Além da pureza: o que pode e o que não pode reverter a membrana de osmose

A água de osmose reversa é uma ilustração da dicotomia H2O / Impureza em todos os sentidos.
Nós da AKVAFOR estamos acostumados ao fato de o mundo estar dividido em:

1. aqueles que acreditam que o filtro osmótico limpa tudo, exceto karma e consciência
2. e aqueles que despejam água osmótica em chá para o inimigo, considerando-o morto.

Ambas as suposições são questões de fé pessoal. Definimos a tarefa de falar sobre como estão as coisas com a água osmótica no mundo real e adicionar cores pastéis à imagem em preto e branco existente.

Vamos falar sobre o princípio da membrana, a diferença entre a água osmótica do destilado e do eletrólito, bem como procurar poros nela e cozinhar em ácido.

Feito por cientistas militares para submarinos?

Na verdade não. O conhecimento de uma pessoa com membranas semipermeáveis ​​começou com a história do atento abade francês Noulay em meados do século XVIII. Ele derramou o vinho na bexiga do porco e o deixou para ser armazenado em um barril com água. O vinho se transformou em suco, a bolha aumentou e o fenômeno recebeu o nome de osmose de Nola (da "pressão" grega). O abade descreveu as propriedades de uma membrana semipermeável e sua principal habilidade é passar apenas água. Se a bolha com o vinho que Nole colocasse na água não tivesse capacidade de esticar, a água penetrante aumentaria a pressão e o processo pararia. A pressão que deve ser aplicada para não deixar a água entrar no vinho é chamada osmótica. Depende da diferença nas concentrações de substâncias dissolvidas em ambos os lados da membrana.

Se o abade tivesse adivinhado espremer uma bolha com vinho e retirar o excesso de água, poderia ao mesmo tempo inventar um filtro de osmose reversa.

Mais tarde, naturalistas, botânicos e fisiologistas interessados ​​nas manifestações naturais da osmose, em particular a nutrição de plantas e células do corpo humano, aderiram à pesquisa. Um ramo de interesse separado foi formado por físicos e químicos preocupados com a tarefa de "repetir o processo em escala industrial" para dessalinizar a água doce e dessalinizar a água do mar.

O princípio de funcionamento de uma membrana de osmose reversa doméstica

Hoje, uma membrana de osmose reversa é uma fina película de polímero depositada em um substrato inerte que é completamente permeável à água. A propriedade mais importante da membrana é sua capacidade de inchar - isto é, reagir com moléculas e se ligar a elas. Esse processo é chamado de hidratação. Outras substâncias dissolvidas na água não podem reagir com o material da membrana e quando a pressão da água no suprimento de água é aplicada à membrana inchada, apenas as moléculas de água começam a vazar (espremer) através da membrana.



Quando a água passa através da membrana, a concentração de substâncias dissolvidas na frente da membrana aumenta e a pressão osmótica aumenta de acordo.
Se a pressão osmótica for igual à pressão no sistema, a passagem de água através da membrana será interrompida. Para evitar isso, o concentrado é constantemente descarregado na drenagem.

De que são feitas as membranas modernas?

Nas últimas décadas, os materiais de membrana mudaram, dos mais comuns que observamos:

- Poliacetato
Celulose A geração antiga de membranas semi-permeáveis ​​que passavam até 50% de nitratos. A presença de pré-filtração de carvão neste caso não ajuda, porque também não "vê" nitratos. A base de celulose das membranas de poliacetato provocou o crescimento ativo de bactérias.

- Poliamida
Na última década, esse tipo de membrana se generalizou e, especificamente, devido à sua resistência à biocombustível e à seletividade de 92 a 99%. Nos seus sistemas de osmose reversa, o AQUAFOR utiliza poliamida 66, que é essencialmente nylon.

