Энциклопедия воды – статьи, определения, размышления

В комментариях прозвучал вопрос, просьба осветить это явление-процесс подробно и с деталями. Что мы и сделаем.

Итак, обратный осмос. Или, другими словами, осмос наоборот, в другую сторону. Что же такое осмос как таковой?

Осмос – это такое физическое явление. Чтобы описать его понятнее, давайте будем идти постепенно, шаг за шагом. Для начала представьте себе ёмкость.

Теперь представьте, что эта ёмкость  разделяется напополам гибкой перегородкой (например, из тонкой резины).  Получается две камеры.

Что будет с перегородкой, если в обе камеры налить одинаковый объём воды? Ничего. Она будет неподвижна, в равновесии.

Теперь в одну камеру наливаем хороший, крепкий раствор сахара. А во вторую – такое же количество  обычной воды.

Что произойдёт?

Гибкая перегородка выгнется в сторону чистой воды – её "выдавливает" раствор сахара.

Та сила, которую нужно приложить к перегородке, чтобы вернуть её в исходное, расновесное положение (как она была в случае с водой в обеих камерах), называется "осмотическое давление". То есть, это определённая сила. Отчего она возникает?

Оттого, что в одной камере есть то, чего нет в другой, в нашем случае это сахар. Такое состояние, в котором в одном месте что-то есть, а в другом чего-то этого нет, называется "разность потенциалов". И всегда возникает движение от большего к меньшему, в сторону уравновешивания.

Что будет, если гибкую перегородку в ёмкости сделать полупроницаемой? То есть такой, чтобы через неё мог пройти сахар?  Под воздействием осмотического давления сахар устремится в камеру, где сахара нет. Движение будет проходить до тех пор, пока количество сахара в двух камерах не выравняется.

Но что произойдёт, если полупроницаемая перегородка между камерами сможет пропускать воду, но не будет пропускать сахар? Ведь "стремление" к равновесию у системы осталось. Осмотическое давление осталось.

В этом случае вода будет проникать в камеру с сахаром, разбавляя его. Вот этот процесс называется "осмос". Он очень распространён в живой природе: питание организмов как на уровне клеток, так и на уровне целой пищеварительной системы происходит именно по типу осмоса.

Что же такое обратный осмос? Это осмос наоборот. Однажды, почти сто лет назад, люди задумались: вот есть две камеры, одна с раствором солей, другая с чистой водой. Камеры разделены полупроницаемой перегородкой, вода может пройти через неё, а соли – нет. В обычном состоянии вода стремится в камеру с рассолом. Но что будет, если на камеру с рассолом оказывать давление?

Произойдёт вот что. Чем больше давления оказывается на камеру с рассолом, тем меньше вода может в неё поступать через полупроницаемую перегородку. При определённом давлении вода в камеру перестанет поступать. Кстати, это давление и равно осмотическому давлению.

При дальнейшем увеличении давления вода, содержащаяся в рассоле, будет выдавливаться через полупроницаемую перегородку в камеру с чистой водой. Это процесс, обратный осмосу – то есть, обратный осмос.

В процессе обратного осмоса наш раствор сахара концентрируется (то есть сахара по отношению к воде становится больше, чем было в начале), а количество чистой воды в другой камере увеличивается; камера пополняется опреснённой водой. То есть, по сути, мы видим процесс обессахаривания. В более общем смысле это деминерализация (или опреснение, или обессоливание).

Некоторое время (примерно, лет тридцать-сорок) с этим явлением ничего не делали, не могли придумать, зачем оно нужно. Но, когда люди стали осваивать пустынни (Арабские Эмираты и соседние государства), стал ребром вопрос в питьевой воде. Дистиллировать воду очень дорого. Но вот обратный осмос…

Первые аппараты обратного осмоса были нужны для того, чтобы опреснять морскую воду. Для этого применялись высокие давления (порядка 60 бар); можно сказать, гипер-давления. Поэтому процесс обратного осмоса другими словами называется "гиперфильтрация", то есть, сверх-очистка.

Далее процесс пошёл в стророну уменьшения объёмов, примерно одновременно с ухудшением качества водопроводной воды вследствие её загрязнения.  И вскоре появились системы обратного осмоса, доступные каждому. Естественно, вначале они появились за рубежом. Потом стали продаваться и у нас.

Собственно говоря, современные системы гиперфильтрации предназначены для очистки водопроводной или скважинной воды от различных вредных примесей. Вредные примеси (нитраты, тяжёлые металлы и т.д.) отсеиваются на полупроницаемом барьере (мембрана обратного осмоса). Потребителю достаётся чистая и безопасная вода.

Естественно, системы гиперфильтрации используются и в промышленных целях – как деминерализаторы в технологических процессах, для обессоливания морской воды, в качестве замены дистилляторам и для многих других целей.

Со временем были разработаны мембраны, которые могут пропускать большие примеси, чем соли. Так, появились нанофильтрация (умягчает воду, убирает соли тяжёлых металллов, бактерии, вирусы, органические примеси), ультрафильтрация (убирает бактерии, органические примеси, вирусы), микрофильтрация (убирает бактерии и крупные примеси).  В большей степени эти процессы используютсяв промышленности. Хотя есть и бытовые варианты.

Но до сих пор спектр систем обратного осмоса наиболее распространён, так как он в наилучшей степени удаляет из воды вредные вещества.

Статьи в тему:

1. Как часто требуется менять мембрану обратного осмоса?
2. Фильтр для воды состоит из…
3. Аппарат нанофильтрации NF 800