układami - albo pierwszy jest sedymentacyjny, albo węglowy.
Pierwszy filtr jest najbardziej brudny, zwykle brązowy, ponieważ wyłapuje grube śmieci, które mogą dostać się do układu z instalacji wodnej. Zasadniczo, po tym filtrze można już montować dodatkowy osprzęt (pompa podnosząca ciśnienie lub zawór czterodrożny), bez obawy, że sprzęt zostanie „zatkany” śmieciami. Jednakże, w zestawach takich jak przedstawione na schemacie, wszystkie prefiltry połączone są ze sobą fabrycznie i nie jest możliwe wpięcie czegokolwiek pomiędzy nie.
Filtr sedymentacyjny 1um, montowany za węglem, a przed membraną, ma zabezpieczyć membranę przed tym, co przedostało się przez filtr 5um, oraz węgiel, a dodatkowo wyłapuje drobinki węgla, które mogą odrywać się od bloku węglowego. Taki układ prefiltrów jak na rysunku, zapewnia odpowiednie zabezpieczenie membrany osmotycznej przed zapchaniem mikroporów, a jednocześnie minimalizuje spadek przepływu występujący na zapychających się prefiltrach.
Przeczytaj także: Recenzja oczyszczaczy powietrza Philips
Właściwe prefiltry (także żywica DI) umieszczone są w obudowach, które wymuszają przepływ wody w konkretny sposób. Typowa puszka 10″ na prefiltry lub żywicę. Woda zasilająca dostaje się na zewnątrz filtra, który wygląda jak rurka, następnie przeciskana jest przez filtr i dostaje się do środka tej rurki, skąd podawana jest na kolejne prefiltry. W przypadku filtra DI w rozmiarze 10 cali sytuacja wygląda podobnie. Stosuje się tam dodatkowy wkład (puszkę), który powoduje, że woda przepływa „po bokach” tejże puszki , a potem dostaje się do niej dołem i przeciskana jest przez żywicę ku górze.
Membrana RO i Zasada Działania Odwróconej Osmozy
Cała zasada działania zawarta jest w nazwie „odwrócona osmoza”. Osmoza - dyfuzja rozpuszczalnika przez błonę półprzepuszczalną rozdzielającą dwa roztwory o różnym stężeniu. W kontekście osmozy roztwór z którego ubywa rozpuszczalnika nazywa się hipotonicznym, tego w którym przybywa nazywa się hipertonicznym.
Przenikanie wody przez membranę powoduje, że ubywa wody czystej, a przybywa brudnej, z tym że jak teraz widać, brudna robi się bardziej czysta (rozcieńczanie), a czysta robi się bardziej brudna (zagęszczanie). Ale co się dzieje - w wyniku wyrównywania stężeń, ciśnień osmotycznych po obu stronach membrany, rośnie poziom wody po jednej ze stron, tworzy się więc ciśnienie hydrostatyczne, „produkowane” przez rosnący, naciskający słup wody.
Ciśnienie hydrostatyczne ogranicza osmozę, powoduje, że osmoza nie „wyciągnie” całej czystej wody, bo naciskający słup wody będzie wodę przepychał z powrotem na „czystą” stronę. Uzupełniając więc definicję, w takim układzie dochodzi do wyrównania ciśnień, nie stężeń po obu stronach membrany osmotycznej, a ciśnienie osmotyczne działające w kierunku wody brudnej równoważone jest przez ciśnienie hydrostatyczne działające w kierunku wody czystej. Układ dąży do równowagi, w której suma ciśnień (hydrostatycznego i osmotycznego) po jednej stronie membrany jest równa sumie ciśnień po drugiej.
