Hoe Omgekeerde Osmose Werkt

{h1}

Hoe werkt omgekeerde osmose? Ontdek hoe een semipermeabel membraan kan fungeren als filter voor sommige deeltjes terwijl anderen er doorheen kunnen gaan.

Voel je niet dom als je ooit een nieuwsbericht hebt gezien over een vreselijke droogte, daarna naar je computer bent gegaan om je mooie oceaanstrand screensaver te zien en dacht: "Waarom gebruiken ze dat niet gewoon?"

Natuurlijk, binnen een moment, heb je waarschijnlijk een paar punten naar jezelf verwezen. Een, de zee is zout. Twee, zout water is niet zo geweldig voor het drinken of groeien van planten. Drie, je kunt het zout niet zomaar uit het water halen, net zoals je de suiker niet uit je thee zou kunnen oplossen. Of kan je?

Omgekeerde osmose is een van de processen die dat maakt ontzilting (of zout uit zeewater verwijderen) mogelijk. Daarnaast wordt omgekeerde osmose gebruikt voor recycling, afvalwaterzuivering en kan zelfs energie produceren.

Watervraagstukken zijn een zeer dringende mondiale dreiging geworden. Met klimaatverandering komen ongekende milieu-effecten: hevige overstromingen in sommige gebieden, droogtes bij anderen, stijgende en dalende zeespiegels. Voeg daar nog de dreiging van overbevolking aan toe - en de vraag en vervuiling die een groeiende bevolking met zich meebrengt - en water wordt een van de belangrijkste milieukwesties waar we in de volgende generatie op moeten letten.

Waterzuiveringsinstallaties en -systemen passen nu omgekeerde osmose aan om een ​​aantal van deze problemen aan te pakken. In Perth, Australië (met name droog en droog, maar toch omringd door zee), is bijna 17 procent van het drinkwater in het gebied ontzout zeewater dat afkomstig is van een omgekeerde osmosefabriek [bron: The Economist]. Wereldwijd zijn er nu meer dan 13.000 ontziltingsinstallaties in de wereld, volgens de International Desalination Association.

Maar hoewel we weten dat omgekeerde osmose zeewater kan omzetten in drinkwater is nuttig, maar we moeten echt begrijpen hoe het proces verloopt. Ervan uitgaande dat u een redelijk goed begrip hebt van de definitie van 'omgekeerd', kunnen we beter beginnen met een kijkje naar hoe osmose werkt voordat we de twee samenvoegen.

Laten we leren over osmose door naar de volgende pagina te filteren.

Wat is osmose eigenlijk?

Kan osmose niet in actie worden weergegeven? Hier is een handige illustratie om te helpen.

Kan osmose niet in actie worden weergegeven? Hier is een handige illustratie om te helpen.

Osmose is de doorgang of diffusie van water of andere oplosmiddelen door een semipermeabel membraan dat de doorgang van opgeloste opgeloste stoffen blokkeert [bron: Encyclopedia Britannica].

Wat, snap je het niet? Geen angst. De meesten van ons doen dat niet, en daarom zijn er talloze verklaringen en analogieën om osmose op te helderen. We zullen er een paar verkennen, maar laten we eerst osmose naar zijn delen breken om er vat op te krijgen.

Eerst maken we onze oplossing. We beginnen met een saaie oude kop water. Om dingen op te fleuren, noemen we water het "oplosmiddel" - wat handig is, want dat is het. Om ons oplosmiddel een beetje lekkerder te maken, lossen we op in heerlijke suiker. De suiker is de opgeloste stof. Gewoon om bij te houden, we hebben nu water (oplosmiddel) waarin we suiker (opgelost) hebben opgelost, om suikerwater te maken (onze oplossing).

Nu we onze oplossing van suikerwater hebben, pakken we een U-buis. Dit is geen internetvideo van knuffelen van kittens en apen; een U-buis is een beker, gevormd in u-vorm. Precies in het midden van de buis, stel je een beetje Gore-tex voor dat de U in tweeën snijdt. Gore-tex is ons 'semipermeabel membraan'. Gore-tex is een dun plastic, bezaaid met een miljard kleine gaatjes waardoor waterdamp kan passeren, maar vloeibaar om buiten te blijven. (Saran wrap liet niets door, en een stuk katoenen stof zou zo ongeveer alles laten.)

In een arm van de U-buis gieten we ons suikerwatermengsel. Op een ander gieten we ons gewoon oud water. Dat is wanneer de magie van osmose begint, als je de beweging van water magisch vindt. Het vloeistofniveau in de suikerwaterarm zal langzaam stijgen, naarmate het oplosmiddel (water) door de Gore-tex beweegt, om beide zijden van de arm meer gelijk te maken in een suiker-waterverhouding.

