Hvordan virker omvendt osmose?

Føl dig ikke dum, hvis du nogensinde har set en nyhed om en frygtelig tørke, vendte derefter til din computer for at se din smukke ocean beach screensaver og tænkte, "Hvorfor bruger de ikke bare det?"

Selvfølgelig, inden for et øjeblik, du har sikkert gjort et par punkter til dig selv. En, havet er salt. To, saltvand er ikke så godt til at drikke eller dyrke planter. Tre, du kan ikke bare tage saltet op af vandet, ligesom du ikke kunne opløse sukkeret fra din te. Eller kan du?

Omvendt osmose er en af ​​de processer, der laver afsaltning (eller fjernelse af salt fra havvand) muligt. Udover det, omvendt osmose bruges til genbrug, spildevandsrensning, og kan endda producere energi.

Vandspørgsmål er blevet en ekstremt presserende global trussel. Med klimaændringerne følger en hidtil uset miljøpåvirkning:voldsomme oversvømmelser i nogle områder, tørke i andre, stigende og faldende havniveau. Dertil kommer truslen om overbefolkning - og den efterspørgsel og forurening, en svulmende befolkning bringer - og vand bliver et af de altoverskyggende miljøspørgsmål at se efter i den næste generation.

Vandrensningsanlæg og -systemer tilpasser nu omvendt osmose for at imødekomme nogle af disse bekymringer. I Perth, Australien (især tørt og tørt, alligevel omgivet af hav), næsten 17 procent af områdets drikkevand er afsaltet havvand, der kommer fra et omvendt osmoseanlæg [kilde:The Economist]. I hele verden, der er nu over 13, 000 afsaltningsanlæg i verden, ifølge International Desalination Association.

Men selvom du ved, at omvendt osmose kan omdanne havvand til drikkevand, er det nyttigt, hvad vi virkelig har brug for at forstå er, hvordan i helvede processen opstår. Forudsat at du har en rimelig god forståelse for definitionen af ​​"omvendt, "Vi må hellere starte med at se på, hvordan osmose fungerer, før vi sætter de to sammen.

Lad os lære om osmose ved at filtrere igennem til den næste side.

1. Hvad er osmose, Alligevel?
2. Osmose ned, Vend det og vend det om
3. Hvor bruges omvendt osmose?
4. Mindre anvendelser af omvendt osmose
5. Ulemper ved omvendt osmose

Hvad er osmose, Alligevel?

Osmose er passage eller diffusion af vand eller andre opløsningsmidler gennem en semipermeabel membran, der blokerer passage af opløste opløste stoffer [kilde:Encyclopedia Britannica].

Hvad, forstår du det ikke? Ingen frygt. De fleste af os gør det ikke, derfor er der utallige forklaringer og analogier til at afklare osmose. Vi vil undersøge et par af dem, men lad os først bryde osmose ned til dens dele for at få et greb om det.

Først, vi laver vores løsning. Vi starter med en kedelig gammel kop vand. For at krydre tingene op, vi vil kalde vand for "opløsningsmidlet" - hvilket er praktisk, fordi det er hvad det er. For at gøre vores opløsningsmiddel lidt mere smagfuldt, vi opløser noget lækkert sukker. Sukkeret er det opløste stof. Bare for at holde styr på vi har nu vand (opløsningsmiddel), som vi har opløst sukker (opløst) i, at lave sukkervand (vores løsning).

Nu hvor vi har vores løsning af sukkervand, vi tager et U-rør. Dette er ikke en internetvideo af killinger og aber, der krammer; et U-rør er et bægerglas, formet i en u-form. Lige i midten af ​​røret, forestil dig lidt Gore-tex, der skærer U'en i halve. Gore-tex er vores "semipermeable membran." Gore-tex er en tynd plast, prikket med en milliard små små huller, der lader vanddamp passere igennem, men flydende for at blive ude. (Saran wrap ville ikke slippe noget igennem, og et stykke bomuldsstof lader næsten alt.)

