Kluczowa różnica między wymianą jonową a odwróconą osmozą polega na tym, że wymiana jonowa jest metodą fizykochemiczną, która selektywnie usuwa zanieczyszczenia poprzez skuteczną wymianę jonów o podobnych ładunkach elektrycznych, podczas gdy odwrócona osmoza jest metodą fizyczną, w której woda jest przepuszczana przez półprzepuszczalna membrana przeciw gradientowi stężeń, stosując ciśnienie.
Oczyszczanie wody jest ważnym procesem w dostarczaniu czystej wody społeczności. Proces oczyszczania wody składa się z wielu etapów, które obejmują procedury biologiczne, chemiczne i fizyczne. Wymiana jonowa i odwrócona osmoza to dwa procesy stosowane w oczyszczaniu wody. Oba usuwają rozpuszczone substancje stałe z wody. Niektóre procesy oczyszczania wody wykorzystują kombinację obu metod. Co więcej, oba są powszechnie stosowane w różnych branżach.
Co to jest wymiana jonowa?
Wymiana jonowa to technika stosowana w demineralizacji ścieków i zmiękczaniu wody użytkowej. W tej technice jony są usuwane z roztworu wodnego poprzez wymianę ich z innymi indywiduami jonowymi. W ten sposób słabo związane jony mogą zostać wyparte przez silnie wiążące formy jonowe. Efekt ten nazywamy zasadą selektywności. Stosując tę zasadę, niechciane jony w wodzie są zastępowane innymi jonami podczas techniki wymiany jonowej.
Technika wymiany jonowej może być wykonywana w trybie wsadowym lub ciągłym. Znajduje zastosowanie w oczyszczaniu ścieków do usuwania azotu, fosforu i metali ciężkich. Ponadto służy do selektywnego usuwania określonych zanieczyszczeń i odzyskiwania cennych metali śladowych, takich jak chrom, nikiel, miedź, ołów i kadm ze zrzutów odpadów przemysłowych.
Rysunek 01: Wymiana jonowa
Żywice jonowymienne są wykonane z małych porowatych kulek, które są nierozpuszczalne w wodzie i rozpuszczalnikach organicznych. Najczęściej stosowanymi materiałami podstawowymi są polistyren i poliakrylan. Co więcej, wiele naturalnie występujących minerałów, zwłaszcza minerałów krzemianu glinu, ma tę właściwość wymiany jonowej.
Co to jest odwrócona osmoza?
Odwrócona osmoza to proces, w którym do systemu przykładane jest ciśnienie wyższe niż ciśnienie hydrauliczne w celu umożliwienia przepływu wody przez półprzepuszczalną membranę. Ruch odbywa się wbrew gradientowi koncentracji. Membrany stosowane w odwróconej osmozie nazywane są membranami odwróconej osmozy (RO). Materiały powszechnie stosowane do przygotowania komercyjnych membran RO to cienkowarstwowe kompozyty poliamidowe (TFC), octan celulozy (CA) i trioctan celulozy (CTA). W zależności od rodzaju materiału membrany wydajność i szybkość techniki różnią się.
Konfiguracja odwróconej osmozy składa się z pustego w środku włókna z materiałem membrany spiralnie owiniętym wokół włókna. Włókna te są połączone ze sobą, aby zwiększyć powierzchnię do odwróconej osmozy. Gdy płynąca woda zostanie poddana działaniu wysokiego ciśnienia, woda i małe cząsteczki przechodzą przez półprzepuszczalną membranę. To zatrzymuje duże cząstki i resztę niechcianych cząstek. Przefiltrowana woda jest następnie przekazywana do dalszego przetwarzania.
Rysunek 02: Odwrócona osmoza (A – Zastosowane ciśnienie B – Woda morska w C – Zanieczyszczenia D – Półprzepuszczalna membrana E – Wypływ wody pitnej F – Dystrybucja)
Membrany RO mogą odfiltrować praktycznie wszystkie cząstki, w tym zarazki, materię organiczną, jony i inne cząstki stałe. Filtracja dużych cząsteczek do masy cząsteczkowej >300 Da jest możliwa dzięki technice odwróconej osmozy.
Zalety odwróconej osmozy w oczyszczaniu wody
- Opłacalność
- Może odfiltrować prawie wszystkie cząstki, w tym jony i metale ciężkie
- Może być używany do usuwania cząstek radioaktywnych z próbek wody
- Zużycie substancji chemicznych jest zminimalizowane
Jakie są podobieństwa między wymianą jonową a odwróconą osmozą?
- Wymiana jonowa i odwrócona osmoza to dwa procesy powszechnie stosowane w procesach oczyszczania wody.
- Połączenie obu metod zapewnia wysokiej jakości oczyszczenie.
- Żywice jonowymienne można instalować przed jednostką odwróconej osmozy.
- Zastosowanie obu metod zależy od konkretnych obecnych substancji oraz docelowej czystości oczyszczanego strumienia.
Jaka jest różnica między wymianą jonową a odwróconą osmozą?
Wymiana jonowa to fizykochemiczna metoda wymiany jonów między fazą ciekłą a żywicą jonowymienną. Z drugiej strony, odwrócona osmoza to proces, w którym woda jest przepuszczana przez półprzepuszczalną membranę wbrew gradientowi stężenia, co ułatwia wysokie ciśnienie. Jest to więc kluczowa różnica między wymianą jonową a odwróconą osmozą. Wymiana jonowa to metoda fizykochemiczna, natomiast odwrócona osmoza to metoda fizyczna. Ponadto proces wymiany jonowej wykorzystuje żywice jonowymienne, podczas gdy odwrócona osmoza wykorzystuje membrany do odwróconej osmozy.
Poniższa infografika przedstawia różnicę między wymianą jonową a odwróconą osmozą.
Podsumowanie – Wymiana jonowa a odwrócona osmoza
Wymiana jonowa i odwrócona osmoza to dwie techniki stosowane w procesie oczyszczania wody. Metoda wymiany jonowej to proces fizykochemiczny polegający na wymianie jonów (zanieczyszczeń) w wodzie na żywicę jonowymienną. W przeciwieństwie do tego, odwrócona osmoza jest metodą fizyczną, która filtruje większość wszystkich zanieczyszczeń na podstawie rozmiaru. W odwróconej osmozie woda przechodzi przez półprzepuszczalną membranę. Odwrócona osmoza wykorzystuje ciśnienie do przepchnięcia wody przez membranę. Wymiana jonowa usuwa określone substancje na podstawie ładunków jonowych, podczas gdy odwrócona osmoza wykorzystuje proces wykluczania jonów.
