Reverzní osmóza: Co s odpadní vodou a jak na to?

Zajištění kvalitní a zdravé pitné vody patří ke stálým prioritám jak společnosti, tak stále většího počtu jednotlivců. Svědčí o tom poměrně vysoká spotřeba balených vod i vybavení mnoha domácností přístroji na úpravu pitné vody (laicky označovanými jako „vodní filtry“).

Trh s těmito přístroji prodělal za posledních 30 let několik výkyvů. Po velkém „boomu“ na počátku 90. let, kdy k nám bylo dovezeno též mnoho nekvalitních a zastaralých přístrojů, navíc prodávaných obchodníky bez patřičné odbornosti, následovala u veřejnosti celkem oprávněná vlna zklamání spojená s propadem prodeje. Toto období přežilo nemnoho firem s kvalitnějšími výrobky a serióznějším přístupem, které se snažily obnovit důvěru zákazníků.

Nicméně průběžně vstupují na trh také prodejci, jejichž jediným cílem je prodat výrobek, i za cenu klamavých obchodních praktik a bez ohledu na to, jaký užitek či škodu to spotřebiteli přinese. Hygienici tradičně přistupují k „vodním filtrům“ spíše s nedůvěrou, protože za základ „zdravé“ vody vždy považovali kvalitní zdroj vody, která již nemusí být nijak upravována, a protože mají obavy z miniaturizované vodárenské úpravy svěřené do rukou laiků bez možnosti průběžné kontroly účinnosti zařízení a kvality upravené vody. Přesto uznávají, že vhodný typ „vodního filtru“ se správnou obsluhou může být v řadě případů racionálním řešením některých místních problémů s kvalitou vody.

Přibližně od konce 90. let se na český trh (často v rozporu s hygienickými předpisy) dostávají přístroje určené pro doúpravu pitné vody v domácnosti, které pracují na principu tzv. reverzní osmózy a destilace. Reverzní osmóza je jakýsi „ultrajemný filtr“ (membránová filtrace), který vyrábí z (pitné) vody vodu tak „čistou“ (zbavenou nejen potenciálních škodlivých látek, ale i všech minerálních látek vodě přirozeně vlastních a pro zdraví člověka nezbytných), že se blíží čisté sloučenině H2O a stává se tím nepitnou.

Princip reverzní osmózy

Reverzní osmózy jsou v současnosti nejpoužívanějším membránovým procesem v úpravě vod. Nevytváří žádné škodlivé vedlejší produkty jako tomu bývá při chemických metodách úpravy vody. Reverzní osmóza není vlastně nic jiného než metoda velmi jemné membránové filtrace.

Čtěte také: Hospodářství s odpady v Holešově

Při klasické osmóze teče voda z prostoru s nižší koncentrací látek do prostoru, kde je koncentrace látek vyšší. V systému musí být přítomna polopropustná membrána oddělující tyto dva prostory, přes kterou může procházet „rozpouštědlo“ (zpravidla voda), ale ne rozpouštěná látka (například soli přítomné ve vodě). Kdyby membrána v systému chyběla, docházelo by k difuzi, tedy pohybu ve směru koncentračního spádu, a rozpouštědlo by teklo z míst s vyšší koncentrací látek do místa, kde je rozpuštěných látek méně. Hnací silou osmózy není totiž difuze vedoucí k výše popsanému pohybu (zde je cílem naopak vyrovnat koncentraci látek v systému), ale snaha o vyrovnání chemických potenciálů na obou stranách membrány. Rozpouštědlo tedy bude téct do koncentrovanějšího prostředí.

V případě reverzní osmózy je ale tok rozpouštědla opačný než při osmóze. Mohlo by se zdát, že to oproti difuzi není žádná výhra, avšak nečistoty se zachytí na membráně a výsledným produktem je čistá voda. Tento jev ovšem nenastane jen tak sám od sebe. Aby k obrácení toku došlo, je nutné na straně koncentrovanějšího roztoku aplikovat tlak vyšší, než je hodnota osmotického tlaku systému (ta se v systémech reverzních osmóz běžně pohybuje kolem 10 až 50 barů). Aplikací přetlaku docílíme nejen toho, že rozpouštědlo začne téct opačným směrem, ale také toho, že koncentrace látek se nebudou vyrovnávat, jak by tomu bylo v případě běžné difuze.

Stojí za to zmínit, že ačkoli je osmóza pro živé organismy nepostradatelným jevem, tak žádnou technologickou aplikaci nemá. Probíhá totiž příliš pomalu.

