Αντίστροφη όσμωση

[Λιβέρης Σταύρος]

Τι είναι η ‘’αντίστροφη όσμωση’’;
Η αντίστροφη όσμωση, είναι γνωστή επίσης και σαν η ανώτερη δυνατή φίλτρανση από την βιομηχανία τεχνολογίας καθαρισμού νερού. Η αντίστροφη όσμωση (RO) αναπτύχθηκε στα τέλη του 1950 με την συνδρομή της Αμερικανικής Κυβέρνησης, σαν μέθοδος αφαλάτωσης θαλασσινού νερού και μετατροπή του σε πόσιμο. Σήμερα, το σύστημα αντίστροφης όσμωσης έχει ονομαστεί έτσι σαν την τελειότερη λύση καθαρισμού και φιλτραρίσματος νερού. Χρησιμοποιήθηκε επίσης για το πότισμα των φυτών, και από πολλές βιομηχανίες που απαιτούν ultra-καθαρισμένο νερό.
Τώρα αυτή η εξελιγμένη τεχνολογία είναι πλέον διαθέσιμη στα σπίτια και στα γραφεία για πόσιμο νερό με πολύ μικρό κόστος.


Ποια είναι η αρχή λειτουργίας της αντίστροφης όσμωσης κατά την φυσική;
Το φαινόμενο της όσμωσης εμφανίζεται όταν καθαρό νερό ή μια αραιή αλατούχος διάλυση που βρίσκεται στην μια πλευρά μιας ημιπερατής μεμβράνης περνάει μέσω αυτής της μεμβράνης σε μια υψηλότερης συγκέντρωσης αλατούχο διάλυση που βρίσκεται στην άλλη πλευρά της.

Το φαινόμενο της όσμωσης εμφανίζεται στην εικόνα 1. Μια ημιπερατή μεμβράνη τοποθετείται μεταξύ δύο διαμερισμάτων. "Ημιπερατή", σημαίνει ότι η μεμβράνη είναι διαπερατή σε μερικά είδη, και μη διαπερατή σε άλλα. Υποθέστε ότι αυτή η μεμβράνη είναι διαπερατή στο ύδωρ, αλλά δεν είναι στο αλάτι. Κατόπιν, τοποθετούμε ένα αλατούχο διάλυμα σε ένα διαμέρισμα και το καθαρό νερό στο άλλο διαμέρισμα. Η μεμβράνη θα επιτρέψει μόνο στο νερό να διαπεράσει δια μέσω της στην άλλη πλευρά που βρίσκεται το αλατούχο διάλυμα. Το αλάτι δεν μπορεί να περάσει προς την πλευρά του καθαρού νερού.
Κατ’ αυτόν τον θεμελιώδη κανόνα της φύσης, αυτό το σύστημα θα προσπαθήσει να φθάσει στην ισορροπία. Δηλαδή θα προσπαθήσει να φθάσει στην ίδια συγκέντρωση και στις δύο πλευρές της μεμβράνης. Ο μόνος πιθανός τρόπος να επιτευχθεί η ισορροπία είναι το νερό να περάσει από το καθαρό διαμέρισμα νερού στο διαμέρισμα με το διάλυμα υψηλής περιεκτικότητας αλατιού, για να αραιώσει το αλατισμένο διάλυμα.
Στην εικόνα 1 επίσης δείχνει ότι η όσμωση μπορεί να προκαλέσει μια άνοδο στο ύψος της στήλης του αλατισμένου διαλύματος. Αυτό το ύψος θα αυξηθεί έως ότου η πίεση της στήλης του αλατισμένου διαλύματος είναι τόσο υψηλή που η δύναμη αυτής της υδάτινης στήλης σταματά τη ροή του νερού. Το σημείο ισορροπίας αυτού του ύψους της υδάτινης στήλης (του αλατούχου διαλύματος), σε σχέση με την πίεση του νερού ενάντια στη μεμβράνη, είναι η ‘’οσμωτική πίεση’’.
Εάν μια δύναμη εφαρμόζεται σε αυτήν την στήλη του αλατισμένου διαλύματος, η κατεύθυνση της ροής του νερού μέσω της μεμβράνης μπορεί να αντιστραφεί. Αυτό είναι η βάση της αντίστροφης όσμωσης. Σημειώστε ότι αυτή η ροή παράγει ένα καθαρό νερό από την αλατισμένη διάλυση, δεδομένου ότι η μεμβράνη δεν είναι διαπερατή στο αλάτι.

