Membrany osmotyczne

Kiedy membrana osmotyczna się zużywa?

Membrany osmotyczne posiadają własną żywotność, która jednak z czasem maleje, prowadząc do stopniowego zużycia. Co prawda, całkowita eksploatacja następuje po pięciu latach – to dobra wiadomość, jako, iż to najdroższa część filtra. Jeśli jednak nie będzie ona regularnie czyszczona, do wyeksploatowania może dojść znacznie szybciej. Oto powody, dla których się tak dzieje:

dochodzi do dekalibracji membrany, co skutkuje powiększeniem się jej porów i w efekcie przepuszczaniem coraz większych cząsteczek,
dochodzi do wytarcia się powierzchni zewnętrznej,
dochodzi do zarastania membrany kamieniem w przypadku filtracji dużych ilości zanieczyszczeń,
dochodzi do zarośnięcia membrany śluzem bakteryjnym wskutek używania zlasowanego węgla aktywnego, który traci swoje właściwości sorbcyjne i nie zatrzymuje chloru, przez co jest niezdolny do obrony przed bakteriami.

Głównymi czynnikami wpływającymi na żywotność membrany osmotycznej są między innymi temperatura wody, jej zużycie, a także jakość wstępnych filtrów ochronnych. Możemy je stosować w celu zwiększenia trwałości tego elementu. W tym celu wyróżniamy filtry węglowe (opierające się na węglu aktywnym) oraz mechaniczne.

Jak czyścić membranę?

Najefektywniejszym sposobem czyszczenia membran osmotycznych jest przemienne płukanie kwasem oraz zasadą. Najczęściej do tego celu wykorzystuje się kwas solny oraz wodorotlenek sodu. Płukanie membran może odbywać się w instalacji odwróconej osmozy (płukanie CIP) lub po wyjęciu membran z układu w odpowiednio przygotowanym naczyniu. W zależności od stopnia zanieczyszczenia membran osmotycznych płukanie może trwać nawet kilka godzin.

Kiedy czyścimy membranę?

Kiedy przepływ permeatu zmniejsza się o około dziesięć procent, (należy uwzględnić wpływ temperatury wody na ogólną wydajność).
Kiedy przewodność wody wzrośnie o ok. 10%.
W przypadku wzrostu ciśnienia transmembranowego.

Prawdopodobna przyczyna	Prawdopodobne miejsce wystąpienia	Ciśnienie transmembranowe	Ciśnienie wejściowe	Przenikanie zanieczyszczeń
Zanieczyszczenie (fouling) tlenkami metali (Fe, Mn, Cu, Ni, Zn)	1 segment	Gwałtowny wzrost	Gwałtowny wzrost	Gwałtowny wzrost
Zanieczyszczenie (fouling) koloidalny (związki organiczne i nieorganiczne)	1 segment	Stopniowy wzrost	Stopniowy wzrost	Minimalny wzrost
Zanieczyszczenie (scaling) mineralny (Ca, Mg, Ba, Sr)	Końcowe segmenty	Umiarkowany wzrost	Minimalny wzrost	Wzrost
Polimeryzowana krzemionka	Końcowe segmenty	W normie lub wzrost	Wzrost	Normalne lub wzrost
Biologiczne zanieczyszczenie (fouling)	Wszystkie segmenty	Zauważany wzrost	Zauważalny wzrost	Normalne lub wzrost
Organiczne zanieczyszczenie (fouling) (Naturalna materia organiczna)	Wszystkie segmenty	Stopniowy wzrost	Wzrost	Spadek
Zanieczyszczenie antyskalantem (fouling)	2 segment	Normalne lub wzrost	Wzrost	Normalne lub wzrost
Zniszczenie utleniaczami (Cl2, ozon, KMnO4)	1 segment	Normalne lub wzrost	Spadek	Wzrost
Hydroliza (pH poza dopuszczalnym zakresem)	Wszystkie segmenty	Normalne lub wzrost	Spadek	Wzrost
Przetarcia	1 segment	Normalne lub wzrost	Spadek	Wzrost
Wycieki na o-ringach	Nie można określić	Normalne lub spadek	Normalne lub spadek	Wzrost

W celu oceny zanieczyszczenia membrany należy dokładnie obserwować znajdujący się na niej osad. Nie zawsze rozkłada się on równomiernie, tym niemniej nie oznacza to, że jest on niegroźny. W praktyce może okazać się bowiem, że kolejne warstwy zanieczyszczeń zablokują membranę na dobre i staną się niemożliwe do całkowitego usunięcia. Efekt sprowadzi się do tego, że filtr straci większość swoich mocy przerobowych, nie oczyści wody w należyty sposób, a także będzie go trzeba szybciej wymienić na nowy egzemplarz.