V praxi je reverzní osmóza zpravidla součástí komplexnějšího systému úpravy vody. To znamená, že před i za ní jsou řazeny další prvky. Typicky to bývá například iontoměnič, zařazený před vlastní membránu, který vodu změkčí a chrání tak reverzní osmózu před zanášením a ucpáváním. Dále třeba UV lampa umístěná za membránou, která zajišťuje mikrobiologickou stabilitu vyčištěné vody. Před samotnou membránou také bývá umístěn presedimentační filtr, který dále obsahuje systém i uhlíkové filtry pro odstranění chlorových a organických sloučenin. Například v pětistupňovém uspořádání najdeme dva uhlíkové filtry mezi presedimentačním filtrem a membránou. Třetí filtr je umístěn za membránou.

Zařazení filtrů či iontoměniče před samotnou membránu je nutné zejména proto, že na povrchu membrány se usazují nerozpustné soli různých minerálů, což vede ke snížení účinnosti systému. Lze je sice odstranit mytím membrány, ale časté mytí snižuje její životnost. Za účelem omezení tvorby úsad se používají také přípravky na bázi antikoagulantů, flokulantů či antiscalantů.

Čtěte také: Dětské papírové pleny: složení a likvidace

Přístroje založené na principu reverzní osmózy rozlišují celkem tři proudy vody. V první řadě je to surová voda, kterou chceme zbavit nečistot. Dále se bavíme o vyčištěné vodě, jež prošla membránou a která se nazývá permeát. Nečistoty ale nemohou jen tak samy od sebe zmizet - jsou totiž obsaženy v třetím proudu vody, tzv.

Typy membrán

V současnosti se nejvíce používají membrány na bázi organických polymerů jako například polyethylen PE, polysulfony nebo deriváty celulózy (acetát celulózy, nitrát celulózy apod.). Speciální aplikace využívají i jiné typy membrán, a to zejména kovové, které někdy též slouží jako nosič a podpora pro polymerní vrstvu či membrány z keramiky. U kovových membrán je ovšem problém s výrobou a křehkostí. Keramické membrány vynikají tepelnými a mechanickými vlastnostmi, ale používají se spíše pro mikrofiltraci (nižší stupeň filtrace).

Starší typy membrán jsou vyrobeny z chemicky modifikované celulózy, konkrétně z acetátu celulózy (zkratka CA). Co se týče pH, uvádí se provozní rozsah 4 až 8, v případě čištění je to 3 až 9. Od 80. Tyto membrány sice vykazují lepší pracovní charakteristiky než výše zmíněné typy (tím se zejména myslí schopnost pracovat při nižším tlaku s vyšším průtokem a účinností), ale jsou však poměrně citlivé na volný chlor.

Jako maximální povolená koncentrace se uvádí hodnota 0,1 mg/l volného chloru. Při takovémto obsahu chloru vydrží ale TFC membrána při nepřetržitém provozu pouze něco málo přes rok.

Nejběžnější tvar membrány je ve formě fólie, která je upevněná v rámu nebo může být též svinutá do role. Membrány mohou být uloženy v pouzdře, kde mluvíme o tzv. membránovém filtračním modulu. Nejběžnější je plošné a tubulární uspořádání.

Čtěte také: Zdravotnický odpad a jeho definice

Tubulární uspořádání je vhodné pro případy, kdy kapalina obsahuje pevné látky nebo během separace hrozí riziko vysrážení pevných látek z roztoku. Jejich nevýhodou je ovšem energetická náročnost, protože je třeba uvnitř trubek přečerpávat poměrně velké množství kapaliny.

Dříve bylo hodně využívané uspořádání tzv. rám-deska, které se inspirovalo rámovými kalolisy. Modernější uspořádání představují tzv. DT a CD moduly. DT moduly jsou tvořeny svazkem oboustranných membránových obálek, které jsou proložené rozvodovými a podkladovými deskami. Celá sestava je umístěna ve válcové tlakové nádobě. Kapalina, která má být vyčištěna je přiváděna na obálky v tečném (neboli tangenciálním) směru a permeát se filtruje do obálek. Největším úskalím tohoto modulu je ovšem zanášení v tzv. mrtvých koutech. Dále pak tlakové ztráty, což je způsobeno hlavně tím, že u těchto modulů může docházet ke změnám toku do protisměru a také k výraznému kolísání tangenciální rychlosti ve středu modulu a na jeho obvodu.

CD v názvu druhého zmíněného modulu je zkratkou z anglického výrazu “circular disc” a naznačuje, že v tomto uspořádání kapalina po deskách cirkuluje.

V posledních letech se objevují také tzv. “hollow fibres” neboli dutá vlákna. Ta jsou vyráběna z polymerních materiálů - nejčastější je již zmíněný polysulfon, acetát celulózy nebo také materiály na bázi polyamidů.