Skoro ciśnienie hydrostatyczne nie pozwala na dalsze przenikanie wody czystej, to znaczy, że my naciskając wodę po stronie „woda mniej zanieczyszczona” możemy cały ten proces odwrócić i „wycisnąć” wodę czystą, niemalże jak przez sito. I to jest właśnie istota działania naszej membrany osmotycznej, z tym że możemy założyć że po stronie czystej nie ma wody ani żadnego ciśnienia (to wytłumaczę później), a po stronie brudnej woda cały czas płynie, a ten wcześniej wspomniany „nacisk” stosowany celem odwrócenia osmozy to nic innego jak ciśnienie w wodociągu.
Przeczytaj także: Problemy z gumą filtra powietrza Volvo
Woda dostająca się pomiędzy membranę RO a separator zasilania jest przeciskana przez membranę (czyli już jest RO), płynie spiralnie dookoła rurki, tak jak kartki są nawinięte, aż dojdzie do początku kartki (wpuszczonego w rurkę), a dalej z rurki do akwarium. Na tym rysunku mniej widać spiralną drogę wody RO, ale za to ładniej widać gdzie RO jest zbierana, i jak przepływa woda brudna.
Woda przez membranę może przepływać w obie strony, tzn. jak odetniemy zasilanie, to mamy sytuację, że po jednej stronie membrany jest woda czysta, po drugiej brudna. Woda czysta zgodnie z ciśnieniem osmotycznym (bo nie ma hydrostatycznego) zostanie wyssana do wody brudnej, popłynie więc spiralnie, ale wstecznie, przedostanie się przez membranę osmotyczną i trafi do wody odrzuconej. Przy okazji, te zanieczyszczenia, które przedostały się na czystą stronę zostaną zagęszczone. To jest główna przyczyna, że TDS pierwszej porcji wody z nieużywanego przez jakiś czas filtra jest wysoki.
Dzięki zaworowi zwrotnemu, jeśli dojdzie do wstecznego wypływu wody do ścieku, to zassana będzie tylko woda z rurki, na której owinięta jest membrana, a nie z całego układu wody czystej. W najgorszym wypadku możliwa jest nawet ucieczka wody z całego wkładu DI, jak np. nie ma zaworu na dolewce, tylko na zasilaniu filtra. Wsteczny przepływ wody bardzo niszczy membranę, zaleca się więc w każdym systemie założenie takiego kolanka z zaworem zwrotnym.
Ogranicznik Ścieku (Restryktor)
Aby zwiększyć ciśnienie, a w zasadzie wygenerować ciśnienie, które będzie przeciskało wodę przez membranę, stosuje się ograniczniki ścieku, zwane też restryktorami. Reasumując, im większa wartość ogranicznika, tym większy przez niego przepływ, a co za tym idzie, mniejsze ciśnienie działające na membranę, mniej wody RO będzie produkowane.
Im więcej GPD daje membrana, tym większy przepływ na restryktorze. Po pierwsze, jeśli więcej wody ma być wyprodukowane, to więcej wody musi przez układ przelecieć, po drugie, dużo wody przelatuje, to dużo jest odpadów, które muszą z odpowiednia ilością wody trafić do ścieku, po trzecie - im więcej GPD, tym większe pory w membranie, więc przyłożenie większego ciśnienia będzie powodowało przeciskanie się „brudu” do wody RO.
Przeczytaj także: Filtr powietrza i chłodnica w Opel Astra: połączenia
Przy instalacji nowych filtrów zaleca się płukanie. Należy zdjąć ogranicznik ścieku. Cała woda przeleci przez membranę do ścieku. Poleca się, aby takie płukanie przeprowadzać co jakiś czas, aby duży przepływ wody przez membranę oczyścił przestrzeń wody wejściowej i odrzuconej.
Czasem stosuje się rozwiązania elektroniczne, które albo, co jakiś czas robią By-Pass ogranicznika, albo po otwarciu dolewki na chwilę się otwierają i płuczą automatycznie membranę.
Zawór Czterodrożny
Pewnym przełomem było zainstalowanie zaworu (elektrozaworu) odcinającego dopływ wody do membrany. Wymyślono więc, że można użyć do odcięcia zasilania tzw. zawór czterodrożny. Zawór czterodrożny to w sumie połączenie czujnika ciśnienia i zaworu.
