Kā darbojas reversā osmoze
Izpratne par reverso osmozi
Ūdens attīrīšanai var izmantot reverso osmozi. WLADIMIRS BULGAR / Getty Images
Reversā osmoze jeb RO ir a filtrēšana Metode, ko izmanto jonu un molekulu atdalīšanai no šķīduma, izdarot spiedienu uz šķīdumu puscaurlaidīgas vai selektīvās membrānas vienā pusē. Lielas molekulas (izšķīdušās vielas) nevar šķērsot membrānu, tāpēc tās paliek vienā pusē. Ūdens (šķīdinātājs) var šķērsot membrānu. Rezultāts ir tāds, ka izšķīdušās vielas molekulas kļūst vairāk koncentrētas vienā membrānas pusē, bet pretējā puse kļūst atšķaidītāka.
Kā darbojas reversā osmoze
Lai izprastu reverso osmozi, vispirms ir jāsaprot, kā masa tiek transportēta caur difūziju un regulāru osmozi. Difūzija ir kustība no molekulām no augstāka reģiona koncentrācija uz zemākas koncentrācijas reģionu. Osmoze ir īpašs difūzijas gadījums, kurā molekulas ir ūdens un koncentrācijas gradients notiek pāri puscaurlaidīgai membrānai. Puscaurlaidīgā membrāna ļauj plūst ūdenim, bet jēdzieni (piemēram, Na+, Kā2+, Cl-) vai lielākas molekulas (piemēram, glikoze, urīnviela, baktērijas). Difūzija un osmoze ir termodinamiski labvēlīgas un turpināsies, līdz tiek sasniegts līdzsvars. Osmozi var palēnināt, apturēt vai pat mainīt, ja uz membrānu tiek pielikts pietiekams spiediens no membrānas “koncentrētās” puses.
Reversā osmoze notiek, kad ūdens tiek pārvietots pa membrānu pret koncentrācijas gradientu , no zemākas koncentrācijas uz augstāku koncentrāciju. Lai ilustrētu, iedomājieties puscaurlaidīgu membrānu ar svaigu ūdeni vienā pusē un koncentrētu ūdens šķīdumu otrā pusē. Ja notiek normāla osmoze, saldūdens šķērsos membrānu, lai atšķaidītu koncentrēto šķīdumu. Reversās osmozes gadījumā spiediens tiek iedarbināts uz sāniem ar koncentrētu šķīdumu, lai piespiestu ūdens molekulas caur membrānu uz saldūdens pusi.
Reversajai osmozei tiek izmantoti dažādi poru izmēri. Lai gan mazs poru izmērs veic labāku filtrēšanas darbu, ūdens pārvietošana prasa ilgāku laiku. Tas ir līdzīgi kā mēģināt izliet ūdeni caur sietiņu (lieliem caurumiem vai porām), salīdzinot ar mēģinājumu izliet to caur papīra dvieli (mazāki caurumi). Tomēr reversā osmoze atšķiras no vienkāršas membrānas filtrēšanas, jo tā ietver difūziju un to ietekmē plūsmas ātrums un spiediens.
Reversās osmozes izmantošana
Reverso osmozi bieži izmanto komerciālā un dzīvojamā ūdens filtrācijā. Tā ir arī viena no metodēm, ko izmanto jūras ūdens atsāļošanai. Reversā osmoze ne tikai samazina sāls daudzumu, bet arī var filtrēt metālus, organiskos piesārņotājus un patogēnus. Dažreiz reverso osmozi izmanto, lai attīrītu šķidrumus, kuros ūdens ir nevēlams piemaisījums. Piemēram, reverso osmozi var izmantot, lai attīrītu etanolu vai graudu spirtu, lai palielinātu tā pierādījums .
Reversās osmozes vēsture
Reversā osmoze nav jauna attīrīšanas metode. Pirmos piemērus osmozei caur puscaurlaidīgām membrānām aprakstīja Žans Antuāns Nolē 1748. gadā. Lai gan šis process bija zināms laboratorijās, to izmantoja jūras ūdens atsāļošanai tikai 1950. gadā Kalifornijas Universitātē Losandželosā. Vairāki pētnieki pilnveidoja metodes, kā izmantot reverso osmozi ūdens attīrīšanai, taču process bija tik lēns, ka tas nebija praktiski komerciālā mērogā. Jauni polimēri ļāva ražot efektīvākas membrānas. Līdz 21. gadsimta sākumam atsāļošanas iekārtas kļuva spējīgas atsāļot ūdeni ar ātrumu 15 miljoni galonu dienā, un aptuveni 15 000 iekārtu darbojās vai tiek plānotas.