Impianto osmosi e i suoi segreti

[datalife]

prima della membrana stessa

e quindi ora parliamo della membrana

4° STEP - MEMEBRANA

Prima di capire com’è fatta una membrana e a cosa serve parliamo del processo d’osmosi.
L’osmosi è un fenomeno naturale e si ottiene interponendo una membrana semipermeabile tra due soluzioni acquose a diversa concentrazione salina, in questo modo la soluzione più leggera e diluita passa spontaneamente nella soluzione più concentrata attraverso la membrana, fino a raggiungere la stessa salinità.
La pressione che si genera per il passaggio è chiamata pressione osmotica, quindi maggiore è la differenza di concentrazione salina di partenza e più è elevato il valore della pressione osmotica



Osmosi Inversa è facile intuire come funziona, basta applicare una pressione contraria e maggiore (Pompa Booster) alla pressione osmotica innescando così un flusso inverso alla membrana semipermeabile e ottenendo una separazione degli elementi disciolti nell’acqua.



Fulcro dell’impianto ad osmosi inversa è quindi la membrana ma come è composta ?
La membrana ha uno scheletro interno, un tubo in plastica, attorno al quale vengono avvolte a spirale tele e pellicole semipermeabili asimmetriche a base di acetato di cellulosa con spessori di circa 100 μm per gli strati porosi di supporto e di circa qualche decimo μm di spessore per gli strati in materiale sintetico, solitamente poliammide, che ha permeabilità per l’acqua e impermeabilità alle varie impurità disciolte, agli ioni salini e contaminanti organici e inorganici, chimici e minerali.



Quindi le molecole dell’acqua passano attraverso la barriera e penetrano attraverso le spirali fino a raggiungere il tubo centrale, l’acqua contenuta è chiamata permeato, mentre le impurità vengono respinte e fuoriescono eliminate attraverso lo scarico, si tratta del concentrato (ricco di sali) che va scartato.
Le membrane osmotiche riescono a rimuovere la stragrande delle sostanze presenti nell’acqua eliminando dal 95 al 98% delle particelle solide disciolte e il 99% dei batteri presenti nell’acqua.
Le membrane non sono completamente semipermeabili e oltre che dal solvente vengo attraversate anche da piccole quantità di soluto, quindi la capacità a respingere o meglio a non farsi attraversare dalle impurità viene chiamata reiezione, ma le membrane con un più alto valore di reiezione si lasciano attraversare da un minor flusso di solvente. Inoltre la reiezione è influenzata da svariati parametri quali le caratteristiche stesse dell’acqua, la pressione e la temperatura di esercizio.



Una membrana osmotica produce mediamente un 20-25% di permeato rispetto al flusso in ingresso, ma utilizzando più membrane ad esempio in serie, si può raggiungere il 70-75%.
Le membrane vengono generalmente classificate in base alle dimensioni e a seconda della capacità di produzione. Esistono varie taglie 50-75-100-150 GPD che indica la produzione di acqua in Galloni Per Giorno. Per verificare e misurare la bontà dell’acqua prodotta da una membrana si misura il contenuto salino, detto anche Residuo Fisso o TDS (Total Dissolved Solid), si misura in mg/l o in ppm (parti per milione) più il valore tende allo zero e migliore sarà l’acqua osmotica prodotta.
Ma fate attenzione non assumete come certezza che l’acqua osmotica prodotta sia pura e perfetta perché come abbiamo visto finora può contenere ancora una parte di soluto = inquinanti (come ad esempio nitrati) fate delle analisi anche dell’acqua osmotica e verificatene la bontà.

[Alessandro72]

Complimenti davvero per il lavoro che stai facendo!!!
Volevo chiederti o chiedere a chi vuole rispondere come mai se mettiamo una seconda membrana in serie con la prima il permeato in uscita dalla seconda membrana è un po’ meno puro del permeato uscito dalla prima? Può dipendere dal fatto che in entrata nella seconda membrana va acqua che sarebbe già da scartare e quindi con una concentrazione notevole di sali??


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[maurizio bartalucci]

Complimenti davvero per il lavoro che stai facendo!!!
Volevo chiederti o chiedere a chi vuole rispondere come mai se mettiamo una seconda membrana in serie con la prima il permeato in uscita dalla seconda membrana è un po’ meno puro del permeato uscito dalla prima? Può dipendere dal fatto che in entrata nella seconda membrana va acqua che sarebbe già da scartare e quindi con una concentrazione notevole di sali??