Otwieramy zawór do akwarium, działa membrana, płynie woda, produkowany jest ściek i RO. Automatyczna dolewka, nie ważne pływak czy elektrozawór, zamyka nam obwód podłączony do OUT-3. Membrana dalej pracuje bo przyjmuje wodę płynącą przez IN-1 do OUT-2, ale woda RO nie wypływa, więc w układzie niskiego ciśnienia pomiędzy OUT-3 i IN-4 rośnie ciśnienie. Wraz ze wzrostem ciśnienia, gumowy krążek wbudowany w zawór czterodrożny zaczyna się wyginać w kierunku IN-1/OUT-2, aż w końcu przerywa przepływ z IN-1 do OUT-2, zostaje odcięte zasilanie membrany osmotycznej, woda nie leci ani do ścieku, ani do akwarium.
Jeśli otworzymy zawór przy akwarium, ciśnienie pomiędzy OUT-3 i IN-4 spadnie i pojawi się przepływ pomiędzy IN-1 i OUT-2. Kluczem więc do odcięcia zasilania membrany jest utrzymanie ciśnienia za membraną.
Jeśli nie mieliśmy zaworu czterodrożnego, a chcemy go dołożyć, należy zawsze zaopatrzyć się w zawór zwrotny, bo najprawdopodobniej go nie ma. Z punktu widzenia układu ciśnień, przy braku zaworu zwrotnego, zawór czterodrożny zamontowany jak opisałem nie będzie działał. Logicznym więc się wydaje odcięcie drogi ucieczki wody, czyli zamknąć dolewkę, a zawór czterodrożny odetnie ściek. Zawór czterodrożny będzie robił za 100% restryktor, więc ciśnienie będzie starało się przepchnąć całą wodę przez membranę, zwłaszcza w sytuacji, kiedy otworzy się dolewka, a zawór czterodrożny na spływie będzie jeszcze zamknięty.
Pompa Podnosząca Ciśnienie
Aby odwrócona osmoza była efektywna, w instalacji wodnej musi być odpowiednie ciśnienie. Przede wszystkim, zmniejsza się produkcja wody RO, ale to nie problem, można poczekać. Niestety ze spadkiem ciśnienia membrana zaczyna przepuszczać więcej zanieczyszczeń. Mało tego, większość elementów (restryktor przepływu, zawór czterodrożny, czy zbiornik zapasowy) są obliczone dla określonego ciśnienia.
Jak kupujecie pompę, sprawdźcie, czy w zestawie są dwa czujniki ciśnienia. Pompę montuje się przed membraną RO, zgodnie z opisem IN-OUT, a czujnik niskiego ciśnienia (zwykle ma napis LOW) podłączamy do zasilania wody. Można go wpiąć po pierwszym filtrze sedymentacyjnym, albo bezpośrednio przed membraną, ale zawsze przed pompą. Ten czujnik zabezpiecza pompę przed pracą na sucho.
Drugi czujnik HIGH wpinamy na wyjściu wody RO, jeśli jest zawór czterodrożny, to za zaworem. Ten czujnik odcina dopływ prądu do pompy, jeśli woda nie musi być produkowana. Innymi słowy czujnik wysokiego ciśnienia rozwiera elektrykę ja czuje wysokie ciśnienie, czujnik niskiego ciśnienia rozwiera elektrykę jak wyczuje niskie ciśnienie.
TDS (Total Dissolved Solids)
Pierwsza porcja wody zwykle ma wysoki TDS. Aby tego uniknąć można zamontować czasowo sterowany elektrozawór, który np. co 1h puści przez 1min wodę RO do kanalizacji.
Bardziej interesuje nas, czy zaczyna nam fiksować membrana czy żywica, a tego dowiem się montując IN na wyjściu RO z membrany.
tags: #połączenie #filtrów #do #wody #osmoza #schemat