Εικόνα 1.


Τι είδους ακαθαρσίες μπορεί ένα σύστημα αντίστροφης όσμωσης να αφαιρέσει από το νερό;
Το σύστημα νερού αντίστροφης όσμωσης σας προστατεύει από ακαθαρσίες του νερού που θα επηρεάσουν την υγεία σας όπως βαρέα μέταλλα, μόλυβδο, άλατα, χλώριο, χημικά, λιπάσματα, παθογόνους μικροοργανισμούς, ιούς, βακτηρίδια και ακόμα από ραδιενεργά απόβλητα.

Το σύστημα αντίστροφης όσμωσης είναι η πιο αποτελεσματική λύση για καθαρό και φιλτραρισμένο νερό. Μπορεί να φιλτράρει νερό χρησιμοποιώντας ειδικές μεμβράνες τεχνολογίας 0,0001 – 0,001 μίκρο. Αυτή η τεχνολογία χρησιμοποιείται και για την εμφιάλωση νερού (χρησιμοποιώντας μόνο το καθαρό νερό και όχι όλο), επίσης αυτή η τεχνολογία είναι ικανή για την αφαλάτωση του θαλασσινού νερού και την μετατροπή του σε πόσιμο.

Εικόνα 2. Πίνακας με το τι αφαιρείται από το κάθε είδος φίλτρανσης


Εικόνα 3. Άλλος παρόμοιος πίνακας


Για να έχετε μια εικόνα του μεγέθους των πόρων της μεμβράνης και των βακτηριδίων (bacteria) και ιών (virus) κοιτάξτε την παρακάτω εικόνα όπου το κόκκινο μικρό σημείο είναι το μέγεθος του πόρου (pore - της οπής - τρύπας) της μεμβράνης.

Εικόνα 4.
Εικόνα 5. Το ίδιο ισχύει και στην πιο κάτω εικόνα


Ένα σύστημα φίλτρανσης χωρίς την τεχνολογία της αντίστροφης όσμωσης δεν μπορεί να φιλτράρει σε τόσο υψηλό επίπεδο. Για να κατανοήσετε την διαφορά, σας παραθέτουμε την κάτωθι εικόνα. Αριστερά είναι μια μεμβράνη αντίστροφης όσμωσης (0,001 – 0,0001 μικρά) όπου δεν μπορείτε να ξεχωρίσετε τους πόρους που περνά το νερό. Δεξιά μια εικόνα φίλτρου μικροφίλτρανσης (τα μικροφίλτρα κυμαίνονται από 0,1 μικρά – 0,5 μικρά) μέσα στην περιοχή όπου βρίσκεται ακόμα και το καλύτερο μικροφίλτρο που κυκλοφορεί στην παγκόσμια αγορά.