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Inutile risponderti.. ti sei già risposto da solo...

[datalife]

dipendere dal fatto che in entrata nella seconda membrana va acqua che sarebbe già da scartare e quindi con una concentrazione notevole di sali

Hai fatto la considerazione corretta e qui mi piacerebbe avere un raffronto con chi tra noi ha un impianto con doppia membrana in serie sullo scarto.
La seconda membrana quando vi dura, che vita ha ?

[datalife]

5° STEP - RIDUTTORE DI PORTATA E SCARTO
Il riduttore o limitatore di flusso è un dispositivo necessario per ogni impianto d’osmosi o meglio è necessario per far lavorare meglio la membrana. Infatti questo dispositivo come dice il nome riduce la portata dell’acqua di scarto ostruendo/restringendo il diametro del tubicino dello scarto, l’acqua trovando un ostruzione si comprime. Comprimendosi aumenta la pressione a monte e di conseguenza all’interno del vessel dove è posta la membrana



Il riduttore di flusso mantiene un rapporto costante tra il flusso di scarto e il flusso di permeato, inoltre deve esser dimensionato in funzione alla capacità della membrana utilizzata. Il flusso da drenare è in genere circa quattro volte il valore nominale di produzione della membrana, sebbene il rapporto di flusso di drenaggio diminuisca quando le membrane per utilizzo si allarga.
Sul mercato esistono due tipologie di riduttori



Prima foto esterni - Seconda foto innesto all’interno del tubicino

Quelli esterni sono più comodi dato che utilizzando un rubinetto e due raccordi si riesce a creare un By-Pass che ci permetterà di fare il lavaggio membrana in modo facile e comodo.



Il massimo della comodità e della semplicità è il riduttore di flusso con rubinetto incorporato, soluzione semplice e troppo intelligente, le invenzioni più semplici sono sempre le più utili.



Ricordatevi di fare un bel lavaggio della membrana ogni 150-200 litri d’acqua osmotica prodotta. In cosa consiste il lavaggio? Semplice aprire per 5-10 minuti il rubinetto del By-Pass in modo tale che tutta l’acqua fuoriesca dallo scarto e che il vessel (contenitore plastico) e la membrana si puliscano da residui e sporco. Infatti non creandosi ostruzione e pressione l’acqua tenderà totalmente a fuoriuscire dallo scarto portandosi con se lo sporco.
I riduttori di flusso sono solitamente dimensionati in millilitri al minuto (ml/m) mentre le membrane sono in galloni al giorno (GPD), quindi un calcolo teorico per sapere quale riduttore utilizzare è moltiplicare per 4 (flusso drenante) poi dividere i galloni in ml/m.

1 ml/m è uguale a 0.38 GPD quindi ad esempio se ho una membrana da 75GPD

75 x 4 = 300
300 : 0.38 = 789 ml/m
Con questo calcolo teorico serve un riduttore di flusso da 789 ml/m

In commercio esistono riduttori con vari ml/m e possiamo riassumere

MEMBRANA	RIDUTTORE DI FLUSSO
50 gpd	420 o 525
75 gpd	525 o 800
100 gpd	800 o 1500

Non utilizzare mai due limitatori di flusso contemporaneamente su un sistema ad osmosi inversa. Ciò altera la pressione applicata alla membrana e ne altera negativamente le prestazioni.

[datalife]

6° STEP – ACCESSORI E STRUMENTI
Abbiamo visto finora com'è importante mantenere alla pressione corretta il funzionamento della membrana e di tutto l’impianto per produrre acqua di qualità, tanta e con meno spreco.

• MANOMETRO

Uno strumento che può darci una mano a tenere sotto controllo la pressione è il manometro accessorio poco costoso, di facile utilizzo e montaggio ma di grande utilità.
Esistono manometri a secco e manometri bagnati, a secco costano pochi euro 9...13 euro già anche con attacchi rapidi per tubicino osmosi, e quelli bagnati invece da 15…30 euro


Prima foto a Secco - Seconda foto Bagnato (glicerina)

