science >> Wetenschap >  >> anders

Hoe werkt omgekeerde osmose?

Ontziltingsinstallaties gebruiken omgekeerde osmose om zout water in zoet water te veranderen. John Zoiner/Workbook Stock/Getty Images

Voel je niet dom als je ooit een nieuwsbericht hebt gezien over een verschrikkelijke droogte, draaide zich toen naar je computer om je mooie ocean beach screensaver te zien en dacht:'Waarom gebruiken ze dat niet gewoon?'

Natuurlijk, binnen een ogenblik, je hebt waarschijnlijk een paar punten voor jezelf gemaakt. Een, de zee is zout. Twee, zout water is niet zo geweldig om te drinken of om planten te kweken. Drie, je kunt het zout niet zomaar uit het water halen, net zoals je de suiker niet uit je thee kon oplossen. Of kan je?

Omgekeerde osmose is een van de processen die ervoor zorgen dat ontzilting (of zout verwijderen uit zeewater) mogelijk. Verder dan dat, omgekeerde osmose wordt gebruikt voor recycling, afvalwater behandeling, en kan zelfs energie opwekken.

Waterproblematiek is een uiterst urgente mondiale bedreiging geworden. Klimaatverandering brengt ongekende milieueffecten met zich mee:hevige overstromingen in sommige gebieden, droogte in andere landen, stijgende en dalende zeespiegel. Voeg daarbij de dreiging van overbevolking -- en de vraag en de vervuiling die een aanzwellende bevolking met zich meebrengt -- en water wordt een van de belangrijkste milieuproblemen waar de volgende generatie op moet letten.

Waterzuiveringsinstallaties en -systemen passen omgekeerde osmose nu aan om een ​​aantal van deze problemen aan te pakken. in Perth, Australië (met name droog en dor, maar omgeven door zee), bijna 17 procent van het drinkwater in het gebied is ontzilt zeewater dat afkomstig is van een omgekeerde osmose-installatie [bron:The Economist]. Wereldwijd, er 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 het nuttig, wat we echt moeten begrijpen, is hoe het proces in godsnaam plaatsvindt. Ervan uitgaande dat u de definitie van "omgekeerde, "We kunnen beter eerst kijken hoe osmose werkt voordat we de twee samenvoegen.

Laten we meer te weten komen over osmose door door te filteren naar de volgende pagina.

Inhoud
  1. Wat is osmose, In ieder geval?
  2. Osmose omlaag, Draai het om en draai het om
  3. Waar wordt omgekeerde osmose gebruikt?
  4. Kleinschalige toepassingen van omgekeerde osmose
  5. Nadelen van omgekeerde osmose

Wat is osmose, In ieder geval?

Kun je osmose niet helemaal in actie visualiseren? 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 stoffen blokkeert [bron:Encyclopedia Britannica].

Wat, snap je het niet? Geen angst. De meesten van ons niet, daarom zijn er talloze verklaringen en analogieën om osmose te verduidelijken. We zullen er een paar verkennen, maar laten we eerst de osmose doorbreken tot zijn onderdelen om er vat op te krijgen.

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

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

In een arm van de U-buis, we gieten ons suikerwatermengsel. Op een andere gieten we ons gewone oude 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, als 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 wil vinden. En omdat de ene kant van de arm vol zit met suiker, zuiver water van de andere kant besluit over te gaan om de concentratie gelijker te maken of totdat de osmotische druk (de druk die optreedt als de moleculen bewegen) wordt bereikt.

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

Nutsvoorzieningen, nadat we hebben laten zien dat osmose maar 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, Draai het om en draai het om

Freddie Mercury en David Bowie erkenden allebei dat onder druk staan ​​een gebouw kan afbranden. een gezin in tweeën splitsen, mensen op straat zetten en ook nog een serieus pakkend deuntje maken. Eén ding hebben ze weggelaten? Die druk zorgt er ook voor dat omgekeerde osmose werkt.

Dus we leerden dat in osmose, een oplossing met een lager concentraat filtreert het oplosmiddel naar de oplossing met een hoger concentraat. Bij omgekeerde osmose, we keren (letterlijk) het proces gewoon om, door onze oplosmiddelfilter uit ons hoge concentraat in de lagere concentraatoplossing te maken. Dus in plaats van een meer gelijke balans tussen oplosmiddel en opgeloste stof in beide oplossingen te creëren, het scheidt opgeloste stof van oplosmiddel.

