Wysokość słupa cieczy w osmozie: Definicja i mechanizm
- Szczegóły
Filtr odwróconej osmozy budzi wiele wątpliwości, które wynikają z niezrozumienia mechanizmu działania tego urządzenia.
Osmoza i odwrócona osmoza
Cała zasada działania zawarta jest w nazwie „odwrócona osmoza”. Osmoza to dyfuzja rozpuszczalnika przez błonę półprzepuszczalną rozdzielającą dwa roztwory o różnym stężeniu.
W kontekście osmozy roztwór, z którego ubywa rozpuszczalnika, nazywa się hipotonicznym, a ten, w którym przybywa rozpuszczalnika, nazywa się hipertonicznym.
Przenikanie wody przez membranę powoduje, że ubywa wody czystej, a przybywa brudnej; brudna robi się bardziej czysta (rozcieńczanie), a czysta robi się bardziej brudna (zagęszczanie).
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.
Przeczytaj także: Filtr Stożkowy FMIC.Pro - Recenzja
To ciśnienie hydrostatyczne ogranicza osmozę, powoduje, że osmoza nie „wyciągnie” całej czystej wody, bo naciskający słup wody będzie wodę przepychał z powrotem na „czystą” stronę.
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.
Istotą działania membrany osmotycznej jest to, że po stronie czystej nie ma wody ani żadnego ciśnienia, 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: Przydomowa oczyszczalnia: wody gruntowe
Membrana RO i jej działanie
Membrana RO jest sercem całego układu i robi najważniejszą część filtracji. To właśnie membrana robi najważniejszą część filtracji. Gdybyśmy nawet pozbyli się prefiltrów, membrana będzie nadal spełniała swoją rolę. Woda RO dobrej jakości zostanie wyprodukowana.
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.
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.
Przeczytaj także: Wysokość Wypłat z Odwróconej Hipoteki
W większości obecnie stosowanych zestawów, tam gdzie wylatuje woda czysta, montowany jest zawór zwrotny. Dzięki temu zaworowi, 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.
Wiadomo, że wsteczny przepływ wody bardzo niszczy membranę, zaleca się więc w każdym systemie założenie takiego kolanka z zaworem zwrotnym.
Prefiltry
Obecność prefiltrów nie wpływa na jakość produkowanej wody, a jedynie przedłuża żywotność membrany. Jak wymienialiście prefiltry, zauważyliście pewnie, że pierwszy z nich jest najbardziej brudny, zwykle brązowy. Wyłapuje on 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.
Filtr sedymentacyjny 1um, montowany za węglem, a przed membraną, ma zabezpieczyć membranę przed tym, co przedostało się 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.
Właściwe prefiltry (także żywica DI) umieszczone są w obudowach, które wymuszają przepływ wody w konkretny sposób. 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.
Ogranicznik ścieku
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.
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.
Zawór czterodrożny
Pewnym przełomem było zainstalowanie zaworu (elektrozaworu) odcinającego dopływ wody do membrany (na początku pisałem, że można to zrobić po pierwszym prefiltrze, a najlepiej przed membraną). Takie rozwiązania były nie dość że drogie, to jeszcze awaryjne (zacinanie elektrozaworu). Wymyślono więc, że można użyć do odcięcia zasilania tzw. zawór czterodrożny.
Zawór czterodrożny to w sumie połączenie czujnika ciśnienia i zaworu.
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.
Ciśnienie w instalacji wodnej
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.
Pompa podnosząca ciśnienie
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.
TDS wody RO
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 mnie interesuje, czy zaczyna mi fiksować membrana czy żywica, a tego dowiem się montując IN na wyjściu RO z membrany. Sam stosowałem to rozwiązanie od początku i teraz też mam.
Potencjał wody
Potencjał wody to ilość energii swobodnej wnoszonej do układu przez każdy mol wody (inaczej: aktywność wody). Woda zawsze przemieszcza się z miejsc o wyższym potencjale wody do miejsc o potencjale niższym.
Potencjału wody nie można zmierzyć bezpośrednio. Można natomiast porównać ze sobą potencjały wody w różnych systemach, przyjmując jako punkt odniesienia potencjał czystej wody - umownie wynosi on 0 MPa (megapaskali).
Czynniki decydujące o wartości potencjału wody w komórce:
- Ciśnienie hydrostatyczne (turgorowe), inaczej potencjał ciśnienia (turgorowy) oznaczany symbolem Psi p
- Potencjał osmotyczny, oznaczany jako Psi pi
- Oddziaływania matrycowe, inaczej potencjał matrycowy, oznaczany symbolem Psi m
Zależność potencjału wody w komórce od tych trzech sił określa równanie: Ψw=Ψp+Ψπ+Ψm
Wartości parametrów decydujących o potencjale wody w komórce nie są stałe. Zależą m.in. od etapu rozwojowego komórki, jej stanu fizjologicznego i czynników środowiskowych.
Stosunki wodne w komórce zależą oczywiście od dostępności wody w środowisku. Trzeba jednak pamiętać, że jeżeli nie występują utrudnienia dla przepływu (dyfuzji) wody między komórką a jej środowiskiem, dochodzi bardzo szybko do wyrównania potencjałów wody.
Również w samych komórkach szybko następuje ustalenie się równowagi między potencjałami wody w różnych jej przedziałach. Za procesy te odpowiada osmoza.
Osmoza polega na dyfuzji rozpuszczalnika (np. wody) przez membranę półprzepuszczalną rozdzielającą dwa roztwory o różnym stężeniu.
W komórkach tą membraną są błony biologiczne, np. błona komórkowa. Rozpuszczalnik przechodzi swobodnie z roztworu o niższym stężeniu substancji rozpuszczonej (roztwór hipotoniczny) do roztworu o wyższym stężeniu (roztwór hipertoniczny). W wyniku osmozy dochodzi ostatecznie do wyrównania się stężeń obu roztworów.
Woda przemieszcza się więc zgodnie z różnicą stężeń, czyli z gradientem potencjału wody, od komórki o wyższym potencjale wody (tzn. mniej ujemnym) do komórki o potencjale wody niższym (tzn. bardziej ujemnym).
Przepływ wody między dwiema komórkami jest proporcjonalny do różnicy potencjału wody w tych komórkach wtedy, gdy rozdzielająca je błona jest całkowicie przepuszczalna dla wody i całkowicie nieprzepuszczalna dla innych substancji lub jonów.
Potencjał wody a przemieszczanie się wody w roślinie
W obrębie rośliny odbywa się stale przepływ wody, którego kierunek zależy od gradientu potencjału wody powstającego między poszczególnymi częściami rośliny.
Części nadziemne roślin lądowych tracą wodę do atmosfery, gdzie potencjał wody jest na ogół dużo niższy (bardziej ujemny) niż w tkankach roślinnych (o dziesiątki MPa). Straty wody muszą zostać uzupełnione, najczęściej w wyniku pobierania wody z gleby przez system korzeniowy.
tags: #wysokość #słupa #cieczy #osmoza #definicja
