Akvaristika/Reverzná osmóza

Pred popisom Reverznej osmózy si povedzme najskôr niečo stručne o vode a jej filtrácii:

Čo je čistá voda

Vo všeobecnosti označujeme pojmom čistá voda vodu bez farby a zápachu. V domácich podmienkach sa hodnotenie realizuje prostredníctvom našich zmyslov: zraku, chute a čuchu. Pre odborníkov je čistá voda čistou podľa ich vlastných kritérií: pre bakteriológa je takou sterilná tekutina bez živých organizmov, pre chemika je čistou voda, ktorá neobsahuje minerály, plyny a organické nečistoty. Čistú vodu týchto vlastností je možné získať len za pomoci technických zariadení. Všetka ostatná voda obsahuje široké spektrum nečistôt rôzneho pôvodu a s rôznou koncentráciou. Získať čistú vodu v tomto kontexte znamená technickými prostriedkami z nej takmer odstrániť alebo značne zredukovať v nej obsiahnuté nečistoty.

Voda z vodovodného kohútika je na prvý pohľad priezračná, čistá, ale istotne páchne (najmä v mestách a väčších dedinách) po chlóre, niekedy má zatuchnutý zápach. Voda v dvoch susedných domoch na tom istom sídlisku môže vykazovať rôzne vlastnosti a stupeň znečistenia. Výskumy americkej Agentúry na ochranu životného prostredia EPA (Environmental Protection Agency) identifikovali vyše 700 toxických a iných látok vyskytujúcich sa vo vodovodnej vode.

Voda sa kumuluje v priemyselných úpravniach, kde prebieha jej úprava v rôznych stupňoch. Mechanická úprava prebieha v usadzovacích a odkaľovacích nádržiach a sitách. Voda sa taktiež upravuje elektrochemicky, elektrolyticky alebo chemicky v iontomeničových kolónach.

Na Slovensku sa voda čistí mechanicky najmä usadzovaním a filtráciou. Hlavnou ochranou pitnej vody pred patogénnou bakteriálnou nákazou je chemická úprava chlórovaním. Čím je voda viac znečistená, tým sa musí upraviť účinnejším a intenzívnejším čistením.

Rozpustené nečistoty vo vode

Voda je univerzálne rozpúšťadlo a na svojej ceste k spotrebiteľovi sa obohacuje o rôzne látky a prímesi. Celkové množstvo rozpustených látok vo vode sa udáva v miligramoch na liter (mg/l). Slovenská norma pre pitnú vodu STN 75 7111 udáva prípustnú hodnotu pre celkové množstvo rozpustených látok (RL) vo vode 1 000 mg/l, v USA je prípustná hodnota pre celkové množstvo rozpustených látok 500 mg/l. Označuje sa TDS (Total Dissolved Solids) a udáva v jednotkách ppm (parts per million). Meranie spočíva vo vážení suchého zvyšku, úsušku pri teplote 105 °C po odparení vody pri tej iste teplote alebo v meraní elektrického odporu, resp. elektrolytickej vodivosti vody pomocou konduktometra (merača vodivosti). Podstatný podiel rozpustených látok vo vode je anorganického pôvodu a je elektricky vodivý.

Tvrdosť vody

Prítomnosť vápnika (Ca 2+ ) a magnézia (Mg 2+ ) vo vode sa vo všeobecnosti nazýva tvrdosť vody. Udáva sa v miligramoch na liter alebo v stupňoch tvrdosti. Tiež sa udáva ekvivalentom 1 mg Ca 2+ v 1 litri vody (1 mval/l). Klasifikácia vody podľa obsahu Ca a Mg je uvedená v tabuľke 1.

Klasifikácia vody podľa tvrdosti

Ca + Mg (v mg/l) Klasifikácia vody

0 – 20 mäkká voda
20 – 60 nízko tvrdá
60 – 120 stredne tvrdá
120 – 180 tvrdá
180 a viac veľmi tvrdá (minerálna)

Reverzná osmóza

Reverzná osmóza (RO), známa tiež ako hyperfiltrácia je najjemnejším známym spôsobom filtrácie vody. Tento proces umožňuje z vody odstrániť aj tak malé častice, ako sú ióny. RO pracuje na princípe semi-permeabilnej (polopriepustnej) membrány, ktorej póry majú veľkosť iba 0,0001 µm.

Membrána prepúšťa molekuly vody, neprepúšťa však rôzne prímesi a nečistoty. Cez membránu prechádza len určité množstvo vody, zvyšná voda obmýva povrch membrány a odvádza znečisťujúce látky do odpadu. Týmto je zabezpečené kontinuálne samočistenie membrány, ktorá je tak chránená pred upchatím. Proces reverznej osmózy vyžaduje určitý tlak na pretlačenie molekúl vody cez osmotickú membránu. Pre účely pitnej vody boli vyvinuté špeciálne nízkotlakové membrány, u ktorých postačuje bežný tlak vo vodovodnej sieti 2,8 ÷ 6 bar. Výsledkom je veľmi čistá a mimoriadne mäkká voda, podobná destilovanej vode.

Reverzná osmóza čistá voda

neupravená voda odpadová voda

Popis Reverznej osmózy

Osmóza je prirodzeným prejavom existencie živých buniek. Ide o prenikanie molekúl vody ako rozpúšťadla cez polopriepustnú membránu z roztoku s menšou hustotou do roztoku s väčšou hustotou. Bunky živých organizmov sú obalené polopriepustnými membránami. Vďaka osmóze sa odohráva väčšina vnútrobunkových procesov, čo umožňuje organizmu existenciu, teda život.