I den ene arm af U-røret, vi hælder vores sukker vandblanding. På en anden hælder vi vores almindelige gamle vand. Det er da magien ved osmose begynder, hvis du finder vandets bevægelse magisk. Væskeniveauet i sukkervandsarmen vil langsomt stige, når opløsningsmidlet (vand) bevæger sig gennem Gore-tex, for at gøre begge sider af armen mere lige i et forhold mellem sukker og vand.

Men hvorfor sker det? Kort fortalt, fordi vand vil finde ligevægt. Og fordi den ene side af armen er fyldt med sukker, rent vand fra den anden side beslutter sig for at gå videre for at gøre koncentrationen mere ens eller indtil osmotisk tryk (det tryk, der sker, når molekylerne bevæger sig) nås.

Så der er du; osmose er, når et opløsningsmiddel med lav koncentreret opløst opløsning bevæger sig gennem en membran for at komme til den højere koncentrerede opløsning, dermed svækkes den. Du gjorde det!

Nu, efter at have vist, hvordan det kun giver mening for osmose at arbejde i en retning, lad os smide det hele ud af vinduet og vende det. Gå tilbage til den næste side for at finde ud af mere.

Osmose ned, Vend det og vend det om

Freddie Mercury og David Bowie erkendte begge, at under pres kan brænde en bygning ned, dele en familie i to, sætte folk på gaden og også skabe en alvorligt iørefaldende melodi. En ting de udelod? Det pres får også omvendt osmose til at fungere.

Så vi lærte, at i osmose, en lavere koncentratopløsning filtrerer sit opløsningsmiddel til den højere koncentratopløsning. Ved omvendt osmose, vi vender (bogstaveligt talt) bare processen, ved at gøre vores opløsningsmiddelfilter ud af vores høje koncentrat til den lavere koncentratopløsning. Så i stedet for at skabe en mere lige balance mellem opløsningsmiddel og opløst stof i begge løsninger, det adskiller opløst stof fra opløsningsmiddel.

Men som vi har undersøgt, det er ikke noget, løsninger virkelig ønsker at gøre. Hvordan får vi omvendt osmose til at opstå? Ligesom Bowie og Freddie, vi sætter opløsningen under pres. Lad os tage saltvand som et eksempel:

Ved omvendt osmose, vi ville have os en saltvandsopløsning på den ene side af en tank og rent vand på den anden side, adskilt af en halvgennemtrængelig membran. Vi ville lægge tryk på saltvandssiden af ​​tanken-nok til at modvirke det naturlige osmotiske tryk fra den rene vandside, og derefter for at skubbe saltvandet gennem filteret. (Dette tager omkring 50-60 bar tryk [kilde:Lenntech]. Men på grund af saltmolekylernes størrelse, kun de mindre vandmolekyler ville komme til den anden side, tilføjer således ferskvand til vandsiden, og lad salt være på den anden.

Og voila, du har set omvendt osmose. For at destillere det (ha!):Omvendt osmose finder sted, når tryk påført en stærkt koncentreret opløst opløsning får opløsningsmidlet til at passere gennem en membran til den lavere koncentrerede opløsning, efterlader en højere koncentration af opløst stof på den ene side, og kun opløsningsmiddel på den anden.

Det er fantastisk at kunne definere omvendt osmose ved middagsselskaber, men der er overraskende interessante anvendelser til omvendt osmose, der kan skabe mere overbevisende samtale. Lad os gå videre til den næste side for at lære mere om, hvad vi kan gøre med omvendt osmose.

Hvor bruges omvendt osmose?

I modsætning til osmose, vi kan ikke bare se omvendt osmose ske under mange daglige omstændigheder. Det var først i 1950'erne, da forskere begyndte at undersøge, hvordan man afsaltede havvand, at omvendt osmose blev taget op som en mulighed. De fandt ud af, at tryk på saltvandssiden kunne virke til at producere mere ferskvand, men mængden, de skabte, var ekstremt lille og ikke nyttig i nogen praktisk skala. Hvad ændrede sig?

