Istota procesu

Istnieją trzy technologiczne procesy uzyskania wody odpowiedniej na potrzeby hodowli roślin owadożernych: destylacja, dejonizacja (demineralizacja) przy użyciu złoży jonowymiennych i odwrócona osmoza. W tym temacie opisana zostanie ostatnia z wyżej wymienionych technologii -odwrócona osmoza w skrócie RO.

ISTOTA PROCESU ODWRÓCONEJ OSMOZY

Cząsteczki zawarte w wodzie można podzielić, pod względem wielkości, na trzy grupy: makrocząstki, mikrocząstki i jony. Woda wodociągowa ma stężenie początkowe substancji (stężenie cząstek) równe jakiejś wartości (C-stężenie). Dla roślin owadożernych woda musi być pozbawiona twardości całkowicie, zatem jej stężenie końcowe substancji rozpuszczonych powinno wynosić 0.

Osmoza jest to zjawisko, polegające na przechodzeniu wody z roztworu o stężeniu mniejszym do roztworu wody o stężeniu większym, przez membranę półprzepuszczalną w sposób samoistny. Siłą napędową procesu jest różnica stężeń substancji rozpuszczonych w roztworach po obu stronach błony (membrany) półprzepuszczalnej.

Membraną półprzepuszczalną jest przegroda, przez którą zdolne są przedostać się tylko i wyłącznie cząsteczki wody.Woda z roztworu o mniejszym stężeniu przechodzić będzie na stronę  środowiska o większym stężeniu substancji rozpuszczonych, aż do momentu gdy po obu stronach membrany nastąpi wyrównanie stężeń - do uzyskania tzw. równowagi osmotycznej. Ciśnienie, pod jakim woda przedostaje się ze stężenia niższego do większego nazywany ciśnieniem osmotycznym.

Jeżeli  pod wpływem zewnętrznego ciśnienia, woda z większego stężenia substancji przechodzić będzie na stronę o mniejszym stężeniu, mamy do czynienia z odwróconą osmozą. Ciśnienie, które powoduje odwrócenie procesu w naszym przypadku pochodzi z instalacji wodociągowej.

W omawianym filtrze, zanieczyszczona różnymi substancjami woda zostaje przepchana pod ciśnieniem przez półprzepuszczalną membranę. Tylko cząstki wody zdołają się przez nią przedostać i tym sposobem uzyskujemy wodę o stężeniu substancji rozpuszczonych bliskim/równym 0. Taka woda z powodzeniem nadaje się dla roślin owadożernych.

Z praktycznego punktu widzenia niemożliwe jest, aby ilość wody o stężeniu początkowym przepuszczana przez membranę filtra była równa ilości oczyszczonej wody o stężeniu końcowym 0 po filtracji. Tylko pewna część wody uzyskuje stężenie równe 0, a część stanowi solanka - tak zwany odpad. Przepuszczając wodę przez filtr RO tylko pewien % użytej w procesie filtracji wody po filtrze będzie nadawał się do hodowli!

Zasada działania filtra RO

Na polskim rynku dostępny jest potężny wachlarz filtrów RO. Obok budowy, różnią się one przedziałem cenowym i tym sposobem możemy nabyć filtr w cenie od 100 do nawet kilkuset złotych.

Na cele hodowli w zupełności wystarczą modele z dolnej półki cenowej - osmoza trójstopniowa (RO3) zwana popularnie osmozą akwarystyczną.

Typowa osmoza akwarystyczna składa się z trzech komór połączonych wężykami. Każda z komór ma inne zadanie, przy czym ostatni moduł filtra stanowi półprzepuszczalna membrana osmotyczna. Pierwsze dwa moduły złożone są z filtrów mechanicznych (pianki polipropylenowej i węgla aktywowanego) i mają na celu usunięcie z wody nierozpuszczalnych marko i mikrocząstek.

