Η βασική διαφορά μεταξύ ανταλλαγής ιόντων και αντίστροφης όσμωσης είναι ότι η ανταλλαγή ιόντων είναι μια φυσικοχημική μέθοδος που αφαιρεί επιλεκτικά τους ρύπους ανταλλάσσοντας αποτελεσματικά ιόντα παρόμοιων ηλεκτρικών φορτίων, ενώ η αντίστροφη όσμωση είναι μια φυσική μέθοδος κατά την οποία το νερό διέρχεται από ημιπερατή μεμβράνη σε κλίση συγκέντρωσης, ασκώντας πίεση.
Ο καθαρισμός του νερού είναι μια σημαντική διαδικασία για την παροχή καθαρού νερού στην κοινότητα. Υπάρχουν πολλά στάδια που εμπλέκονται στη διαδικασία καθαρισμού του νερού, τα οποία περιλαμβάνουν βιολογικές, χημικές και φυσικές διαδικασίες. Η ανταλλαγή ιόντων και η αντίστροφη όσμωση είναι δύο διαδικασίες που χρησιμοποιούνται στον καθαρισμό του νερού. Και τα δύο αφαιρούν τα διαλυμένα στερεά από το νερό. Ορισμένες διαδικασίες καθαρισμού νερού χρησιμοποιούν συνδυασμό και των δύο μεθόδων. Επιπλέον, και τα δύο χρησιμοποιούνται συνήθως σε μια ποικιλία βιομηχανιών.
Τι είναι η ανταλλαγή ιόντων;
Η ανταλλαγή ιόντων είναι μια τεχνική που χρησιμοποιείται στην αφαλάτωση των λυμάτων και στην αποσκλήρυνση του οικιακού νερού. Σε αυτή την τεχνική, τα ιόντα αφαιρούνται από το υδατικό διάλυμα με ανταλλαγή τους με άλλο ιοντικό είδος. Με αυτόν τον τρόπο, τα ασθενώς δεσμευμένα ιόντα μπορούν να εκτοπιστούν από ένα ισχυρά δεσμευτικό ιοντικό είδος. Αυτό το αποτέλεσμα ονομάζουμε αρχή επιλεκτικότητας. Χρησιμοποιώντας αυτήν την αρχή, τα ανεπιθύμητα ιόντα στο νερό αντικαθίστανται από άλλα ιόντα κατά την τεχνική ανταλλαγής ιόντων.
Η τεχνική ανταλλαγής ιόντων μπορεί να εκτελεστεί σε λειτουργία κατά παρτίδες ή συνεχή. Εφαρμόζεται στον καθαρισμό των λυμάτων για την απομάκρυνση αζώτου, φωσφόρου και βαρέων μετάλλων. Επιπλέον, χρησιμοποιείται για την επιλεκτική αφαίρεση συγκεκριμένων ακαθαρσιών και για την ανάκτηση πολύτιμων ιχνοστοιχείων όπως το χρώμιο, το νικέλιο, ο χαλκός, ο μόλυβδος και το κάδμιο από τις απορρίψεις βιομηχανικών αποβλήτων.
Εικόνα 01: Ανταλλαγή ιόντων
Οι ρητίνες ανταλλαγής ιόντων κατασκευάζονται από μικρά πορώδη σφαιρίδια που είναι αδιάλυτα στο νερό και σε οργανικούς διαλύτες. Τα πιο ευρέως χρησιμοποιούμενα υλικά βάσης είναι το πολυστυρένιο και το πολυακρυλικό. Επιπλέον, πολλά ορυκτά που απαντώνται στη φύση, ειδικά ορυκτά πυριτικού αργιλίου, έχουν αυτή την ιδιότητα ανταλλαγής ιόντων.
Τι είναι η αντίστροφη όσμωση;
Αντίστροφη όσμωση είναι η διαδικασία κατά την οποία μια πίεση μεγαλύτερη από την υδραυλική πίεση εφαρμόζεται στο σύστημα προκειμένου να επιτραπεί η κίνηση του νερού μέσω μιας ημιπερατής μεμβράνης. Η κίνηση λαμβάνει χώρα ενάντια σε μια κλίση συγκέντρωσης. Οι μεμβράνες που χρησιμοποιούνται στην αντίστροφη όσμωση ονομάζονται μεμβράνες αντίστροφης όσμωσης (RO). Τα υλικά που χρησιμοποιούνται συνήθως για την παρασκευή εμπορικών μεμβρανών RO είναι τα σύνθετα υλικά λεπτής μεμβράνης πολυαμιδίου (TFC), η οξική κυτταρίνη (CA) και η τριοξική κυτταρίνη (CTA). Ανάλογα με τον τύπο του υλικού της μεμβράνης, η αποτελεσματικότητα και η ταχύτητα της τεχνικής διαφέρουν.