Dutá vlákna nejsou nic jiného než válcové trubice, jejichž délka podstatně převyšuje jejich průměr. Je to výhodné zejména proto, že tím získáváme velkou plochu povrchu vzhledem k objemu, vysokou mechanickou odolnost, pevnost a v neposlední řadě také schopnost vydržet zpětný proplach. Další výhodou je to, že v dutých vláknech nedochází k zadržování kapaliny. Všechny tyto vlastnosti významně ulehčují proces regenerace. Za těchto předpokladů ho totiž lze provádět automaticky na místě zpětným proplachem kombinovaným s průtokem tlakového vzduchu. Díky tomu je také umožněn provoz při vysokém průtoku a prodlouží se provozní doba mezi jednotlivým chemickým čištěním. Nicméně i dutá vlákna nejsou bez nevýhod.

Z dalších typů modulů stojí za zmínku ještě spirálovitě vinuté uspořádání a rotační uspořádání. Spirálovitě vinuté uspořádání je považováno za nejpropracovanější a využívá se zejména k odsolení mořské vody. V rotačních modulech je membrána v místě svého uložení přinucena rotovat, což má zajímavé vedlejší efekty (zejména se tím odstraní závislost tangenciální rychlosti na průtoku vstupní kapaliny).

Péče o membrány

Pro správnou funkci zařízení je nutná také pravidelná péče o membrány. Ta je nejčastěji řešena tzv. CIPováním, což je zkratka z anglického výrazu “cleaning in place” (čištění na místě). Výhodou tohoto řešení je, že není nutné reverzní osmózu mechanicky rozebírat za účelem vyčištění. Čištění membrány zajišťují sprchové trysky či hlavy instalované v zařízení.

Co se týče dezinfekčních činidel, tak se zejména používají organické kyseliny jako kyselina citronová nebo kyselina šťavelová, která je vhodná k odstranění nánosů železa. K odstranění vápenatých a hořečnatých iontů se zase používá oblíbené chelatační činidlo na bázi EDTA (kyselina ethylendiamintetraoctová). Často je ale nutné použít louhy nebo jiné silně zásadité roztoky a také detergenty neboli odmašťovače.

V případě, že materiál membrány nedovoluje dávkování běžných dezinfekčních činidel do upravované vody, musí se přistoupit k tzv. šokové dezinfekci pomocí kyseliny peroctové, peroxidu vodíku nebo formaldehydu. Pozor se také musí dávat na pH mycí a dezinfekční roztoky.

Využití reverzní osmózy

Metod odsolování vod neboli desalinizace je sice mnoho (např. destilace, iontová výměna apod.) ale reverzní osmóza v současnosti patří k těm nejpoužívanějším. Od počátku 80. let minulého století začala vytlačovat klasické tepelné technologie odsolování a v současnosti jsou pomocí reverzní osmózy odsoleny přibližně 2/3 z celkového množství vody upravené desalinizací. V případě odsolování mořských a brakických vod (brakické vody jsou typicky k nalezení třeba v deltě velkých řek a jsou v podstatě polosladké) se může aplikovaný přetlak vyšplhat až na 70 barů.

Mnoho průmyslových aplikací vyžaduje demineralizovanou vodu. Látky obsažené ve vodě mohou totiž vést ke tvorbě inkrustací, či úsad a tím zanášet teplosměnné plochy nebo ucpávat filtry. Tvrdost vody nemají na svědomí jenom vápenaté a hořečnaté soli, jak se často uvádí, ale také další prvky a sloučeniny, mezi které patří například oxid křemičitý (SiO2) a sloučeniny železa a manganu. Zatímco přechodnou tvrdost vody (tu způsobují převážně hydrogenuhličitany) lze odstranit převařením (dojde ale k vysrážení ve formě uhličitanu vápenatého, což vlastně není nic jiného než tzv.

Demineralizovaná voda se tak uplatní například v chladicích okruzích, tepelných výměnících, generátorech páry či kotlích. Laboratoře zabývající se stopovou a ultrastopovou analýzou mají velké nároky na čistotu používaných chemikálií a vody. Pro laboratorní analýzy je většinou třeba používat tzv.

Zasolené vody nejsou v podstatě nic jiného než odpadní vody se zvýšeným obsahem soli anorganického původu a často mohou také obsahovat i odpadní organické látky. Odpadní vody, ve kterých jsou přítomné kyseliny, mohou produkovat nejen chemické provozy, ale třeba také metalurgické, hutní, papírenské či sklářské výroby. V mnoha případech lze upravenou vodu dokonce vrátit zpět do výroby jako procesní vodu. Reverzní osmózy jsou tedy důležitým prvkem i v technologiích umožňujících recirkulaci vody v průmyslu.

