Membranteknologi

Omvendt osmose

I forhold til ionbyt­ning er osmose en ren fysisk proces og helt kemi­ka­liefri. Naturen er fyldt med eksempler på osmose. Prin­cippet i osmose er ganske simpelt, idet væsker med lavt saltind­hold altid vil forsøge at blande sig med væsker med højt saltind­hold indtil saltind­holdet er ens i de to væsker. Er de to væsker adskilt af en semi­per­meabel (halv­gen­nem­træn­gelig) membran vil væsken med det lave saltind­hold trænge gennem membranen indtil saltind­holdet er ens på begge sider af membranen. Niveau­for­skellen på de to væsker kaldes det osmo­tiske tryk.

Det er osmose prin­cippet, der får vand til at trænge op gennem planter og nå de yderste blade, mens ikke opløste stoffer vil blive tilba­ge­holdt af membranen. Jo højere man når op og ud i en plante jo flere salte inde­holder plan­tes­aften og derfor vil vand trænge ind gennem plan­tens rødder og presse sig op gennem alle plan­tens celler til de yderste spidser. Dette kaldes naturlig osmose.

Omvendt osmose (RO - reverse osmosis) er en filtre­rings­teknik, hvor man sætter tryk på væsken med den højeste salt­kon­cen­tra­tion og presser denne væske gennem en meget fin membran (0,001-0,0001 µm), som kan frafil­trere både ioner og opløste stoffer i vand. Ikke alle ioner kan tilba­ge­holdes 100%. En vis del (1-2%) vil gå igennem membranen, og det afhænger såvel af mole­ky­le­stør­relsen som af membranen. Ønskes en lav rest­kon­cen­tra­tion af ioner, kan det derfor være nødven­digt at anvende flere RO-​anlæg i serie eller kombi­nere med ionbyt­ning.

Membraner til brug i indu­stri­elle anlæg frem­stilles oftest af poly­amid eller poly­sulfon, der kan arbejde i pH området 2-12. Den filtre­rede væske kaldes for perme­atet, mens den tilba­ge­holdte opkon­cen­tre­rede væske kaldes for koncen­tratet.

Prin­cippet i omvendt osmose er, at det salt­hol­dige råvand ledes ind over en membran. Gennem de mikrosko­piske porer i over­fladen på membranen er det kun H₂O - de rene vand­mo­le­kyler - som vil passere, fordi vand­mo­le­kylet er et af de mindste mole­kyler i flydende form. De mikrosko­piske porer i osmose membranen er tilpasset vand­mo­le­kylet og slipper derfor ikke foru­re­ninger igennem som f.eks. tung­me­taller, kemi­ka­lier, vira, bakte­rier, fordi alle disse stoffer er større end et vand­mo­le­kyle. Alle foru­re­ninger bliver afvist, men oxygen - O₂ og CO₂ - som er en gas, og mindre end vand­mo­le­kylet, vil slippe igennem osmo­se­mem­branen, således at det natur­lige oxygen i vandet bevares.

Før råvand ledes ind i et omvendt osmo­se­anlæg kan det være nødven­digt først meka­nisk at frafil­trere større partikler for at undgår tilstop­ning af membra­nerne. Det vil også være hensigts­mæs­sigt at blød­gøre råvandet i et blød­gø­rings­filter for at undgå at kalk­dan­nelser sætter sig fast og dermed tilstopper membra­nerne, det vil være med til at forlænge leve­tiden på membra­nerne.

Membra­n­af­luft­ning

Luft i alle typer vand­bårne systemer giver anled­ning til problemer, som korro­sion, slamop­hob­ning, forringet effek­ti­vitet i veks­lere, kedler og pumper, for hurtig neds­lid­ning af pumper og regu­le­rings­ud­styr, cirku­la­tions­pro­blemer, irri­te­rende lyde af kluk­kende vand i syste­merne mv. Det er derfor vigtigt at fjerne al luft, både makro­bobler, mikro­bobler og den opløste luft.