Pierwszy etap filtracji zatrzymuje, niczym sito, drobne zawiesiny, niekiedy widoczne gołym okiem. Na drugim w kolejności filtrze z wkładem węglowym, sorbowane są między innymi metale ciężkie i chlor. Po obu etapach filtracji woda zawiera jony (najmniejsze cząstki), mikroorganizmy - które nie zostały usunięte w procesie filtracji i sorpcji. Po ostatnim etapie filtracji na membranie osmotycznej woda zawiera znikome ilości substancji rozpuszczonych i uzyskuje cechy przydatności do hodowli roślin owadożernych. Schemat przepływu wody i proces oczyszczania obrazuje rysunek.

Kluczowym elementem w procesie filtracji jest membrana osmotyczna czyli półprzepuszczalna przegroda, przez którą zdolne są przedostać się tylko cząsteczki wody. Moduł membrany tworzą nawinięte na perforowany trzpień z tworzywa sztucznego (zaślepiony na jednym końcu), warstwy membrany osmotycznej z dodatkowymi warstwami usprawniającymi proces filtracji. Wzdłuż układu warstw, woda płynie bez większych przeszkód, zbierając osadzające się związki soli z powierzchni membrany. W kierunku poprzecznym (prostopadłym do układu warstw) woda musi pokonać barierę mikroporów, przez które zdolne są przedostać się tylko cząstki H₂O. Poruszają się one następnie w kierunku do wnętrza rdzenia i zostaje odprowadzona, przy pomocy wężyka, na zewnątrz.

Jak pracuje osmoza?

Woda, po dwóch etapach filtracji mechanicznej pozbawiona jest makro i mikrocząstek, a główne zanieczyszczenie wody w tym etapie  stanowią substancje rozpuszczalne - głównie jony. Obecność jonów nadaje roztworowi wodnemu pewne stężenie początkowe. W komorze zewnętrznej  znajduje się roztwór o stężeniu C₂ (ciemniejszy obszar na rysunku). Roztwór ten jest wtłaczany pod pewnym ciśnieniem dzięki któremu proces osmozy zostaje odwrócony i woda płynie w kierunku od roztworu o większym stężeniu do roztworu o mniejszym stężeniu (z C₂ do C₁). Stężenie substancji rozpuszczonych w roztworze wodnym C₁ po tym procesie bliskie jest 0 - przez membranę przedostają się wyłącznie cząsteczki wody. Separacja wody powoduje zwiększenie się stężenia C₂ roztworu, a co za tym idzie zwiększa się różnica ciśnień osmotycznych po obu stronach warstwy półprzepuszczalnej. Powoduje to hamowanie procesu odwróconej osmozy, dlatego też roztwór C₂ musi być na bieżąco odprowadzany z modułu jako odpad (tzw. solanka).

Pewien procent wody o początkowym stężeniu C₂ osiąga stężenie C₁ bliskie 0. Pozostała część, stanowi tak zwany odpad. Odpad, czyli woda o pewnym stężeniu soli -solanka.

Z praktycznego punktu widzenia, niemożliwe jest uzyskanie takiej samej ilości wody na wlocie, jak i na odpływie wody całkowicie dejonizowanej i tym samym zerową wartość odpadu.

Na króćcu wylotu solanki zamontowany jest ogranicznik ścieku (tzw. restryktor), który został zaprojektowany w ten sposób, aby wydajność membrany gwarantowała uzyskać jak największą ilość wody demineralizowanej w stosunku do odpadu, po przez utrzymanie optymalnego ciśnienia wody w filtrze.

Filtr RO w praktyce, montaż

W opisie każdego produktu można znaleźć inne ważne parametry, takie jak: ilość odpadu podawana w procentach, ilość wody dejonizowanej, procent oczyszczenia wody. Przeglądając oferty różnych producentów można uzyskać informacje, że ilość wody dejonizowanej stanowi 20-48% i jej stopień oczyszczenia wynosi 90-99%. Tym samym ilość odpadu (solanki) wynosi 52-80% wody jaka przepuszczana jest przez filtr.

