Odwrócona osmoza – skuteczna metoda filtracji wody kranowej

Odwrócona osmoza to metoda filtracji wody, która wykorzystuje półprzepuszczalną membranę osmotyczną. Stanowi popularną i skuteczną metodę oczyszczania wody pitnej. Umożliwia usuwanie m.in. metali ciężkich, mikroplastiku, bakterii i pestycydów.

Czym jest osmoza?

Aby zrozumieć pojęcie odwróconej osmozy, warto rozpocząć od podania definicji samej osmozy. Osmoza to proces, w którym woda przepływa przez membranę półprzepuszczalną z roztworu o niższym stężeniu substancji rozpuszczonej do roztworu o stężeniu wyższym. 

Kto odkrył zjawisko osmozy?

Zjawisko jako pierwszy opisał w 1748 r. Jean-Antoine Nollet. Francuski fizyk wykonał eksperyment z wykorzystaniem świńskiego pęcherza wypełnionego alkoholem i zamoczonego w wodzie. Po upływie kilku godzin pęcherz napełnił się wodą i wybrzuszył pod wpływem wysokiego ciśnienia. 

Kolejne badania naukowców pozwoliły odkryć, że takie zjawisko może zachodzić podczas zastosowania innych cieczy i rozpuszczonych substancji.

Co to jest odwrócona osmoza?

W przypadku odwróconej osmozy mamy do czynienia z sytuacją odwrotną. Woda lub inny rozpuszczalnik przemieszcza się z obszaru o większym stężeniu substancji rozpuszczonych (a więc z mniejszą ilością wody) do obszaru, w którym stężenie tych substancji jest niższe.

Aby ten proces mógł się odbyć, niezbędne są odpowiednio zaprojektowana membrana oraz wysokie ciśnienie. Membrana osmotyczna przepuszcza wyłącznie cząsteczki wody, zatrzymując rozpuszczone w niej substancje. 

Filtry do wody z odwróconą osmozą

Odwrócona osmoza umożliwia usuwanie z wody zanieczyszczeń, dlatego znalazła zastosowanie w filtracji wody pitnej.

Filtry podzlewowe i nablatowe

Ta technologia jest wykorzystywana w systemach podzlewowych oraz nablatowych. 

Filtry podzlewowe są montowane pod zlewem i podłączana do systemu wodociągowego. Dzięki temu woda płynąca z kranu jest już oczyszczona.

Filtry nablatowe często nie wymagają podłączenia do sieci wodociągowej. Wodę wlewa się do zbiornika ręcznie. Zaletą jest brak potrzeby montażu pod zlewem.

Jakie zanieczyszczenia zatrzymuje system odwróconej osmozy?

W procesie odwróconej osmozy z wody usuwane są takie zanieczyszczenia jak:

• Mikroplastik – to bardzo drobne cząstki tworzyw sztucznych pochodzące m.in. z rozkładu plastikowych opakowań. Mogą gromadzić się w organizmie człowieka i negatywnie wpływać na zdrowie oraz układ hormonalny.
• Pestycydy – związki chemiczne stosowane w rolnictwie do ochrony roślin przed szkodnikami. Ich obecność w wodzie pitnej może prowadzić do zaburzeń hormonalnych oraz zwiększać ryzyko chorób przewlekłych.
• Minerały – to m.in. wapń, magnez czy sód, które naturalnie występują w wodzie. W nadmiarze powodują twardość wody, osadzanie kamienia oraz mogą wpływać na smak wody.
• Metale ciężkie – należą do nich m.in. ołów, rtęć i kadm, które mogą pochodzić z przemysłu lub starych instalacji wodnych. Są silnie toksyczne i mogą uszkadzać narządy wewnętrzne oraz układ nerwowy.
• Bakterie – mikroorganizmy, które mogą pochodzić z zanieczyszczeń biologicznych, np. ścieków lub gleby. Ich obecność w wodzie pitnej może prowadzić do zatruć, infekcji oraz chorób układu pokarmowego.
• Chlor i jego pochodne – chlor jest stosowany do dezynfekcji wody, ale jego pochodne mogą powstawać w reakcji z innymi zanieczyszczeniami. Substancje te pogarszają smak i zapach wody oraz mogą działać drażniąco na skórę i drogi oddech.
• Farmaceutyki – pozostałości leków, takich jak antybiotyki czy środki przeciwbólowe, które trafiają do wód wraz ze ściekami. Mogą zaburzać gospodarkę hormonalną organizmu oraz przyczyniać się do rozwoju lekooporności bakterii.
• Siarczany – to związki siarki występujące naturalnie w wodzie lub pochodzące z zanieczyszczeń przemysłowych. W dużych ilościach mogą powodować problemy trawienne i nieprzyjemny smak wody.

