Business Blog

Uzdatnianie Wody Pitnej. Nowe Technologie "Odwrócona Osmoza"

2007-09-29 | Piotr Kiper

Uzdatnianie Wody Pitnej. Nowe Technologie "Odwrócona Osmoza". Filtry do oczyszczania wody pitnej, na zasadzie odwróconej osmozy. 


CO TO JEST OSMOZA
Zanim wytłumaczymy istotę działania osmozy naturalnej i odwróconej opiszemy budowę półprzepuszczalnych bł...
Filtry do oczyszczania wody pitnej, na zasadzie odwróconej osmozy.

CO TO JEST OSMOZA
Zanim wytłumaczymy istotę działania osmozy naturalnej i odwróconej opiszemy budowę półprzepuszczalnych błon osmotycznych (w technice: membran), bez których zjawiska te nie miałyby miejsca.

Półprzepuszczalne błony osmotyczne występujące w naturze, to bardzo cienkie materiały o wyjątkowo małej porowatości. Otóż pory takich błon posiadają wielkość około 0,0001m. Dużo to czy mało? Przypomnijmy sobie, że 1 mm jest 1000 razy większy od mikrometra (m) co oznacza, że pora błony osmotycznej jest 10 000 000 razy mniejsza od jednego milimetra. Natura miała swój powód, aby stworzyć błony o takiej właśnie porowatości, bowiem podobną wielkość ma cząsteczka wody - H2O.
Zatem, jeśli chcielibyśmy z cząstek wody ułożyć szereg długości 1 mm, to musielibyśmy ułożyć 10 000 000 takich cząstek:

OSMOZA NATURALNA
Z półprzepuszczalnych błon osmotycznych zbudowane są ścianki komórek ludzkich i zwierzęcych, błony takie mają swoje miejsce w naszych jelitach, w korzeniach roślin i wielu innych miejscach życia biologicznego. Ale chcemy przecież dowiedzieć się do czego te błony służą. Okazuje się, że jeśli błona osmotyczna rozdzieli dwa różnie stężone roztwory wodne wówczas dzięki zjawisku osmozy naturalnej dojdzie do zrównania tych stężeń poprzez, nietypowe dla innych zjawisk fizycznych, wymieszanie się tych roztworów. Dlaczego nietypowe? W tym miejscu należy zauważyć, że zdecydowana większość związków chemicznych, które rozpuszczają się w wodzie, to związki zdecydowanie większe od cząstki H2O. Cząsteczka wody zbudowana jest z dwóch atomów wodoru i jednego atomu tlenu, gdzie wodór jest przecież najmniejszym atomem, jaki znamy w przyrodzie, a tlen jest również niewiele większy. Dlatego jest ona niemal zawsze mniejsza od pierwiastków oraz związków w niej rozpuszczonych. Oznacza to, że rozpuszczone w wodzie związki mają mniejsze szanse przedostać się przez błonę, z kolei łatwo przechodzą przez nią cząsteczki wody. W przypadku rozdziału błoną osmotyczną dwóch różnie stężonych roztworów wodnych pojawią się odpowiednie siły (ciśnienie osmotyczne), które spowodują ruch wody z roztworu mniej stężonego (woda czysta)do roztworu gęstego (woda brudna).

Występowanie osmozy naturalnej w przyrodzie zauważono już ponad 200 lat temu. Przez wiele lat czyniono próby wytworzenia sztucznie błony osmotycznej. Pierwsze membrany, produkowane z materiałów celulozowych (symbol techniczny CTA), okazały się mało trwałe i dopiero odkrycie w roku 1952 membran poliamidowych (symbol techniczny TFC) wywołało rewolucję w dziedzinie oczyszczania wody metodą osmozy odwróconej.