La differenza è già nel nome, secco ha aria tra la parte trasparente e il quadrante/lancetta, mentre bagnato è riempito di glicerina, ma la cosa più importante è che quello a secco con vibrazioni o pressione pulsante avrà la lancetta molto ballerina e la lettura sarà difficile e poco precisa, quello in glicerina smorza le vibrazioni della lancetta ed è più facile da leggere e più preciso
Per una misura corretta andremo ad installare il manometro all'ingresso della membrana proprio sull'attacco del vessel o il più vicino possibile, questo per avere un fissaggio più rigido e non aver problemi con vibrazioni o fluidi pulsanti. Non lasciato a penzoloni e lontano dalla membrana.
Un ulteriore strumento utile è il regolatore di pressione con manometro incorporato. Ruotando la manopola si può agire sulla pressione di lavoro evitando di rovinare o danneggiare i componenti a monte, inoltre potremo impostare la pressione corretta dell’acqua in base alle caratteristiche volute per la membrana. Anche per questo dispositivo il consiglio è di posizionarlo il più vicino possibile all'apparecchio che deve essere regolato in pressione.





Ho la pressione giusta, membrana perfetta e pre-filtri nuovi ma la qualità dell’acqua che produco com'è ?

• MISURATORE di TDS

Per verificare e misurare la bontà dell’acqua prodotta da una membrana si misura o il contenuto salino, detto anche Residuo Fisso o TDS (Total Dissolved Solid), si misura in mg/l o in ppm (parti per milione) o la conducibilità si misura in µS/cm (micro Siemens per centimetro), più il valore tende allo zero e migliore sarà l’acqua osmotica prodotta. Non confondete la conducibilità con il TDS sono due parametri diversi.
I misuratori sono di due tipologie, in linea da installare direttamente sull’impianto d’osmosi o portatile a forma di penna. Esistono svariati modelli con prezzi modici ed accessibili e strumenti professionali con prezzi elevati. Ovviamente le caratteristiche tecniche, di funzionamento e le sonde fanno la differenza non solo per il prezzo ma anche per affidabilità, durata e precisione di lettura.
Il misuratore continuo in linea preso in esame è un modello economico a due sonde, una per misurare il valore dell’acqua prima della membrana e una in uscita per misurare la qualità dell’acqua prodotta dandoci anche l’indicazione della funzionalità e della bontà della membrana stessa. Le due sonde sono inserite in un raccordo a “ T ” con attacchi rapidi e con la scritta IN e OUT questo rende l’installazione dei sensori semplice e molto intuitiva. La centralina con display che visualizza il valore TDS è alimentata a batteria, ha un tasto accensione/spegnimento e un selettore per scegliere quale valore IN o OUT leggere sul display. Il campo di misura è 0…999 ppm e l’accuratezza di misura è +/- 2%. Un consiglio lavate i sensori periodicamente con cotone e un filo d’aceto, risciacquate bene e reinserite le sonde nel raccordo, questo vi permetterà di mantenere costante nel tempo la precisione di lettura. Inoltre è calibrabile acquistando una soluzione a valore noto ed agendo su una vite (trimmer) posta nella parte posteriore della centralina.





Il lettore di TDS portatile a forma di penna, modello economico, ha la stessa funzionalità ma non si installa sull'impianto e ha necessità di esser immerso in un campione d’acqua. La sonda ha anche un sensore di temperatura per compensare la lettura e renderla precisa ed affidabile. Lo strumento è alimentato a batteria, ha un piccolo display per la lettura del valore e due tasti, uno ON/OFF il secondo HOLD per congelare il valore letto. Grazie alla sua peculiarità di esser portatile può esser immerso anche direttamente in acquario e misurare il valore del Residuo Fisso in modo veloce e semplice. Anche questo tipo di misuratore è calibrabile acquistando una soluzione a valore noto ed agendo sul trimmer. Il campo di misura è 0…999 ppm e l’accuratezza di misura è +/- 2%.



Piccola divagazione.
Per la gioia e la comodità di noi acquariofili in commercio esistono altri e svariati modelli di misuratori portatili per verificare vari parametri come il pH, la conducibilità, la temperatura, i fosfati, il ferro, il redox, la luce, la salinità e densità di acqua salata…
Tutti strumenti utili e tecnologici, ma attenzione diffidate dello strumento che da solo fa mille letture e mille parametri, ogni sonda ha necessità di hardware e software studiati a convertire un segnale elettrico ben preciso al variare del valore, quindi mia personale opinione, meglio scegliere uno, due o tre parametri ed acquistare il misuratore portatile nato e studiato appositamente per quel parametro. Per capirci già un misuratore portatile da poche decine di euro che misura conducibilità/tds/temperatura farei fatica a comprarlo, a maggior ragione sapendo che in realtà leggono la conducibilità poi grazie ad un fattore di conversione viene calcolato il TDS.
Discorso e ovviamente budget completamente diverso sono le centraline multi-parametriche studiate appositamente per ottenere il massimo da ogni singola sonda collegata e dare un valore in continuo altamente preciso ed affidabile.