Εικόνα 6. Σύγκριση πόρων αντίστροφης όσμωσης και μικροφίλτρου

Πώς λειτουργεί;
Εν συντομία, το σύστημα αντίστροφης όσμωσης επεξεργάζεται το νερό που με πίεση κινείται ανάμεσα σε 0,0001 – 0,001 μίκρο πόρους (τρύπες) ειδικής μεμβράνης. Το νερό καθώς περνάει μέσα από έναν ειδικό θάλαμο (στρογγυλό σωλήνα – δοχείο), συμπιέζεται τριγύρω σε έναν κεντρικό σωλήνα σπιράλ που είναι η μεμβράνη φιλτραρίσματος νερού.
Είναι αυτή η πίεση που χρειάζεται για να σπρώξει το νερό να περάσει μέσα από την μεμβράνη ώστε να γίνει ο διαχωρισμός από τα ανεπιθύμητα στοιχεία του νερού
Το πιο σημαντικό για την αντίστροφη όσμωση είναι ότι τα ανεπιθύμητα στοιχεία αυτομάτως φεύγουν μέσω της αποχέτευσης και έτσι δεν ‘’χτίζουν - επικαλύπτουν’’ την μεμβράνη όπως συμβαίνει με τα κοινά συστήματα φίλτρανσης. Αυτό επιτυγχάνεται χρησιμοποιώντας μέρος του νερού παροχής το οποίο ξεπλένει την μεμβράνη και την κρατάει καθαρή. Δηλαδή υπάρχει μια είσοδος νερού που τροφοδοτεί το σύστημα και από την άλλη πλευρά υπάρχουν δυο έξοδοι. Η μια έξοδος τροφοδοτεί ‘’πλήρως καθαρό νερό’’ και η άλλη βγάζει νερό μαζί με τα ανεπιθύμητα στοιχεία. Αυτός είναι και ο λόγος που οι μεμβράνες μπορούν να διαρκέσουν πάρα πολύ περισσότερο και λειτουργούν με μια μικρή συντήρηση, σαν να είναι καινούργιες ακόμα και μετά από χρόνια λειτουργίας.
Το σύστημα αντίστροφης όσμωσης πέρασε τα τελευταία χρόνια από διάφορες βελτιώσεις για την λειτουργία του και εδώ και αρκετά χρόνια είναι πλήρως έτοιμο να ανταποκριθεί στις ανάγκες σας για καθαρό και φρέσκο νερό.

Εικόνα 7. Μεμβράνη και πως είναι κατασκευασμένη




Ποιο είναι το ποσοστο απορριψης των στοιχειων;

Πληροφοριακά και σύμφωνα με πίνακα μιας από τις μεγαλύτερες εταιρείες μεμβρανών της General Electric – Osmonics / Desal οι τυπικές απορρίψεις στοιχείων από τις μεμβράνες είναι περίπου οι κάτωθι:

TYPICAL MEMBRANE REJECTIONS

SALTS

CATIONS
KATIONTA


ANIONS
ANIONTA

Name

Symbol

Percent Rejection

Name

Symbol

Percent Rejection

Sodium

Na+

95-97

Chloride

Cl-1

95-97

Calcium

Ca+2

96-98

Bicarbonate

HCO3-1

95-96

Magnesium

Mg+2

96-98

Sulfate

SO4-2

99+

Potassium

K+1

95-97

Nitrate

NO3-1

93-96

Iron

Fe+2

98-99

Fluoride

F-1

94-96

Manganese

Mn+2

98-99

Silicate

SiO2-2

95-97

Aluminum

Al+3

99+

Phosphate

PO4-3

99+

Ammonium

NH4+1

88-95

Bromide

Br-1

94-96

Copper

Cu+2

98-99

Borate

B4O7-2

35-70**

Nickel

Ni+2

98-99

Chromate

CrO4-2

90-98

Zinc

Zn+2

98-99

Cyanide

CN-1

90-95**

Strontium

Sr+2

96-99

Sulfite

SO3-2

98-99

Hardness

Ca and Mg

96-98

Thiosulfate

S2O3-2

99+

Cadmium

Cd+2

96-98

Ferrocyanide

Fe(CN)6-3

99+

Silver

Ag+1

94-96

Mercury

Hg+2

96-98

ORGANICS

Molecular Weight
Percent Rejection
Sucrose sugar
342
100
Lactose sugar
360
100
Protein
10,000 up
100
Glucose
198
99.9
Phenol
94
***
Acetic acid
60
***
Formaldehyde
30
***
Dyes
400 to 900
100
Biochemical Oxygen Demand
(BOD)
90-99
Chemical Oxygen Demand
(COD)
80-95
Urea
60
40-60
Bacteria & virus
50,000-500,000
100
Pyrogen
1000-5000
100

***Permeate is enriched in material due to preferential passage through the membrane

Gases, Dissolved:
Carbon dioxide
CO2
30-50%
Oxygen
O2
Enriched in permeate
Chlorine
Cl2
30-70%