Gli impianti di desalinizzazione utilizzano l'osmosi inversa per trasformare l'acqua salata in fresca. John Zoiner/Workbook Stock/Getty Images Non sentirti stupido se hai mai visto una notizia su una terribile siccità, poi ho guardato il tuo computer per vedere il tuo bel salvaschermo sulla spiaggia dell'oceano e ho pensato, "Perché non usano solo quello?"
Certo, in un attimo, probabilmente hai fatto alcuni punti a te stesso. Uno, il mare è salato. Due, l'acqua salata non è l'ideale per bere o coltivare piante. Tre, non puoi semplicemente togliere il sale dall'acqua, proprio come non potresti sciogliere lo zucchero dal tuo tè. O puoi?
Osmosi inversa è uno dei processi che rende desalinizzazione (o rimuovere il sale dall'acqua di mare) possibile. Oltre a questo, l'osmosi inversa viene utilizzata per il riciclaggio, trattamento delle acque reflue, e può anche produrre energia.
I problemi idrici sono diventati una minaccia globale estremamente pressante. Con il cambiamento climatico arrivano impatti ambientali senza precedenti:inondazioni torrenziali in alcune aree, siccità in altri, l'innalzamento e l'abbassamento del livello del mare. Aggiungete a ciò la minaccia della sovrappopolazione - e la domanda e l'inquinamento che una popolazione in aumento porta - e l'acqua diventa una delle questioni ambientali fondamentali da tenere d'occhio nella prossima generazione.
Gli impianti e i sistemi di trattamento delle acque stanno ora adattando l'osmosi inversa per affrontare alcune di queste preoccupazioni. A Perth, Australia (particolarmente secca e arida, eppure circondato dal mare), quasi il 17% dell'acqua potabile della zona è acqua di mare desalinizzata che proviene da un impianto di osmosi inversa [fonte:The Economist]. In tutto il mondo, ora sono più di 13, 000 impianti di dissalazione nel mondo, secondo l'Associazione internazionale di desalinizzazione.
Ma pur sapendo che l'osmosi inversa può convertire l'acqua di mare in acqua potabile è utile, quello che dobbiamo veramente capire è come diavolo si verifica il processo. Supponendo che tu abbia una conoscenza abbastanza buona della definizione di "rovescio, "È meglio iniziare dando un'occhiata a come funziona l'osmosi prima di mettere insieme i due.
Impariamo a conoscere l'osmosi filtrando fino alla pagina successiva.
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Non riesci a visualizzare l'osmosi in azione? Ecco un'illustrazione utile per aiutare. L'osmosi è il passaggio o la diffusione di acqua o altri solventi attraverso una membrana semipermeabile che blocca il passaggio dei soluti disciolti [fonte:Enciclopedia Britannica].
Che cosa, non lo capisci? Niente paura. La maggior parte di noi no, ecco perché ci sono innumerevoli spiegazioni e analogie per chiarire l'osmosi. Esploreremo alcuni di questi, ma prima scomponiamo l'osmosi nelle sue parti per afferrarla.
Primo, faremo la nostra soluzione. Iniziamo con una vecchia tazza d'acqua noiosa. Per ravvivare le cose, chiameremo l'acqua il "solvente" - che è conveniente, perché è quello che è. Per rendere il nostro solvente un po' più gustoso, ci scioglieremo in un po' di delizioso zucchero. Lo zucchero è il soluto. Solo per tenere traccia, ora abbiamo acqua (solvente) in cui abbiamo sciolto lo zucchero (soluto), per fare acqua zuccherata (la nostra soluzione).
Ora che abbiamo la nostra soluzione di acqua zuccherata, prenderemo un tubo a U. Questo non è un video su Internet di gattini e scimmie che si abbracciano; un tubo a U è un bicchiere, a forma di U. Proprio nel mezzo del tubo, immagina un po' di Gore-tex che taglia la U a metà. Gore-tex è la nostra "membrana semipermeabile". Gore-tex è una plastica sottile, punteggiato da un miliardo di minuscoli fori che consentono il passaggio del vapore acqueo, ma liquido per stare fuori. (L'involucro di Saran non lasciava passare nulla, e un pezzo di tessuto di cotone lascerebbe quasi tutto.)
