Η αντίστροφη όσμωση ή η RO είναι α διήθηση μέθοδος που χρησιμοποιείται για την απομάκρυνση ιόντων και μορίων από ένα διάλυμα με πίεση στο διάλυμα στη μία πλευρά μιας ημιπερατής ή επιλεκτικής μεμβράνης. Μεγάλα μόρια (διαλυμένη ουσία) δεν μπορούν να διασχίσουν τη μεμβράνη, έτσι παραμένουν στη μία πλευρά. Το νερό (διαλύτης) μπορεί να διασχίσει τη μεμβράνη. Το αποτέλεσμα είναι ότι τα μόρια διαλυμένης ουσίας συγκεντρώνονται περισσότερο στη μία πλευρά της μεμβράνης, ενώ η αντίθετη πλευρά γίνεται πιο αραιωμένη.
Πώς λειτουργεί η αντίστροφη όσμωση
Προκειμένου να κατανοήσουμε την αντίστροφη όσμωση, βοηθάει πρώτα να κατανοήσουμε πώς μεταφέρεται η μάζα μέσω διάχυσης και κανονικής όσμωσης. Η διάχυση είναι το κίνημα μορίων από μια περιοχή υψηλότερης συγκέντρωση σε μια περιοχή χαμηλότερης συγκέντρωσης. Ωσμωση είναι μια ειδική περίπτωση διάχυσης στην οποία τα μόρια είναι νερό και η κλίση συγκέντρωσης εμφανίζεται σε μια ημιδιαπερατή μεμβράνη. Η ημιδιαπερατή μεμβράνη επιτρέπει τη διέλευση του νερού, αλλά έννοιες (π.χ. Na
+, Ca2+, Cl-) ή μεγαλύτερα μόρια (π.χ. γλυκόζη, ουρία, βακτήρια). Η διάχυση και η όσμωση είναι θερμοδυναμικά ευνοϊκές και θα συνεχιστούν έως ότου επιτευχθεί ισορροπία. Η όσμωση μπορεί να επιβραδυνθεί, να σταματήσει ή ακόμη και να αντιστραφεί εάν εφαρμοστεί επαρκής πίεση στη μεμβράνη από την «συμπυκνωμένη» πλευρά της μεμβράνης.Αντίστροφη όσμωση συμβαίνει όταν το νερό μετακινείται κατά μήκος της μεμβράνης ενάντια στη βαθμίδα συγκέντρωσης, από χαμηλότερη συγκέντρωση σε υψηλότερη συγκέντρωση. Για παράδειγμα, φανταστείτε μια ημιπερατή μεμβράνη με γλυκό νερό στη μία πλευρά και ένα συμπυκνωμένο υδατικό διάλυμα από την άλλη πλευρά. Εάν πραγματοποιηθεί κανονική όσμωση, το γλυκό νερό θα διασχίσει τη μεμβράνη για να αραιώσει το συμπυκνωμένο διάλυμα. Στην αντίστροφη όσμωση, ασκείται πίεση στο πλάι με το συμπυκνωμένο διάλυμα για να ωθήσει τα μόρια νερού μέσω της μεμβράνης στην πλευρά του γλυκού νερού.
Υπάρχουν διαφορετικά μεγέθη πόρων μεμβρανών που χρησιμοποιούνται για αντίστροφη όσμωση. Ενώ ένα μικρό μέγεθος πόρων κάνει καλύτερη δουλειά φιλτραρίσματος, χρειάζεται περισσότερος χρόνος για να μετακινηθεί το νερό. Είναι σαν να προσπαθείτε να ρίξετε νερό μέσα από ένα σουρωτήρι (μεγάλες τρύπες ή πόρους) σε σύγκριση με το να προσπαθείτε να το ρίξετε μέσω χαρτοπετσέτας (μικρότερες τρύπες). Ωστόσο, η αντίστροφη όσμωση διαφέρει από την απλή διήθηση μεμβράνης επειδή περιλαμβάνει διάχυση και επηρεάζεται από το ρυθμό ροής και την πίεση.
Χρήσεις αντίστροφης όσμωσης
Η αντίστροφη όσμωση χρησιμοποιείται συχνά στην εμπορική και οικιακή διήθηση νερού. Είναι επίσης μία από τις μεθόδους που χρησιμοποιούνται για την αφαλάτωση του θαλασσινού νερού. Η αντίστροφη όσμωση όχι μόνο μειώνει το αλάτι, αλλά μπορεί επίσης να φιλτράρει τα μέταλλα, τους οργανικούς ρύπους και τα παθογόνα. Μερικές φορές χρησιμοποιείται αντίστροφη όσμωση για τον καθαρισμό υγρών στα οποία το νερό είναι μια ανεπιθύμητη ακαθαρσία. Για παράδειγμα, η αντίστροφη όσμωση μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον καθαρισμό αιθανόλης ή αλκοόλης με κόκκους για αύξηση η απόδειξή του.
Ιστορικό Αντίστροφης Όσμωσης
Η αντίστροφη όσμωση δεν είναι μια νέα τεχνική καθαρισμού. Τα πρώτα παραδείγματα όσμωσης μέσω ημιπερατών μεμβρανών περιγράφηκε από τον Jean-Antoine Nollet το 1748. Ενώ η διαδικασία ήταν γνωστή σε εργαστήρια, δεν χρησιμοποιήθηκε για αφαλάτωση θαλασσινού νερού μέχρι το 1950 στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια στο Λος Άντζελες. Πολλοί ερευνητές βελτίωσαν τις μεθόδους χρήσης της αντίστροφης όσμωσης για τον καθαρισμό του νερού, αλλά η διαδικασία ήταν τόσο αργή που δεν ήταν πρακτική σε εμπορική κλίμακα. Νέα πολυμερή επέτρεψαν την παραγωγή πιο αποτελεσματικών μεμβρανών. Στις αρχές του 21ου αιώνα, τα εργοστάσια αφαλάτωσης έγιναν ικανά για αφαλάτωση νερού με ρυθμό 15 εκατομμύρια γαλόνια την ημέρα, με περίπου 15.000 εργοστάσια σε λειτουργία ή προγραμματισμένα.