Et meget mere avanceret filter, skabt af to UCLA -forskere. De håndstøbte membraner fremstillet af cellulær acetat (en polymer anvendt til fotofilm) tillod større mængder vand at bevæge sig meget hurtigere igennem, og det første afsaltningsanlæg til omvendt osmose begyndte at drive en lille operation i Coalinga, Californien i 1965 [kilde:The Economist].

Hvilket fører os til en af ​​de mest almindelige anvendelser af omvendt osmose, vi allerede har diskuteret:afsaltning af vand. Det omfatter store anlæg (der er over 100 lande, der bruger afsaltning) eller mindre operationer-f.eks. den slags filter, du kan tage på camping for at sikre en sund drikkeforsyning [kilde:FDU].

Omvendt osmose er også en af ​​de få måder, vi kan tage visse mineraler eller kemikalier ud af en vandforsyning. Nogle vandkilder har ekstremt høje niveauer af naturlig fluoridering, hvilket kan føre til emaljefluorose (plettede tænder), eller de meget mere alvorlige skeletal fluorose (en egentlig bøjning af en persons knogler eller skeletramme). Omvendt osmose kan filtrere fluor ud, eller andre urenheder, i stor skala på en måde, som et kulbaseret filter (som det der oftest findes i hjemmet) ikke kan.

Det bruges også til genbrugsformål; de kemikalier, der bruges til behandling af metaller til genbrug, skaber skadeligt spildevand, og omvendt osmose kan trække rent vand ud for bedre kemisk bortskaffelse. Men endnu sjovere end genbrug? Spildevand omvendt-osmose behandlinger, hvor spildevand går gennem processen for at skabe noget, der kan drikkes. De har tilnavnet det "toilet at tappe" af en grund, og selvom det kan give dig en pause, Det er en lovende måde for udviklingslande at producere drikkebart vand.

Men omvendt osmose bruges også i andre industrier; ahornsirup, faktisk, fremstilles ved hjælp af osmose for at adskille det sukkerholdige koncentrat fra vand i saft. Mejeriindustrien bruger omvendt osmosefiltrering til at koncentrere valle og mælk, og vinindustrien er begyndt at bruge den til at filtrere ud uønskede elementer som nogle syrer, røg, eller for at kontrollere alkoholindholdet. Omvendt osmose bruges til at skabe ren ethanol, fri for kontaminanter.

En mere sjov ting ved omvendt osmose er, at det høje tryk, der gør omvendt osmose effektivt, faktisk kan genbruge sig selv. Højtrykspumper tvinger vand igennem, og det resterende saltvand bliver skudt ud med ekstremt høj hastighed. Hvis denne off-shoot sættes gennem en turbine eller motor, trykket kan genbruges til de pumper, der oprindeligt tvinger vandet igennem, dermed genindsamle energi.

Al denne industrielle jazz er fantastisk, men hvordan påvirker omvendt osmose teknologi dig, forbrugeren, i mindre skala? Find ud af det på den næste side.

Mindre anvendelser af omvendt osmose

Måske har du besluttet, at du gerne vil have fingre i noget lækkert omvendt osmosevand. Hvorfor hælder du ikke bare vand i en omvendt osmosekande og nyder en lang, kølig drink?

Godt, det er ikke helt så enkelt. Fordi omvendt osmose kræver et vist tryk, du finder ikke en filterkande med omvendt osmose. Og hvis du vil have vand fra omvendt osmose, der løber gennem hele dit hus, du forpligter dig i det væsentlige til at købe et helt nyt vandsystem. Men hvis du bare vil have vand til omvendt osmose til at drikke eller lave mad, det betyder ikke, at du har forpligtet dig til at konvertere din kælder til et mini-industrielt omvendt osmose-anlæg.

Din første mulighed i mindre skala er et "under skranken" -system. Et omvendt osmosesystem er forbundet til vandforsyningen under din vask, hvor vandet passerer gennem tre til fem filtre for at opnå renhed. Det filtrerede vand opbevares derefter i en lagertank (også under vasken). En helt separat vandhane installeres derefter på din vask, fodres fra lagertanken herunder. Forvent at betale et gennemsnit på $ 200-500 for et system som dette. Og husk, at du sikkert gør installationen selv, så du vil måske være rimelig sikker på dine fix-it-færdigheder.