OSMOZA ODWRÓCONA
Efektem osmozy naturalnej jest wyrównywanie stężeń dwóch różnych roztworów, czyli inaczej wymieszanie się wody bardziej i mniej zabrudzonej. Ale nam, technikom oczyszczania wody pitnej, zależy na tym, aby z wody brudnej odzyskać wodę czystą, a efekt taki możemy uzyskać poprzez pokonanie ciśnień osmotycznych występujących w osmozie naturalnej. Jeśli to uczynimy, to spowodujemy ruch wody z roztworu bardziej stężonego (woda brudna) do roztworu o stężeniu mniejszym (woda czysta). Błony osmotyczne wytwarzane sztucznie nazywa się w technice membranami.

DZIAŁANIE MEMBRANY OSMOTYCZNEJ
Membrany osmotyczne do oczyszczania wody pitnej produkowane są obecnie tylko w USA i są podstawowym elementem w systemach oczyszczania wody pitnej w domu, o których piszemy w kolejnych rozdziałach. W jaki sposób następuje na membranie proces oczyszczania wody z kranu lub ze studni, pokazuje rys.1.3 (membrana osmotyczna)

Wcześniej przedstawiono już, że zanieczyszczona woda zawiera w sobie:
1. Zawiesiny, czyli części nierozpuszczone.
2. Bakterie i wirusy.
3. Pierwiastki oraz związki chemiczne, czyli elementy rozpuszczone.

Wszystkie te kategorie zanieczyszczeń pokazujemy na rysunku, który jest oczywiście bardzo uproszczony. Widzimy zatem duże jony rtęci, kadmu czy ołowiu na tle małych, niebieskich krążków, które symbolizują cząstkę wody. Widać również jony sodu, potasu, magnezu i wapnia które są niewiele większe od cząstek wody. Na tym małym rysunku nie sposób pokazać tysięcy innych związków chemicznych, które wzbogacają nasze wody pitne. Pamiętajmy, że dzisiejszy przemysł chemiczny tworzy nieustannie nowe związki chemiczne (obecnie jest zarejestrowanych ponad 16 milionów) poprzez ich ciągłe powiększanie.

Membrany osmotyczne przeznaczone do urządzeń osmotycznych posiadają pory dwukrotnie większe niż pory w błonach osmotycznych występujących w naturze. Dzięki temu małe pierwiastki mineralne (sód, potas, wapń oraz magnez) łatwo przechodzą przez nie. Na poniższym rysunku widzimy, że średnia bakteria jest około 3 tysiące razy większa natomiast wirus tysiąc razy większy od pory membrany.

Przez membranę przechodzą cząstki wody. Jest to proces bardzo powolny - z milionów cząstek wody powstają pierwsze kropelki, które zbierane są w odpowiednim zbiorniku. Zauważ Czytelniku, że wraz z wodą przechodzą również małe jony sodu, potasu, wapnia i magnezu, które należą do pierwiastków życia.

Większe pierwiastki oraz związki chemiczne nie mają szans na przedostanie się przez membranę. Nie przejdą również bakterie i wirusy ani osady.

Membrany osmotyczne ulegają naturalnemu zużyciu:
a) ściera się ich powierzchnia zewnętrzna,
b) w trakcie eksploatacji powiększają się pory membrany (dekalibracja membran),
c) w przypadku dużych stężeń zanieczyszczeń może dochodzić do zarastania membrany kamieniem,
d) przy stosowaniu przestarzałego węgla aktywnego (lasacja węgla), który nie zatrzymuje chloru i nie potrafi bronić się przed bakteriami oraz przy oczyszczaniu niechlorowanych wód studziennych, membrany mogą zarosnąć śluzem bakteryjnym.

Powiększenie por membrany w trakcie jej używania powoduje, że przechodzą przez nią coraz większe pierwiastki i związki chemiczne. Przy czym z większym prawdopodobieństwem przechodzą części małe, najczęściej naturalne - sód, potas, magnez i wapń. Nowe membrany przepuszczają do 10% związków chemicznych zawartych w wodzie nieoczyszczonej, a gdy średnio po czterech latach używania membrana będzie przepuszczać około 40% związków chemicznych, należy wymienić ją na nową. Trwałość membrany jest oczywiście różna i zależy od kilku czynników:
1. Zanieczyszczenia wody.
2. Sprawności oraz jakości wstępnych filtrów ochronnych.
3. Temperatury wody.
4. Ciśnienia wody w sieci.
5. Zużycia wody.
6. Wydajności membrany.