É necessário distinguir entre membranas domésticas de película fina e membranas usadas para dessalinização da água do mar. O princípio de operação dessas membranas é o mesmo, mas tecnicamente a membrana para dessalinização é projetada de maneira diferente. Para "espremer" o H2O da água do mar, será necessário superar sua pressão osmótica mais alta, e uma membrana de película fina se romperá nessas condições. Para trabalhar com altas cargas durante a dessalinização, é necessário um projeto técnico diferente: a membrana é feita de outros materiais e possui um substrato mais denso (por exemplo, cerâmica).

Osmose não é uma peneira!

A opinião de que a membrana funciona devido à presença de "poros muito pequenos" nela não corresponde à realidade. A membrana de osmose reversa não possui poros. A separação da água em permeado (água purificada) e retida (concentrado de impurezas que sai para a drenagem) ocorre devido a um processo semelhante à transmissão de corrente elétrica através de um semicondutor de metal.


A capacidade de "conduzir" a água é uma propriedade de uma certa classe de materiais poliméricos, semelhante à capacidade dos metais em conduzir corrente elétrica. No entanto, existem materiais que não conduzem nem um nem outro.

O mecanismo de transferência de moléculas de água através de uma membrana é semelhante ao processo de transferência de corrente através de um condutor de metal. Nele, assim como na membrana, não há buracos; no entanto, uma corrente na forma de elétrons flui através do material a partir do local onde existem muitos deles na direção de menor "concentração".

Por que a seletividade da membrana nem sempre é 100%?

Vamos comparar os recursos de filtragem dos filtros de sorção e osmose reversa por tipos de contaminantes:

Nem todas as impurezas estão sujeitas a remoção de 100%, mesmo por uma membrana de osmose reversa. Lembre-se de que inicialmente foram criadas membranas para dessalinizar a água (em áreas onde a água potável é visivelmente salgada, mas ainda não no mar). Portanto, testes padrão para a remoção de sais pela membrana foram realizados em uma solução de cloreto de sódio (cloreto de sódio). De fato, a osmose pode fornecer 99% de remoção de sal. No entanto, quando a água é muito dura, a eficiência pode ser reduzida para 93-95%, devido a um aumento no "vazamento".

Para osmose doméstica, as membranas com seletividade de 97 a 99% são usadas com mais frequência. Eles são normalizados para cloreto de sódio, mas isso não significa que será o mesmo para outras substâncias. Para diferentes poluentes, o "deslizamento" pode ser diferente, depende da natureza deles. Por exemplo, alguns compostos de boro passam através da membrana com bastante sucesso, enquanto outros compostos, por exemplo, grandes moléculas orgânicas, pelo contrário, são removidos quase 100%.

O "deslize" ocorre por três razões:

1. "Mimetismo". Se houver algo na água que, em seu comportamento químico, seja semelhante a uma molécula de água, ele pode formar ligações com o material da membrana e "passar junto com a empresa".
2. Difusão, falaremos sobre isso com mais detalhes posteriormente.
3. Danos ou má qualidade da membrana.

Sobre mimetismo. Imagine uma fila de trabalhadores passando por uma cadeia de tijolos. Se você substituir vários tijolos por algo muito semelhante, ou seja, “pesado e retangular-paralelepípedo”, quase ninguém na cadeia notará a substituição.

Qualquer membrana passa por uma certa quantidade de substâncias dissolvidas, e é por isso que as medições do teor de sal (e realmente da condutividade) usando um medidor de TDS mostram resultados muito baixos, mas não nulos. A eficácia do medidor TDS, a propósito, é dedicada ao post anterior .

Difusão é um processo paralelo

Simultaneamente ao processo de transferência de moléculas de água através da membrana, ocorre um processo de difusão de substâncias dissolvidas através dela. Quanto maior o gradiente de concentração, maior a difusão. Obviamente, o resultado desse processo também é determinado pela natureza das substâncias difusoras: algumas são mais "intrometidas", outras menos. Sendo outras coisas iguais, os íons orgânicos grandes se difundem pior que os íons de metais alcalinos pequenos e "ágeis".