Måske er du lidt nervøs for at installere et helt armatur og vandsystem (eller måske nervøs for, at din udlejer muligvis ikke er begejstret for din DIY -opfindsomhed). Lejere og ikke så praktiske folk, Glæd dig. Der er også omvendt osmose bordfiltre, som giver dig mulighed for at tilslutte et lille filtreringssystem direkte fra din vask. Du skal blot fastgøre "feed" -linjen til vandhanen, tænd for vandhanen, og vandet filtreres gennem et lille system, der er lille nok til at proppe ved siden af ​​mikrobølgeovnen. Renset vandledning kan derefter placeres i en kande for let, tilgængeligt renset vand.

Men de er måske ikke ideelle for alle; husk på, at bordpladesystemerne kan være ret langsomme på grund af vandhane med lavere strømning, og de vil koste omkring $ 150 i det mindste - for ikke at nævne omkostningerne ved at skifte filtre (ca. $ 30) hvert par måneder.

Lad os skyde videre til den næste side for at se nogle flere af ulemperne ved omvendt osmose.

Ulemper ved omvendt osmose

Så nu har vi set nogle af de måder, vi kan udnytte omvendt osmose til at fungere for os. Men er det nødvendigvis en god idé at bede naturen om at vende sig selv? Der er et par problemer, der opstår ved brug af omvendt osmose, og vi starter med at tjekke, hvad der sker ved afsaltning af omvendt osmose.

Efter at vandet er filtreret, du sidder tilbage med dejligt drikkevand. Men på den anden side, du har et helt rod af salt tilbage at håndtere. Hvad gør du med saltlage, som normalt indeholder dobbelt så meget salt som havvand [kilde:The Economist]? Er det et problem at dumpe den saltlage tilbage i havet? Ifølge Australian Center for Water research, saltindhold synes at vende tilbage til det normale omkring 500 meter (ca. 600 fod) fra kilden [kilde:The Economist]. Imidlertid, ingen har endnu fået klare svar om, om metaller og kemikalier også fanget i saltlage kan forårsage en miljøpåvirkning.

Omvendt osmose -systemer, generelt, er heller ikke helt selvbærende. Vand skal forbehandles med kemikalier, for eksempel, så intet vil tilstoppe den fine membran. Og selve membranen er ikke helt let at håndtere; det skal rengøres ofte, og kan fange bakterier. En bekymring, der er unik for afsaltningsanlæggene, er, at små fisk eller havliv kan suges ind i systemet; justering af indsugningstryk og hastigheder kan normalt forhindre skade.

Den største hindring for omvendt osmosefiltreringssystemer er omkostningerne. For en udviklingsland, installation af omvendt osmose -systemer er en ret upraktisk mulighed. Organisationer som WHO og UNICEF overvejer at opbygge vandbehandlingsplaner for omvendt osmose - for at fjerne toksiner eller sørge for rent vand - en del af deres mission.

Hvad angår individuel brug, systemer med omvendt osmose kan producere frustrerende lidt udbytte. Et typisk system vil kun kunne genbruge omkring 5 til 15 procent af det vand, der pumpes ind, hvilket efterlader op til 85 procent spildevand [kilde:NDSU].

Omvendt osmose - og måder det fungerer og ikke virker - kan være lidt skræmmende. Men hvis du er tørstig efter mere omvendt osmoseinformation, gå til den næste side, hvor du kan finde meget mere information.

Tænker du, at du har brug for noget omvendt osmosevand til dine elskede guppies? Du vil måske tænke igen. Mens enheder med omvendt osmose bestemt kan filtrere en masse skadelige urenheder ud, du skal også tilføje nogle essentielle mineraler tilbage, som bliver taget ud i processen. Sørg for at undersøge, hvad der tages ud af vand ved omvendt osmose, og hvilke mineraler din fisk har brug for for at trives [kilde:Foster og Smith Aquatics].

