Reverzní osmóza, základní informace o technologii

Osmotický jev

Osmózu jako přírodní jev objevil laureát Nobelovy ceny Jacobus Henricus van Hoff. Osmóza je založena efektu přitahování tekutin některými minerály.

Pokud budeme mít nádobu s roztokem přepaženou polopropustnou membránou (tj. membránou, propustnou pro rozpouštědlo, ale ne pro rozpuštěné látky) a v jedné části nádoby zvětšíme koncentraci rozpuštěných látek, začne rozpouštědlo pronikat směrem do části s větší koncentrací. Tento jev bude probíhat až do vyrovnání koncentrací v obou částech nádoby. Rozdílu hladin na obou stranách membrány za ustáleného stavu odpovídá osmotický tlak.

Princip osmózy je základní vlastností živých buněk, které jsou obaleny polopropustnými membránami. Tento přírodní jev (selektivní přenos tekutin) probíhá v buňkách všech živých tvorů včetně člověka. Jinak řečeno, buňky živých organizmů osmotický jev využívají v procesu výživy. Pomocí osmózy se buňky zásobují minerály a solemi a obráceným směrem vypuzují nepoužité látky.

Reverzní osmóza

Pokud naopak na straně rozpuštěné látky bude větší tlak, než osmotický, bude děj probíhat opačným směrem (obrácený osmotický jev), membránou bude procházet rozpouštědlo a před ní se bude zvyšovat koncentrace rozpuštěných látek. To, co projde membránou, se nazývá permeát, zahuštěný roztok nazýváme koncentrát.

Podstatou reverzní osmózy je fyzikální proces, při kterém čištěnou kapalinu pod tlakem ženeme přes speciální membránu. Za membránou získáme téměř chemicky čistou kapalinu (permeát), před membránou zůstává zahuštěný roztok (koncentrát), který odchází na odpad.

Je tedy zřejmé, že vždy část čištěné kapaliny jde na odpad.

Poměr mezi objemem permeátu a koncentrátu se označuje jako výtěžnost a vyjadřuje se v procentech. Výtěžnost se pohybuje v rozmezí zhruba 20 - 70% (tj. 20 - 70% objemu vstupní kapaliny získáme na výstupu jako permeát).

Celý proces, převedený do technické praxe, je zajímavý tím, že kromě tlaku kapaliny nepotřebuje další energii ani chemii a nemění se její fyzikální vlastnosti.

Čím je ovlivněna kvalita a množství vyrobené vody (permeátu)

Jsou čtyři základní faktory, ovlivňující efektivitu celého procesu a to:

Vstupní tlak

Čím je vyšší tlak vstupní vody, tím je větší výtěžnost procesu a výstupní voda je kvalitnější. Pro zařízení, využívající pouze tlak vodovodní sítě, je minimální tlak zhruba 4 bary. Maximální tlak je omezen konstrukcí zařízení a membrány. Při nedostatečném vstupním tlaku je obvykle nutno instalovat zvyšovací čerpadlo.

Teplota vstupní vody

Optimum je cca 25 °C, maximální teplota je obvykle 30 °C, pak se snižuje kvalita upravené vody. Při menší teplotě klesá i výkon zařízení, za spodní limit se považuje 5 °C, kdy produkce permeátu může klesnout až  na polovinu.

Celkové množství rozpuštěných látek ve vstupní vodě (TDS)

Čím je větší množství kontaminantů rozpuštěných ve vodě, tím nižší je výkon zařízení (množství permeátu). Vliv vysokého TDS se dá kompenzovat vyšším vstupním tlakem.

Konstrukce a materiál membrány

Membrány mají různé vlastnosti, liší se od výrobce k výrobci. Kvalitní membrány se vyznačují obecně zvýšenou schopností zachycení škodlivých látek, větší odolností vůči chemikáliím a odolností proti oděru.

Obecně kvalitu výstupní vody určuje kvalita membrány a případná předúprava vstupní vody.

