Atbulinis osmosas

Membranų technologija

Veikiamos aukšto slėgio, vandens molekulės ir kai kurios ištirpusios medžiagos (kurių dydis yra mažesnis už membranos porų dydį) prasiskverbia pro membraną, o kitos priemaišos yra sulaikomos. Praeidamas pro membraną valomas vanduo dalijasi į du srautus: filtratą (išvalytą vandenį) ir koncentratą (koncentruotą priemaišų tirpalą). Filtratas tiekiamas vartotojui, o koncentratas išbėga į nuotekas.
Visos priemaišos, kurios yra didesnė už membranos poras, mechaniškai negali prasiskverbti pro membraną. Naudojant tokią technologiją, jeigu valomo vandens parametrai smarkiai pablogėja, išvalyto vandens kokybė vis tiek išlieka stabiliai aukšta.
Membrana, skirtingai negu „kaupiamosios“ vandens valymo sistemos (aktyvuotos anglies, jonų mainų dervų sistemos ir pan.) nekaupia savyje priemaišų, todėl nėra tikimybės, kad šios priemaišos pateks į išvalytą vandenį.
Sulaikomų dalelių dydį apsprendžia membranos struktūra, t.y. jos porų dydis. Pagal sulaikomų dalelių dydį membraninius procesus galima būtų suklasifikuoti taip:

•     mikrofiltracijos membranos;
•     ultrafiltracijos membranos;
•     nanofiltracijos membranos;
•     atbulinio osmoso membranos.

Atbulinio osmoso membranos turi siauriausias poras, todėl jos yra selektyviausios. Jos sulaiko visas bakterijas ir virusus, didesnę ištirpusių druskų ir organinių medžiagų dalį (įskaitant geležį ir humuso junginius, suteikiančius vandeniui spalvą ir patogenines medžiagas). Atbulinio osmoso membranos sulaiko vidutiniškai 97-99% visų ištirpusių medžiagų. Tokios membranos naudojamos daugelyje pramonės šakų, kur reikia aukštos kokybės vandens (vandentiekis, alkoholinių ir nealkoholinių gamyba, maisto pramonė, farmacija, elektronikos pramonė ir pan.). Atbulinio osmoso membranos plačiai naudojamos buityje – atbulinio osmoso sistemos suteikia galimybę naudotis švariausiu vandeniu, atitinkančiu Sanitarines taisykles ir normas bei Europos geriamojo vandens kokybės standartus, o taip pat visus reikalavimus, keliamus buitinėje technikoje, šildymo sistemose ir santechnikoje naudojamam vandeniui.
Naudojant dviejų pakopų atbulinį osmosą (vanduo du kartus leidžiamas pro atbulinio osmoso membranas) gaunamas distiliuotas ir demineralizuotas vanduo. Tokios sistemos yra ekonomiškai labiau apsimokančios alternatyvos distiliavimo-garinimo įrenginiams, jos yra naudojamos daugelyje gamybos sričių (galvanikoje, elektronikoje ir pan.).
Membranų technologija plačiai paplito pramonėje ir buityje dėl keleto akivaizdžių privalumų:

•     visada aukšta išvalyto vandens kokybė;
•     skirtingai negu kaupiamosios vandens valymo sistemos (aktyvuota anglis, jonų mainų dervos ir pan.) membranos nekaupia savyje priemaišų, todėl nėra tikimybės joms patekti į išvalytą vandenį;
•     nedidelės eksploatacinės išlaidos;
•     ekologinis saugumas – nelieka cheminių atliekų ir reagentų;
•     reikia minimalios priežiūros;
•     kompaktiškumas.

Atbulinis osmosas

Jeigu didesnės koncentracijos tirpalą veikia išorinis slėgis, sustabdantis osmoso slėgį, vandens molekulės pradeda judėti pro pusiau pralaidžią membraną priešinga kryptimi, t.y. iš didesnės koncentracijos tirpalo į mažesnės koncentracijos tirpalą.

Šis procesas yra vadinamas „atbuliniu osmosu“. Šiuo principu veikia visos atbulinio osmoso membranos.

Atbulinio osmoso proceso metu vanduo ir jame ištirpusios medžiagos molekuliniame lygmenyje atsiskiria; vienoje membranos pusėje kaupiasi beveik idealiai švarus vanduo, o visi nešvarumai lieka kitoje membranos pusėje. Taip atbulinis osmosas užtikrina daug švaresnį vandens valymą, negu dauguma tradicinių filtravimo būdų, paremtų mechaninių dalelių filtravimu ir kai kurių medžiagų adsorbcija naudojant aktyvuotą anglį.

Pritaikymas

Buitinės paskirties atbulinio osmoso sistemose įeinančio vandens slėgis, veikiantis membraną, atitinka vandens slėgį vamzdyne. Slėgiui kylant vandens srautas pro membraną taip pat padidėja.

Praktikoje membrana ne visiškai sulaiko vandenyje ištirpusias medžiagas. Šios medžiagos prasiskverbia pro membraną, tačiau labai nedideliais kiekiais. Todėl išvalytame vandenyje vis tiek yra tik nežymus ištirpusių medžiagų kiekis. Svarbu tai, kad padidėjus įeinančio vandens slėgiui pro membraną praėjusiame vandenyje nepadaugėja druskų. Priešingai, didesnis vandens slėgis ne tik padidina membranos našumą, bet ir pagerina valymo kokybę. Kitaip sakant, kuo didesnis vandens slėgis veikia membraną, tuo daugiau aukštesnės kokybės švaraus vandens galima gauti.

Valant vandenį druskų koncentracija įeinančio vandens pusėje padidėja, todėl membrana gali užsiteršti ir nebeveikti. Siekiant išvengti tokios pasekmės, išilgai membranos sudaromas priverstinis vandens srautas, išplaunantis nešvarumus į nuotekas.

Atbulinio osmoso proceso efektyvumas įvairių priemaišų ir ištirpusių medžiagų atžvilgiu priklauso nuo keleto veiksnių. Slėgis, temperatūra, pH lygis, medžiaga, iš kurios pagaminta membrana, cheminė įeinančio vandens sudėtis turi įtakos efektyviam atbulinio osmoso sistemų darbui.

Atbulinio osmoso membrana labai gerai atskiria neorganines medžiagas. Priklausomai nuo naudojamos membranos tipo (celiuliozės acetato arba sudėtinė plonaplėvė), daugumos neorganinių elementų išvalymo laipsnis yra 85%-98%.

Atbulinio osmoso membrana taip pat pašalina iš vandens ir organines medžiagas. Organinės medžiagos, kurių molekulinė masė yra didesnė negu 100-200, visiškai pašalinamos; su mažesne molekuline mase – gali prasiskverbti pro membraną nedideliais kiekiais. Nėra tikimybės, kad pro membraną galėtų prasiskverbti dideli virusai ir bakterijos.

Tuo pačiu metu membrana praleidžia vandenyje ištirpusį deguonį ir kitas dujas, apsprendžiančias vandens skonį. Dėl to iš atbulinio osmoso sistemos išteka šviežias, skanus ir toks švarus vanduo, kad jo net nereikia virinti.