I. Znaczenie wody w organiżmie . . . . . . . . . . . . . .
II. Ruch wody w przyrodzie i jej zanieczyszczenie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
III. Oczyszczalnie wód powierzchniowych w zakładach wodaciągwych. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
IV. Co to jest osmoza . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
V. Działanie membrany osmotycznej . . . . . . . . . .
VI. Budowa oraz działanie domowych urządzeń osmotycznych. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
VII. Podsumowanie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

V. Działanie membrany osmotycznej

 Membrany osmotyczne do oczyszczania wody pitnej produkowane są obecnie tylko w USA i są podstawowym elementem w systemach oczyszczania wody pitnej w domu, o których piszemy w kolejnych rozdziałach. W jaki sposób następuje na membranie proces oczyszczania wody z kranu lub ze studni, pokazuje rysunek 17.

 Wcześniej przedstawiono już, że zanieczyszczona woda zawiera w sobie:
  1. Zawiesiny, czyli części nierozpuszczone.
  2. Bakterie i wirusy.
  3. Pierwiastki oraz związki chemiczne, czyli elementy rozpuszczone.

 Wszystkie te kategorie zanieczyszczeń pokazujemy na rysunku, który jest oczywiście bardzo uproszczony. Widzimy zatem duże jony rtęci, kadmu czy ołowiu na tle małych, niebieskich krążków, które symbolizują cząstkę wody. Widać również jony sodu, potasu, magnezu i wapnia które są niewiele większe od cząstek wody. Na tym małym rysunku nie sposób pokazać tysięcy innych związków chemicznych, które wzbogacają nasze wody pitne. Pamiętajmy, że dzisiejszy przemysł chemiczny tworzy nieustannie nowe związki chemiczne (obecnie jest zarejestrowanych ponad 16 milionów) poprzez ich ciągłe powiększanie.

 Pokazujemy tutaj tylko mały wycinek bakterii - nie mogliśmy pokazać jej w całej okazałości, gdyż w tej skali średnia bakteria będzie miała wielkość około 50 metrów. Również zawiesiny nie znajdą miejsca na tym rysunku - najmniejsza drobina, którą dostrzega oko ludzkie musi mieć średnicę 40 m, czyli 80 razy większą od średniej bakterii. Zauważmy, że cząstki wody mają wielkość zbliżoną do por membrany, czyli około 0,0001m - teraz rozumiemy, dlaczego naturalne błony osmotyczne oraz techniczne membrany są tak zbudowane. Pory widoczne na naszym rysunku stanowią pewne uproszczenie - w rzeczywistości membrany osmotyczne są sitem molekularnym podobnym do gąbki z gęstymi labiryntami.

Przez membranę przechodzą cząstki wody. Jest to proces bardzo powolny - z milionów cząstek wody powstają pierwsze kropelki, które zbierane są w odpowiednim zbiorniku. Zauważ Czytelniku, że wraz z wodą przechodzą również małe jony sodu,potasu, wapnia i magnezu, które należą do pierwiastków życia.

Rys. 17 Działanie domowej membrany osmotycznej.

Większe pierwiastki oraz związki chemiczne nie mają szans na przedostanie sie przez membranę. Nie przejdą również bakterie i wirusy ani osady.

Membrany osmotyczne ulegają naturalnemu zużyciu:
a) ściera się ich powierzchnia zewnętrzna,
b) w trakcie eksploatacji powiększają się pory membrany (dekalibracja membran),
c) w przypadku dużych stężeń zanieczyszczeń może dochodzić do zarastania membrany kamieniem,
d) przy stosowaniu przestarzałego węgla aktywnego (lasacja węgla), który nie zatrzymuje chloru i nie potrafi bronić się przed bakteriami oraz przy oczyszczaniu niechlorowanych wód studziennych, membrany mogą zarosnąć śluzem bakteryjnym.

 Powiększenie por membrany w trakcie jej używania powoduje, że przechodzą przez nią coraz większe pierwiastki i związki chemiczne. Przy czym z większym prawdopodobieństwem przechodzą części małe, najczęściej naturalne - sód, potas, magnez i wapń. Nowe membrany przepuszczają do 10% związków zawartych w wodzie nieoczyszczonej, a gdy średnio po czterech latach używania membrana będzie przepuszczać około 40% związków chemicznych, należy wymienić ją na nową. Trwałość membrany jest oczywiście różna i zależy od kilku czynników:
  1. Zanieczyszczenia wody.
  2. Sprawności oraz jakości wstępnych filtrów ochronnych.
  3. Temperatury wody.
  4. Ciśnienia wody w sieci.
  5. Zużycia wody.
  6. Wydajności membrany.

 Trwałość membrany można zwiększyć zdecydowanie poprzez stosowanie oryginalnych filtrów ochronnych (mechanicznych i węglowych) zalecanych przez producenta. Przy tym jest rzeczą charakterystyczną, że im więcej wody się zużywa, tym dłużej i lepiej membrana pracuje.

