Prof. doc. dr med. Zygmunt Baranowski

Osmoza odwrócona - jedyna metoda oczyszczania wody pitnej

Pozwolą Państwo, że w przysłowiowych "trzech słowach" zreferuję istotę wody pitnej na przestrzeni dziejów oraz sytuację obecną.

To, że przez wieki piliśmy przeważnie wodę powierzchniową z rzek i jezior, wiemy wszyscy z pierwszych podręczników szkolnych. Tam, gdzie nie było wody na powierzchni ziemi, sięgano do studni, w których gromadziły się wody gruntowe. Jaka była czystość tych wód? Przypominam, że woda, krążąc nieustannie w przyrodzie, powracała z atmosfery w postaci deszczu, śniegu lub gradu absolutnie czysta. Dopiero w zetknięciu z glebą lub skałami woda deszczowa mogła wzbogacić się w pewne składniki mineralne, których ilość i jakość zależna była od rodzaju skał, prędkości przepływu wody, jej temperatury itd. Wspomnę w tym miejscu, że na globie ziemskim nie brakuje skał trudno rozpuszczalnych w wodzie (granity, bazalty itp.), co powoduje, że woda gruntowa lub powierzchniowa pozostaje w takim środowisku czysta, bez obecności minerałów.

Jeżeli na przestrzeni wieków (mam na myśli okres do XIX w.) mieliśmy w kwestii wody jakieś problemy, to polegały one jedynie na zatruciu bakteriologicznym odchodami ze zbiorowisk ludzkich. Problemy te przybierały z czasem na wadze - rosła przecież liczba ludności na całym świecie, większe stawały się miasta, a ścieki pływały wtedy po powierzchni ulic. Rosła liczba chorób i epidemii powodowanych bakteriami i wirusami z brudnej wody. Wody ściekowe łączyły się bowiem bardzo łatwo z wodami pitnymi. Ludwik Pasteur twierdził w swoich czasach, że 90% chorób wypija człowiek z wodą. Historycznym momentem było zatem wprowadzenie pod koniec XIX w. chloru do dezynfekcji wód pitnych, co spowodowało, że liczba chorób i epidemii spadła. Do dziś używa się w Polsce chloru i jego pochodnych do dezynfekcji wód pitnych. Jako składnik wody nie był on nigdy pozbawiony wad, ale dopiero dzisiaj jest ostro krytykowany, gdyż pojawienie się w wodzie setek nowych organicznych związków chemicznych rodzi w połączeniu z chlorem kolejne związki, często kancerogenne.

Ale przejdźmy do sedna problemu. Istniejący od ponad stulecia szybki rozwój przemysłu i nowych technologii powoduje powstawanie ogromnych ilości nowych związków chemicznych, które wraz z odpadami i ściekami dostają się również do wód powierzchniowych, gruntowych, a nawet głębinowych. Sytuacja w tej kwestii już od lat jest bardzo poważna i z roku na rok staje się coraz groźniejsza.

Światowa Organizacja Zdrowia (WHO) obliczyła, że w ostatnim dziesięcioleciu na globie ziemskim wyprodukowano tyle odpadów w postaci śmieci, ścieków i pyłów ile wcześniej przez 70 lat. Jednocześnie WHO prognozuje, że tę samą ilość odpadów wytworzy przemysł w najbliższych pięciu latach.

W Polsce woda pitna czerpana jest z różnych źródeł. Około połowa ludności pije wodę pochodzenia powierzchniowego (najczęściej z rzek), około połowa wypija wody gruntowe (czyli ze studni) i około 2% ludności spożywa wody głębinowe (dla przykładu w Warszawie wody oligoceńskie). Ostatnio rośnie liczba spożywanych wód oferowanych w sklepach, niestety, wód o różnej, niekoniecznie dobrej jakości.

Czym są zanieczyszczone wody powierzchniowe i studzienne? Nie wchodząc w szczegóły, możemy dokonać prostego podziału na:

  1. zanieczyszczenia mechaniczne, czyli nierozpuszczalne w wodzie zawiesiny takie jak piaski, iły, humusy, żywe i nieżywe organizmy wodne. Są to zatem elementy, które w bardzo prosty sposób usuwamy różnymi filtrami mechanicznymi;
  2. bakterie i wirusy - z tymi radzimy sobie chlorem lub innymi utleniaczami;
  3. związki chemiczne, których ilość w naszych wodach powierzchniowych i gruntowych szacować można na dziesiątki tysięcy. Stwierdza się np. obecność w wodach powierzchniowych ponad 100 związków WWA, które uważa się za najgroźniejsze, a 80% z nich jest kancerogenna.