• VALVOLA AUTO SHUT-OFF

Questa valvola permette di tenere l'impianto ad osmosi inversa collegato all’attacco di mandata acqua fredda che esce dal muro di casa senza dover chiudere il rubinetto principale. Essenziale è installare un rubinetto sulla linea del permeato in questo modo, la valvola automaticamente chiuderà o aprirà l'acqua in ingresso alla membrana quando si chiuderà o aprirà il rubinetto del permeato. Se sull’impianto è installata una pompa booster è necessario inserire anche un pressostato di massima e uno di minima per spegnere la pompa nel momento in cui chiudiamo il rubinetto. La valvola di shut-off non ha bisogno di alimentazione poiché lavora solo con la pressione generata dall’impianto d’osmosi.

• PRESSOSTATO

Il pressostato è un interruttore ON/OFF che apre e chiude il passaggio dell’acqua in funzione alla pressione dell’impianto, deve esser alimentato, solitamente 24 VDC, dal trasformatore della pompa booster. Vi sono due tipologie il pressostato di minima e quello di massima. Installando il pressostato di minima, si evita il surriscaldamento e la successiva rottura della pompa booster perché la blocca automaticamente, evita il funzionamento a secco in mancanza d’acqua. Deve essere installato, sulla linea di alimentazione, fra i pre-filtri e la pompa. Installando il pressostato di massima si evita la rottura dell’impianto dall'eccessiva pressione. Deve essere installato a valle dell’impianto, preceduto da una valvola di non ritorno.

• VALVOLA DI NON RITORNO

Le valvole di non ritorno permetto il passaggio dell’acqua solo in un senso, solitamente indicato da una freccia incisa o stampata sulla valvola stessa. Gli attacchi sono ad innesto rapido per facilitare l’installazione. Accessorio piccolino ma di grande utilità.

[datalife]

• RIDUTTORE DI FLUSSO VALVOLA A SPILLO

Le valvole a spillo sono piccoli rubinetti a gomito o dritti che vengono utilizzati per regolare in modo fine e preciso la portata dell’acqua. Anche se piccoli oggetti hanno vari componenti che lo costituiscono, una vite a passo fine per una regolazione precisa, un otturatore a forma di spillo, guarnizioni o-ring e corpo in plastica.



Le applicazioni sono le più svariate, regolazione fine del flusso d’acqua, regolazione acqua in entrata o in uscita, miscelazione acqua pre-filti con permeato o scarto con permeato, oppure usato come riduttore di flusso dello scarto.

• CONTALITRI

In commercio esistono due tipologie quelli meccanici e quelli elettronici, sono strumenti adatti a misurare la portata (flusso) dell’acqua e a totalizzare (contare) la quantità d’acqua passata attraverso i loro sensori.
Quelli meccanici hanno una ghiera per impostare la quantità totale di acqua da produrre con un campo che va da 0 a 6000 litri con step da 500 litri, raggiunto il valore impostato chiude il passaggio dell’acqua avvisandoci così che i pre-filtri o la membrana sono arrivati alla soglia di sostituzione.



Quelli elettronici ovviamente hanno funzioni più evolute e una precisione più elevata.
Il primo ha un display dove viene visualizzata la portata totale o quella rimanente e fa anche da contatore con allarme per i giorni di utilizzo, tutte le funzioni sono programmabili. Lo strumento è alimentato a batteria, il display si accende al passaggio dell’acqua e si spegne dopo 10 secondi se non ci sarà flusso. Il campo di misura si può impostare in galloni o litri, la portata totale va da 0 a 19.900 con step da 100, impostato il valore totale di acqua da produrre, esempio 10.000 litri, il contatore al passaggio dell’acqua inizierà a scalare fino ad arrivare a 0, raggiunto tale valore il display lampeggerà e verrà emesso un allarme acustico per attirare la nostra attenzione. Nella configurazione si potrà anche settare un lasso di tempo (giorni) dopo i quali il contalitri dovrà emettere un allarme sonoro, il range va da 0 a 120 giorni e lo step è di 30. Un ulteriore allarme è per la batteria scarica, un buzzer emetterà due beep per avvisarci di cambiare le batterie, comunque i dati di configurazione rimarranno memorizzati anche nel caso la batteria sia completamente scarica o venga rimossa.