Požadavky na kvalitu vstupní vodu

Voda, vstupující na vlastní membránu, by měla být co nejkvalitnější, zbavená mechanických nečistot a chlóru (napadá materiál membrán). Pro malá zařízení jsou obecně platné následující hodnoty:

paramet	minimum	maximum
vstupní tlak	2,8 bar	6,0 bar
teplota vstupní vody	5 °C	35 °C
TDS vstupní vody	50 mg/l	2 000 mg/l
tvrdost vst. vody	0 mg/l (0 grain)	170 mg/l (2,0 mmol/l)
obsah chlóru	0 mg/l	< 0,1 mg/l
obsah železa	0 mg/l	0,1 mg/l
obsah mangánu	0 mg/l	0,05 mg/l
pH	4	10
turbidita (zákal)	0	1 NTU

 

Železo
Železo uvnitř membrány tvoří krystaly, které postupně naruší její strukturu a membrána začne propouštět soli a minerály. Tím klesá její účinnost a životnost.

Vápník, křemík a jeho sloučeniny
Tyto látky postupně zanášejí membránu, až ta se stane nepropustnou. Proto je obvykle voda před vstupem do jednotky reverzní osmózy změkčena a případně je odstraněno i železo.

 

Jaké látky z vody lze odstranit technologií reverzní osmózy

Reverzní osmóza, jako jedna z nejdokonalejších běžně použitelných technologií úpravy vody, díky velikosti pórů membrány v oblasti nanometrů umožňuje odstranit z vody téměř veškeré škodlivé látky. Běžně 90 až 98% všech minerálních solí, dusičnanů, dusitany, chloridů, fluoridů, síranů, farmaceutika a dále 95 až 98% těžkých kovů (olovo, rtuť, kadmium, chróm, barium), dále arzen, azbest, selen, radon, organické sloučeniny, bakterie Cryptosporidium parvum, Escherichia coli a viry.

Typická účinnost odstranění vybraných látek je shrnuta v následující tabulce:

 

Jednotky reverzní osmózy jsou v podstatě jediná běžně dostupná filtrační zařízení, která dokáží z vody odstranit estrogen - ženský hormon, který se čím dál častěji dostává do vody díky hojnému používání ženské antikoncepce (standardní vodárenské technologie si s tímto problémem neumí jednoznačně poradit). Estrogen ve vodě má negativní vliv na plodnost u mužů a může být příčinou vzniku rakoviny.

Nejčastější využití technologie reverzní osmózy

• úpravny odpadních a užitkových vod
• zařízení pro farmaceutický průmysl
• úpravny studničních, kotelních a chladících vod
• úpravny brakické a mořské vody
• gastronomie
• pivovarnictví
• elektronický a polovodičový průmysl
• pro technické a technologické účely všude tam, kde je požadována voda s určitým maximálním obsahem rozpuštěných solí (maximální vodivostí)
• voda pro klimatizační jednotky, zvhlčovače
• voda pro některé aparáty v domácnosti (napařovací žehličky, zvlhčovací jednotky)

Vodu, upravenou technologií reverzní osmózy, lze použít např. pro pěstování masožravých rostlin, některých druhů orchidejí a pro akvaristiku (zejména mořskou). Tuto vodu lze dále upravovat na požadované složení obohacováním potřebnými látkami nebo míchat se vstupní vodou pro dosažení optimální tvrdosti a dalších vlastností.

Poznámka k použití technologie reverzní osmózy (RO) na úpravu vody pro pitné účely

Oproti průmyslovým aplikacím, kde není podstatných námitek, má úprava vody jednotkou RO pro pitné účely na jedné straně horlivé zastánce, na druhé straně horlivé odpůrce. Takže, jak z toho ven.

Aktuálně nám není znám žádný dlouhodobý výzkum, který by jednoznačně potvrdil stanovisko pro a nebo proti. Možná, že se ho ani nedočkáme. Případným zájemcům o tuto technologii můžeme doporučit následující postup (ostatně to platí u každé technologie):

• základem je znalost zdroje vody
• typ zdroje (veřejný vodovod, vlastní zdroj)
• aktuální rozbor vody
• zkušenosti z okolí
• jaké parametry vody jsou problematické a jak se projevují
• pokud jiná technologie nezajistí potřebnou kvalitu vody, nechat si navrhnout adekvátní sestavu úpravy vody (jednotku RO)
• informovat se a vyžadovat doložení deklarovaných parametrů upravené vody z hlediska požadavků na pitnou vodu (rozbor vzorku za úpravnou)