Zalety i wady filtrów odwróconej osmozy

Najważniejszą zaletą systemów odwróconej osmozy jest wysoka skuteczność w usuwaniu różnych rodzajów zanieczyszczeń. Mają pod tym względem znaczącą przewagę np. nad popularnymi dzbankami filtrującymi.

Membrana przepuszcza niemal wyłącznie czystą wodę, natomiast zanieczyszczenia są odprowadzane do kanalizacji lub oddzielnego zbiornika.

Za wadę domowych filtrów z odwróconą osmozą uznaje się wysoki odrzut wody. Aby uzyskać jeden litr czystej wody, około 4-5 litrów zostaje odrzuconych.

Ponadto istnieją zanieczyszczenia, których odwrócona osmoza nie usuwa. Są to głównie gazy. Jako przykład można wskazać lotne związki organiczne, takie jak benzen, toluen czy formaldehyd.

Inny gaz, który może być obecny w wodzie, to siarkowodór. Jego nieprzyjemny zapach czyni ją niezdatną do picia. Odwrócona osmoza nie poradzi sobie z nim równie dobrze jak np. filtr węglowy. 

Co więcej, w systemach odwróconej osmozy konieczne jest zastosowanie filtra usuwającego zanieczyszczenia mechaniczne. Zanieczyszczenia takie jak piasek mogą bowiem uszkodzić membranę osmotyczną.

Inne zastosowania odwróconej osmozy

Inne zastosowania systemów odwróconej osmozy to:

• Odsalanie wody morskiej – technologia ta umożliwia usunięcie soli i zanieczyszczeń, przekształcając wodę morską w słodką wodę do picia. Sprawdza się szczególnie w tych regionach, gdzie dostęp do wody słodkiej jest ograniczony.
• W medycynie – pozwala uzyskać idealnie czystą wodę, np. do produkcji płynów medycznych czy dezynfekcji sprzętu medycznego.
• W biotechnologii – służy do produkcji wody o ultraczystej wody, potrzebnej w laboratoriach np. do hodowli komórek i tkanek.
• W przemyśle spożywczym – oczyszczona woda jest potrzebna m.in. do produkcji napojów i żywności lub zagęszczania soków.

Kiedy system odwróconej osmozy zaczął być wykorzystywany w przemyśle?

Prace nad odwróceniem procesu osmozy rozpoczęły się w połowie XX w. Ważną rolę w wykorzystaniu tej technologii odegrali Sidney Loeb i Srinivasa Sourirajan z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Los Angeles.

W 1959 roku stworzyli asymetryczną membraną z cienką warstwą i grubszym podłożem. Była wykonana z octanu celulozy i okazała się wysoce skuteczna w odsalaniu wody morskiej.

Kontynuując swoje prace, zbudowali pierwszą na świecie komercyjną instalację odwróconej osmozy. Przyciągnęła ona uwagę inżynierów i rządów z wielu krajów.

W kolejnych latach membrany osmotyczne były udoskonalane, co pozwoliło na coraz szersze zastosowanie odwróconej osmozy w przemyśle.

Podsumowanie

Odwrócona osmoza to technologia, która umożliwia skuteczne usuwanie z wody większości zanieczyszczeń. Ma wiele zalet, ale także kilka wad, np. nie usuwa zanieczyszczeń gazowych.

Jednak filtry odwróconej osmozy są wyposażone w dodatkowe technologie, dzięki którym przefiltrowana woda jest bardzo czysta.

Odwróconą osmozę wykorzystują filtry pozdlewowe i nablatowe. Oba rozwiązania mają swoje mocne i słabe strony.

Źródła:

1. Teoria rozwiązań. Znajomość praw roztworów, owad.com
2. Historia filtracji odwróconej osmozy, apecwater.com
3. Jak działa 5-stopniowy system filtracji wody metodą odwróconej osmozy? | Wyjaśnienie procesu filtracji, youtube.com