Zatím jsme se zabývali jen aplikacemi vedoucími k vyčištění vod. Z principu funkce přístrojů založených na reverzní osmóze ale vyplývá, že je lze využít i k zahušťování roztoků.

V domácnostech je reverzní osmóza nejčastěji využívána v případě, že voda obsahuje polutanty, jejichž odstranění by vyžadovalo použití více různých zařízení. Mezi takové látky patří zejména těžké kovy, pesticidy, dusičnany a dusitany. Voda upravená reverzní osmózou ovšem není vhodná k pití. V praxi se proto většinou upravuje jen část vody, zbytek se vede okolo tzv.

Co s odpadní vodou?

Z předchozích odstavců si lze udělat celkem dobrou představu o tom, jaké nečistoty mohou vody upravované reverzní osmózou obsahovat. Všechny tyto látky skončí v třetím proudu vody v tzv.

V případě odsolování je vedlejším produktem koncentrovaný vysoce slaný roztok tzv. solanka. Ta ovšem kromě solí odstraněných z mořské vody (nejznámější z této skupiny látek je asi starý dobrý chlorid sodný (NaCl)) obsahuje i jiné soli -⁠ namátkou třeba chlorid draselný (KCl), chlorid hořečnatý (MgCl2 ) či chlorid vápenatý (CaCl2). Může obsahovat také další nečistoty např. těžké kovy jako třeba kadmium (Cd), olovo (Pb), rtuť (Hg), nikl (Ni), organické látky aj.

V případě čištění zasolených odpadních vod putuje koncentrát většinou do tzv. krystalizátoru. Běžné jsou tři typy krystalizátorů. Prvním typem je krystalizační odparka, která je založena na prostém odpaření rozpouštědla. Jiný způsob krystalizace využívá zchlazení horkého nasyceného vzduchu. A třetí technologie kombinuje prudké odpaření rozpouštědla s ochlazením roztoku. Poslední jmenovaný proces probíhá za sníženého tlaku ve vakuovém krystalizátoru. Vzniklé pevné produkty jsou pak většinou skládkovány.

Co se týče solanky získané při odsolování mořských vod, ta je většinou vypouštěna zpátky do moře.

Tipy a triky od uživatelů

• Regulace poměru odpad/permeát: Pokud si přikoupíte kulový ventil a umístíte ho na hadičku odpadu z osmózy, můžete jeho přiškrcením regulovat poměr odpad/permeát.

• Využití odpadní vody: Odpadní vodu lze využít na zalévání rostlin, vaření nebo splachování.

• Ředění odpadní vodou: Můžete smíchat přefiltrovanou vodu s odpadní vodou pro dosažení požadované tvrdosti.

Problémy a řešení

• Nízký tlak vody: Při malém vodovodním tlaku vykazuje reverzní osmóza jen malou výtěžnost. Zvýšením tlaku se poměr zlepšuje. Hraniční tlak pro nutnost použití pomocného čerpadla je kolem 3 BAR.

• Vysoké pH vody z RO: Protože pufrační schopnost takové vody je nulová, stačí přidat trošku mineralizované vody, a pH se přizpůsobí té mineralizované.

• Přerušovaný provoz: Vzhledem k velkému vnitřnímu povrchu není reverzní osmóza příliš vhodná k přerušovanému provozu. Částečně tomu lze pomoci zařazením oplachovacího ventilu.

Doporučení

• Demineralizovaná voda: Varujeme veřejnost před pitím demineralizované, osmotické, destilované nebo kondenzované vody a používáním této vody jako vody pitné, protože nedostatek v ní obsažených minerálních látek představuje mnohonásobně vyšší zdravotní riziko.

• Mineralizace: Pokud je splněn požadavek snížení obsahu vápníku a hořčíku ne o více než 10 % pomocí tzv. bypassu, znamená to, že přes 90 % objemu vstupní vody je vedeno obtokem okolo filtru, čímž však takové zařízení postrádá jakéhokoli smyslu a užitku.

• Vhodné použití: Zařízení na bázi reverzní osmózy nejsou vhodná jako konečný stupeň úpravy pitné vody, pokud nejde o výjimečné případy vod s nadlimitním obsahem celkových minerálních látek - nad 1 000 mg/l - což se však týká jen necelého 1 % vod v ČR.

tags: #odpad #d #reverzni #osmozy #co #s

Oblíbené příspěvky:

• Průvodce místními poplatky za odpad
• Charakteristika tropických pouští
• Zubr evropský v ČR
• Životní prostředí v Česku
• Kožené zimní boty do přírody – recenze