Maar waarom gebeurt dat? Simpel gezegd, omdat water evenwicht zoekt. En omdat de ene kant van de arm vol zit met suiker, besluit zuiver water van de andere kant om verder te gaan om de concentratie gelijk te maken of totdat de osmotische druk (de druk die optreedt terwijl de moleculen bewegen) wordt bereikt.

Dus daar ben je; osmose is wanneer een oplosmiddel van een oplossing met een laag geconcentreerde opgeloste stof door een membraan beweegt om bij de hoger geconcentreerde oplossing te komen, waardoor deze wordt verzwakt. Je hebt het gedaan!

Nu, laten we zien hoe het alleen maar logisch is dat osmose in één richting werkt, laten we dat allemaal uit het raam gooien en het omdraaien. Loop terug naar de volgende pagina voor meer informatie.

Osmose omlaag, spiegelen en omkeren

Freddie Mercury en David Bowie erkenden beiden dat onder druk staan ​​een gebouw kan platbranden, een gezin in tweeën kan splitsen, mensen op straat kan zetten en ook een serieus aanstekelijk deuntje kan creëren. Eén ding dat ze buitengesloten hebben? Die druk maakt ook omgekeerde osmose werk.

Dus we hebben geleerd dat bij osmose een oplossing met een lager concentraat het oplosmiddel naar de hogere concentraatoplossing zal filteren. Bij omgekeerde osmose, (letterlijk) keren we het proces gewoon om door ons solventfilter uit ons hoge concentraat in de lagere concentraatoplossing te brengen. Dus in plaats van een gelijkere balans van oplosmiddel en opgeloste stof in beide oplossingen te creëren, scheidt het opgeloste stoffen van oplosmiddel.

Maar zoals we hebben onderzocht, is dat niet iets dat oplossingen echt willen doen. Hoe kunnen we omgekeerde osmose veroorzaken? Net als Bowie en Freddie hebben we de oplossing onder druk gezet. Laten we zout water als voorbeeld nemen:

Bij omgekeerde osmose hadden we onszelf een zoutwateroplossing aan de ene kant van een tank en zuiver water aan de andere kant, gescheiden door een semi-permeabel membraan. We zouden druk uitoefenen op de zoutwaterzijde van de tank - voldoende om de natuurlijke osmotische druk van de zuivere waterzijde tegen te gaan en vervolgens het zoute water door het filter te duwen. (Dit kost ongeveer 50-60 bar druk [bron: Lenntech].Maar vanwege de grootte van de zoutmoleculen, zouden alleen de kleinere watermoleculen het aan de andere kant bereiken, waardoor aan de waterzijde vers water wordt toegevoegd en het zout aan de andere kant.

En voila, je hebt omgekeerde osmose gezien. Om het te distilleren (ha!): Omgekeerde osmose vindt plaats wanneer druk uitgeoefend op een hoog geconcentreerde opgeloste oplossing veroorzaakt dat het oplosmiddel door een membraan naar de lager geconcentreerde oplossing gaat, waardoor een hogere concentratie opgeloste stof aan één kant achterblijft en alleen oplosmiddel op de andere.

Het is geweldig om omgekeerde osmose te kunnen definiëren op diners, maar er zijn verrassend interessante toepassingen voor omgekeerde osmose die een interessanter gesprek kunnen opleveren. Laten we doorgaan naar de volgende pagina voor meer informatie over wat we kunnen doen met omgekeerde osmose.

Waar wordt omgekeerde osmose gebruikt?

Deze handige blauwe kerels zijn omgekeerde osmosecellen, de semipermeabele membranen die het zout uit het water halen in ontziltingsinstallaties.

Deze handige blauwe kerels zijn omgekeerde osmosecellen, de semipermeabele membranen die het zout uit het water halen in ontziltingsinstallaties.

In tegenstelling tot osmose kunnen we niet eenvoudig zien hoe omgekeerde osmose zich in veel alledaagse omstandigheden voordoet. Pas in de jaren vijftig begonnen onderzoekers te onderzoeken hoe zeewater konden ontzouten, zodat omgekeerde osmose als een mogelijkheid naar voren kwam. Ze vonden dat het uitoefenen van druk op de zoutwaterzijde zou kunnen werken om meer zoet water te produceren, maar de hoeveelheid die ze creëerden was extreem klein en niet bruikbaar op enige praktische schaal. Wat veranderde?

Een veel geavanceerder filter, gemaakt door twee UCLA-wetenschappers. De met de hand gegoten membranen gemaakt van cellulaire acetaat (een in fotofilm gebruikt polymeer) liet toe dat grotere hoeveelheden water veel sneller door konden stromen, en de eerste fabriek voor omgekeerde osmoseontzilting startte een kleinschalige bewerking in Coalinga, Californië in 1965 [bron: The Economist].