Comparada à principal transferência de moléculas de água através da membrana, a quantidade de substância difusora é pequena e, no tratamento de água doméstico, pode ser negligenciada. No entanto, é por esse motivo que a seletividade da membrana não é 100%.

O resultado da difusão é geralmente perceptível na primeira porção de água após estagnação prolongada - tempo de inatividade do filtro. Durante esse período, a concentração de sal nos dois lados da membrana consegue se estabilizar. Nos filtros "avançados", existem truques especiais para lidar com esse problema.

Qualquer material está sujeito a difusão. Pense polietileno é apertado? Gases passam por ele com um apito, embora quieto. O hélio difunde-se muito mais rapidamente de um balão.

O que nem limpa o filtro de osmose reversa?

Existem substâncias que enganam facilmente a membrana. Entre eles estão boro / boratos. Em pH neutro, o boro está em solução na forma de uma molécula de H3BO3 e, em algumas propriedades, é muito semelhante a uma membrana na água. Isso permite que o boro passe através da membrana para a empresa. Se o pH for alterado para alcalino, o boro estará em solução na forma de um íon carregado - um ânion de ácido bórico ou tetraborato. Na forma de um ânion, o boro já está perfeitamente cortado pela membrana.

Alguns compostos orgânicos voláteis são caracterizados por alta atividade de difusão. Por exemplo, o clorofórmio é capaz de penetrar através da membrana, mas é facilmente removido com um pré-filtro de carbono. A membrana não foi projetada para remover gases, em particular sulfeto de hidrogênio. Residentes de megacidades não devem se preocupar, água e sulfeto de hidrogênio não serão colocados na rede de abastecimento de água e o boro não é tóxico em todas as formas. O ácido bórico, por exemplo, é enterrado em crianças nos ouvidos.

Fatores de saúde da membrana

As razões pelas quais a membrana falha:

1. Dano físico
2. Perda de hidratação devido à exposição a água clorada ou outros agentes oxidantes (ozonização) ou devido à secagem da membrana. O processo pode se tornar irreversível, portanto, é impossível impedir a secagem de uma membrana já usada. E, para evitar danos à membrana devido ao cloro, o filtro de osmose reversa sempre contém unidades de pré-tratamento de carbono.
3. Deposição na superfície de sais insolúveis e sólidos presentes na água (pré-filtração ruim / insuficiente)
4. Fluxo de água inadequado para a drenagem ou "economia" da água de drenagem.

O melhor é o inimigo dos bons?

Paradoxalmente, a capacidade de purificar quase completamente a água das impurezas pode ser considerada por muitos como uma desvantagem. O princípio da filtração usando água de drenagem sob os auspícios do plantio na “agulha dos custos operacionais” também é registrado em desvantagens. Nós compilamos uma pequena FAQ sobre estes e problemas relacionados.

1. A água está "morta"? (nosso favorito)

O que significam os amantes do termo “água morta”, não está claro para nós até o fim. Do ponto de vista da ciência oficial, não há água viva nem morta. Quase todas as moléculas de H2O do planeta já visitaram uma gota de chuva e os produtos vitais de um organismo. Não há propriedades fabulosas da água - há sua circulação na natureza, além de uma excelente maneira de limpar a membrana com uma solução aquosa de toda a superfície. Propomos considerar os contos de fadas apenas como um recurso cultural, porque nosso corpo exige exatamente H2O, o resto é dividido em dois grupos:

1. opcional, pois vem com comida;
2. prejudiciais a curto ou longo prazo.

A ausência de impurezas na água potável e, com elas, os chamados "minerais benéficos", não resiste à crítica nutricional. O cálcio praticamente não é absorvido pelo corpo pela água, porque existe na forma de sais inorgânicos. Mesmo se esse cálcio fosse absorvido, seria difícil beber 17 litros de água de Moscou com dureza média para satisfazer as necessidades diárias desse elemento - cerca de 1000 mg. Somente o magnésio pode ser bem absorvido da água, mas conversamos sobre isso separadamente .