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

Bij omgekeerde osmose, we zouden een zoutwateroplossing hebben 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 zoutwaterkant van de tank - genoeg om de natuurlijke osmotische druk van de zuivere waterkant tegen te gaan, en vervolgens om het zoute water door het filter te duwen. (Dit kost ongeveer 50-60 bar druk [bron:Lenntech]. Maar vanwege de grootte van de zoutmoleculen, alleen de kleinere watermoleculen zouden de overkant halen, dus vers water toevoegen aan de waterkant, en laat het zout aan de andere kant.

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

Het is geweldig om omgekeerde osmose te kunnen definiëren op etentjes, maar er zijn verrassend interessante toepassingen voor omgekeerde osmose die een boeiender 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 osmose cellen, de semipermeabele membranen die het zout uit het water halen in ontziltingsinstallaties. Andy Sotiriou/Photodisc/Getty Images

In tegenstelling tot osmose, we kunnen niet zomaar toekijken hoe omgekeerde osmose in veel alledaagse omstandigheden plaatsvindt. Pas in de jaren vijftig, toen onderzoekers begonnen te onderzoeken hoe oceaanwater te ontzilten, werd omgekeerde osmose als een mogelijkheid naar voren gebracht. Ze ontdekten dat het uitoefenen van druk op de zoutwaterkant zou kunnen werken om meer zoet water te produceren, maar de hoeveelheid die ze creëerden was extreem klein en op geen enkele praktische schaal bruikbaar. Wat veranderde?

Een veel geavanceerder filter, gemaakt door twee UCLA-wetenschappers. De met de hand gegoten membranen gemaakt van cellulair acetaat (een polymeer dat wordt gebruikt in fotofilm) liet grotere hoeveelheden water veel sneller door, en de eerste ontziltingsinstallatie voor omgekeerde osmose begon met een kleinschalige operatie 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 kamperen om te zorgen voor een gezonde drinkvoorraad [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 glazuur fluorose (gevlekte tanden), of de veel ernstiger Skeletale fluorose (een daadwerkelijke buiging van iemands botten of skelet). Omgekeerde osmose kan fluoride uitfilteren, of andere onzuiverheden, op grote schaal op een manier die een op koolstof gebaseerde filter (zoals de meest voorkomende in huizen) niet kan.

Het wordt ook gebruikt voor recyclingdoeleinden; de chemicaliën die worden gebruikt om metalen te behandelen voor recycling zorgen voor schadelijk afvalwater, en omgekeerde osmose kan schoon water naar buiten trekken voor een betere chemische verwijdering. Maar nog leuker dan recyclen? Afvalwater omgekeerde osmose behandelingen, waarbij afvalwater het proces doorloopt om iets drinkbaars te maken. Ze hebben het niet voor niets 'toilet om te tappen' genoemd, en hoewel het je misschien een pauze geeft, het is 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 gebruikt omgekeerde osmosefiltratie om wei en melk te concentreren, en de wijnindustrie is het gaan gebruiken om ongewenste elementen zoals sommige zuren uit te filteren, rook, of om het alcoholgehalte onder controle te houden. Omgekeerde osmose wordt gebruikt om pure ethanol te maken, vrij van verontreinigingen.

Nog een leuk aspect van omgekeerde osmose is dat de hoge druk die omgekeerde osmose effectief maakt, zichzelf kan recyclen. Hogedrukpompen stuwen water door, en het resterende zoute water wordt met een extreem hoge snelheid naar buiten geschoten. Als deze uitloper door een turbine of motor wordt gestoken, de druk kan worden hergebruikt voor de pompen die het water in eerste instantie doordrukken, waardoor er weer energie wordt geoogst.

Al deze industriële jazz is geweldig, maar hoe beïnvloedt omgekeerde osmose-technologie u, de consument, op kleinere schaal? Ontdek het op de volgende pagina.

Kleinschalige toepassingen van omgekeerde osmose

Bij sommige winkels, je kunt kannen met omgekeerde osmose-behandeld water uit automaten kopen. Cary Herz/Nieuws/Getty Images

Misschien heb je besloten dat je heerlijk water met omgekeerde osmose wilt bemachtigen. Waarom giet je niet gewoon wat water in een kan met omgekeerde osmose en geniet je van een lange, koel drankje?

We zullen, het is niet zo eenvoudig. Omdat omgekeerde osmose een bepaalde hoeveelheid druk vereist, u zult geen filterkan met omgekeerde osmose vinden. En als u toch omgekeerd osmosewater door uw hele huis wilt laten lopen, u verbindt zich er in wezen toe een geheel nieuw watersysteem te kopen. Maar als u gewoon water met omgekeerde osmose wilt om te drinken of te koken, dat betekent niet dat u zich ertoe heeft verbonden uw kelder om te bouwen tot een mini-industriële installatie voor omgekeerde osmose.

