System odwróconej osmozy
Odwrócona osmoza uznawana jest za jeden z najważniejszych wynalazków na świecie. Zapewniła zdatną do picia wodę w miejscach, gdzie ta wcześniej nie występowała. Za kilkadziesiąt lat może okazać się zbawienną metodą ratowania ludności całego świata.
Warto mieć na uwadze, że zasoby wody pitnej z roku na rok się kurczą. Niedługo może stać się cenniejsza niż jakikolwiek inny surowiec na świecie. Wtedy wszyscy będziemy zmuszeni do picia wody, która została wcześniej odpowiednio odsolona i uzdatniona.
Historia Osmozy
Aby dobrze zrozumieć, czym jest odwrócona osmoza, najlepiej zacząć od początku, czyli od tego, skąd właściwie wziął się ten proces i jak doszło do jego odkrycia? Kto był za to odpowiedzialny i dlaczego wszystkim tak bardzo zależało na stworzeniu syntetycznej membrany osmotycznej?
Oto kilka faktów z historii. Szereg obserwacji doprowadził do poznania procesu, który ze względu na swoją ogromną wydajność jest nazywany także hiperfiltracją. Do tej pory nie wymyślono tak samo wydajnej bądź lepszej metody uzdatniania wody.
W roku 1748 Jean Antone Nollet zaobserwował proces osmozy przez półprzepuszczalne membrany. Francuski duchowny i uczony obserwował jak zachowuje się woda, przepływając przez pęcherz świni. Z jego badań wynikało, że cząsteczki o niższym stężeniu mogą swobodnie przepływać na drugą stronę, do wyższego stężenia.
Przez wiele kolejnych lat próbowano stworzyć sztuczną membranę działającą na wzór tej naturalnej. W roku 1860 wreszcie udało się stworzyć pierwszą syntetyczną membranę półprzepuszczalną. Wyniki badań i wynalazek dokładnie opisano. Nadal trwały jednak prace nad stworzeniem membrany, która byłaby bardziej wydajna, ekonomiczna, dawałaby możliwość uzyskiwania czystej wody. Czy to w ogóle było możliwe do osiągnięcia?
W roku 1949 Grupa z Uniwersytetu Kalifornijskiego rozpoczyna badania nad odsalaniem wody morskiej za pośrednictwem membrany osmotycznej. Rok później eksperyment kończy się sukcesem, jednak strumień jest zbyt mały, by można było uznać to za inwestycję, która się zwróci i zapewni oczekiwane efekty.
W 1952 profesor Srinivasa Sounrajan w toku przeprowadzanych badań zaobserwował, że proces naturalnej osmozy da się odwrócić, a dzięki temu usunąć z wody zawarte w niej zanieczyszczenia.
Przy współpracy z Sidneyem Loebem udało się wynaleźć syntetyczną membranę, w której zachodzi proces odwróconej osmozy. Wykonano ją z octanu celulozy, była asymetryczna, porowata, posiadała grubsze podłoże. Przez membranę przeciskała się jedynie czysta woda. Reszta cząsteczek pozostawała na niej.
1965 to rok, w którym w miejscowości Coalinga pojawił się pierwszy duży zakład odsalania wody morskiej za pomocą systemu odwróconej osmozy. Ten projekt wzbudził zainteresowanie inżynierów i rządów z całego świata.
Do końca 2001 roku już pracowało lub było w trakcie planowania bądź budowy ponad 15 tysięcy zakładów odsalania wody morskiej za pomocą odwróconej osmozy.
Etapy filtracji
Filtracja wody z zastosowaniem samej membrany osmotycznej nie miałaby większego sensu. Pyłki, rdza i inne zanieczyszczenia mechaniczne obecne w surowej wodzie szybko zapchałyby membranę i efektywność uzdatniania spadłaby do zera. Z tego powodu na wejściu filtra montuje się wkład wyłapujący zanieczyszczenia mechaniczne.
Poza tym membrana ma bardzo dużą skłonność absorbowania chloru, przez co – bez uprzedniego przefiltrowania wody wkładem węglowym (najczęściej granulowanym) – bardzo szybko się zużywa. Dodatkowo w każdym zestawie odwróconej osmozy montowany jest na końcu filtr szlifujący – filtr węglowy, który poprawia smak i zapach wody.
Proces odwróconej osmozy
Odwrócona osmoza już od wielu lat uznawana jest za najdoskonalszy i najdokładniejszy z procesów uzdatniania wody. Odwrócona osmoza pozwala na usunięcie z wody cząsteczek tak małych, jak choćby pojedyncze jony.
W tym procesie wykorzystywana jest specjalna półprzepuszczalna membrana osmotyczna. A jak właściwie działa?
Zjawisko, bądź proces odwróconej osmozy wykorzystuje specjalną membranę półprzepuszczalną, która przepuszcza wyłącznie krystalicznie czystą wodę, zatrzymując wszystkie zanieczyszczenia, które w późniejszym etapie są odprowadzane do kanalizacji. Membrana posiada mikroskopijne pory (o wielkości 0,0005 mikrona), przez które woda zostaje przeciśnięta za sprawą ciśnienia instalacji wodociągowej.
Jak widać, surowa woda zostaje przefiltrowana do ultra-czystej postaci, a zanieczyszczenia trafiają do odpływu. W procesie oczyszczania wody do kanalizacji odprowadzane są takie zanieczyszczenia jak: cząstki mechaniczne, chlor, bakterie, wirusy, pestycydy, etc.
Dlaczego nazwa Odwrócona Osmoza?
Otóż w naturalnych warunkach, gdzie nie ma możliwości wykorzystania ciśnienia instalacji, proces osmozy zachodzi od roztworu o niższym stężeniu substancji rozpuszczonej do roztworu o większym stężeniu. Taki proces nazywany jest osmozą spontaniczną.
Proces osmozy spontanicznej trwa dość długo. Cząsteczki „mniejsze” odbijają się od siebie spontanicznie, trafiając w pory membrany i przechodząc do roztworu o większej koncentracji cząsteczek w cieczy.
Proces odwraca się poprzez zwiększenia ciśnienia obszaru o większej koncentracji. W taki sposób cząsteczki przechodzą od roztworu o większym stężeniu do roztworu o mniejszym stężeniu – wszystko w celu uzyskania czystej wody. W tym właśnie przypadku można mówić o odwróconej osmozie.
Wszystko brzmi nieco skomplikowanie, jednak ilustracja powinna dokładnie wyjaśnić to zjawisko.
Osmoza
Cząsteczki rozpuszczone w wodzie swobodnie odbijają się od siebie i raz na jakiś czas spontanicznie przechodzą przez otwory w membranie (tylko te mniejsze cząsteczki – te większe nie zmieściłyby się, by przejść przez pory). Prowadzi to do koncentracji wszystkich cząsteczek po jednej stronie roztworu
Odwrócona osmoza
Pod wpływem ciśnienia przeciskamy skoncentrowane cząsteczki przez membranę, która zatrzymuje wszystkie zanieczyszczenia i przepuszcza czystą wodę.
W taki sposób otrzymuje się wodę o niemal czystej postaci H2O, bez żadnych dodatkowych substancji, w tym nawet bakterii i wirusów.