Opublikowano: 2017-06-22 10:54:33 Kategorie: Ciekawe informacje o wodzie , Filtry kuchenne - wszystko co powinieneś wiedzieć

Co to jest odwrócona osmoza i jak działa proces odwróconej osmozy?

Filtracja wody za pomocą odwróconej osmozy to rewolucyjne rozwiązanie, które dało ludzkości możliwości odzysku wody słodkiej do picia oraz wody przeznaczonej do użycia w bardzo wielu procesach technologicznych, gdzie wręcz wymaga się wysokiej jakości wody i jej czystości.

Proces osmozy został odkryty w latach 50 tych w USA jako proces odsalania wody morskiej. W naturze możemy spotkać materiały, które przepuszczają płyny selektywnie czyli w jednym kierunku. Zjawisko to występuje praktycznie u wszystkich organizmów żywych. W 1860 roku została po raz pierwszy zostosowana syntetyczna membrana osmotyczna. Membrany takie były jednak mało elastyczne. Ten stan rzeczy trwał prawie 100 lat i dopiero w tym czasie badania nad membranami osmotycznymi zaczęły się rozwijać i technologicznie rozpoczęto produkcje membran w swojej strukturze podobnych do aktulanie funkcjonujących.

Osmoza działająca w naturalnych warunkach.


Żeby wyjaśnić zjawisko osmozy musimy sobie wyobrazić następujące doświadczenie.
W jednym zbiorniku z wodą na środku umieszczamy półprzepuszczalną błonę. Z jednej strony membrany mamy wodę z dużą ilością soli, a z drugiej wodę czystą. Zgodnie z zasadą naczyń połączonych przypuszczalibyśmy, że poziom wody się wyrówna. Po pewnym czasie jednak poziom wody z solą wzrósł, natomiast poziom wody czystej zmniejszył się. Było to dużym zaskoczeniam. Membrana próbuje wyrównać poziom soli/stężenia po obydwu stronach dlatego woda przepływa w kierunku większego zasolenia. Było to zjawisko nietypowe dla naszych przewidywań, bo patrząc na zasadę naczyń połączonych naturalnym wydaje się wyrównanie poziomów wody. W przypadku więc pojawienia się wody o dwóch stężeniach (zanieczyszczonej i czystej) i rozdzieleniu ich błoną osmotyczną, na powierzchni membrany pojawia się tzw. ciśnienie osmotyczne, które powoduje ruch wody z roztworu mniej stężonego (woda czysta) do roztworu gęstego (woda brudna). Aby zrozumieć dlaczego tak się dzieje, musimy wiedzieć, że błona osmotyczna to bardzo cienki materiał o wyjątkowo małej porowatości. Dokładność filtracyjna błony (wielkość pór przez które przepływa woda) to 0,0001 mikrona. Żeby sobie to bardziej uświadomość wielkość ta jest 10 000 000 razy mniejsza niż jeden milimetr. Okazuje się, że czysta cząsteczka wody ma wielkość bardzo podobną właśnie do porowatości membrany osmotycznej. To jednocześnie jedna z najmniejszych cząsteczek chemicznych jaką znamy, a wodór z którego zbydowana jest między innymi cząsteczka wody to najmniejszy pierwiastek jaki znamy. Dzięki właśnie tak małej porowatości przez błonę osmotyczną przedostają się cząsteczki wody, natomiast większość zanieczyszczeń pozostaje na membranie.  Półprzepuszczalne błony osmotyczne to materiał, z którego zbudowane są między innymi nasze jelita, korzenie roślin i wiele innych.

Schemat działania zjawiska osmozy


Jak działa więc odwrócona osmoza znana aktulanie na świecie?


Jeżeli weźmiemy pojemnik w środku którego umieszczona zostanie membrana osmotyczna podobnie jak w poprzednim przykładzie. Po jednej stronie znajduje się woda o dużym zasoleniu, a po drugiej część jest pusta. Jeżeli na stronę o dużym zasoleniu wywrzemy nacisk to molekuły wody przejdą przez membranę na stronę pustą. Molekuły soli zaś zostaną po tej samej stronie, gdzie były. Otwory membrany mają przekrój 0,0001 mikrona. Większość molekuł znajdujących się w wodzie ma wymiary większe niż otwory w membranie więc zostają zatrzymane. Funkcję sita jakie spełnia membrana nazwana hiperfiltracją. Membrana doskonale oddziela z wody wszystkie zawiesiny azbestu, rdzy, glonów, wodorostów, bakterie, wirusy, metale ciężkie takie jak arsen, kadm, ołów, rtęć, srebro, pestycydy, herbicydy oraz molekuły organiczne takie jak sole baru, chloru, chromu, miedzi, fluoru, manganu, azotu, selenu czy sulfatu, produkty odpadowe przemysłu chemicznego takie jak radioaktywne pierwiastki i ich izotopy. Dla porównania średnia bakteria jest ok. 3 000 razy większa od cząsteczki wody, a wirus ok. 1000 razy większy.
Schemat działania odwróconej osmozy

Membrany osmotyczna wytwarzane przez człowieka.