In un braccio del tubo a U, versiamo la nostra miscela di acqua e zucchero. Su un altro versiamo la nostra semplice vecchia acqua. È allora che inizia la magia dell'osmosi, se trovi magico il movimento dell'acqua. Il livello del liquido nel braccio dell'acqua zuccherata aumenterà lentamente, mentre il solvente (acqua) si muove attraverso il Gore-tex, per rendere entrambi i lati del braccio più uguali in un rapporto zucchero-acqua.
Ma perché succede? In poche parole, perché l'acqua vuole trovare l'equilibrio. E poiché un lato del braccio è pieno di zucchero, l'acqua pura dall'altra parte decide di passare oltre per rendere la concentrazione più uguale o fino a quando il pressione osmotica (la pressione che si verifica quando le molecole si muovono).
Quindi eccoti; l'osmosi è quando un solvente di una soluzione di soluto a bassa concentrazione si muove attraverso una membrana per raggiungere la soluzione più concentrata, indebolendo così. Ce l'hai fatta!
Ora, dopo aver mostrato come ha senso che l'osmosi lavori in una direzione, buttiamolo tutto fuori dalla finestra e capovolgiamo. Torna alla pagina successiva per saperne di più.
Freddie Mercury e David Bowie hanno entrambi riconosciuto che essere sotto pressione può bruciare un edificio, dividere una famiglia in due, metti le persone in strada e crea anche una melodia davvero orecchiabile. Una cosa che hanno tralasciato? Quella pressione fa funzionare anche l'osmosi inversa.
Così abbiamo imparato che nell'osmosi, una soluzione meno concentrata filtrerà il suo solvente nella soluzione più concentrata. Nell'osmosi inversa, stiamo (letteralmente) solo invertendo il processo, facendo filtrare il nostro solvente dal nostro concentrato alto nella soluzione concentrata inferiore. Quindi, invece di creare un equilibrio più equo di solvente e soluto in entrambe le soluzioni, sta separando il soluto dal solvente.
Ma come abbiamo esplorato, non è qualcosa che le soluzioni vogliono davvero fare. Come facciamo a far avvenire l'osmosi inversa? Proprio come Bowie e Freddie, mettiamo la soluzione sotto pressione. Prendiamo come esempio l'acqua salata:
Nell'osmosi inversa, avremmo noi stessi una soluzione di acqua salata su un lato di un serbatoio e acqua pura sull'altro lato, separati da una membrana semipermeabile. Applicheremmo una pressione sul lato dell'acqua salata del serbatoio, abbastanza da contrastare la naturale pressione osmotica dal lato dell'acqua pura, e poi per spingere l'acqua salata attraverso il filtro. (Ci vogliono circa 50-60 bar di pressione [fonte:Lenntech]. Ma a causa delle dimensioni delle molecole di sale, solo le molecole d'acqua più piccole arriverebbero dall'altra parte, aggiungendo così acqua fresca al lato acqua, e lasciando il sale sull'altro.
E voilà, hai visto l'osmosi inversa. Per distillarlo (ha!):l'osmosi inversa avviene quando la pressione applicata a una soluzione di soluto altamente concentrata fa sì che il solvente passi attraverso una membrana alla soluzione più concentrata, lasciando una maggiore concentrazione di soluto su un lato, e solo solvente dall'altro.
È fantastico poter definire l'osmosi inversa alle cene, ma ci sono usi sorprendentemente interessanti per l'osmosi inversa che potrebbero rendere la conversazione più avvincente. Passiamo alla pagina successiva per saperne di più su cosa possiamo fare con l'osmosi inversa.
Questi bei ragazzi blu sono cellule ad osmosi inversa, le membrane semipermeabili che prelevano il sale dall'acqua negli impianti di desalinizzazione. Andy Sotiriou/Photodisc/Getty Images A differenza dell'osmosi, non possiamo semplicemente osservare l'osmosi inversa accadere in molte circostanze quotidiane. Fu solo negli anni '50 quando i ricercatori iniziarono a esplorare come desalinizzare l'acqua dell'oceano che l'osmosi inversa fu sollevata come una possibilità. Hanno scoperto che l'applicazione di pressione sul lato dell'acqua salata potrebbe funzionare per produrre più acqua dolce, ma la quantità che hanno creato era estremamente piccola e non utile su nessuna scala pratica. Cosa è cambiato?
Un filtro molto più avanzato, creato da due scienziati dell'UCLA. Le membrane colate a mano realizzate da acetato cellulare (un polimero utilizzato nelle pellicole fotografiche) ha permesso a grandi quantità di acqua di muoversi molto più velocemente, e il primo impianto di desalinizzazione ad osmosi inversa ha iniziato a funzionare su piccola scala a Coalinga, California nel 1965 [fonte:The Economist].
