Osmoza inversa

De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
Salt la navigare Salt la căutare
Fără surse!
Această intrare sau secțiune privind procesele industriale și chimia fizică nu citează sursele necesare sau cei prezenți sunt insuficienți .
Puteți îmbunătăți această intrare adăugând citate din surse de încredere în conformitate cu liniile directoare privind utilizarea surselor .
Membrană utilizată pentru procesul de osmoză inversă

Osmoza inversă (abrevierea: RO , din engleza Reverse Osmosis ), numită și hiperfiltrare (abrevierea: IF ), este procesul în care este forțată trecerea moleculelor de solvent de la soluția mai concentrată la soluția mai puțin concentrată obținută prin aplicarea la soluție mai concentrată o presiune mai mare decât presiunea osmotică . În practică, osmoza inversă se realizează cu o membrană care ține solutul pe o parte, împiedicând trecerea acesteia și permițând obținerea solventului pur pe cealaltă. Acest fenomen nu este spontan și necesită finalizarea unei lucrări mecanice egală cu cea necesară pentru a anula efectul presiunii osmotice. [1]

Acest proces reprezintă cea mai bună tehnică de filtrare a apei, deoarece nu constă pur și simplu într-un obstacol fizic, determinat de mărimea porilor, la trecerea moleculelor , ci exploatează afinitatea chimică diferită a speciei cu membrana, permițând trecerea a moleculelor hidrofile (sau asemănătoare apei ), adică chimic asemănătoare cu apa, de exemplu alcooli cu lanț scurt. Din punct de vedere al ingineriei instalației, metoda exploatează principiul filtrării tangențiale , precum și alte tehnici de separare care utilizează membrane precum microfiltrarea , ultrafiltrarea și nanofiltrarea . Osmoza inversă este utilizată în tratarea apei atât pentru desalinizare, cât și pentru îndepărtarea urmelor de fosfați , calciu și metale grele, pesticide , materiale radioactive și aproape toate moleculele poluante .

În ultimii ani, au fost construite instalații cu „descărcare de lichid zero” în care secțiunea de osmoză inversă crește concentrația speciilor chimice prezente în apele reziduale până la valori apropiate sau mai mari decât solubilitatea lor (soluții suprasaturate) .

În procesul de osmoză inversă se utilizează membrane compozite cu film subțire (TFC sau TFM, membrană compusă cu film subțire ). Aceste membrane sunt semipermeabile și fabricate în principal pentru a fi utilizate în sistemele de purificare sau desalinizare a apei . De asemenea, au utilizări în aplicații chimice, cum ar fi bateriile și pilele de combustibil. În esență, un material TFC este o sită moleculară construită sub forma unui film format din două sau mai multe materiale stratificate.

Membranele utilizate în osmoză sunt în general realizate din poliamidă , o substanță aleasă în principal pentru permeabilitatea sa la apă și impermeabilitatea relativă la diferite impurități dizolvate, inclusiv ioni salini și alte molecule mici care nu pot fi filtrate. Un alt exemplu de membrană semipermeabilă este cea utilizată în dializă .

Filtre de desalinizare acționate manual

Filtrele mici de osmoză inversă acționate manual au fost proiectate inițial pentru armată la sfârșitul anilor 1970 pentru echipamente de supraviețuire personale sau pentru a echipa bărci de salvare sau plute la bordul navelor sau aeronavelor ca echipament de siguranță. Astăzi există modele care sunt disponibile și pentru utilizări civile în activități de explorare, de exemplu. Pentru a forța apa prin membrana osmotică, presiunea este asigurată de o pompă acționată manual, echipată cu o manetă pliabilă pentru transport ușor. Aceste dispozitive pot extrage cantități foarte mici de apă potabilă din apa mării sau din alte surse de potabilitate îndoielnică chiar și în zonele deșertice sau în puțurile de apă sălbatică.

Filtre cu osmoză inversă pentru sectorul intern

Există sisteme de tratare a apei potabile menajere bazate pe principiul osmozei inverse, în special pentru a reduce conținutul de nitrați din apă. Acestea sunt sisteme care, conectate la rețeaua de apă, elimină o mare parte din substanțele dizolvate în apa deja potabilă. Apa potabilă osmotică este, prin urmare, apă cu un reziduu fix foarte scăzut. Cele mai avansate sisteme permit amestecarea apei osmotice și a apei microfiltrate, permițând astfel o ajustare a reziduului fix în funcție de preferințele dumneavoastră. Pe lângă aspectele tehnice și de construcție de calitate și conformitatea cu legislația actuală, sistemele interne necesită întreținere periodică.

Sisteme alternative pentru extragerea apei

Cercetătorii de la Technion Israel Institute of Technology au brevetat în 2016 o tehnologie capabilă să extragă apa potabilă din aer printr-un subsistem lichid de deshidratare și condensarea ulterioară a vaporilor de apă din vectorul utilizat în absența aerului, permițând o reducere a consumului de energie cu 5 % 65% comparativ cu alte sisteme preexistente de acest tip [2] . Sistemul funcționează în condiții climatice foarte variabile și este echipat cu o sursă de alimentare suplimentară prin radiația solară [3] [4] .


Îndepărtarea nitraților prin osmoză inversă

Fig. 1 Analiza cantitativă a procesului de osmoză inversă pentru îndepărtarea nitraților dintr-un flux de efluenți de origine municipală

Folosind membrane pe bază de acetat de celuloză, poliamide și / sau materiale compozite, este posibil să se efectueze un proces de filtrare a membranei prin aplicarea de presiuni în intervalul [300-1500] psi.