Princíp osmózy je zreteľný pri sústave spojených nádob predelených v spodnej časti polopriepustnou membránou.

Táto membrána vďaka svojej konštrukcii prepúšťa iba molekuly vody z dôvodu ich malých rozmerov. Ak je v sústave spojených nádob čistá voda, hladiny budú v rovnakej výške. Ak pridáme do jedného valca nečistoty, voda nám začne pretekať zo strany čistej vody do strany vody s nečistotami. Vznikne nám rozdiel hladín h (obr.1), ktorý je dôsledkom prirodzeného javu nazývaného osmóza. Osmotický tlak je v rovnováhe z hydrostatickým tlakom vodného stĺpca o výške h. Osmotický tlak je daný súčinom plynovej konštanty R, absolútnej teploty T a molárnej koncentrácie c. Pri vzniku tlaku na strane znečistenej vody, zmení sa smer toku vody (obr.2), pričom polopriepustná membrána zabráni prenikaniu väčšiny nečistôt a prepustí iba molekuly vody. Tento proces sa nazýva reverzná osmóza.

Membrána

Polopriepustné membrány zaznamenali v posledných desaťročiach výrazné zlepšenia. Do šesťdesiatych rokov boli tieto membrány málo efektívne, nespoľahlivé a veľmi drahé pre použitie v domácnostiach. Používalo ich vojnové námorníctvo USA na čistenie morskej vody pre vojnové lode. Avšak pri uplatnení nových syntetických materiálov pri ich konštrukcii boli tieto nedostatky prekonané a polopriepustné membrány preukázali dlhú životnosť a efektívnosť pri odstraňovaní nečistôt. Polopriepustná membrána pozostáva z niekoľkých tenkých spojených vrstiev navinutých na plastovej rúrke, v zahraničí známom pod pojmom TFC ( thin film composite ) cez sústavu ktorých preteká filtrovaná voda. Základom je membrána s otvormi o rozmeroch molekuly vody, čo je 0,0001 mikrometra (0,1 nanometra, teda 0,1x10-9 m).

Štandardné mechanické filtre odstraňujú z vody sedimenty. V systéme reverzných osmóz sa pri použití polopriepustnej membrány však naviac odstraňujú aj všetky kontaminanty rozpustené vo vode molekulu po molekule.

Pre správne fungovanie reverznej osmózy musí byť voda na vstupe do membrány pravidelne oplachovaná, aby sa nestala tak kontaminovanou, že vytvorí na povrchu membrány súvislú vrstvu, ktorá ju úplne znefunkční. Taktiež je nevyhnutný filter s aktívnym uhlím na odstránenie chlóru, pretože chlór poškodzuje membránu. Tu treba dávať pozor a včas filter meniť- aktívne uhlie rýchle vstrebáva chlór a po určitom čase môže dôjsť k nebezpečenstvu prerazenia - čo má za následok zničenie obvyklých membrán. Nové typy membrán s požitím polyvinylalkoholu sú odolné voči chlóru, ktorý je vo vode z vodovodu, do koncentrácie 2 mg chlóru na 1 l vody. V takom prípade nie je nutné pred ne zaraďovať uhlíkový filter na ochranu membrány proti chlóru. Vyššie koncentrácie chlóru ako 2 mg/l už membránu poškodzujú a je nutné taktiež pridať uhlíkový filter. V neposlednom je potrebné zabezpečiť mechanickú filtráciu aby jemné nečistoty neupchali membránu.

Systémy reverzných osmóz bývajú vybavené prídavným zásobníkom pre upravenú vodu pre prípady náhleho zvýšenia odberu. Tlakový redukčný ventil znižuje tlak vody na polopriepustnú membránu a tým predlžuje jej životnosť. Upravená voda vyteká zo zásobníka cez filter so zlisovaným aktívnym uhlím, ktorý eliminuje zvyškové nečistoty ako voľné plyny alebo dioxíny.

Systémy reverzných osmóz odstraňujú širokú škálu nečistôt. Upravená voda je zbavená chlórovej chuti, nepríjemného pachu a nežiaduceho zafarbenia. Systém úpravy vody priamo odstraňuje arzén, azbest, herbicídy, pesticídy, baktérie, vírusy, olovo, dusičnany a rádium. Systémy reverzných osmóz sú vybavené filtrami s aktívnym uhlím, ktoré vodu dechlórujú a odstraňujú nežiaduce trihalometány.

Prehľad vybraných prvkov a účinnosť ich odstraňovania reverznou osmózou

Prvok Účinnosť Prvok Účinnosť Prvok Účinnosť Prvok Účinnosť

Ca 97,0% K 99,0% Mg 97,0% HCO3 98,7%
CO3 99,9% CI 99,3% Ba 99,8% NH4 99,0%
SO4 99,8% NO3 96,4% Sr 98,0% SiO2 99,0%
Na 99,2% F 98,6% AI 88,0% Cr
Ni 96,0% Cu 97,0% Pb 98,0% Fe 99,0%
Cd 98,0% Ag 89,0% Baktérie 99,5% Pesticídy 99,0%

Množstvo upravenej vody reverznou osmózou v litroch za 24 hodín

tlak 2,5 bar 3 bar 4 bar 5 bar 6 bar
teplota 10 °C 25l 46l 69l 80l 101l
teplota 15 °C 32l 58l 80l 109l 124l
teplota 20 °C 37l 68l 92l 118l 138l
teplota 25 °C 42l 76l 112l 133l 155l
teplota 30 °C 48l 87l 121l 154l 173l

Referencie

pôvodný zdroj www.akva.sk

Späť na obsah knihy