Η διάταξη αντίστροφης όσμωσης αποτελείται από μια κοίλη ίνα με το υλικό της μεμβράνης να τυλίγεται σπειροειδώς γύρω από την ίνα. Αυτές οι ίνες συνδέονται μεταξύ τους για να αυξήσουν την επιφάνεια για αντίστροφη όσμωση. Μόλις το ρέον νερό υποβληθεί σε υψηλή πίεση, το νερό και τα μικρά μόρια περνούν μέσα από την ημιπερατή μεμβράνη. Αυτό διατηρεί τα μεγάλα σωματίδια και τα υπόλοιπα ανεπιθύμητα σωματίδια. Το φιλτραρισμένο νερό περνά στη συνέχεια για επεξεργασία κατάντη.
Εικόνα 02: Αντίστροφη όσμωση (A – Εφαρμοσμένη πίεση B – Θαλασσινό νερό σε C – Μολυντές D – Ημιπερατή μεμβράνη E – Έξοδος πόσιμου νερού F – Κατανομή)
Οι μεμβράνες RO μπορούν να φιλτράρουν σχεδόν όλα τα σωματίδια, συμπεριλαμβανομένων των μικροβίων, της οργανικής ύλης, των ιόντων και άλλων σωματιδίων. Η διήθηση μεγάλων μορίων μέχρι μοριακού βάρους >300 Da είναι δυνατή με την τεχνική αντίστροφης όσμωσης.
Πλεονεκτήματα της αντίστροφης όσμωσης στον καθαρισμό του νερού
- Κόστος αποτελεσματικότητας
- Μπορεί να φιλτράρει σχεδόν όλα τα σωματίδια συμπεριλαμβανομένων των ιόντων και των βαρέων μετάλλων
- Μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την εξάλειψη ραδιενεργών σωματιδίων από δείγματα νερού
- Η χρήση χημικών ελαχιστοποιείται
Ποιες είναι οι ομοιότητες μεταξύ ανταλλαγής ιόντων και αντίστροφης όσμωσης;
- Η ανταλλαγή ιόντων και η αντίστροφη όσμωση είναι δύο διαδικασίες που χρησιμοποιούνται συνήθως στις διαδικασίες καθαρισμού του νερού.
- Ο συνδυασμός και των δύο μεθόδων παρέχει καθαρισμό υψηλής ποιότητας.
- Οι ρητίνες ανταλλαγής ιόντων μπορούν να εγκατασταθούν μπροστά από μια μονάδα αντίστροφης όσμωσης.
- Η χρήση και των δύο μεθόδων εξαρτάται από τις συγκεκριμένες ουσίες που υπάρχουν καθώς και από την καθαρότητα στόχο του επεξεργασμένου ρεύματος.
Ποια είναι η διαφορά μεταξύ ανταλλαγής ιόντων και αντίστροφης όσμωσης;
Η ανταλλαγή ιόντων είναι μια φυσικοχημική μέθοδος που ανταλλάσσει ιόντα μεταξύ μιας υγρής φάσης και μιας ιοντοανταλλακτικής ρητίνης. Από την άλλη πλευρά, η αντίστροφη όσμωση είναι η διαδικασία όπου το νερό διέρχεται από μια ημιπερατή μεμβράνη ενάντια στη βαθμίδα συγκέντρωσης, η οποία διευκολύνεται από την υψηλή πίεση. Έτσι, αυτή είναι η βασική διαφορά μεταξύ ανταλλαγής ιόντων και αντίστροφης όσμωσης. Η ανταλλαγή ιόντων είναι μια φυσικοχημική μέθοδος, ενώ η αντίστροφη όσμωση είναι μια φυσική μέθοδος. Επιπλέον, η διαδικασία ανταλλαγής ιόντων χρησιμοποιεί ρητίνες ανταλλαγής ιόντων ενώ η αντίστροφη όσμωση χρησιμοποιεί μεμβράνες αντίστροφης όσμωσης.
Το παρακάτω infographic παρουσιάζει τη διαφορά μεταξύ ανταλλαγής ιόντων και αντίστροφης όσμωσης.
Σύνοψη – ανταλλαγή ιόντων εναντίον αντίστροφης όσμωσης
Η ανταλλαγή ιόντων και η αντίστροφη όσμωση είναι δύο τεχνικές που χρησιμοποιούνται στη διαδικασία καθαρισμού του νερού. Η μέθοδος ανταλλαγής ιόντων είναι μια φυσικοχημική διαδικασία που ανταλλάσσει ιόντα (μολυσματικές ουσίες) στο νερό με μια ιοντοανταλλακτική ρητίνη. Αντίθετα, η αντίστροφη όσμωση είναι μια φυσική μέθοδος που φιλτράρει όλους τους περισσότερους ρύπους με βάση το μέγεθος. Στην αντίστροφη όσμωση, το νερό διέρχεται από μια ημιπερατή μεμβράνη. Η αντίστροφη όσμωση χρησιμοποιεί πίεση για να εξαναγκάσει το νερό σε όλη τη μεμβράνη. Η ανταλλαγή ιόντων αφαιρεί συγκεκριμένες ουσίες με βάση τα ιοντικά φορτία ενώ η αντίστροφη όσμωση χρησιμοποιεί μια διαδικασία ιοντικού αποκλεισμού.
