תהליך האוסמוזה ומערכת האוסמוזה ההפוכה

fishy

fishy

מאמר-תהליך האוסמוזה ומערכת האוסמוזה ההפוכה.

ראשית, כדי להבין מהי מערכת האוסמוזה ההפוכה. יש לנו צורך להבין מהו תהליך האוסמוזה.

דיפוזיה ואוסמוזה

תהליך האוסמוזה הוא תהליך פרטי של דיפוזיה (פעפוע) ולכן כדי להבין את המושג יש צורך להבין מהו פעפוע.    פעפוע הוא פיזור של חומר מסוים באזור מסוים, שנוצר עקב תנועה מתמדת של החלקיקים, שנוצרת עקב אנרגיה קינטית שטמונה בהם, עקב תנועה מתמדת זו, נוצר ערבוב של הדרגתי של החומר.

תהליך האוסמוזה הוא תהליך של דיפוזיה, שקורה בנוזל.

בתהליך האוסמוזה, הנוזל (או ממס) עובר דרך ממברנה חדירה למחצה (או "בררנית") מתמיסה בה אחוז המומסים נמוך לתמיסה בה אחוז המומסים גבוה, עד שאחוז המומסים (TDS) בשתי התמיסות שווה.                                                      ,    משמע, שאוסמוזה היא סוג של פעפוע, שבו רק הממס מסוגל לעבור בין התמיסות (בניגוד לדיפוזיה "פשוטה" בו הממסים והמומסים מסוגלים לחדור אחד לתחומו של האחר).        במקרה של שתי תמיסות המופרדות בממברנה, התמיסה בעלת ריכוז המומסים הנמוך נקראת "תמיסה היפוטונית" בעוד שהתמיסה בעלת ריכוז המומסים הגבוה נקראת "תמיסה היפרטונית". במצב בו ריכוז המומסים שווה בין שתי התמיסות, התמיסות נקראות "תמיסה איזוטונית".

עקב תהליך זה, שבו שתי תמיסות שמופרדות על ידי ממברנה בררנית חייבות תמיד להיות בעלות אחוז מומסים שווה (נקרא "איזון ריכוזי") נוצר לחץ הידרוסטטי  (לחץ שנוצר במצב בו הנוזל [או הגז] מצוי בשיווי משקל סטטי [מנוחה] בהשפעת שדה כבידה מסוים [במקרה שלנו כח הכבידה המפעיל כדור הארץ על התמיסות].) כאשר במבחנה מסוימת ישנו צורך באחוז גבוה יותר של ממס, ביחס למומסים, לחץ זה נקרה: לחץ אוסמוטי.

עכשיו כאשר אנו מבינים מהו תהליך האוסמוזה, ניתן להבין מהו תהליך האוסמוזה ההפוכה.

תהליך האוסמוזה ההפוכה

בתהליך האוסמוזה ההפוכה, אנו מטהרים את המים מכל המומסים שנמצאים בהם.    לפי חוקי האוסמוזה, אין דרך לעשות זאת, כיוון שהלחץ האוסמוטי ימנע מהמים לעבור בקרום הבררני כאשר בתמיסה ההיפוטונית אין מומסים כלל, יותר מכך, המים הנחשבים היפוטונים, יעברו לעבר אזור המים ההיפרטונים. ולכן, כדי להכריח את המים ההיפרטונים לעבור לצד ההיפוטוני של התמיסות, צריך להפעיל לחץ אשר יהיה גבוה מהלחץ האוסמוטי שהתהליך מפעיל, אשר יגרום למים לעבור דרך הממברנה הבררנית, ולנקות אותם (לזקק) מכל המומסים.

ועכשיו, שאנו סוף סוף מבינים מהו תהליך האוסמוזה והאוסמוזה ההפוכה, נוכל לעבור למכשיר הביתי, מכשיר האוסומוזה ההפוכה.

מכשיר האוסמוזה ההפוכה.  

מכשיר האוסמוזה ההפוכה הוא אוסף של קולונות, אשר מזרימים לתוכם מים "מלוכלכים" (מים רוויים במוצקים מומסים) בהם המים מסתננים ומסתננים ובסופו של דבר עוברים דרך ממברנה, שמוציאה את רוב המוצקים והמומסים מהמים.

בימינו, הממברנות מסננות את רוב המוצקים, אבל עדיין לא את כולם. לעומת זאת, כדי למקסם (מלשון מקסימום) את פעילותה יש צורך בסינון מקדים של המוצקים הגדולים ביותר (כמו מתכות כבדות, וכלור, שנחשבות מולקולות גדולות למדי.).       כמו כן על מנת להגן עליה ולשמור על יעילותה לאורך זמן, יש צורך בסינון מקדים.

לסינון מקדים אנו משתמשים בסננים מסוימים, אשר נועדו למטרה זאת בדיוק.

הסננים הם אוסף של חומרים סופחים, בדרך כלל פחם או משקע אחר בעל יכולות ספיחה כאלו ואחרות (כמו גיר לדוגמא), אשר מסוגלים לספוח אליהם את החומרים הגדולים שהזכרנו בעבר. במערכות אוסמוזה, כדי לשמור על הסננים, יש צורך להוציא את החלקיקים הגדולים לפני כל סנן בעזרת סנן שמיועד לסנן כאלו חלקיקים.