Principala problemă legată de aplicarea acestei metode este reprezentată de ușurința de murdărire a membranelor și uzura acestora; acumularea de substanțe solubile, solide în suspensie și materie organică compromite eficiența membranelor în sine și, prin urmare, este necesar să se pre-trateze debitul pe care îl va suferi procesul de osmoză inversă [5] , acest pre-tratament poate fi efectuat de către trimiterea fluxului de intrare către un sistem de filtrare a cartușelor.

Eficiența ridicată a acestei metode și confortul economic relativ în tratarea debitelor mici au fost demonstrate cu o serie de studii experimentale; Mai jos sunt rezultatele unui studiu efectuat în Africa de Sud în 2015 [6] , referitor la costul operațional și cantitatea de agent eliminat.

O analiză cantitativă care exprimă concentrația medie de nitrați care părăsesc un proces de osmoză inversă prezintă rezultatele în figura 1. [7]

Osmoză inversă vs schimb ionic
Costul capitalului (ZAR) Cost operațional (ZAR)
IX 10000 3,60 (1 / m ^ 3)
RO 7000 3,16 (1 / m ^ 3)


Pretratarea

Operațiile de pretratare sunt critice datorită naturii membranelor spirale.

Echilibrul bicarbonic și separarea între apele incrustante și cele agresive

Materialul din care sunt realizate membranele este întărit în așa fel încât să optimizeze operațiunile de filtrare, lucrarea de pretratare este deci esențială pentru a preveni murdărirea excesivă a membranelor, a căror curățare nu poate fi efectuată mecanic, dar necesită o inginerie specifică muncă.

Sistemul de pretratare constă din patru părți principale:

  • Screeningul solidelor : îndepărtarea solidelor suspendate pentru a preveni murdărirea de către macro-componente.
  • Filtrarea cartușului: Macroparticulele cu diametrul cuprins între 1 și 10 micrometri sunt îndepărtate cu ajutorul unui sistem de filtrare din polipropilenă.
  • Filtrare biologică : utilizarea în serie a agenților oxidanți precum compușii clorurați, urmată de aplicarea anionilor divalenți precum sulfitii pentru a dezactiva acțiunea compușilor clorurați, permite eliminarea ciupercilor și bacteriilor, care ar putea coloniza suprafața membranei, agravându-se eficiența acesteia și contaminarea apei de tratat. Este posibil să se utilizeze sisteme de biofiltrare care nu ucid bacteriile, ci limitează răspândirea și proliferarea acestora.
  • Reglarea PH: Utilizarea compușilor chimici anti-scalare, capabili să modifice pH-ul și, prin urmare, să calibreze echilibrul carbonic, este foarte recomandată pentru a preveni precipitarea compușilor pe bază de bicarbonat, care ar face membranele ineficiente prin creșterea murdăriei acestora din urmă. Utilizarea varului sau a sifonului caustic este foarte recomandată pentru a asigura o apă echilibrată, nu tare, dar nici măcar incrustantă.

HCO 3 - + H 3 O + <=> H 2 CO 3 + H 2 O

CO 3 2− + H 3 O + <=> HCO 3 - + H 2 O
Ajustarea pH-ului este practicată adesea și la sfârșitul procesului de osmoză inversă, pentru a stabiliza aciditatea / basicitatea produsului final (care poate fi modificat prin celelalte metode de pretratare și filtrare).

Notă

  1. ^ Argyris Panagopoulos, Katherine-Joanne Haralambous și Maria Loizidou, Metode de eliminare a saramurii de desalinizare și tehnologii de tratament - O recenzie , în Știința mediului total , vol. 693, 25 noiembrie 2019, p. 133545, DOI :10.1016 / j.scitotenv.2019.07.351 . Adus pe 29 octombrie 2019 .
  2. ^ Israel: Oamenii de știință dezvoltă un sistem pentru a extrage apă potabilă din aer , pe siliconwadi.it , 12 septembrie 2016. Accesat la 2 ianuarie 2019 ( arhivat la 15 septembrie 2016) . . Știrile au fost difuzate și pe TG1 din 2 ianuarie 2019, ediția de la ora 20.00
  3. ^ (EN)Separarea de vapori desecanți lichizi reduce cerințele energetice ale recoltării umidității atmosferice în știința și tehnologia mediului, vol. 50, nr. 15, iulie 2016, pp. 8362–8367, DOI : 10.1021 / acs.est.6b01280 , PMID 27435379 . Adus pe 2 ianuarie 2019 ( arhivat pe 2 ianuarie 2019) . Găzduit pe Google .
  4. ^ (EN) Yonathan Sredni, umiditatea aerului Afară: oamenii de știință israelieni pot extrage apă potabilă din aer , pe nocamels.com, 1 septembrie 2016. Accesat la 2 ianuarie 2019 ( depus la 2 septembrie 2016).
  5. ^ Archna, SK Sharma și RC Sobti, Eliminarea nitraților din apa subterană: O recenzie , în E-Journal of Chemistry. 2012 , nr. 2012.
  6. ^ A. Schoeman, JJSTEYN, Eliminarea azotului cu azot cu osmoză inversă la scară mică, electrodializă și unități de schimb ionic în zonele rurale , în Water SA, vol. 35, nr. 5, pp. 721-728, 2009 ..
  7. ^ MO Rivett, SR Buss, P. Morgan, JWN Smith și CD Bemment ,, „Atenuarea nitraților în apele subterane: o revizuire a proceselor de control biogeochimic” , în Water Research. 2008 ..

Elemente conexe

Alte proiecte

linkuri externe

Adus de la „ https://it.wikipedia.org/w/index.php?title=Osmosi_inversa&oldid=121910730 ”