Trwałość membrany można zwiększyć zdecydowanie poprzez stosowanie oryginalnych filtrów ochronnych (mechanicznych i węglowych) zalecanych przez producenta. Przy tym jest rzeczą charakterystyczną, że im więcej wody się zużywa, tym dłużej i lepiej membrana pracuje.

Na powyższej animacji można zauważyć, że zanieczyszczona woda przesuwa się równolegle do powierzchni membrany i tylko część wody czystej zostanie z niej odzyskana. Pozostała część, czyli brudna woda, kierowana jest do ścieku. Odzysk wody czystej wynosi od 25 do 35 % wody zanieczyszczonej, a dzięki ciągłemu spłukiwaniu membrany wodą kierowaną do ścieku są one przez wiele lat czynne i nie zatykają się. Powierzchnia membrany jest opatentowaną metodą namagnetyzowana i dzięki temu powstaje na jej powierzchni ochronna błona z wody, która chroni ją przed szybkim ścieraniem się.

Wcześniej wspominaliśmy, że w naszych wodach kranowych i studziennych znajdują się jednocześnie setki niepożądanych i szkodliwych dla zdrowia związków chemicznych, bowiem obecnie istnieje ponad 2.500 związków, które łatwo rozpuszczają się w wodzie. Na poniższym rysunku przedstawiamy tylko dwa wybrane związki z grupy pestycydów (lindan i DDT) na tle pory membrany osmotycznej, aby pokazać, że nie mają one żadnych szans przedostać się przez nią.

Na Rys.1.4 Pokazujemy budowę modułu z membraną osmotyczną.

BUDOWA ORAZ DZIAŁANIE DOMOWYCH URZĄDZEŃ OSMOTYCZNYCH
Sama membrana osmotyczna nie wystarczy do użytku w gospodarstwie domowym, a tym bardziej w biurze, restauracji, przedszkolu itp. Jeśli zainstalowalibyśmy membranę osmotyczną bezpośrednio do kranu, to po kilku dniach używania nadawałaby się ona do kosza. Po prostu zatka się i zablokuje. Owszem, na Zachodzie istnieje od wielu lat moda na takie "nieuzbrojone" membrany, które zabiera się ze sobą na urlop do krajów z niepewną wodą pitną (takich krajów jest dzisiaj więcej niż tych z wodą pewną). Turysta instaluje taką membranę do swojego kranu w pokoju hotelowym, na kempingu itd., a po odbytym urlopie wyrzuca ją do kosza.

Żeby membrana osmotyczna mogła działać dłużej, należy chronić ją wstępnie filtrami mechanicznymi oraz filtrem z węglem aktywnym. Ponieważ produkcja czystej wody następuje wyjątkowo wolno i jednocześnie dokładnie (kropla po kropli), stąd konieczność instalowania dodatkowego zbiornika. Za zbiornikiem musi się znaleźć kolejny filtr z węglem aktywnym, którego zadaniem jest "szlifowanie" ostatecznego smaku wody do picia. Aby wywołać w urządzeniu proces osmotyczny, należy wytworzyć w nim odpowiednie ciśnienie, a tego nie zdołamy uzyskać bez zaworu spiętrzającego (tzw. dławik). Jednym słowem urządzenie do produkcji wody musi mieć odpowiednią budowę i logistykę, aby mogło działać sprawnie, skutecznie oraz odpowiednio długo.

Rys.1.5 Przedstawia schemat blokowy aparatu osmotycznego.

W naszej ofercie ciekawy wybór filtrów osmotycznych.

Piotr K.

Komentarze

Nie jesteś zalogowany! Dodaj komentarz jako użytkownik portalu Dodaj komentarz anonimowo jako gość.