Il che ci porta a uno degli usi più comuni dell'osmosi inversa di cui abbiamo già discusso:la desalinizzazione dell'acqua. Ciò include impianti di grandi dimensioni (ci sono oltre 100 paesi che utilizzano la desalinizzazione) o operazioni più piccole, ad esempio, il tipo di filtro che potresti portare in campeggio per assicurarti un'alimentazione sana [fonte:FDU].
L'osmosi inversa è anche uno dei pochi modi in cui possiamo eliminare determinati minerali o sostanze chimiche da un approvvigionamento idrico. Alcune fonti d'acqua hanno livelli estremamente elevati di fluorizzazione naturale, che può portare a fluorosi dello smalto (denti screziati), o il molto più grave fluorosi scheletrica (un vero piegamento delle ossa o della struttura scheletrica di una persona). L'osmosi inversa può filtrare il fluoro, o altre impurità, su larga scala in un modo che un filtro a base di carbone (come quello che si trova più comunemente nelle case) non può.
Viene anche utilizzato per scopi di riciclaggio; le sostanze chimiche utilizzate per trattare i metalli per il riciclaggio creano acque reflue dannose, e l'osmosi inversa può estrarre acqua pulita per un migliore smaltimento dei prodotti chimici. Ma ancora più divertente del riciclaggio? Trattamenti ad osmosi inversa delle acque reflue, in cui le acque reflue passano attraverso il processo per creare qualcosa di potabile. L'hanno soprannominata "toilette da toccare" per un motivo, e anche se potrebbe darti una pausa, è un modo promettente per le nazioni in via di sviluppo di produrre acqua potabile.
Ma l'osmosi inversa viene utilizzata anche in altri settori; sciroppo d'acero, infatti, viene prodotto mediante osmosi per separare il concentrato zuccherino dall'acqua nella linfa. L'industria casearia utilizza la filtrazione ad osmosi inversa per concentrare siero e latte, e l'industria del vino ha iniziato a usarlo per filtrare elementi indesiderati come alcuni acidi, Fumo, o per controllare il contenuto di alcol. L'osmosi inversa viene utilizzata per creare etanolo puro, esente da contaminanti.
Un'altra cosa divertente dell'osmosi inversa è che l'alta pressione che rende efficace l'osmosi inversa può effettivamente riciclarsi. Le pompe ad alta pressione spingono l'acqua attraverso, e l'acqua salata rimanente viene espulsa a una velocità estremamente elevata. Se questo ramo viene fatto passare attraverso una turbina o un motore, la pressione può essere riutilizzata alle pompe che inizialmente spingono l'acqua attraverso, recuperando così energia.
Tutto questo jazz industriale è fantastico, ma che effetto ha su di te la tecnologia dell'osmosi inversa, il consumatore, su scala minore? Scopri nella pagina successiva.
In alcuni negozi al dettaglio, è possibile acquistare caraffe di acqua trattata ad osmosi inversa dai distributori automatici. Cary Herz/Notizie/Getty Images Forse hai deciso che ti piacerebbe mettere le mani su una deliziosa acqua ad osmosi inversa. Perché non versi un po' d'acqua in una brocca ad osmosi inversa e ti godi una lunga, bevanda fresca?
Bene, non è così semplice. Poiché l'osmosi inversa richiede una certa quantità di pressione, non troverai una caraffa con filtro ad osmosi inversa. E se vuoi che l'acqua ad osmosi inversa scorra in tutta la casa, ti stai essenzialmente impegnando ad acquistare un sistema idrico completamente nuovo. Ma se vuoi solo acqua ad osmosi inversa per bere o cucinare, ciò non significa che ti sei impegnato a convertire il tuo seminterrato in un mini impianto industriale di osmosi inversa.
La tua prima opzione su scala ridotta è un sistema "sottobanco". Un sistema di osmosi inversa è collegato alla rete idrica sotto il lavandino, dove l'acqua passa attraverso tre o cinque filtri per raggiungere la purezza. L'acqua filtrata viene poi stoccata in un serbatoio di accumulo (anche sotto il lavello). Sul lavello viene quindi installato un rubinetto completamente separato, alimentato dal serbatoio di accumulo sottostante. Aspettati di pagare una media di $ 200-500 per un sistema come questo. E ricorda che probabilmente stai eseguendo l'installazione da solo, quindi potresti voler essere abbastanza sicuro delle tue capacità di correzione.