Montaż filtra nie stanowi większego problemu. Ważne jest aby w pobliżu miejsca instalacji urządzenia znajdował się odpływ do kanalizacji (zlewozmywak/umywalka) i podłączenie zimnej wody (najlepiej miejsce podłączenia wody do pralki). W każdym zestawie RO znaleźć można niezbędne elementy zapewniające prawidłowe podłączenie i eksploatację filtra. Filtr RO posiada uchwyt umożliwiający zawieszenie zestawu na ścianie w pozycji pionowej/poziomej.

Na schemacie poniżej przedstawiono całe urządzenie po zamontowaniu wszystkich elementów z zestawu. Dla ułatwienia wężyki pełniące różne funkcje posiadają różne kolory. 

Przewód podłączeniowy wody zimnej stanowi wężyk koloru niebieskiego. Do zaworu zimnej wody przykręca się przelotkę (trójnik) zazwyczaj ½ cala. Przelotka posiada gwint wewnętrzny na jednym końcu i zewnętrzny na drugim oraz otwór z gwintem o mniejszej średnicy pośrodku. W środkowy otwór przykręca się zaworek z zestawu ¼ cala z zamontowanym uprzednio wężykiem do filtra.

Kolorem zielonym zaznaczono na schemacie odpływ solanki. Na samym początku, najlepiej tuż po wylocie z filtra, montuje się ogranicznik ścieku. Obejma umożliwia podłączenie wężyka z solanką do kanalizacji. Najlepszym miejscem do instalacji obejmy jest pionowy odcinek rury kanalizacyjnej między kratką ściekową umywalki/zlewozmywaka, a syfonem. Na tym odcinku rury należy wykonać opaskę z taśmy teflonowej (uszczelnienie, dołączone do zestawu), przykręcić obejmę i wywiercić niewielki otwór (6-8mm). Po tym, w prosty sposób, montuje się wężyk odpływowy za pomocą szybkozłączki.

Czerwonym kolorem zaznaczono wężyk, którym płynie woda demineralizowana do wiaderka lub innego naczynia.

Szczegółowy opis montażu dołączony jest do zestawu RO. Przed przystąpieniem do zamówienia warto zmierzyć średnice zaworu podłączeniowego z zimną wodą i średnicy zewnętrznej rury kanalizacyjnej. W ofertach możliwy jest wybór różnych średnic obejm i przelotek. Dzięki temu zakupiony zestaw nie będzie sprawiał problemów podczas montażu. Złożenie i montaż filtra RO trwa zazwyczaj 15-20minut.

Możliwe są również inne „tymczasowe” sposoby podłączenia filtra. Zaworek 1/4 cala można przykręcić do wężyka zamiast słuchawki prysznica. Taki rodzaj montażu stosuje się, gdy woda magazynowana jest w pojemnikach, a jej przygotowanie dokonuje się średnio dwa razy w miesiącu.

Podczas eksploatacji filtra RO z czasem media filtracyjne ulegają zużyciu. Ważne jest, aby regularnie wymieniać prefiltry, czyli filtry mechaniczne stanowiące 2 pierwsze etapy oczyszczania wody.

Prefiltry należy wymieniać bezwzględnie co 3-6 miesięcy w zależności od czasu eksploatacji i składu wody. Żywotność membrany osmotycznej szacowana jest od 2 do 3 lat. Czas ten może uleć skróceniu, gdy filtry mechaniczne ulegną wyeksploatowaniu. Koszt filtrów mechanicznych to łącznie ok 20zł, a wartość nowej membrany osmotycznej -ok 80zł (w zależności od wydajności).

Jeżeli media w postaci pianki polipropylenowej i węgla aktywowanego przestaną działać poprawnie, makro i mikrocząstki wraz z jonami przedostaną się do membrany, która w krótkim czasie zostanie „zapchana”. Zbyt długie zwlekanie z wymianą prefiltrów może przyczynić się do zwiększenia ilości „odpadu”, tym samym zmniejszeniu ilości wody demineralizowanej w procesie odwróconej osmozy.