Reverzní osmóza

Aktuální verze stránky ještě nebyla zkontrolována zkušenými přispěvateli a může se výrazně lišit od verze recenzované 10. dubna 2021; kontroly vyžadují 11 úprav .

Reverzní osmóza  je proces, při kterém při určitém tlaku prochází rozpouštědlo (obvykle voda ) polopropustnou membránou z koncentrovanějšího do méně koncentrovaného roztoku, tedy v opačném směru než osmóza . V tomto případě membrána propustí rozpouštědlo, ale nepropustí některé látky v něm rozpuštěné [1] .

Reverzní osmóza se používá od 70. let 20. století při čištění vody [2] , získávání pitné vody z mořské vody [3] , získávání ultračisté vody pro lékařství, průmysl a další potřeby. Pomocí reverzní osmózy je také možné vyrábět koncentráty šťáv bez zahřívání [4] .

Aplikace

Čištění a příprava vody

Reverzní osmóza je jednou z nejslibnějších a nejrozšířenějších metod čištění a přípravy vody. Jednotka reverzní osmózy je schopna z vody odstranit částice o velikosti 0,001-0,0001 mikronu. Tento rozsah zahrnuje soli tvrdosti, sírany, dusičnany, ionty sodíku, malé molekuly, barviva. Pro efektivnější provoz se doporučuje používat předběžné čisticí stupně (mechanické čištění a mikro-, ultra- nebo nanofiltrace), které odstraňují větší částice.

Odsolování mořské vody

K získání sladké vody z mořské vody je zapotřebí tlak , který převyšuje osmotický tlak vytvářený mořskou vodou [5] . Tato hodnota je poměrně vysoká - stávající instalace vyvinou tlak 10-12 atm [6] .

Systémy na úpravu vody obvykle používají syntetické polopropustné membrány. Membrána zachycuje nečistoty s vysokou molekulovou hmotností, ale umožňuje průchod látek s nízkou molekulovou hmotností, jako jsou plyny, jako je kyslík, chlór , oxid uhličitý atd. Některé plyny mohou určovat chuť vody. Čištěná voda může být mírně kyselá ( pH < 7) kvůli přítomnosti rozpuštěného oxidu uhličitého.

Schopnost téměř úplně vyčistit vodu od všech nečistot ji zbavuje důležitých stopových prvků (pokud v ní byly před odsolováním). Přidání potřebných solí do odsolené vody je proto dalším krokem při výrobě vysoce kvalitní pitné vody. Vodu pro technické potřeby, například na zavlažování a praní, lze na jednodušších a levnějších membránách okamžitě získat odstraněním pouze 95 % solí.

Na rozdíl od destilace se voda při reverzní osmóze prakticky neohřívá, energie se vynakládá pouze na provoz čerpadla, které vodu nejen čerpá (malý zlomek nákladů na energii), ale také překonává vysoký osmotický tlak (hlavní náklady na energii).

Čištění odpadních vod

Technologie čištění odpadních vod pomocí reverzní osmózy se zásadně změnila - v poslední fázi se čistá voda jednoduše „vytlačí“ ze solí. Technologickým lídrem pro rok 2012 je Singapur , kde je systém NEWater spuštěn. Městská odpadní voda se po úpravě vrací do oběhu jako pitná voda, která získala vyšší hodnocení od WHO a USEPA než jiné vodní zdroje v Singapuru [7] .

Téměř všechna moderní námořní plavidla , která potřebují velké objemy sladké vody, které jsou iracionální a jednoduše nemožné je vzít na palubu, mají odsolovací zařízení. Například výletní lodě mají na palubě tisíce cestujících, několik bazénů a produkují obrovské množství odpadních vod. Zařízení na reverzní osmózu na palubě odsolují vodu a čistí odpadní vody. Na některých lodích se odpadní voda recykluje [8] .

Potravinářský průmysl

Reverzní osmóza je ekonomičtější proces pro zvýšení koncentrace potravinářských tekutin, jako jsou ovocné šťávy, než tepelné procesy. Výhodou jsou nízké náklady na provoz a možnost vyhnout se tepelné úpravě, díky čemuž je proces vhodný pro látky citlivé na teplo, jako jsou bílkoviny a enzymy ve většině potravin.

Reverzní osmóza je široce používána v mlékárenském průmyslu k výrobě syrovátkových proteinových prášků a ke koncentrování mléka – což snižuje náklady na dopravu .