W 1952 roku nastąpiło odkrycie tzw. membran poliamidowych (TFC) Sourirajana, które pokazało, ze przebieg osmozy może zachodzić również odwrotnie i w ten sposób praktycznie wszystkie zanieczyszczenia znajdujące w wodzie mogą zostać z niej usunięte. Metodę tą nazwano właśnie "ODWRÓCONĄ OSMOZĄ". Działa ona przeciwnie do procesu naturalnego, czyli wykorzystywane jest ciśnienie wody, aby "przepchnąć" czystą cząsteczkę wody przez membranę osmotyczną uzyskując dzięki temu krystalicznie czystą wodę.

Aktualnie membrany osmotyczne produkowane są tylko przez kilku producentów. Pozostali (podobnie jak to się dzieje w wielu innych obszarach przemysłu) z półproduktów przygotowują tylko produkty finalne, czyli membrany, które możemy odnaleźć w naszych systemach odwróconej osmozy.

Dokładność filtracji jaką otrzymujemy, tak jak pisaliśmy wcześniej pozwala więc na eliminację z wody nie tylko różnego rodzaju zawiesin i cząsteczek nierozupuszczalnych, ale także wirusów, bakteri, oraz większości szkodliwych dla organizmu związków chemicznych.

Jak zbudowana jest membrana osmotyczna spotykana w naszych systemach odwróconej osmozy?

Membrana osmotyczna stosowana w systemach odwróconej osmozy wygląda jak rolka folii nawiniętaj na walec. Woda wciskana jest pod ciśnieniem na błonę membrany. Zanieczyszczona woda przesuwa się równolegle do powierzchni membrany. Część wody przechodzi przez membranę i zostaje jako woda czysta. Pozostała część (brudna woda) kierowana jest do ścieku. Dlatego wszystkie systemy osmotyczne muszą być podpięte do kanalizacji, a proces odwróconej osmozy jest procesem stratnym. Czysta woda to ok. 20-35% wody zanieczyszczonej. Dzięki temu jednak, że woda brudna spłukiwana jest do ścieku nasze membrany osmotyczne mogą służyć przez długi okres czasu. Żeby wydłużyć okres przydatności membrany musimy chronić ją po pierwsze najlepszymi jak to jest możliwe filtrami mechanicznymi oraz filtrami z węglem aktywnym i to najlepiej z dodatkiem jonów srebra, żeby zmniejszać możliwość rozwoju bakterii na błonie membrany.

Budowę podstawowego systemu osmotycznego pokazujemy poniżej.
Schemat budowy systemu odwróconej osmozy

Jak długo działa membrana osmotyczna?

Membrany osmotyczne podlegają naturlanemu zużyciu. Określa się, że ich żywotność to ok. 3 lata. Podczas użytkowania membran:
- ściera się ich powierzchnia zewnątrzna
- powiększają się pory - zjawisko nazywane dekalibracją membrany
- w przypadku dużej ilości zanieczyszczeń może zachodzić zjawisko zarastania membran kamieniem
- przy stosowaniu węgla aktywnego niskiej jakości, który nie zatrzymuje chloru z odpowiednią skutecznością membrany mogą pokrywać się, zarastać, tzw. śluzem bakteryjnym.

Powiększanie się por membrany powoduje, że przepuszczają one coraz większe pierwiastki i związki chemiczne. Określa się, że nowa membrana przepuszcza ok. 10% związków chemicznych zawartych w wodzie nieoczyszczonej natomiast już po 3-4 latach membrana będzie przepuszczała aż 40% związków chemicznych. Trwałość membran zależy jednak od wielu czynników takich jak: zanieczyszcznie wody, sprawność filtrów ochronyych, temperatury wody, ciśnienia wody w sieci czy zużycia wody.




Podziel się zawartością

Musisz się zarejestrować

Kliknij tutaj aby się zarejestrować

Dodaj komentarz

prostozkranu