Efter opfyld­ning af rørsy­stemer, bliver syste­merne udluftet manuelt, så der ikke er store luft­lommer, som forhin­drer cirku­la­tionen i syste­merne.

Når syste­merne igang­sættes, vil yder­li­gere luft blive udskilt fra vandet, dels på grund af trykæn­dringer fra pumper, regu­le­rings­ven­tiler mv., men især på grund af opvarm­ningen. Denne ekstra udskilte luft bliver normalt udluftet ved hjælp af syste­mernes i indbyg­gede luft­ud­la­dere, således at det ser ud til, at syste­merne kører fint.

Det gør de også, men kun delvis, fordi det kun er makro­bob­lerne, der er fjernet.

Mikro­bob­lerne og den opløste luft er stadig tilbage og er årsag til forringet effek­ti­vitet af veks­lere, kedler og pumper samt giver anled­ning til tæringer på grund af korro­sions­pro­dukter, der flyder rundt med vandet, og kan i sidste ende bevirke tilstop­ninger kritiske steder i syste­merne.

Mange tror fejl­ag­tigt, at korro­sionen fjerner den opløste luft og så er proble­merne løst, men det er helt forkert, for det er kun den opløste ilt, der bliver brugt til korro­sion. Da luft består af 21 % ilt og 78 % kvæl­stof, vil den opløste luft også være sammensat tilsva­rende, så når ilten er opbrugt, er der stadig ca. 80 % ”luftarter” tilbage. Kvæl­stof er en inaktiv luftart, det vil sige, at den ikke reagerer med andre stoffer, så kvæl­stoffet bliver ved med at være i vandet.

Der findes 3 metoder til at fjerne både mikro­bobler og den opløste luft fra vand­bårne systemer:

Termisk afluft­ning:
Ved termisk afluft­ning pumpes vandet over i en trykløs tank, hvor vandets tempe­ratur hæves til koge­punktet (100 0C), tempe­ra­turen holdes på koge­punktet i nogle minutter, inden det kogende vand pumpes ind i systemet. Dette er en besværlig og dyr metode, da vandet som regel skal opvarmes ved hjælp af el-​varmelegemer.

Vaku­u­m­af­luft­ning:
Ved tradi­tionel vaku­u­m­af­luft­ning pumpes vandet ind i en tank, som sættes under vakuum, hvorved vand og luft adskilles. Efter en reak­tion­stid sættes tanken under tryk, så den udskilte luft bliver trykket ud gennem en luft­ud­lader. Disse anlægs­typer bruger meget energi, da trykket på vandet skal sænkes fra 2 – 3 bar til ca. -0,7 /-0,9 bar, og når behand­lingen er færdig, skal vandet op på 2 – 3 bar igen. Effek­ti­vi­teten på disse anlæg er som regel ikke så stor, da det er svært at indstille vaku­ummet dybt nok, uden at pumperne ødelægges af kavi­ta­tion.

Membra­n­af­luft­ning:
Med BWT AirFree syste­merne er der udviklet en helt ny og langt mere effektiv metode til reduk­tion af luftind­hold. Syste­merne benytter en membran, som er utæt over for luftarter, men tæt over for vand. Syste­merne kan redu­cere luftind­hol­dene til et lige så lavt niveau, som man ønsker, uden vandet begynder at koge. Der er ingen problemer med kavi­ta­tion og opslid­ning/ødelæg­gelse af pumper, da det kun er luften, der er under vakuum.

BWT AirFree syste­merne er særdeles ener­gi­ef­fek­tive, med et enestå­ende lavt ener­gi­for­brug på:

Behand­ling af ilthol­digt spæde­vand: 0,4 kWh/m³
Behand­ling af systemvand: 0,1 kWh/m³

Ener­gi­for­bruget for BWT AirFree syste­merne er op til 90 % mindre end i tradi­tio­nelle afluf­tere.