    Tragedią jest to, że tej rozpuszczonej w  wodzie chemii nie potrafimy usunąć w żaden tradycyjny sposób. Jeśli czyścimy i uzdatniamy wodę do picia w zakładach komunalnych, to nie usuniemy związków chemicznych w procesie sedymentacji, nic nie pomoże także koagulacja polegająca na wiązaniu w żele lżejszych części mechanicznych w wodzie przy użyciu siarczanu żelazowo-aluminiowego, ani nic tu nie dadzą żwirowo-piaskowe filtry mechaniczne oraz dezynfekcja wody chlorem czy ozonem. Zakłady wodociągowe nie usuwają chemii z wody, przeciwnie - wzbogacają ją w siarczan żelazowo-aluminiowy w procesie koagulacji oraz w chlor w procesie dezynfekcji. Za sytuację taką trudno jest winić te instytucje. Ich budowa i technologie oczyszczania wody nie zmieniły się od 100 lat, bo nic nowego nie wymyślono w tym zakresie. Ale zmienił się, i to drastycznie surowiec, który tym zakładom się dostarcza. Nie zdziwi zatem nikogo Rozporządzenie Ministra Zdrowia i Opieki Społecznej, które mówi, że jeśli woda powierzchniowa ma być przerabiana i uzdatniana na wodę pitną, to musi to być bezwzględnie woda I klasy czystości. Problem w tym, że takich wód w Polsce już nie ma (w 1995 r. było ich 2,4%). Wodę pitną produkuje się dziś z wód III klasy czystości (w normie nazywanych ściekami) lub wód pozaklasowych, nieprzewidywanych w naszych normach. Wód, w których nie ma życia biologicznego z powodu zatrucia chemią.

    Skoro jedynym gwarantem dobrej wody z zakładów wodociągowych jest dobry surowiec, który do nich wpływa i skoro surowca takiego nie posiadamy, to nie łudźmy się, że woda z kranów, jest dobra, bezpieczna i zdrowa. Ustawa dotycząca wody pitnej i gospodarczej (PN, DzU Nr 35 z dnia 4 maja 1990 r.) jest po prostu dopasowana do naszych realiów. I tak dopuszcza ona:

    • 5 razy więcej arsenu,
    • 10 razy więcej benzenu,
    • 1,5 raza więcej benzo(a)pirenu,
    • 3,3 raza więcej 1,2-dichloroetanu niż norma Unii Europejskiej.

Polskie przepisy każą szukać w wodzie pitnej tylko 43 pierwiastków i związków chemicznych, które szkodzą naszemu zdrowiu, podczas gdy w innych krajach Europy liczba ta dochodzi do 250. Chyba należy wierzyć, że nasza ustawa dba jedynie o właściwości organoleptyczne wody, skoro w punkcie 8. dopuszcza ona "zawiesiny, organizmy wodne martwe i żywe, plamy oleju itp." pod warunkiem, że nie są one widoczne w szklanych naczyniach.

Jak możemy liczyć na czystość wody pitnej, skoro w Polsce tylko 0,3% produkowanej wody pitnej jest wypijana, czyli z 300 litrów wody pitnej opuszczających zakłady wodociągowe tylko 1 litr zostanie wypity? Reszta kierowana jest do przemysłu oraz do innych celów domowych, takich jak zmywanie podłóg, kąpiel, wc itp.

Nie inaczej jest w przypadku wód studziennych. Odbiorcy indywidualni rzadko dbają o ich dezynfekcję, a na "chemię" również nie mają żadnego wpływu. Nic dziwnego, że z raportów sanepidu wynika, iż w 80 - 90% polskich studni jest woda niezdatna do picia.

W Polsce woda pitna jest zła i niebezpieczna, a wiele występujących w niej związków jest wręcz kancerogennych. Statystyczny Polak umiera 9 lat wcześniej niż ludzie żyjący na Zachodzie. Nikt tu oczywiście nie twierdzi, że tylko z powodu złej jakości wody, ale jesteśmy głęboko o tym przekonani, że woda istotnie przyczynia się do takiego poziomu śmiertelności.

Wielu konsumentów wody ratuje się przez doczyszczanie jej małymi, tanimi, domowymi filtrami. Nasz rynek wręcz zalały różnej maści filtry mechaniczne oraz filtry z węglem aktywnym. Ale nie łudźmy się, filtry mechaniczne - jak sama nazwa mówi - usuną tylko nierozpuszczone w wodzie części mechaniczne, najczęściej takie, które na nasze zdrowie nie mają najmniejszego wpływu. Jedyną zaletą filtrów z węglem aktywnym jest ich sorbcyjność w stosunku do chloru, którego przecież w wodzie nie brakuje. I nic poza tym. Ich ogromną wadą jest to, że są jednocześnie źródłem bakterii, a rozpuszczone w wodzie związki przejdą przez nie w 100 procentach.