2. É caro comprar e caro manter?

Exemplo típico



Eu tive que fazer um cálculo sério e descobrir que 300 rublos por metro cúbico de água limpa é de cerca de 30 kopecks por litro. Oferecemos a comparação com o custo de um litro de água potável na loja, porque sua qualidade no plástico é semelhante, se não pior . Dependendo do caminho da tomada, o preço de um litro da mesma água osmótica será de 15 rublos.

3. Por que a água de osmose reversa não é um destilado?

Água para nós não é comida e não é uma maneira de obter “tijolos” para a construção de um organismo. Este é o ambiente em que ocorrem os processos químicos e físicos do corpo. Além disso, ela própria é bastante inerte e quase nunca participa desses processos. Nós não o dividimos em hidrogênio e oxigênio, o processo de eletrólise não ocorre no corpo.

Entendendo esse papel da água, você pode beber água destilada, na qual não existem "minerais úteis". Tendo uma dieta equilibrada, você não terá nenhum problema.

O perigo da água destilada é que ela pode estar "suja". A evaporação não remove a água das impurezas de substâncias orgânicas, cujo ponto de ebulição é inferior a 100 ° C.

Há uma enorme diferença entre a água após a membrana de osmose reversa e a água destilada. A osmose reversa não corta completamente os sais dissolvidos, mas durante a destilação, são os sais que permanecem completamente no cubo de destilação. Por outro lado, substâncias voláteis orgânicas durante o processo de destilação movem-se com vapor para o destilado, enquanto a membrana as remove bem. Além disso, antes que os destiladores tivessem tubos de borracha, que adicionavam "insípido" à água resultante.

4. Por que a água de osmose reversa não é um eletrólito?

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Um eletrólito é qualquer fluido que conduz corrente elétrica. Por exemplo, sopa ou compota. Ou seja, todo líquido que conduz corrente elétrica devido ao movimento de íons.

Eletrólitos são um delicioso almoço.

5. A membrana precisa de lavagem?

A descarga da membrana está realmente concluída. No entanto, isso se aplica a membranas industriais. Para a lavagem, dependendo de quais partículas particulares “grudam” na membrana, é usado um arsenal inteiro de composições especiais: alcalinas, detergentes ácidos, surfactantes e assim por diante. No caso das membranas industriais, tudo se sabe sobre essas partículas e a composição é selecionada individualmente.

Assistir a vídeos no youtube sobre como as membranas são fervidas em ácido cítrico é um pouco triste, porque diante de nossos olhos as pessoas passam tempo em vão - a membrana perde suas propriedades devido à alta temperatura.

O que queríamos dizer?

1. Historicamente, as membranas de osmose reversa são boas porque podem dessalinizar perfeitamente a água, pois foram criadas. Essa propriedade alivia o sofrimento daqueles que têm água potável muito dura ou apenas salgada.
2. As membranas domésticas podem filtrar o máximo de impurezas prejudiciais que o mundo moderno enriquece com a água. Essa capacidade de membrana excede as capacidades dos filtros de coleta. Com cartuchos de troca iônica, os filtros de sorção também podem reduzir a rigidez. No entanto, existem várias limitações irritantes em eficiência e recursos.
3. O dano da água após o filtro osmótico não é comprovado. Quanto mais pura a água, mais fáceis os processos metabólicos no corpo.
4. O custo de um litro de água pura usando uma membrana será ligeiramente superior ao de um purificador de água de sorção. Mas você precisa comparar o grau de purificação com as garrafas da loja, já que a água no plástico é purificada usando a mesma tecnologia.

Usar ou não uma membrana de osmose reversa é uma questão de motivação e desejo de minimizar o impacto de fatores ambientais negativos. Não há água saudável nem ar saudável. O ar útil é a inalação, mas não é mais o ar. E a fórmula da água pura do nosso laboratório é a seguinte:

A água deve ser invisível no chá.