Forse sei un po' nervoso all'idea di installare un intero rubinetto e un sistema idrico (o forse preoccupato che il tuo padrone di casa non sia entusiasta della tua intraprendenza fai-da-te). Affittuari e gente poco pratica, rallegrarsi. Esistono anche filtri da banco ad osmosi inversa, che ti permettono di collegare un piccolo sistema di filtrazione direttamente dal tuo lavello. Basta collegare la linea "feed" al rubinetto, apri il rubinetto, e l'acqua viene filtrata attraverso un piccolo sistema abbastanza piccolo da stare vicino al microonde. La linea dell'acqua purificata può quindi essere posizionata in una brocca per un facile, acqua depurata accessibile.
Ma potrebbero non essere l'ideale per tutti; tieni presente che i sistemi di controsoffitto possono essere piuttosto lenti a causa dei rubinetti dell'acqua a flusso inferiore, e costeranno almeno circa $ 150, per non parlare del costo del cambio dei filtri (circa $ 30) ogni pochi mesi.
Passiamo alla pagina successiva per vedere altri inconvenienti dell'osmosi inversa.
Quindi ora abbiamo visto alcuni dei modi in cui possiamo sfruttare l'osmosi inversa per lavorare per noi. Ma chiedere alla natura di invertire se stessa è necessariamente una buona idea? Ci sono alcuni problemi che derivano dall'uso dell'osmosi inversa, e inizieremo con il verificare cosa succede nella desalinizzazione dell'osmosi inversa.
Dopo aver filtrato l'acqua, ti rimane una bella acqua potabile. Ma d'altra parte, hai un intero casino di sale da affrontare. Cosa fai con la salamoia, che di solito contiene il doppio di sale rispetto all'acqua di mare [fonte:The Economist]? È un problema scaricare quella salamoia nell'oceano? Secondo l'Australian Centre for Water Research, la salinità sembra tornare alla normalità intorno ai 500 metri (circa 1, 600 piedi) dalla fonte [fonte:The Economist]. Però, nessuno ha ancora ottenuto risposte chiare sul fatto che anche i metalli e le sostanze chimiche intrappolate nella salamoia possano causare un impatto ambientale.
Impianti ad osmosi inversa, generalmente, inoltre non sono del tutto autosufficienti. L'acqua deve essere pretrattata con prodotti chimici, ad esempio, quindi niente ostruirà la sottile membrana. E la membrana stessa non è del tutto facile da trattare; deve essere pulito spesso, e può intrappolare i batteri. Una preoccupazione unica per gli impianti di desalinizzazione è che piccoli pesci o vita marina possono essere risucchiati nel sistema; la regolazione delle pressioni e delle velocità di aspirazione di solito può prevenire danni.
Il più grande impedimento dei sistemi di filtrazione ad osmosi inversa è il costo. Per una nazione in via di sviluppo, l'installazione di sistemi ad osmosi inversa è una possibilità abbastanza poco pratica. Organizzazioni come l'OMS e l'UNICEF considerano la costruzione di piani di trattamento delle acque ad osmosi inversa - per rimuovere le tossine o fornire una fornitura di acqua pulita - parte della loro missione.
Per quanto riguarda l'uso individuale, i sistemi di osmosi inversa possono produrre una resa frustrantemente ridotta. Un sistema tipico sarà in grado di riutilizzare solo dal 5 al 15% circa dell'acqua che viene pompata, lasciando così fino all'85% di acque reflue [fonte:NDSU].
L'osmosi inversa - e il modo in cui funziona e non funziona - può essere un po' scoraggiante. Ma se hai sete di ulteriori informazioni sull'osmosi inversa, vai alla pagina successiva dove puoi trovare molte più informazioni.
Nuota con i pesciPensi di aver bisogno di acqua ad osmosi inversa per i tuoi amati guppy? Potresti volerci ripensare. Mentre le unità ad osmosi inversa possono certamente filtrare molte impurità nocive, dovrai anche aggiungere alcuni minerali essenziali che vengono eliminati durante il processo. Assicurati di ricercare cosa viene estratto dall'acqua nell'osmosi inversa, e di quali minerali hanno bisogno i tuoi pesci per prosperare [fonte:Foster e Smith Aquatics].
Pubblicato originariamente:8 maggio 2008