Szanowni Państwo - z problemami opisanymi powyżej borykają się również inne państwa w Europie i na świecie. Przy czym nasze problemy są dużo bardziej większe z powodu wieloletnich zaniedbań. Może zatem prawdziwa jest teza wielu naukowców, że również woda z polskich kranów ma niemały wpływ na najwyższy w Europie współczynnik umieralności na nowotwory złośliwe. Otwórzmy w końcu oczy i postarajmy się zrozumieć, czemu o zagrożeniach naszej wody wiemy stosunkowo mało. Odpowiedź jest prosta - przecież to nasze państwo jest monopolistą na produkcję wody pitnej, przynajmniej tej produkowanej w zakładach wodociągowych. Przecież to błędna wieloletnia polityka poprzednich rządów doprowadziła do skażenia w Polsce niemal wszystkich wód słodkich. W roku 1955 mieliśmy jeszcze 55% wód I klasy czystości, w roku 1965 - już tylko 35%, a w roku 1995 - 2,4%. Dziś z kolei coraz częściej słyszymy meldunki donoszące o skażeniu wód głębinowych chemią z powierzchni.

Ale nie tylko nasze rządy oraz nieekologiczna gospodarka większości zakładów pracy i fabryk doprowadziła do takiej sytuacji. Świadomość ekologiczna naszej ludności również wymaga poprawy. Podam tylko wybrane przykłady. Otóż tylko 20% sprzedawanych w całym kraju olejów do silników samochodowych wraca w recyklingu do przeróbki. Reszta, wymienionych na podwórkach, w prywatnych garażach itp. olejów wylewana jest do gleby, kanałów itd. A tysiące nieszczelnych lub "po cichu" opróżnionych szamb przydomowych? Do Jeziora Goczałkowickiego, największego jeziora retencyjnego w Polsce, wpływa Wisła z wodą II klasy czystości i mimo istnienia absolutnej strefy ochronnej wokół całego jeziora, wylewane do niego ścieki powodują, że woda opuszczająca to jezioro jest już pozaklasowa. Wspomnę tu, że wodą pitną pochodzącą z Jeziora Goczałkowickiego zaopatruje się 5 milionów ludności Górnego Śląska i okolic!!!

Myślę, że powinienem już przerwać wypowiedź na ten temat. Może już Państwa zanudzam. A przecież poproszono mnie o omówienie osmozy odwróconej. Proszę bardzo, ale zacznę może od innej osmozy - mianowicie naturalnej, tej którą przecież znamy wszyscy. Tak, to ta, która zachodzi na ściankach komórek ludzkich i zwierzęcych. Osmoza naturalna polega na przechodzeniu przez tak zwane błony półprzepuszczalne cząstek rozpuszczalnika, a nie cząstek i jonów w nim rozpuszczonych. Ruch taki odbywa się w osmozie naturalnej z roztworu o mniejszym stężeniu do roztworu o większym stężeniu - jest to ruch cząstek rozpuszczalnika, zmierzający do wyrównania stężeń obu roztworów.

Osmoza naturalna

Osmoza naturalna

W technice filtracji wody zależy nam jednak na czymś innym. Chcemy z roztworu wody o pewnym stężeniu (brudna woda) "wydobyć" część samego roztworu (czyli woda czysta), co w konsekwencji uczyni ten roztwór jeszcze bardziej stężony. Ruch rozpuszczalnika dokładnie w odwrotną stronę niż to ma miejsce w osmozie naturalnej. Stąd też pochodzi nazwa tej nowej techniki filtracji - "osmoza odwrócona".

Taki odwrócony ruch cząstek rozpuszczalnika można spowodować przez wywołanie odpowiedniego ciśnienia po odpowiedniej stronie błony półprzepuszczalnej, która w technice nazywana jest membraną. Ciśnienie to musi być po prostu wyższe od naturalnego ciśnienia osmotycznego w roztworze wody.

Osmoza odwrócona

Osmoza odwrócona

Doświadczenia z membranami osmotycznymi przeprowadzono już w XIX w. w wielu laboratoriach i ośrodkach naukowych świata. Już w okresie międzywojennym rozpoczęto dializowanie nerek za pomocą wody uzyskanej metodą osmozy odwróconej. Jednakże milowym krokiem w tej dziedzinie było wynalezienie w 1952 r. nowych materiałów do produkcji tych membran - mianowicie poliamidów. Zastąpiły one wtedy mniej wytrzymałe i mniej sprawne błony celulozowe. Wtedy też profesor Sourirajan z  Uniwersytetu Kalifornijskiego pokazał, jak skutecznie i dokładnie można wodę morską wyczyścić na membranach nowej generacji.