Uw eerste kleinere optie is een "onder de toonbank" -systeem. Een omgekeerde osmose systeem is aangesloten op de watertoevoer onder uw gootsteen, waar het water door drie tot vijf filters gaat om zuiverheid te bereiken. Het gefilterde water wordt vervolgens opgeslagen in een opslagtank (ook onder de gootsteen). Er wordt dan een geheel aparte kraan op uw gootsteen geïnstalleerd, gevoed vanuit de onderstaande opslagtank. Verwacht gemiddeld $ 200-500 te betalen voor een systeem als dit. En onthoud dat je de installatie waarschijnlijk zelf doet, dus misschien wilt u redelijk zeker zijn van uw fix-it-vaardigheden.

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

Maar ze zijn misschien niet voor iedereen ideaal; houd er rekening mee dat de aanrechtsystemen vrij traag kunnen zijn vanwege waterkranen met een lager debiet, en ze kosten op zijn minst ongeveer $ 150 - om nog maar te zwijgen van de kosten van het vervangen van de filters (ongeveer $ 30) om de paar maanden.

Laten we naar de volgende pagina gaan om wat 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 een goed idee om de natuur te vragen zichzelf terug te draaien? Er zijn een paar problemen die voortvloeien uit het gebruik van omgekeerde osmose, en we beginnen met na te gaan wat er gebeurt bij omgekeerde osmose bij ontzilting.

Nadat het water is gefilterd, je blijft zitten met heerlijk drinkwater. Maar aan de andere kant, je hebt nog een hele hoop zout om mee om te gaan. Wat doe je met de pekel, dat 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, het zoutgehalte lijkt weer normaal te worden rond de 500 meter (ongeveer 1, 600 voet) van de bron [bron:The Economist]. Echter, niemand heeft nog duidelijke antwoorden gekregen over de vraag of de metalen en chemicaliën die ook in de pekel zitten, een milieu-impact kunnen veroorzaken.

Omgekeerde osmose systemen, in het algemeen, zijn ook niet geheel zelfvoorzienend. Water moet worden voorbehandeld met chemicaliën, bijvoorbeeld, zodat niets het fijne membraan verstopt. 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 de inlaatdruk en -snelheden kan meestal schade voorkomen.

De grootste belemmering van filtratiesystemen met omgekeerde osmose zijn de kosten. Voor een ontwikkelingsland, het installeren van omgekeerde osmose-systemen is een vrij onpraktische mogelijkheid. Organisaties zoals de WHO en UNICEF overwegen om waterzuiveringsplannen voor omgekeerde osmose te maken - om gifstoffen te verwijderen of een schone watervoorziening te bieden - als onderdeel van hun missie.

Wat individueel gebruik betreft, omgekeerde osmose systemen kunnen frustrerend weinig opleveren. Een typisch systeem kan maar 5 tot 15 procent van het water dat erin wordt gepompt hergebruiken. waardoor er tot 85 procent afvalwater achterblijft [bron:NDSU].

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

Zwemmen met de vissen

Denkt u dat u water met omgekeerde osmose nodig heeft voor uw geliefde guppy's? Misschien wil je nog eens nadenken. Terwijl omgekeerde osmose-apparaten zeker veel schadelijke onzuiverheden kunnen filteren, je moet ook wat essentiële mineralen toevoegen die er tijdens het proces uit worden gehaald. Zorg ervoor dat u onderzoekt wat er bij omgekeerde osmose uit het water wordt gehaald, en welke mineralen uw vissen nodig hebben om te gedijen [bron:Foster en Smith Aquatics].

Oorspronkelijk gepubliceerd:8 mei 2008

Veelgestelde vragen over omgekeerde osmose

Hoe werkt omgekeerde osmose?
Omgekeerde osmose vindt plaats wanneer u druk uitoefent op een sterk geconcentreerde oplossing, waardoor het oplosmiddel door een semipermeabel membraan naar de lager geconcentreerde oplossing gaat. Dit laat aan één kant een hogere concentratie opgeloste stof achter, en puur oplosmiddel anderzijds.
Wat betekent omgekeerde osmose?
Omgekeerde osmose is een proces dat het mogelijk maakt om zout uit zeewater te verwijderen, wat ook wel ontzilting wordt genoemd. Het maakt gebruik van hoge druk en een semipermeabel membraan om zout en andere onzuiverheden uit water te filteren.
Is water met omgekeerde osmose veilig om te drinken?
Of water met omgekeerde osmose veilig is om te drinken of niet op lange termijn, is een voortdurend debat. Sommige wetenschappelijke studies beweren dat het drinken van water met omgekeerde osmose schade kan veroorzaken omdat het zuurder is en geen goede mineralen bevat. Echter, het wordt door sommige landen aangepast voor gebruik in hun waterzuiveringsinstallaties om drinkwater te leveren in gebieden waar geen of weinig drinkbaar water is.
Wat zijn enkele toepassingen van omgekeerde osmose?
Het proces van omgekeerde osmose wordt voornamelijk gebruikt om zout uit zeewater te verwijderen. Het wordt ook gebruikt voor recycling, afvalwaterbehandeling en voor medische toepassingen.

