Какво представлява обратната осмоза и как тя работи

Обратната осмоза или RO е a филтриране метод, който се използва за отстраняване на йони и молекули от разтвор чрез прилагане на налягане върху разтвора от едната страна на полупропусклива или селективна мембрана. Големите молекули (разтворени) не могат да преминат през мембраната, така че те остават от едната страна. Водата (разтворителят) може да преминава през мембраната. Резултатът е, че разтворените молекули стават по-концентрирани от едната страна на мембраната, докато противоположната страна става по-разредена.

За да се разбере обратната осмоза, помага първо да се разбере как се пренася масата чрез дифузия и редовна осмоза. Дифузията е движението на молекули от регион по-висок концентрация до регион с по-ниска концентрация. осмоза е специален случай на дифузия, при който молекулите са вода и концентрационният градиент се осъществява в полупропусклива мембрана. Полупропускливата мембрана позволява преминаването на вода, но понятия (напр. Na⁺, Ка²⁺, Cl^-) или по-големи молекули (например глюкоза, урея, бактерии). Дифузията и осмозата са термодинамично благоприятни и ще продължат, докато се постигне равновесие. Осмозата може да се забави, спре или дори да се обърне, ако се приложи достатъчно налягане върху мембраната от „концентрираната“ страна на мембраната.

Обратната осмоза възниква, когато водата се премества по мембраната спрямо градиента на концентрация, от по-ниска концентрация до по-висока концентрация. За илюстрация си представете полупропусклива мембрана с прясна вода от едната страна и концентриран воден разтвор от другата страна. Ако се случи нормална осмоза, прясната вода ще пресече мембраната, за да разрежда концентрирания разтвор. При обратна осмоза, налягането се упражнява отстрани с концентрирания разтвор, за да принуди молекулите на водата през мембраната към сладководната страна.

Има различни пори на мембраните, използвани за обратна осмоза. Докато малкият размер на порите върши по-добра работа на филтрацията, отнемането на вода отнема повече време. Това е нещо като опит да се излее вода през цедка (големи дупки или пори) в сравнение с това да се опитвате да я излеете през хартиена кърпа (по-малки дупки). Обратната осмоза обаче е различна от обикновената мембранна филтрация, тъй като включва дифузия и се влияе от скоростта на потока и налягането.

Обратната осмоза често се използва при търговска и битова филтрация на водата. Той е и един от методите, използвани за обезсоляване на морска вода. Обратната осмоза не само намалява солта, но също така може да филтрира метали, органични замърсители и патогени. Понякога обратната осмоза се използва за пречистване на течности, в които водата е нежелателно примес. Например, обратната осмоза може да се използва за пречистване на етанол или зърнен алкохол, за да се увеличи нейното доказателство.

Обратната осмоза не е нова техника за пречистване. Първите примери за осмоза през полупропускливи мембрани са описани от Жан-Антоан Нолет през 1748г. Макар процесът да е известен в лаборатории, той не е използван за обезсоляване на морска вода до 1950 г. в Калифорнийския университет в Лос Анджелис. Множество изследователи усъвършенстваха методите за използване на обратна осмоза за пречистване на водата, но процесът беше толкова бавен, че не беше практичен в търговски мащаб. Нови полимери позволяват производството на по-ефективни мембрани. В началото на 21-ви век инсталациите за обезсоляване стават способни да обезсоляват вода със скорост 15 милиона галона на ден, като около 15 000 инсталации работят или планират.