Rząd USA szybko zareagował na uzyskane wyniki. Naukowcom przydzielono ogromne środki pieniężne na dalsze badania i zaczęto produkować pierwsze wysokowydajne filtry osmotyczne do oczyszczania wody pitnej. Początkowo znalazły one zastosowanie w przemyśle zbrojeniowym, komputerowym, w lotach kosmicznych. Wcześniej okręty podwodne, wyruszające na wielomiesięczne rejsy, zmuszone były zabierać ze sobą niemałe zapasy czystej wody do picia. Taki system zmieniły teraz filtry osmotyczne, które wodę pitną produkują z wody morskiej.

Podobne agregaty filtracyjne mamy już w Polsce. W kopalni "Dębieńsko" koło Rybnika pracują eksperymentalnie osmotyczne filtry mające za zadanie wyczyścić solankę wydobywaną z głębin kopalni. Koncern "Coca Cola" produkuje swoje napoje orzeźwiające z wody wyczyszczonej wcześniej osmozą odwróconą. Również znana woda mineralna "Bonaqua" jest w pierwszej fazie czyszczona osmozą odwróconą i następnie sztucznie wzbogacona minerałami.

Ale osmoza odwrócona znajduje również zastosowanie w milionach mieszkań i domów w różnych częściach świata. Takie domowe filtry osmotyczne zaczęto produkować w USA w 1965 r. W większości bogatych państw świata już wiele lat temu przestano używać do picia wody kranowej. Ludność tych krajów ma do wyboru: kupować wodę pitną w sklepach lub czyścić wodę domową filtrami osmotycznymi.

Oczyszczanie wody pitnej przy użyciu osmozy odwróconej zdobywa szybko na popularności z dwóch powodów:

  • wody głębinowe są już w większości przypadków również skażone substancjami chemicznymi, które "przebiły" się do nich z powierzchni;
  • koszty bieżącej eksploatacji urządzeń osmotycznych są tak niskie, że woda oczyszczona za ich pomocą jest od kilku do kilkunastu razy tańsza niż woda oferowana w handlu.

Porowatość membran osmotycznych może być dowolnie regulowana. Dzięki temu w membranach stosowanych w urządzeniach do wody pitnej dobiera się takie pory, które bardzo łatwo przepuszczają pierwiastki mineralne. Wykorzystuje się tu to, że jony wapnia, magnezu, sodu, potasu itp. są bardzo małe i swoją wielkością są zbliżone do cząstki wody, która bez trudu przedostaje się przez pory membrany. Jednocześnie skutecznie zatrzymywane są jony metali ciężkich, detergenty, pestycydy i wszystkie inne związki współczesnej chemii organicznej, wśród których coraz częściej notujemy związki toksyczne i jakże często kancero-, a nawet mutagenne.

Niektórzy dostawcy nowoczesnych, domowych urządzeń osmotycznych zaopatrują je dodatkowo w mineralizatory, które wzbogacają wodę wyjściową w kilka pierwiastków życia. Taka woda ma skład wody mineralnej o niskim stopniu mineralizacji.

Szanowni Państwo, z powodu daleko posuniętych zaniedbań w dziedzinie ekologii doprowadziliśmy w Polsce do sytuacji, w której praktycznie nie mamy źródeł czystej, bezpiecznej i zdrowej wody. Nasze władze niewiele temu przeciwdziałają, bo brak na to pieniędzy. Przeciętny Polak nie zna całej prawdy, bo ocenia wodę po jej kolorze i smaku, a te własności nie mówią o niej wszystkiego. Trujemy się różnymi czynnikami i to w dużym stopniu - świadczy o tym, m.in. to, że przodujemy w Europie w umieralności na raka. Ale skoro potrafimy dziś, dzięki filtrom osmotycznym, usunąć przynajmniej jeden z czynników rakotwórczych, to zróbmy to. Od Was, Szanowne Koleżanki i Koledzy, bardzo zależy, jak - popularna w pozostałych państwach świata - osmoza odwrócona przyjmie się w naszym kraju. Od Was zależy, czy przynajmniej w tej kwestii pójdziemy równo z innymi cywilizowanymi państwami, czy też pozostaniemy nadal w średniowieczu.

Prof. doc. dr med. Zygmunt Baranowski
VI Ogólnopolska Konferencja Naukowo-Szkoleniowa
Uniejów '98

Copyright © HYDROPURE 2010. Wszelkie prawa zastrzeżone.
Projekt i realizacja: OGICOM