Veel meer informatie

gerelateerde artikelen

  • Hoe ontzilters met omgekeerde osmose werken
  • Hoe ontzilting werkt
  • Hoe waterfilters werken
  • Hoe recyclen werkt
  • Wat gebeurt er precies als we geen water meer hebben?
  • Wat als iedereen op aarde gemakkelijk toegang had tot schoon water?
  • Kan de energie van de zon worden gebruikt om water schoon te maken?
  • Waarom kunnen we zout water niet omzetten in drinkwater?

bronnen

  • Branon Family Maple Boomgaarden. "Maple Syrup maken - Maple Syrup Production." 2011. (26 september 2011) http://www.branonmaple.com/making-maple-syrup.html
  • Blobs.com. "Destillatie en osmose." 9 september 2010. (26 september, 2011) http://blobs.org/science/article.php?article=20
  • Zakelijke link. "Verminder het gebruik van oplosmiddelen en gevaarlijk afval in uw engineeringbedrijf." 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
  • Europees Membraanhuis. "Wat is membraantechnologie?" 2011. (26 september 2011) http://www.euromemhouse.com/Principles-of-Membrane-Technology/Membrane-Technology.html
  • Foster en Smith Aquatics. "FAQ's:water met omgekeerde osmose." 2011. (26 september 2011) http://www.aquaticcommunity.com/aquarium/osmosis.php
  • regering van Zuid-Australië. "Adelaide Ontziltingsproject Student Factsheet." 2011. (26 september 2011) http://www.sawater.com.au/NR/rdonlyres/FDC6433E-12D2-4ABA-9C76-FDB96CB8C7E4/0/StudentDesalFactsheet.pdf
  • Hanford, Jos. "Zero Waste:een blik op de toekomst van omgekeerde osmose." Water- en afvalverwerking. "2011. (26 september, 2011) http://www.wwdmag.com/membranes-reverse-osmosis/zero-waste-look-future-reverse-osmosis
  • Geschiedenis van waterfilters. "Omgekeerde osmose - hoe werkt het?" 2011. (26 september 2011) http://www.historyofwaterfilters.com/ro-distillation.html
  • Maxon, Rebekka. "Is ontzilting het antwoord?" Farleigh Dickinson University Magazine. 2003. (26 september, 2011) http://www.fdu.edu/newspubs/magazine/03su/desalination.html
  • Staatsuniversiteit van North Dakota. "Omgekeerde osmose." Juni 1992. (26 sept. 2011) http://www.ag.ndsu.edu/pubs/h2oqual/watsys/ae1047w.htm#disadvantage
  • Koch-membraansystemen. "Huis." 2011. (26 september 2011) http://www.kochmembrane.com/mktapp_dairy.html
  • Kotecki, Stacy en Brian Flynn. "Omgekeerde osmose." 1998. (26 september, 2011) http://www.cee.vt.edu/ewr/environmental/teach/wtprimer/revosmo/revosmo.html
  • Lenntech Waterbehandelingsoplossingen. "Ontzilting met Omgekeerde Osmose Modules." 2011. (26 september 2011) http://www.lenntech.com/desalination-ro-modules.htm
  • aankoop, Nigel. "Osmose." 10 november 2006. (26 september, 2011) http://www.purchon.com/biology/osmosis.htm
  • De econoom. "Tappen op de oceanen." 5 juni 2008. (26 september, 2011) http://www.economist.com/node/11484059
  • Vinovatie, Inc. "Vervaardiging van aangepaste apparatuur." 2011. (26 september 2011) http://www.kochmembrane.com/mktapp_dairy.html

Meer >

Meer >

Hoofdlijnen

  1. Projectideeën om het menselijke spijsverteringsstelsel te laten zien op de middelbare school voor studenten
  2. Archaea: Structure, Characteristics & Domain
  3. Hoe de cellen van planten, dieren en eencellige organismen te vergelijken
  4. Sarcodina Life Cycle
  5. Maken planten muziek?
  6. Zes hoofdcelfuncties
  7. Wat gebeurt er als je een lijk ontdooit?
  8. Het verschil tussen histon en nonhiston
  9. Wat zijn de voor- en nadelen van flowcytometrie?

Wetenschap