כדי לייעל את פעילותה של המערכת, אנו ננסה להעביר את המים בדרך מסוימת שתוציא את המים בשלבים לפי גודלם. לסננים של מערכת האוסמוזה, בדרך כלל יש גודל סטנדרטי.

הגדלים הסטנדרטים הם: 5 מיקרון, מיקרון אחד, 0.6 מיקרון.

סנן:

במערכת אוסמוזה (לפי דעתי, ודעת מומחים ממני) אנו נרצה לשלב כל אחד מהסננים שהוזכרו למעלה בסדר כזה שימנע מחלקיקים גדולים להגיע לממברנה, ימקסם את פעילותה ויגן עליה.   ולכן ראשית נציב את הסנן בגודל הגדול ביותר, שיסנן את רוב החלקיקים הגדולים הנ"ל, אחריו את הסנן הקטן יותר, 1 מיקרון, שיסנן חלקיקים שעלולים להפריע לממברנה,     (את הסנן האחרון אנו מכניסים לשם בטחון, כיוון שלא מדובר בממברנה אשר תעביר אך ורק חלקיקים שקטנים מגודל המים, אלא בסננים, אשר סופחים את החלקיקים הגדולים.) וסנן אחרון שיעצור את כל החברה שהצליחו לעבור בכל זאת (פושטקים!) את הסננים הקודמים.

במקרה של מערכות עדינות מאוד שדורשות TDS  מאופס, יש צורך בשימוש בסנן DI, DI הוא חומר אשר סופח חלקיקים קטנטנים, שאפילו הממברנה לא מצליחה לתפוס. עלויות האחזקה של סנן כזה גבוהות למדי, עקב צורך תמידי בהחלפה מהירה של הסופח, עקב הפיכתו ללא אפקטיבי לאחר זמן קצר.

סנן DI:




לסינון מוחלט של החלקיקים מהמים אנו משתמשים בממברנה:

התהליך יראה ככה: (בערך…)

סינון בסנן הראשון (חמישה מקרון (סנן עומק) ):

ניתן לראות שמספר חלקיקים גדולים עברו גם כן, עקב סיבות שהוזכרו למעלה.

סינון בסנן השני (מיקרון אחד/ חמישה מיקרון):

סינון בסנן השלישי (0.6 מיקרון/ 1 מיקרון/ 5 מיקרון ):

מעבר המים בממברנה:

ניתן לראות כי מספר חלקיקים עברו אף את הממברנה, ממברנות בימינו אף על פי כך שהן אמורות לאפשר מעבר של מים בלבד, מאפשרות מעבר מסוים של מומסים אשר קטנים ממולקולות המים.

סנן DI:

החלפת הממברנות והסננים.

החלפת הסננים: עקב היותם של הסננים סופחים, לאחר כמות מים מסוימת הם לא יוכלו להכיל עוד חומרים, ויהפכו לא אפקטיביים. עקב כך, כאשר רואים עליה מסוימת בכמות המומסים של התוצר הסופי (המים ה"נקיים") יהיה צורך בהחלפתם.

החלפת הממברנה: ממברנות מלאכותיות נוטות להתקלקל בשל התרחבותו. התרחבות זאת קורה לרוב עקב העברת חלקיקים גדולים דרכם וסינון מקדים לקוי. בשלב מסוים כמות המומסים במים תעלה, ויהיה צורך להחליפה.

לבדיקת כמות המומסים במים אנו משתמשים במד TDS.

מד TDS הוא מד אשר מודד את הריכוז של של מוצקים מומסים (מוזכרים במאמר זה כ"מומסים") או Totaly Disolved Solids (TDS) בתרכובת מסוימת במצב נוזל. עקב היותם של מוצקים אלה יונים של מלחים או מינראלים, הם משנים את המוליכות בנוזל, מה שמד הTDS מודד, ומציג תוצאה בצורה של "חלקיקים חלקי מליון" (PPM, Parts Per Milion).

מחירים:

אוסמוזה 4 שלבים במצב חדש אמורה לעלות בערך 600-1000 שקלים.

המחיר לסננים חדשים הם בערך 70-100 שקלים לחדשים.

המחיר לממברנה הם בין 230-600 שקלים.

סנני DI לא נפוצים במיוחד בארצנו. לכן המחירים משתנים.

וכעת לקאטץ'.

בימינו, הסננים האפקטיבים ביותר שיוצאו לנו את התוצאות הטובות ביותר, הם הסננים האמריקנים.

הסננים הסינים לא אמינים, ויש לדאוג לבדיקות נרחבות ופיקוח נרחב על רמות הTDS.

במקרה של הממברנה, הממרנות האמריקאיות פועלות בצורה שונה מהסיניות, ואפילו שיש ממברנות סיניות שפועלות לפי הטכנולוגיה האמריקאית, לא הייתי לוקח את הסיכון ברכישה של ממברנות סיניות.

התמונות המצוירות מקוריות שלי.

רועי.

כתיבת תגובה

האימייל לא יוצג באתר.

קבוצת הפייסבוק החדשה שלנו

משפחת פישי גדלה ומתרחבת!

כדי לתת לכם מקום לשאול את כל השאלות שרציתם, להכיר חברים מהתחום, למכור ולקנות ציוד ודגים, פתחנו עבורכם את קבוצת הפייסבוק הרשמית של פישי.

כל שאתם צריכים לעשות זה ללחוץ על הקישור ולהצטרף אלינו למשפחה