Medicína

Hlavním rysem filtrů, které využívají technologii reverzní osmózy, je téměř úplná sterilizace vody. Filtrem projde molekula vody (velikost 0,3 nm) , ale většina chemických nečistot a inkluzí biologického původu, zejména mikroorganismy a viry (velikost od 20 do 500 nm), neprojde. Filtr může například zachytit bakterie cholery nebo viry hepatitidy [9] .

Účinky vody připravené pomocí technologie reverzní osmózy na lidské zdraví

Výhody a nevýhody výsledku přípravy pitné vody technologií reverzní osmózy jsou dány vlastnostmi technologie a cíli filtrace, které závisí především na výchozí kvalitě vody.

Schopnost téměř úplně vyčistit vodu od všech nečistot je interpretována jako výhoda i jako nevýhoda. Na tuto věc neexistuje jednotný názor. Zastánci prvního přístupu se domnívají, že voda plní v těle pouze funkci rozpouštědla, proto by měla být co nejčistší. Jiní se domnívají, že ve vodě musí být přítomny mikroelementy [10] .

Technická realizace

Průmyslové odsolovací zařízení s reverzní osmózou obvykle obsahuje následující zařízení: jemný vodní filtr, systém přípravy činidel, vysokotlaké čerpadlo, blok filtračních modulů, čidla a ovládací zařízení [11] .

Hlavním prvkem zařízení na reverzní osmózu je polopropustná membrána pro reverzní osmózu umístěná v pouzdře. Do ní se dostává zdrojová voda a jsou vypouštěny dva proudy – vyčištěný a odsolovaný, který se nazývá permeát, a voda s koncentrovanými nečistotami, nazývaná koncentrát, která se odvádí. Protlačování vody přes membránu se provádí za vysokého tlaku, který vytváří čerpadlo, obvykle odstředivé vícestupňové nebo rotační. Pro zpomalení tvorby nežádoucích usazenin na membránách se používá dávkování inhibitoru sedimentace. K odstranění usazenin z povrchu membrán se používá chemický proplachovací systém. Pro kontrolu kvality čištění a pH  - průtokoměry salinity a pH metry. Průtokoměry se používají k řízení průtoku permeátu a koncentrátu. Systém reverzní osmózy lze ovládat v poloautomatickém a automatickém režimu. Kvalitu reverzní osmotické membrány můžete zkontrolovat pomocí TDS metru .

Příkladem čištění vody v domácnosti pomocí membrány pro reverzní osmózu je filtr, který má 3 patrony - hrubé (mechanické) čištění, membránu pro reverzní osmózu a uhlíkový filtr. Takové filtry jsou široce používány v Americe, Evropě a Asii. Zajímavé jsou také nejnovější modely kompaktních filtrů pro reverzní osmózu, které mají řadu novinek, a to automatický uzavírací ventil vody při zjištění netěsností, čerpadlo, výměnné filtry s rychlospojkami.

(Asi 70 % vody protékající systémem je vypuštěno, což není ekonomické, ale je nutné k čištění filtru).

Viz také

Poznámky

  1. ↑ Dytnersky, 1978 , s. patnáct.
  2. ↑ Dytnersky, 1978 , s. 294.
  3. ↑ Dytnersky, 1978 , s. 292.
  4. ↑ Dytnersky, 1978 , s. 298.
  5. ↑ Přírodovědný slovník
  6. ↑ Slaný kilowatt: osmóza  (ruština) , Popmech.ru . Archivováno z originálu 4. srpna 2012. Staženo 9. července 2018.
  7. ↑ Vládní iFAQ . www.ifaq.gov.sg. Získáno 9. července 2018. Archivováno z originálu 27. května 2016.
  8. ↑ Headworks Bio Inc. uzavřela smlouvu Allure of the Seas o čištění odpadních vod (odkaz není dostupný) . Získáno 7. července 2012. Archivováno z originálu dne 6. listopadu 2013. 
  9. ↑ Technické informace o technologiích domácí úpravy vody | Domácí úprava vody | pitná voda | Zdravá voda | CDC  (anglicky) . www.cdc.gov (4. srpna 2020). Získáno 18. ledna 2022. Archivováno z originálu dne 15. července 2020.
  10. ↑ Filtry pro speciální účely  (ruština) , Novye Izvestia - www.newizv.ru  (22. dubna 2005). Archivováno z originálu 27. prosince 2016. Staženo 9. července 2018.
  11. ↑ Dytnersky, 1978 , s. 176, 168.

Literatura

  • Dytnersky Yu.I. Reverzní osmóza a ultrafiltrace. - M .: Chemie, 1978. - 352 s.
  Přejděte na položku Wikidata  Slovníky a encyklopedie
V bibliografických katalozích