Urządzenie do picia odwrócona osmoza: zasada działania i zastosowanie
- Szczegóły
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.
Zasada działania odwróconej osmozy
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. Co ciekawe, mimo iż osmoza jest zjawiskiem naturalnym, powszechnie występującym w przyrodzie, nie ma zastosowania technologicznego.
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.
Kluczowym elementem filtra RO jest membrana osmotyczna. Wykonana z syntetycznych materiałów, posiada strukturę wielowarstwową o bardzo małych porach (rzędu 0,001 μm). Membrana o strukturze sitka zatrzymuje najmniejsze zanieczyszczenia, sprawiając, że woda jest jeszcze czystsza.
Typy membran stosowanych w odwróconej osmozie
W układach odwróconej osmozy stosuje się dwa typy membran.
Przeczytaj także: Urządzenia do wody: Przegląd i zastosowania
- 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 membran (CIP)
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. 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 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.
Przeczytaj także: Uzdatnianie wody - granulat zł
Zasada działania urządzeń opartych na odwróconej osmozie pokazuje, że można je wykorzystać nie tylko do oczyszczania wody, lecz także do zagęszczania roztworów. 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.
Ograniczenia i wady odwróconej osmozy
Mimo wielu zalet oraz szerokiego zastosowania, odwrócona osmoza 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.
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.
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.
Zalety 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.
Przeczytaj także: Wymagania dla przydomowych oczyszczalni ścieków
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.
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.
Koszty związane z odwróconą osmozą
Cena filtra odwróconej osmozy zależy od jego budowy, liczby etapów filtracji oraz zastosowanych rozwiązań technologicznych. Podstawowe modele do użytku domowego kosztują od około 600 do 1500 zł. Bardziej zaawansowane systemy, z mineralizatorem, pompą ciśnieniową czy sterowaniem elektronicznym, mogą sięgać 3000-5000 zł. Najdroższe rozwiązania, przeznaczone dla sektora HORECA, przekraczają nawet 10 000 zł.
Tabela: Przykładowe filtry odwróconej osmozy i ich wydajność
| Model filtra | Wydajność (l/godz) | Dodatkowe funkcje |
|---|---|---|
| RO5 | 80 | Przypomnienie o wymianie wkładów |
| RO7 | 210 | Przypomnienie o wymianie wkładów, dwa rodzaje wody: czysta i REDOX |
| Model X | 380 | Pompa wspomagająca, przypomnienie o wymianie wkładów |
tags: #urządzenie #do #picia #odwrócona #osmoza #zasada
