Tässä moduulissa tutustumme käänteisosmoosin perusperiaatteisiin. Kuulet, miksi se soveltuu hyvin liuenneiden kiintoaineiden poistamiseen vedestä, mitkä ovat teollisuuden käänteisosmoosijärjestelmän tärkeimmät osat ja miten järjestelmän toimintaa voidaan tehostaa ja selkeyttää älykkäällä CRE-pumpulla.

Osmoosi on luonnollinen ilmiö, jossa vesi siirtyy puoliläpäisevän kalvon läpi laimeammalta puolelta sille puolelle, jossa pitoisuus on väkevämpi. Kalvo päästää veden läpi, mutta se estää lähes kaikkien ionien ja liuenneiden kiintoaineiden siirtymisen. Virtaus jatkuu, kunnes osmoottinen tasapaino saavutetaan.

Jos väkevämpään liuokseen kohdistetaan osmoottista painetta suurempi paine, prosessin suuntaa voidaan muuttaa, mistä käänteisosmoosin nimikin tulee. Ultrasuodatuksella vedestä voidaan poistaa suspendoituneita kiintoaineita, mutta käänteisosmoosin avulla siitä voidaan poistaa loput liuenneet epäpuhtaudet, kuten ionit ja raskasmetallit.

Molempia teknologioita hyödynnetään vedenkäsittelyssä, esimerkiksi veden uudelleenkäytössä. Teollisuuden käänteisosmoosikalvot muodostuvat yleensä useista eri kerroksista. Kalvo on kierretty sylinterin muotoon suuremman pinta-alan saavuttamiseksi ja tilan säästämiseksi. Kalvo asetetaan painesäiliöön.

Kun vettä alkaa virrata tuloaukosta, se virtaa kalvon pinnalle. Puhdistettu vesi eli permeaatti kerätään keskellä olevaan putkeen. Jäljelle jäävä konsentraatti tai rejekti johdetaan poistoputkeen. Permeaatin ja konsentraatin määrän välistä suhdetta raakaveden määrään verrattuna kutsutaan suodatusasteeksi.

Käänteisosmoosi edellyttää riittävää painetta, minkä seurauksena prosessi kuluttaa myös paljon energiaa. Katsotaan, mitkä osat käänteisosmoosijärjestelmässä on oltava, jotta prosessi toimii. Tulopuolella on oltava pumppu, jonka avulla raakaveden painetta voidaan korottaa.

Keskellä on käänteisosmoosikalvo, ja sen toisella puolella kaksi putkea, joista toinen on permeaatille eli puhtaalle vedelle ja toinen konsentraatille eli rejektille. Konsentraattiputkessa tarvitaan yleensä vastapaine- tai kuristusventtiili, jotta kalvon sisälle saadaan tuotettua riittävä paine. Järjestelmässä on myös kaksi virtausanturia: toinen on permeaattipuolella ja toinen konsentraattipuolella.

Niiden avulla tasapainotetaan prosessin suodatusastetta. Kun järjestelmä käynnistetään, konsentraattiventtiili on täysin auki. Konsentraattipuolella on täysi virtaus. Permeaattipuolella ei ole virtausta, koska paine ei riitä siirtämään vettä kalvon läpi. Vastapaineventtiiliä säätämällä painetta voidaan lisätä suodatusasteen optimoimiseksi.

Tämä riippuu kuitenkin järjestelmän rakenteesta ja käsiteltävän raakaveden laadusta. Joissakin tapauksissa raakavesi saattaa sisältää erilaisia yhdisteitä, jotka voivat vaurioittaa kalvoja tai vaikuttaa järjestelmän suorituskykyyn. Tarkastellaan seuraavaksi esikäsittelyvaihetta. Jos esikäsittelyä ei tehdä, esimerkiksi karbonaatit, sulfaatit tai liuenneet suolat voivat aiheuttaa kalvon tukkeutumisen.

Tätä kutsutaan myös kalkkeutumiseksi, joka voi heikentää järjestelmän toimintaa. Myös syövyttävät aineet, kuten kloori ja kloridit, voivat vaurioittaa kalvon materiaalia ja heikentää vedenkäsittelyn tehoa. Esikäsittelyssä käytetään yleensä aktiivihiilisuodattimia tai pehmentimiä. Niiden tarkoituksena on poistaa raakavedestä kemikaaleja, klooria ja klorideja ennen veden siirtymistä kalvoon.

Esikäsittelyssä voidaan kuitenkin hyödyntää myös erilaisia kemikaaleja, kuten antiskalantteja, joita voidaan annostella annostelupumpuilla. Tehokkaalla esikäsittelyllä voidaan säästää rahaa ja vaivaa. Kalkkeutumista voi kuitenkin esiintyä ajan mittaan, jos raakavettä jää seisomaan kalvon pinnalle.

Tätä voidaan valvoa asentamalla anturi, joka mittaa käänteisosmoosiyksikön syöttöliitännän ja konsentraatin poistoliitännän välistä paine-eroa. Kun kalvoon muodostuu kertymiä, paine-ero suurenee. Kun esiasetettu maksimiarvo saavutetaan, kalvo on puhdistettava esimerkiksi myötävirtahuuhtelulla.

Myötävirtahuuhtelu edellyttää, että vastapaineventtiilissä on pilot-ohjausventtiilillä varustettu ohitus, joka on normaalikäytössä kiinni. Venttiili avataan, kun kalvo on puhdistettava. Konsentraatti pääsee virtaamaan vapaasti, jolloin virtaus konsentraattipuolella kasvaa ja kertymät huuhtoutuvat pois.

Joissakin ratkaisuissa myötävirtahuuhtelu tehdään raakavedellä ja toisissa permeaatilla. Turvallisuutta voidaan parantaa johtokykyanturilla, jolla mitataan permeaatin laatua. Jos kalvossa havaitaan vaurioita, minkä seurauksena epäpuhtauksia tai liuenneita kiintoaineita pääsee kalvon läpi, permeaatin sähkönjohtavuus nousee.

Kun asetettu arvo ylittyy, järjestelmä kytkeytyy pois päältä, jolloin vältetään permeaattisäiliön ei-toivottu saastuminen. Eri toimintojen ja komponenttien hallinta voi olla monimutkaista, ja usein hallintaan käytetään ohjelmoitavaa logiikkaa tai ulkoisia ohjaimia. Hallintaan voidaan käyttää myös älykästä CRE-pumppua.

Turvallisuutta voidaan parantaa lisäämällä muita komponentteja. Esimerkiksi pilot-ohjausventtiilillä voidaan katkaista vedensyöttö toimintahäiriön yhteydessä. Painekytkimellä estetään kuivakäynti. Pintakytkimellä puolestaan varmistetaan, että säiliö ei täyty liian täyteen ja että prosessi keskeytetään, kunnes säiliön taso on laskenut.

Kompakti ja älykäs CRE-pumppu on pienikokoinen ja tehokas ratkaisu käänteisosmoosijärjestelmiin. Sen käyttökustannukset kuutiometriä kohti ovat edulliset. Pumppu on helppokäyttöinen, ja mitatut signaalit näytetään digitaalinäytöllä. Myös etävalvonta on mahdollista.

Tässä moduulissa tutustuimme käänteisosmoosin perusperiaatteisiin ja älykkään CRE-pumpun tuomiin etuihin, joilla voidaan selkeyttää järjestelmän toimintoja.