Kas ir apgrieztā osmoze un kā tā darbojas

Apgrieztā osmoze vai RO ir a filtrēšana metode, ko izmanto jonu un molekulu atdalīšanai no šķīduma, spiedienam uz šķīdumu puspūstošās vai selektīvās membrānas vienā pusē. Lielas molekulas (izšķīdušās vielas) nevar šķērsot membrānu, tāpēc tās paliek vienā pusē. Ūdens (šķīdinātājs) var šķērsot membrānu. Rezultātā šķīstošās molekulas kļūst koncentrētākas vienā membrānas pusē, bet pretējā puse kļūst atšķaidītāka.

Lai saprastu reverso osmozi, tas vispirms palīdz saprast, kā masa tiek transportēta ar difūzijas un regulāras osmozes palīdzību. Difūzija ir kustība molekulu no augstāka reģiona koncentrācija uz zemākas koncentrācijas reģionu. Osmoze ir īpašs difūzijas gadījums, kurā molekulas ir ūdens un koncentrācijas gradients notiek pa puscaurlaidīgu membrānu. Puscaurlaidīgā membrāna ļauj iziet ūdeni, bet jēdzieni (piemēram, Na⁺, Ca²⁺, Kl^-) vai lielākas molekulas (piemēram, glikoze, urīnviela, baktērijas). Difūzija un osmoze ir termodinamiski labvēlīgas un turpināsies, līdz tiek sasniegts līdzsvars. Osmozi var palēnināt, apturēt vai pat mainīt, ja membrānai tiek veikts pietiekams spiediens no membrānas “koncentrētās” puses.

Apgrieztā osmoze rodas, ūdenim pārvietojoties pāri membrānai pret koncentrācijas gradientu, no zemākas koncentrācijas uz augstāku koncentrāciju. Lai ilustrētu, iedomājieties puscaurlaidīgu membrānu ar svaigu ūdeni vienā pusē un koncentrētu ūdens šķīdumu otrā pusē. Ja notiek normāla osmoze, svaigs ūdens šķērsos membrānu, lai atšķaidītu koncentrēto šķīdumu. Apgrieztā osmozes gadījumā ar koncentrētu šķīdumu tiek izdarīts spiediens, lai piespiestu ūdens molekulas caur membrānu uz saldūdens pusi.

Apgrieztā osmozei tiek izmantotas dažāda veida membrānu poras. Kaut arī mazs poru lielums filtrēšanu veic labāk, ūdens pārvietošana prasa ilgāku laiku. Tas ir kā mēģinājums ieliet ūdeni caur sietiņu (lieli caurumi vai poras), salīdzinot ar mēģinājumu to izliet caur papīra dvieli (mazāki caurumi). Tomēr reversā osmoze atšķiras no vienkāršas membrānas filtrēšanas, jo tā ir saistīta ar difūziju, un to ietekmē plūsmas ātrums un spiediens.

Reverso osmozi bieži izmanto komerciālā un dzīvojamo māju filtrēšanā. Tā ir arī viena no metodēm, ko izmanto jūras ūdens atsāļošanai. Apgrieztā osmoze ne tikai samazina sāli, bet arī var filtrēt metālus, organiskos piesārņotājus un patogēnus. Dažreiz reverso osmozi izmanto, lai attīrītu šķidrumus, kuros ūdens ir nevēlams piemaisījums. Piemēram, lai palielinātu etanola vai graudu spirta attīrīšanu, var izmantot reverso osmozi tā pierādījums.

Apgrieztā osmoze nav jauns attīrīšanas paņēmiens. Pirmos osmozes piemērus caur daļēji caurlaidīgām membrānām aprakstīja Žans Antuāns Nollets 1748. gadā. Kamēr process bija zināms laboratorijās, tas netika izmantots jūras ūdens atsāļošanai līdz 1950. gadam Kalifornijas universitātē Losandželosā. Vairāki pētnieki uzlaboja reversās osmozes izmantošanas metodes ūdens attīrīšanai, taču process bija tik lēns, ka komerciālā mērogā tas nebija praktiski iespējams. Jauni polimēri ļāva ražot efektīvākas membrānas. Līdz 21. gadsimta sākumam atsāļošanas stacijas spēja atsāļot ūdeni ar ātrumu 15 miljoni galonu dienā, darbojoties vai plānojot apmēram 15 000 augu.