11 maalis 2022
STARK: käänteisosmoosijärjestelmä. Miten käänteisosmoosi toimii?
Tämä artikkeli on suunnattu yleisölle, jolla on vähän tai ei ollenkaan kokemusta käänteisosmoosivedestä, ja se yrittää selittää perusasiat yksinkertaisin termein, joiden pitäisi antaa lukijalle parempi yleiskäsitys käänteisosmoosivesitekniikasta ja sen sovelluksista.
Käänteisosmoosin ymmärtäminen
Käänteisosmoosi, jota yleisesti kutsutaan RO:ksi, on prosessi, jossa demineralisoit tai deionisoit vettä työntämällä sitä paineen alaisena puoliläpäisevän käänteisosmoosikalvon läpi.
Miten käänteisosmoosi toimii?
Käänteisosmoosi toimii käyttämällä korkeapainepumppua lisäämään painetta RO:n suolapuolella ja pakottamaan veden puoliläpäisevän RO-kalvon läpi, jolloin lähes kaikki (noin 95–99 %) liuenneet suolat jäävät rejektivirtaan. Tarvittavan paineen määrä riippuu syöttöveden suolapitoisuudesta. Mitä väkevämpi syöttövesi on, sitä enemmän painetta tarvitaan osmoottisen paineen voittamiseksi.
Suolatonta vettä, joka on demineralisoitu tai deionisoitu, kutsutaan permeaattivedeksi (tai tuotevedeksi). Vesivirtaa, joka kuljettaa väkeviä epäpuhtauksia, jotka eivät kulkeneet RO-kalvon läpi, kutsutaan rejektivirraksi (tai konsentraattivirraksi).
Kun syöttövesi tulee RO-kalvoon paineen alaisena (riittävä paine osmoottisen paineen voittamiseksi), vesimolekyylit kulkevat puoliläpäisevän kalvon läpi, eivätkä suolat ja muut epäpuhtaudet pääse kulkemaan ja ne johdetaan rejektivirran (tunnetaan myös nimellä konsentraatti- tai suolavesivirta), joka menee valumaan tai voidaan joissakin olosuhteissa syöttää takaisin syöttöveteen kierrätettäväksi RO-järjestelmän kautta säästä vettä. RO-kalvon läpi kulkevaa vettä kutsutaan permeaatti- tai tuotevedeksi, ja siitä on yleensä poistettu noin 95–99 % liuenneista suoloista.
On tärkeää ymmärtää, että RO-järjestelmässä käytetään ristisuodatusta tavallisen suodatuksen sijaan, jossa epäpuhtaudet kerätään suodatinväliaineeseen. Ristisuodatuksessa liuos kulkee suodattimen läpi tai ylittää suodattimen kahdella ulostulolla: suodatettu vesi menee yhteen suuntaan ja saastunut vesi toiseen suuntaan. Epäpuhtauksien kertymisen välttämiseksi ristivirtaussuodatus antaa veden pyyhkäistä pois kertyneet epäpuhtaudet ja sallia myös riittävän turbulenssin pitämään kalvon pinnan puhtaana.
Mitä epäpuhtauksia käänteisosmoosi poistaa vedestä?
Käänteisosmoosi pystyy poistamaan jopa 99 %+ liuenneita suoloja (ioneja), hiukkasia, kolloideja, orgaanisia aineita, bakteereja ja pyrogeenejä syöttövedestä (vaikka RO-järjestelmään ei pidä luottaa poistamaan 100 % bakteereista ja viruksista). RO-kalvo hylkii epäpuhtaudet niiden koon ja varauksen perusteella. Kaikki epäpuhtaudet, joiden molekyylipaino on suurempi kuin 200, todennäköisesti hylkäävät oikein toimiva RO-järjestelmä (vertailun vuoksi vesimolekyylin MW on 18). Samoin mitä suurempi epäpuhtauden ionivaraus on, sitä todennäköisemmin se ei pääse kulkemaan RO-kalvon läpi. Esimerkiksi natriumionilla on vain yksi varaus (monovalenttinen), eikä RO-kalvo hylkää sitä samoin kuin esimerkiksi kalsium, jolla on kaksi varausta. Samoin tästä syystä RO-järjestelmä ei poista kaasuja, kuten CO2:ta, kovin hyvin, koska ne eivät ole erittäin ionisoituneita (varautuneita) liuoksessa ja niillä on erittäin pieni molekyylipaino. Koska RO-järjestelmä ei poista kaasuja, permeaattiveden pH-taso voi olla hieman normaalia alhaisempi riippuen syöttöveden CO2-tasoista, koska CO2 muuttuu hiilihapoksi.
Käänteisosmoosi on erittäin tehokas murto-, pinta- ja pohjaveden käsittelyssä sekä suurissa että pienissä virtaussovelluksissa. Esimerkkejä RO-vettä käyttävistä teollisuudenaloista ovat lääketeollisuus, kattilan syöttövesi, elintarvike- ja juomateollisuus, metallin viimeistely ja puolijohteiden valmistus muutamia mainitakseni.
Käänteisosmoosin suorituskyky ja suunnittelulaskelmat
On olemassa kourallinen laskelmia, joita käytetään RO-järjestelmän suorituskyvyn arviointiin ja myös suunnitteluun liittyvissä näkökohdissa. RO-järjestelmässä on instrumentointi, joka näyttää laadun, virtauksen, paineen ja joskus muita tietoja, kuten lämpötilan tai käyttötunnit. RO-järjestelmän suorituskyvyn tarkkaan mittaamiseen tarvitaan vähintään seuraavat toimintaparametrit:
Käänteisosmoosijärjestelmä
Käänteisosmoosin ymmärtäminen
Käänteisosmoosi, jota yleisesti kutsutaan RO:ksi, on prosessi, jossa demineralisoit tai deionisoit vettä työntämällä sitä paineen alaisena puoliläpäisevän käänteisosmoosikalvon läpi.