  Na rysunku 17 można zauważyć, że zanieczyszczona woda przesuwa się równolegle do powierzchni membrany i tylko część wody czystej zostanie z niej odzyskana. Pozostała część, czyli brudna woda, kierowana jest do ścieku. Odzysk wody czystej wynosi od 25 do 40 % wody zanieczyszczonej, a dzięki ciągłemu spłukiwaniu membrany wodą kierowaną do ścieku są one przez wiele lat czynne i nie zatykają się. Powierzchnia membrany jest opatentowaną metodą namagnetyzowana i dzięki temu powstaje na jej powierzchni ochronna błona z wody, która chroni ją przed szybkim ścieraniem się.

 Wcześniej wspominaliśmy, że w naszych wodach kranowych i studziennych znajdują się jednocześnie setki niepożądanych i szkodliwych dla zdrowia związkó chemicznych, bowiem obecnie istnieje ponad 2.300 związków, które łatwo rozpuszczają się w wodzie. Na rys. 18 przedstawiamy tylko dwa wybrane związki z grupy pestycydów (lindan i DDT) na tle pory membrany osmotycznej, aby pokazać, że nie mają one żadnych szans przedostać się przez nią.

Rys. 18 Porównanie cząstki wody z cząstką lindanu i DDT.

DDT (dwuchloro-dwufenylo-trójchloroetan) należy do groźnej grupy węglowodorów chlorowanych. Był stosowany do zwalczania owadów począwszy od II wojny światowej. Dopiero gdy odkryto, że środek ten potrzebuje aż 40 lat, aby się całkowicie rozłożyć biologicznie, oraz zaobserwowano ogromne skutki uboczne jego stosowania, postanowiono wycofać go z obiegu. W USA i Europie Zachodniej skreślono DDT z listy pestycydów w 1971 r., a w Polsce trzy lata później. Oznacza to, że musimy teraz czekać do 2014 roku, bo dopiero wtedy setki tysięcy ton DDT zalegających jeszcze w naszych gruntach rolnych przestaną być aktywne. Nic dziwnego, że DDT jeszcze dziś figuruje w normie dotyczącej wody pitnej na liście związków, które sanepidy muszą szukać w wodzie.
DDT jest czynnikiem kancero- i mutagennym. Może uszkadzać centralny układ nerwowy i doprowadzić do osłabienia pamięci i niedorozwoju umysłowego. Jako środek rakotwórczy powoduje najczęściej nowotwory wątroby. Jest kumulowany w tkance tłuszczowej, w wątrobie i mózgu. W przypadku zbyt szybkiego odchudzania się może dojść do szybkiego uwolnienia się DDT z tkanki tłuszczowej i zatrucia całego organizmu, a nawet zgonu.
Polska norma dopuszcza 0,001 miligrama DDT w 1 litrze wody. Na rys. 18 pokazujemy cząstkę DDT na tle blony osmotycznej.

Lindan ( g- heksachlorocykloheksan) jest pestycydem owadobójczym i jest stosowany od wielu lat do zwalczania szkodników upraw rolnych oraz jako środek do konserwacji drewna. Ponieważ jest szeroko rozpowszechnionym zanieczyszczeniem środowiska, może łatwo znaleźć się w wodzie.
Jest szkodliwy dla zwierząt oraz trujący dla pszczół. Podwyższone dawki lindanu w organizmie człowieka powodują gorączkę, obrzęk płuc, uszkodzenie wątroby, nerek, układ nerwowego i odpornościowego. Istnieją również dowody na temat stymulowania przez lindan procesów nowotworowych. Polska norma dopuszcza 0,005 mg lindanu w 1 litrze wody. Na rysunku 18 pokazujemy cząstkę lindanu na tle pory membrany osmotycznej.

 Membrany osmotyczne są zwijane spiralnie i zamykane w odpowiednich kapsułach tworząc kompletny moduł. Membrana taka przedzielona jest siatką nośną oraz warstwą zbierającą. Wzdłuż siatki nośnej transportowana jest woda zanieczyszczona, natomiast woda czysta, która przechodzi przez membranę, przesuwa się odpowiednimi kanalikami ruchem spiralnym do rdzenia kapsuły i dalej do zbiornika (rys. 19).

Rys. 19 Budowa modułu z membraną osmotyczną.

 Membrany osmotyczne do domowego użytku mają różną wydajność - od 1,5 litra do 100 litrów na godzinę i są produkowane wyłącznie w USA. W urządzeniach o wydajnościach powyżej 40 litrów na godzinę odpada konieczność magazynowania wody w zbiornikach - są to nowoczesne aparaty bezpośredniego wypływu. Takie bezzbiornikowe aparaty przeznaczone do użytku domowego produkuje obecnie szwedzki koncern Electrolux.

 Oczyszczanie wody pitnej za pomocą osmozy odwróconej należy do najbardziej nowoczesnych, skutecznych i najtańszych metod. Trudno zresztą porównywać tę metodę z innymi, bowiem współcześnie tylko osmoza odwrócona oczyszcza wodę z trujących związków chemicznych w niej zawartych.

Do góry