Oprindeligt udgivet:8. maj, 2008

Ofte stillede spørgsmål om omvendt osmose

Hvordan virker omvendt osmose?

Hvad betyder omvendt osmose?

Er vand til omvendt osmose sikkert at drikke?

Hvad er nogle anvendelser af omvendt osmose?

Masser mere information

relaterede artikler

• Sådan fungerer afsaltningsapparater med omvendt osmose
• Sådan fungerer afsaltning
• Sådan fungerer vandfiltre
• Sådan fungerer genbrug
• Præcis hvad sker der, hvis vi løber tør for vand?
• Hvad hvis alle på Jorden havde let adgang til rent vand?
• Kan solens energi bruges til at rense vand?
• Hvorfor kan vi ikke omdanne saltvand til drikkevand?

Kilder

• Branon Family Maple Orchards. "Fremstilling af ahornsirup-produktion af ahornsirup." 2011. (26. september, 2011) http://www.branonmaple.com/making-maple-syrup.html
• Blobs.com. "Destillation og osmose." 9. september kl. 2010. (26. september, 2011) http://blobs.org/science/article.php?article=20
• Business Link. "Reducer brug af opløsningsmidler og farligt affald i din ingeniørvirksomhed." 2011. (26. september, 2011) http://www.businesslink.gov.uk/bdotg/action/detail?itemId=1083358508&type=RESOURCES
• Encyclopædia Britannica Online Library Edition. "Osmose." 2011. (26. september, 2011) http://www.library.eb.com/eb/article-9057559
• Europæisk membranhus. "Hvad er membranteknologi?" 2011. (26. september, 2011) http://www.euromemhouse.com/Principles-of-Membrane-Technology/Membrane-Technology.html
• Foster og Smith Aquatics. "Ofte stillede spørgsmål:Omvendt osmosevand." 2011. (26. september, 2011) http://www.aquaticcommunity.com/aquarium/osmosis.php
• Regering i Sydaustralien. "Adelaide Desalination Project Student Fact Sheet." 2011. (26. september, 2011) http://www.sawater.com.au/NR/rdonlyres/FDC6433E-12D2-4ABA-9C76-FDB96CB8C7E4/0/StudentDesalFactsheet.pdf
• Hanford, Josh. "Nul affald:Et kig på fremtiden for omvendt osmose." Fordøjelse af vand og affald. "2011. (26. september, 2011) http://www.wwdmag.com/membranes-reverse-osmosis/zero-waste-look-future-reverse-osmosis
• Vandfiltre historie. "Omvendt osmose-hvordan virker det?" 2011. (26. september, 2011) http://www.historyofwaterfilters.com/ro-distillation.html
• Maxon, Rebecca. "Er afsaltning svaret?" Farleigh Dickinson University Magazine. 2003. (26. september, 2011) http://www.fdu.edu/newspubs/magazine/03su/desalination.html
• North Dakota State University. "Omvendt osmose." Juni 1992. (26. september, 2011) http://www.ag.ndsu.edu/pubs/h2oqual/watsys/ae1047w.htm#dis Ulempe
• Koch membransystemer. "Hjem." 2011. (26. september, 2011) http://www.kochmembrane.com/mktapp_dairy.html
• Kotecki, Stacy og Brian Flynn. "Omvendt osmose." 1998. (26. september, 2011) http://www.cee.vt.edu/ewr/environmental/teach/wtprimer/revosmo/revosmo.html
• Lenntech vandrensningsløsninger. "Afsaltning med moduler til omvendt osmose." 2011. (26. september, 2011) http://www.lenntech.com/desalination-ro-modules.htm
• Køb, Nigel. "Osmose." 10. november kl. 2006. (26. september, 2011) http://www.purchon.com/biology/osmosis.htm
• The Economist. "Tapping the Oceans." 5. juni kl. 2008. (26. september, 2011) http://www.economist.com/node/11484059
• Vinovation, Inc. "Fremstilling af tilpasset udstyr." 2011. (26. september, 2011) http://www.kochmembrane.com/mktapp_dairy.html