Miten käänteisosmoosi toimii?
Käänteisosmoosi toimii käyttämällä korkeapainepumppua lisäämään painetta RO:n suolapuolella ja pakottamaan veden puoliläpäisevän RO-kalvon läpi, jolloin lähes kaikki (noin 95–99 %) liuenneet suolat jäävät rejektivirtaan. Tarvittavan paineen määrä riippuu syöttöveden suolapitoisuudesta. Mitä väkevämpi syöttövesi on, sitä enemmän painetta tarvitaan osmoottisen paineen voittamiseksi.
Suolatonta vettä, joka on demineralisoitu tai deionisoitu, kutsutaan permeaattivedeksi (tai tuotevedeksi). Vesivirtaa, joka kuljettaa väkeviä epäpuhtauksia, jotka eivät kulkeneet RO-kalvon läpi, kutsutaan rejektivirraksi (tai konsentraattivirraksi).
Kun syöttövesi tulee RO-kalvoon paineen alaisena (riittävä paine osmoottisen paineen voittamiseksi), vesimolekyylit kulkevat puoliläpäisevän kalvon läpi, eivätkä suolat ja muut epäpuhtaudet pääse kulkemaan ja ne johdetaan rejektivirran (tunnetaan myös nimellä konsentraatti- tai suolavesivirta), joka menee valumaan tai voidaan joissakin olosuhteissa syöttää takaisin syöttöveteen kierrätettäväksi RO-järjestelmän kautta säästä vettä. RO-kalvon läpi kulkevaa vettä kutsutaan permeaatti- tai tuotevedeksi, ja siitä on yleensä poistettu noin 95–99 % liuenneista suoloista.
On tärkeää ymmärtää, että RO-järjestelmässä käytetään ristisuodatusta tavallisen suodatuksen sijaan, jossa epäpuhtaudet kerätään suodatinväliaineeseen. Ristisuodatuksessa liuos kulkee suodattimen läpi tai ylittää suodattimen kahdella ulostulolla: suodatettu vesi menee yhteen suuntaan ja saastunut vesi toiseen suuntaan. Epäpuhtauksien kertymisen välttämiseksi ristivirtaussuodatus antaa veden pyyhkäistä pois kertyneet epäpuhtaudet ja sallia myös riittävän turbulenssin pitämään kalvon pinnan puhtaana.
Mitä epäpuhtauksia käänteisosmoosi poistaa vedestä?
Käänteisosmoosi pystyy poistamaan jopa 99 %+ liuenneita suoloja (ioneja), hiukkasia, kolloideja, orgaanisia aineita, bakteereja ja pyrogeenejä syöttövedestä (vaikka RO-järjestelmään ei pidä luottaa poistamaan 100 % bakteereista ja viruksista). RO-kalvo hylkii epäpuhtaudet niiden koon ja varauksen perusteella. Kaikki epäpuhtaudet, joiden molekyylipaino on suurempi kuin 200, todennäköisesti hylkäävät oikein toimiva RO-järjestelmä (vertailun vuoksi vesimolekyylin MW on 18). Samoin mitä suurempi epäpuhtauden ionivaraus on, sitä todennäköisemmin se ei pääse kulkemaan RO-kalvon läpi. Esimerkiksi natriumionilla on vain yksi varaus (monovalenttinen), eikä RO-kalvo hylkää sitä samoin kuin esimerkiksi kalsium, jolla on kaksi varausta. Samoin tästä syystä RO-järjestelmä ei poista kaasuja, kuten CO2:ta, kovin hyvin, koska ne eivät ole erittäin ionisoituneita (varautuneita) liuoksessa ja niillä on erittäin pieni molekyylipaino. Koska RO-järjestelmä ei poista kaasuja, permeaattiveden pH-taso voi olla hieman normaalia alhaisempi riippuen syöttöveden CO2-tasoista, koska CO2 muuttuu hiilihapoksi.
Käänteisosmoosi on erittäin tehokas murto-, pinta- ja pohjaveden käsittelyssä sekä suurissa että pienissä virtaussovelluksissa. Esimerkkejä RO-vettä käyttävistä teollisuudenaloista ovat lääketeollisuus, kattilan syöttövesi, elintarvike- ja juomateollisuus, metallin viimeistely ja puolijohteiden valmistus muutamia mainitakseni.
Käänteisosmoosin suorituskyky ja suunnittelulaskelmat
On olemassa kourallinen laskelmia, joita käytetään RO-järjestelmän suorituskyvyn arviointiin ja myös suunnitteluun liittyvissä näkökohdissa. RO-järjestelmässä on instrumentointi, joka näyttää laadun, virtauksen, paineen ja joskus muita tietoja, kuten lämpötilan tai käyttötunnit. RO-järjestelmän suorituskyvyn tarkkaan mittaamiseen tarvitaan vähintään seuraavat toimintaparametrit:
- Syöttöpaine
- Läpäisevä paine
- Tiivisteen paine
- Syötön johtavuus
- Permeaatin johtavuus
- Syötön virtaus
- Läpäisevä virtaus
- Lämpötila
Käänteisosmoosijärjestelmä