Aby móc jak najdłużej korzystać z pełni potencjału membrany osmotycznej, czyszczenie należy przeprowadzać regularnie, tym samym maksymalizując jej efektywność, a także przedłużając żywotność.

Istnieją cztery typy czyszczenia membran:

czyszczenie powietrzem, czyli zastosowanie strumienia powietrza połączonego ze strumieniem wody w celu wytworzenia pęcherzyków, które wywołują z kolei turbulencje i w efekcie usuwają zanieczyszczenia,
czyszczenie chemiczne, czyli przy użyciu środków na bazie estrów kwasu fosforowego, polimeru oraz wody – warto dodać, że nie zawierają one żadnych związków chloru; dość efektywnie i dokładnie oczyszczają membranę,
płukanie w przód podobne jest do czyszczenia powietrzem, jednakże używa się tylko strumienia wody w celu wywołania czyszczących membranę turbulencji,
płukanie zwrotne, czyli moment, w którym filtrat niejako „przechodzi” na stronę, po której znajduje się oczyszczona woda, a następnie membrana zostaje oczyszczana pod wpływem ciśnienia – tylko, że od środka na zewnątrz.

Jakie szkodliwe substancje zatrzymuje membrana osmotyczna?

Pory membrany osmotycznej są tak małe, że poza cząsteczkami wody przepuszczają niewiele jonów odżywczych minerałów – i w zasadzie tylko tyle. Tymczasem w wodzie, którą stosuje się na co dzień, zwłaszcza mętnej i studziennej, znajduje się mnóstwo szkodliwych dla zdrowia substancji. Oto kilka z nich:

heptachlor – ten insektycyd jest wysoce kancerogenny, uszkadza wątrobę, obniża płodność, w skrajnych sytuacjach może doprowadzić do śpiączki; używany był bardzo aktywnie zwłaszcza w latach sześćdziesiątych i siedemdziesiątych. Jest on bardzo toksyczny dla środowiska oraz dla samego człowieka.
lindan – to pestycyd, który podobnie jak heptachlor wykazuje silne działanie rakotwórcze; stosuje się go w medycynie do odrobaczania i odwszawiania włosów oraz ubrań. Jest trucizną kontaktową, która po dostaniu się do układu pokarmowego poważnie uszkadza organizm. Ekspozycja na duże ilości tego środka doprowadza do szkód na układzie nerwowym oraz immunologicznym. W skrajnych przypadkach może prowadzić do natychmiastowej śmierci.
DDT – znany też jako „Azotox”, jest silnym środkiem owadobójczym powstałym na bazie chlorowanych węglowodorów. Jest to bardzo trwały środek, jego okres połowicznego rozpadu wynosi w wodzie 56 dni, co oznacza, że do jego całkowitego pozbycia potrzebowalibyśmy około roku. W glebie natomiast umie utrzymać się przez ponad czterdzieści lat. Może on doprowadzić do porażenia dróg oddechowych, a w konsekwencji – do śmierci. Jest to czynnik rakotwórczy i mutagenny, ma wpływ na pamięć długo- i krótkotrwałą, może również upośledzać procesy poznawcze. Osadza się w wątrobie, doprowadzając do jej niewydolności oraz nowotworu. W krajach Trzeciego Świata nadal jednak stosuje się go jako składnik leku na malarię.

Oprócz tego, surowa woda studzienna zawiera miliony bakterii oraz mikroorganizmów, które mogą doprowadzić do różnych chorób. Co prawda w Polsce jakość wody poprawiła się znacząco na tyle, że nie grozi nam dur brzuszny, dyzenteria lub cholera, nie znaczy to jednak, że nie znajdują się w niej pasożyty, takie jak owsiki czy lamblie, które mogą prowadzić do różnych dolegliwości na tle zdrowotnym.

W nieoczyszczonej wodzie znajdują się również azotany, metale ciężkie (w tym bardzo niebezpieczny dla zdrowia ołów), kwasy haloorganiczne, chlorofenole i trihalometany. Każdy z nich stanowi zagrożenie dla ludzkiego organizmu.

Jakie istnieją rodzaje membran osmotycznych?

W zależności od przeznaczenia, wybieramy takie membrany osmotyczne, które będą nam potrzebne. Wyróżniamy:

membrany celulozowe,
membrany poliamidowe,
membrany winylowe.

Pierwszy typ membran cechuje się dość niską wydajnością, dlatego nie jest polecany w przemyśle. Do masowej produkcji poleca się membrany winylowe. Poliamidowe są zdecydowanie zbyt podatne na chlor. Wymagają one filtra z węglem aktywnym, który zatrzymuje niszczycielską dla tych membran chloroaminę. Tym niemniej, warto zauważyć, że na wydajność składa się wiele czynników, w tym jakość oraz ciśnienie wody.