Dat leidt ons naar een van de meest voorkomende toepassingen van omgekeerde osmose die we al hebben besproken: ontzilting van water. Dat omvat grote fabrieken (er zijn meer dan 100 landen die ontzilting gebruiken) of kleinere operaties - bijvoorbeeld het soort filter dat u zou kunnen nemen om te zorgen voor een gezonde toevoer van drinkwater [bron: FDU].

Omgekeerde osmose is ook een van de weinige manieren waarop we bepaalde mineralen of chemicaliën uit een watervoorziening kunnen halen. Sommige waterbronnen hebben extreem hoge niveaus van natuurlijke fluoridering, wat kan leiden tot email fluorosis (gevlekte tanden), of de veel ernstiger Skeletale fluorose (een daadwerkelijke buiging van de botten of het skelet van een persoon). Omgekeerde osmose kan op grote schaal fluoride of andere onzuiverheden filteren op een manier die een filter op basis van houtskool (zoals het meest meestal in woningen gevonden) niet kan.

Het wordt ook gebruikt voor recyclingdoeleinden; de chemicaliën die worden gebruikt om metalen te behandelen voor recycling, creëren schadelijk afvalwater en omgekeerde osmose kan schoon water naar buiten trekken voor een betere chemische verwijdering. Maar nog meer plezier dan recyclen? Afvalwater-osmosebehandelingen waarbij afvalwater door het proces gaat om iets drinkbaars te maken. Ze hebben het om de een of andere reden de bijnaam "toilet om te kloppen" gegeven en hoewel het je misschien een pauze zou kunnen geven, is het een veelbelovende manier voor ontwikkelingslanden om drinkbaar water te produceren.

Maar omgekeerde osmose wordt ook in andere industrieën gebruikt; ahornsiroop, in feite, wordt geproduceerd met behulp van osmose om het suikerhoudende concentraat te scheiden van water in sap. De zuivelindustrie maakt gebruik van omgekeerde osmosefiltratie om wei en melk te concentreren, en de wijnindustrie is ermee begonnen om ongewenste elementen zoals sommige zuren, rook of het alcoholgehalte te filteren. Omgekeerde osmose wordt gebruikt om zuivere ethanol te creëren, vrij van verontreinigingen.

Nog een leuk ding over omgekeerde osmose is dat de hoge druk die omgekeerde osmose effectief maakt, zichzelf kan recyclen. Hogedrukpompen dwingen water door en het resterende zoute water wordt met een extreem hoge snelheid weggeschoten. Als deze uitschieter door een turbine of motor wordt gevoerd, kan de druk worden hergebruikt voor de pompen die aanvankelijk het water er doorheen dwongen, waardoor de energie opnieuw wordt geoogst.

Al die industriële jazz is geweldig, maar hoe beïnvloedt omgekeerde osmose technologie jou, de consument, op een kleinere schaal? Ontdek op de volgende pagina.

Kleinere toepassingen van omgekeerde osmose

In sommige winkels kun je kruiken omgekeerd osmose-behandeld water kopen van automaten.

In sommige winkels kun je kruiken omgekeerd osmose-behandeld water kopen van automaten.

Misschien hebt u besloten dat u graag wat heerlijk water met omgekeerde osmose in handen wilt krijgen. Waarom giet je niet gewoon wat water in een omgekeerde osmose-kruik en geniet je van een lange, koele drank?

Nou, zo simpel is het niet. Omdat omgekeerde osmose een bepaalde hoeveelheid druk vereist, vindt u geen omgekeerde osmose filterkan. En als u wilt dat water met omgekeerde osmose door uw hele huis stroomt, bent u in essentie verplicht om een ​​geheel nieuw watersysteem te kopen. Maar als u alleen water met omgekeerde osmose wilt om te drinken of te koken, betekent dat nog niet dat u uw kelder wilt ombouwen tot een mini-industriële omgekeerde osmosefabriek.

Uw eerste kleinschalige optie is een "under the counter" -systeem. Een omgekeerde osmose-installatie is verbonden met de watertoevoer onder uw gootsteen, waar het water drie tot vijf filters passeert om zuiverheid te bereiken. Het gefilterde water wordt vervolgens opgeslagen in een opslagtank (ook onder de gootsteen). Een volledig aparte kraan wordt vervolgens op uw gootsteen geïnstalleerd, gevoed vanuit de opslagtank hieronder.Verwacht een gemiddelde van $ 200-500 te betalen voor een systeem als dit. En vergeet niet dat je de installatie waarschijnlijk zelf doet, dus misschien wil je redelijk zeker zijn van je fix-it-vaardigheden.

