miniatura|Instalație de osmoză inversă Osmoza inversă (OI) este un procedeu de purificare a apei care utilizează o membrană parțial permeabilă pentru a separa ionii, moleculele și particulele nedorite mai mari din apa potabilă. În osmoza inversă, se utilizează o presiune aplicată pentru a depăși presiunea osmotică, o proprietate colligativă care este determinată de diferența de potențiale chimice ale solventului, un parametru termodinamic, în scopul trecerii solventului din soluție spre zona de solvent pur. Osmoza inversă poate elimina multe tipuri de specii chimice dizolvate și suspendate, precum și cele biologice (în principal bacterii) din apă, și este utilizată atât în procese industriale, cât și în producția de apă potabilă. Rezultatul este că solutul este reținut pe partea sub presiune a membranei și solventul poate trece prin membrană. Pentru a fi "selectivă", această membrană nu ar trebui să permită trecerea moleculelor mari sau ionilor prin pori (goluri), ci ar trebui să permită trecerea componentelor mai mici ale soluției (cum ar fi moleculele de solvent, adică apa, H2O) să treacă liber.

*solut = componentul minor dintr-o soluție, dizolvat în solvent.

În procesul normal de osmoză, solventul se mută în mod natural dintr-o zonă cu concentrație scăzută de solut (potențial ridicat al apei), printr-o membrană, într-o zonă cu concentrație ridicată de solut (potențial scăzut al apei). Forța motrice pentru deplasarea solventului este micșorarea energiei libere Gibbs a sistemului atunci când diferența de concentrație a solventului de fiecare parte a membranei este redusă, generând presiune osmotică datorită deplasării solventului în soluția mai concentrată. Aplicarea unei presiuni externe pentru a inversa sensul natural al difuziei solventului pur, astfel, este osmoza inversă. Procesul este similar cu alte aplicații ale tehnologiei membranare.

Osmoza inversă diferă de filtrare prin mecanismul fluxului de lichid, prin osmoză printr-o membrană. Mecanismul predominant de îndepărtare în filtrarea cu membrană este excluderea dimensiunii, unde porii sunt 0,01 micrometri sau mai mari, astfel încât procesul poate obține teoretic eficiență perfectă, indiferent de parametri, ca presiunea și concentrația soluției. Osmoza inversă implică în schimb difuzia solventului într-o membrană care este fie neporoasă, fie utilizează nanofiltrarea cu porii 0,001 micrometri în dimensiune. Mecanismul predominant de îndepărtare este din diferențele de solubilitate sau difuzibilitate, iar procesul depinde de presiune, concentrația solutului și alte condiții.Crittenden, John; Trussell, Rhodes; Hand, David; Howe, Kerry and Tchobanoglous, George (2005). Water Treatment Principles and Design, 2nd ed. John Wiley and Sons. New Jersey.

Osmoza inversă este cel mai frecvent cunoscută pentru utilizarea sa în obținerea de apă potabilă din apa de mare, eliminarea sărurilor și a altor substanțe efluenți din apă.

Istorie Un proces de osmoză prin membrane semipermeabile a fost observat pentru prima dată în 1748 de Jean-Antoine Nollet. Pentru următorii 200 de ani osmoza era doar un fenomen observat în laborator. În 1950, Universitatea californiană din Los Angeles a investigat pentru prima dată desalinizarea apei de mare folosind membrane semipermeabile. Cercetătorii de la Universitatea californiană din Los Angeles și de la Universitatea din Florida au produs cu succes apă dulce din apa de mare la mijlocul anilor 1950, dar fluxul prea scăzut nu era viabil din punct de vedere comercial până la descoperirea la Universitatea californiană din Los Angeles de către Sidney Loeb și Srinivasa Souirajan la Consiliul Național de Cercetare din Canada, Ottawa, a tehnicilor de a face membrane asimetrice caracterizate printr-un strat de suprafață foarte subțire susținut deasupra unei regiuni foarte poroase și mult mai groase a membranei. John Cadotte, de la FilmTec Corporation, a descoperit că membranele cu flux deosebit de ridicat și trecerea redusă a sării ar putea fi realizate prin polimerizarea interfacială a diaminei m-fenilen și a clorurii de trimezoil. Brevetul lui Cadotte privind acest proces a făcut obiectul unui litigiu și a expirat de atunci. Aproape toate membranele industriale pentru osmoză inversă sunt produse prin această metodă. Până în 2019, în întreaga lume funcționau aproximativ 16.000 de instalații de desalinizare, producând aproximativ 95 de milioane m³/zi de apă desalinizată pentru uz uman. Aproximativ jumătate din această capacitate se afla în regiunea Orientului Mijlociu și Africii de Nord.

În 1977 Cape Coral, Florida a devenit prima municipalitate din Statele Unite care a folosit procesul RO pe scară largă, cu o capacitate inițială de operare de 11,35 milioane de litri (3 milioane de gal american) pe zi. Până în 1985, datorită creșterii rapide a populației din Cape Coral, orașul avea cea mai mare instalație de osmoză inversă de joasă presiune din lume, capabilă să producă 56,8 milioane de litri (15 milioane de galoane americane) pe zi (MGD).

Formal, osmoza inversă este procesul de forțare a unui solvent dintr-o regiune cu concentrație ridicată de solut printr-o membrană semipermeabilă într-o regiune cu concentrație scăzută de solut prin aplicarea unei presiuni care depășește presiunea osmotică. Cea mai mare și mai importantă aplicație a osmozei inverse este separarea apei pure de apa de mare și apele salmastră; apa de mare sau apa salmastră este presurizată pe o suprafață a membranei, provocând transportul apei sărate prin membrană și apariția apei potabile din partea de joasă presiune.

Membranele utilizate pentru osmoza inversă au un strat dens în matricea polimerică — fie pielea unei membrane asimetrice, fie un strat polimerizat interfacial într-o membrană compozită cu peliculă subțire — unde are loc separarea. În cele mai multe cazuri, membrana este proiectată pentru a permite doar apei să treacă prin acest strat dens, prevenind în același timp trecerea solutes (cum ar fi ionii de sare). Acest proces necesită o presiune ridicată să fie exercitată pe partea de înaltă concentrație a membranei, de obicei 2-17 bar (30-250 psi) pentru apă proaspătă și salmastră, și 40-82 bar (600-1200 psi) pentru apa de mare, care are în jur de 27 bar (390 psi) presiune osmotică naturală care trebuie depășită. Acest proces este cel mai bine cunoscut pentru utilizarea sa în desalinizare (eliminarea sării și a altor minerale din apa de mare pentru a produce apă dulce), dar de la începutul anilor 1970, a fost, de asemenea, utilizat pentru a purifica apa dulce pentru aplicații medicale, industriale și casnice.

Referințe

Surse

Categorie:Industria alimentară Categorie:Desalinizarea apei Categorie:Filtre Categorie:Tehnologia apei Categorie:Metode de separare Categorie:Tehnologia membranelor