Il secondo contalitri digitale è molto compatto, si montare in linea, ha sei contatori indipendenti, un display a quattro cifre è alimentato a batteria ed è programmabile. Il campo di misura si può impostare in galloni, galloni x10 (moltiplicare per 10 il valore sul display) o litri, litri x10. Il display visualizza la portata istantanea e i litri totali, inoltre c’è un display a bargraph (trattini). Nelle impostazioni dopo aver programmato l’unità di misura si dovrà programmare il valore totale di acqua da produrre per i contatori che ci servono, fino ad un max di 6 contatori indipendenti. Al raggiungimento del valore che abbiamo impostato il contalitri emetterà un allarme acustico 5 beep, premendo il tasto Reset il contatore si resetta e comincia a ricontare nuovamente. Tutti i dati di configurazione rimarranno memorizzati anche nel caso la batteria sia completamente scarica o venga rimossa.

• ALLARME ANTI ALLAGAMENTO

Ultimo ma non meno importante il sistema anti allagamento, che può salvarci da danni causati da perdite d’acqua dell’impianto. Lo strumento funziona a batteria 9V, i sensori montati sulla centralina a contatto con l’acqua danno un segnale d’allarme che viene interpretato dalla centralina che chiude immediatamente l’elettrovalvola generando un suono continuo e successivamente un lampeggio del led azzurro posto sul fronte. L’elettrovalvola è da montare il più possibile a valle dell’impianto, posizione ideale immediatamente dopo il rubinetto valvola a sfera collegato al tubo dell’acqua di casa. In caso di batteria scarica l’elettrovalvola si chiuderà.

[valpredina]

Il pressostato è un interruttore ON/OFF che apre e chiude il passaggio dell’acqua in funzione alla pressione dell’impianto, deve esser alimentato, solitamente 24 VDC, dal trasformatore della pompa booster. Vi sono due tipologie il pressostato di minima e quello di massima. Installando il pressostato di minima, si evita il surriscaldamento e la successiva rottura della pompa booster perché la blocca automaticamente, evita il funzionamento a secco in mancanza d’acqua. Deve essere installato, sulla linea di alimentazione, fra i pre-filtri e la pompa. Installando il pressostato di massima si evita la rottura dell’impianto dall'eccessiva pressione. Deve essere installato a valle dell’impianto, preceduto da una valvola di non ritorno.

Guardando i progetti dei vari impianti di osmosi che sono comparsi su questo sito, devo dire che non ne ho mai visto uno munito di pressostati. Mi sembra di aver capito che sono utili soprattutto per impianti automatizzati, dove alla chiusura del rubinetto del permeato (per mezzo di qualche dispositivo) la pompa booster deve smettere di funzionare per evitare danneggiamenti.
Forse che chi usa l'impianto senza pressostati è costretto ad intervenire spegnendo manualmente la booster ?
Qualcuno mi illumini.

[valpredina]

Un ulteriore strumento utile è il regolatore di pressione con manometro incorporato. Ruotando la manopola si può agire sulla pressione di lavoro evitando di rovinare o danneggiare i componenti a monte, inoltre potremo impostare la pressione corretta dell’acqua in base alle caratteristiche volute per la membrana. Anche per questo dispositivo il consiglio è di posizionarlo il più vicino possibile all'apparecchio che deve essere regolato in pressione.

Anche questo è un dispositivo che non conosco. Può sostituire la booster ? e se no a che cosa serve esattamente ? e' un regolatore di pressione di precisione ?

[valpredina]

@maurizio bartalucci
ciao Maurizio, domanda a bruciapelo. Tu usi i pressostati dei messaggi di prima ? sono utili? sono indispensabili? hai un impianto automatizzato ? nel senso che quando il bidone è pieno si spegne tutto compresa la pompa, oppure intervieni tu manualmente? Insomma devo prenderli sti pressostati ora che sto ordinando la pompa oppure no ?
Ho già ordinato un rubinetto galleggiante che dovrebbe chiudere l'uscita sul permeato automaticamente e ho già una valvola di autoshutoff che dovrebbe togliere l'alimentazione dalla rete idrica quando il bidone è pieno. Mi piacerebbe anche il dispositivo che toglie corrente alla booster per evitare che continui a funzionare inutilmente, magari bruciandosi.
Qualcuno ha idea di come si collega questo pressostato di minima ? e se basta l'alimentatore della booster a 2 Ampere ?
PS accidenti se è complicato un impianto osmosi .....