Осмос і зворотний осмос

Процес зворотного осмосу, як спосіб очищення води, почав набувати популярності на початку 60-х років. Спочатку він застосовувався для опріснення морської води. Сьогодні за принципом зворотного осмосу в світі виробляються сотні тисяч тонн питної води на добу. Удосконалення технології зробило можливим активного застосування зворотноосмотичних систем в домашніх умовах. На даний момент в світі вже встановлені тисячі таких систем. Отримана зворотним осмосом вода має надзвичайно високий ступінь очищення . За своїми властивостями вона близька до талої води стародавніх льодовиків , яка визнається найбільш екологічно чистою і корисною для здоров'я людини.

Принцип дії

Явище осмосу лежить в основі обміну речовин всіх живих організмів. Завдяки йому в кожну живу клітину надходять поживні речовини і, навпаки, виводяться шлаки. Явище осмосу спостерігається , коли два соляні розчини з різними концентраціями розділено напівпроникною мембраною. Ця мембрана пропускає молекули і іони певного розміру, але служить бар'єром для речовин з молекулами більшого розміру. Таким чином, молекули води здатні проникати через мембрану, а молекули розчинених у воді солей — ні. Якщо по різні сторони напівпроникної мембрани знаходяться солевмісні розчини з різною концентрацією, молекули води будуть переміщатися через мембрану із слабо концентрованого розчину в більш концентрований, викликаючи в останньому підвищення рівня рідини. Через явища осмосу процес проникнення води через мембрану спостерігається навіть у тому випадку, коли обидва розчину знаходяться під однаковим зовнішнім тиском. Різниця у висоті рівнів двох розчинів різної концентрації пропорційна силі, під дією якої вода проходить через мембрану. Ця сила називається "осмотичним тиском".

Зворотний осмос

Зворотний осмос

У разі, коли на розчин з більшою концентрацією впливає зовнішній тиск (створюване насосом), перевищує осмотичний, молекули води почнуть рухатися через напівпроникну мембрану в зворотному напрямку, тобто з більш концентрованого розчину в менш концентрований. Цей процес називається "зворотнім осмосом". За цим принципом і працюють всі мембрани зворотного осмосу.

У процесі зворотного осмосу вода і розчинені в ній речовини розділяються на молекулярному рівні, при цьому з одного боку мембрани накопичується практично ідеально чиста вода, а всі забруднення залишаються по іншу її сторону. Таким чином, зворотний осмос забезпечує набагато вищий ступінь очищення, чим більшість традиційних методів фільтрації, заснованих на фільтрації механічних частинок і адсорбції ряду речовин за допомогою активованого вугілля. Крім того, метод зворотного осмосу набагато простіше і дешевше в експлуатації в порівнянні з іонообмінними системами.

Застосування

У системах зворотного осмосу побутового призначення тиск вхідної води на мембрану відповідає тиску води в трубопроводі (3-4 атм.). У разі, якщо тиск зростає, потік води через мембрану також зростає.

На практиці, мембрана неповністю затримує розчинені у воді речовини. Вони проникають через мембрану, але в мізерно малих кількостях. Тому очищена вода все-таки містить незначну кількість розчинених речовин. Важливо, що підвищення тиску на вході не призводить до зростання вмісту солей у воді після мембрани. Навпаки , більший тиск води не тільки збільшує продуктивність мембрани , але і покращує якість очищення . Іншими словами, чим вище тиск води на мембрані, тим більше чистої води кращої якості можна отримати.

У процесі очищення води концентрація солей з боку входу зростає, через що мембрана може засмітитися і перестати працювати. Для запобігання цього уздовж мембрани створюється примусовий потік води, що змиває "розсіл" в дренаж.

Ефективність процесу зворотного осмосу відносно різних домішок і розчинених речовин залежить від ряду факторів. Тиск, температура , рівень рh , матеріал, з якого виготовлена мембрана, і хімічний склад вхідної води, впливають на ефективність роботи систем зворотного осмосу.

Неорганічні речовини дуже добре відділяються зворотноосмотичною мембраною. Залежно від типу застосовуваної мембрани (ацетатцелюлозна або тонкоплівкова композитна) ступінь очищення складає по більшості неорганічних елементів 85% — 98%. Мембрана зворотного осмосу також видаляє з води і органічні речовини. Органічні речовини з молекулярною вагою більше 100-200 видаляються повністю; а з меншию — можуть проникати через мембрану в незначних кількостях. Великий розмір вірусів і бактерій практично виключає вірогідність їх проникнення через мембрану. Водночас , мембрана пропускає розчинені у воді кисень та інші гази, що визначають її смак. В результаті, на виході системи зворотного осмосу вода виходить свіжа і смачна.

Таблиця для осмоса

По суті справи, на явищі осмосу і зворотного осмосу реалізується така ж процедура очищення, як в механічних фільтрах, тільки на молекулярному рівні. Тверде тіло є дуже дрібною природного сіткою , тому що між атомами є порожнечі розміром в кілька ангстрем. Але ця сітка тривимірна і виключно щільна , вона не пропускає нічого. Однак уявіть, що ми

виготовили плівку - мембрану товщиною в один атом або молекулу , а реально - у багато молекулярних шарів , але все-таки вельми тонку , від 1мм до 0,1 мм або ще тонше. У цій плівці між молекулами будуть "отвори-пори", причому дуже маленькі, набагато менше, ніж в механічних фільтрах. Питна вода складається з молекул Н2О і безлічі молекул та іонів домішок, і всі вони мають хоча і малі, але різні розміри. Якщо проціджувати воду через мембрану (точно так само, як ми це робили через марлю), то пройдуть невеликі молекули води і близькі до них за величиною, а більші будуть затримані. Це і є принцип осмотичної або мембранної фільтрації.

Назад до списку статей