Misschien ben je een beetje nerveus over het installeren van een volledig kraan- en watersysteem (of misschien wel nerveus dat je huisbaas misschien niet blij is met je doe-het-zelf-vindingrijkheid). Huurders en niet-zo-handige mensen, verheug me. Er zijn ook omgekeerde osmose-aanrechtfilters, waarmee u een klein filtersysteem rechtstreeks vanuit uw gootsteen kunt aansluiten. Bevestig gewoon de "feed" -lijn aan de kraan, draai de kraan aan en het water wordt gefilterd door een klein systeem dat klein genoeg is om naast de magnetron te proppen. De gezuiverde waterlijn kan vervolgens in een werper worden geplaatst voor gemakkelijk, toegankelijk gezuiverd water.

Maar ze zijn misschien niet ideaal voor iedereen; houd er rekening mee dat het aanrecht-systeem behoorlijk traag kan zijn als gevolg van kranen met een lager debiet en ze kosten in ieder geval ongeveer $ 150, om nog maar te zwijgen over de kosten van het vervangen van de filters (ongeveer $ 30) om de paar maanden.

Laten we doorschieten naar de volgende pagina om nog meer van de nadelen van omgekeerde osmose te zien.

Nadelen van omgekeerde osmose

Dus nu hebben we een aantal manieren gezien waarop we omgekeerde osmose kunnen gebruiken om voor ons te werken. Maar is het vragen aan de natuur om zichzelf om te keren noodzakelijkerwijs een goed idee? Er zijn een paar problemen die voortvloeien uit het gebruik van omgekeerde osmose, en we zullen beginnen met het controleren van wat er gebeurt bij ontzilting omgekeerde osmose.

Nadat het water is gefilterd, blijft er heerlijk drinkwater over. Maar aan de andere kant heb je nog een hele zooitje zout om mee om te gaan. Wat doe je met de pekel, die meestal twee keer zoveel zout bevat als zeewater [bron: The Economist]? Is het een probleem om die pekel terug in de oceaan te dumpen? Volgens het Australische Centrum voor Wateronderzoek lijkt het zoutgehalte rond de 500 meter (ongeveer 1.600 voet) van de bron [bron: The Economist] weer normaal te worden. Niemand heeft echter nog geen duidelijke antwoorden gekregen over de vraag of de metalen en chemicaliën die ook in de pekel zitten, een milieu-impact kunnen hebben.

Omgekeerde osmosesystemen zijn over het algemeen ook niet volledig zelfvoorzienend. Water moet bijvoorbeeld worden voorbehandeld met chemicaliën, dus niets zal het fijne membraan verstoppen. En het membraan zelf is niet helemaal gemakkelijk om mee om te gaan; het moet vaak worden schoongemaakt en bacteriën kunnen vangen. Een zorg die uniek is voor de ontziltingsinstallaties is dat kleine vissen of zeedieren in het systeem kunnen worden gezogen; het aanpassen van inlaatdrukken en snelheden kan meestal schade voorkomen.

De grootste belemmering voor omgekeerde osmose filtratiesystemen zijn de kosten. Voor een ontwikkelingsland is het installeren van omgekeerde osmose-systemen een redelijk onpraktische mogelijkheid. Organisaties zoals de WHO en UNICEF overwegen om waterzuiveringsplannen voor omgekeerde osmose te bouwen - om gifstoffen te verwijderen of om schoon water te leveren - als onderdeel van hun missie.

Wat individueel gebruik betreft, kunnen systemen voor omgekeerde osmose frustrerend weinig rendement opleveren. Een typisch systeem kan slechts ongeveer 5 tot 15 procent van het water hergebruiken dat wordt ingepompt, waardoor er tot 85 procent afvalwater overblijft [bron: NDSU].

Omgekeerde osmose - en de manier waarop het werkt en niet werkt - kan een beetje ontmoedigend zijn. Maar als u dorst heeft naar meer omgekeerde osmose-informatie, ga dan naar de volgende pagina waar u veel meer informatie kunt vinden.

Zwem met de vissen

Denkt u dat u wat omgekeerd osmosewater nodig heeft voor uw geliefde guppy's? Misschien wil je nog een keer nadenken. Hoewel omgekeerde osmose-eenheden zeker veel schadelijke onzuiverheden kunnen filteren, moet je ook een aantal essentiële mineralen toevoegen die in het proces worden verwijderd. Zorg ervoor dat je onderzoekt wat er in omgekeerde osmose uit het water is gehaald en welke mineralen je vissen nodig hebben om te gedijen [bron: Foster en Smith Aquatics].


Video Supplement: Zuiver en gezond drinkwater door omgekeerde osmose.




WordsSideKick.com
Alle Rechten Voorbehouden!
Reproductie Van Materialen Toegestaan Alleen Prostanovkoy Actieve Link Naar De Site WordsSideKick.com

© 2005–2019 WordsSideKick.com