Avsaltningsanläggningar använder omvänd osmos för att förvandla saltvatten till färskt. John Zoiner/Workbook Stock/Getty Images Känn dig inte dum om du någonsin har sett en nyhet om en fruktansvärd torka, vände sedan till din dator för att se din vackra skärmsläckare vid havet och tänkte, "Varför använder de inte bara det?"
Självklart, inom ett ögonblick, du har nog gjort några poäng för dig själv. Ett, havet är salt. Två, saltvatten är inte så bra för att dricka eller odla växter. Tre, du kan inte bara ta saltet ur vattnet, precis som om du inte kunde lösa upp sockret ur ditt te. Eller kan du?
Omvänd osmos är en av de processer som gör avsaltning (eller ta bort salt från havsvatten) möjligt. Bortom det, omvänd osmos används för återvinning, avloppsrening, och kan till och med producera energi.
Vattenfrågor har blivit ett extremt angeläget globalt hot. Med klimatförändringarna kommer oöverträffade miljöeffekter:kraftiga översvämningar i vissa områden, torka i andra, stigande och sjunkande havsnivåer. Lägg därtill hotet om överbefolkning - och efterfrågan och föroreningar som en svällande befolkning medför - och vatten blir en av de viktigaste miljöfrågorna att se upp för i nästa generation.
Vattenreningsanläggningar och system anpassar nu omvänd osmos för att ta itu med några av dessa problem. I Perth, Australien (särskilt torrt och torrt, men ändå omgiven av hav), nästan 17 procent av områdets dricksvatten är avsaltat havsvatten som kommer från en omvänd osmosanläggning [källa:The Economist]. Över hela världen, det finns nu över 13, 000 avsaltningsanläggningar i världen, enligt International Desalination Association.
Men även om du vet att omvänd osmos kan omvandla havsvatten till dricksvatten är användbart, vad vi verkligen behöver förstå är hur fan processen sker. Förutsatt att du har ett ganska bra grepp om definitionen av "omvänd, "Vi bör börja med att titta på hur osmos fungerar innan vi sätter ihop de två.
Låt oss lära oss mer om osmos genom att filtrera vidare till nästa sida.
Innehåll
Kan inte riktigt visualisera osmos i aktion? Här är en praktisk illustration till hjälp. Osmos är passage eller diffusion av vatten eller andra lösningsmedel genom ett semipermeabelt membran som blockerar passage av upplösta lösta ämnen [källa:Encyclopedia Britannica].
Vad, förstår du inte det? Ingen rädsla. De flesta av oss gör inte det, varför det finns otaliga förklaringar och analogier för att klargöra osmos. Vi ska utforska några av dem, men låt oss först bryta ner osmosen till dess delar för att få grepp om den.
Först, vi gör vår lösning. Vi börjar med en tråkig gammal kopp vatten. För att krydda saker, vi kallar vatten för "lösningsmedel" - vilket är bekvämt, för det är vad det är. För att göra vårt lösningsmedel lite godare, vi löser upp lite gott socker. Sockret är det lösta ämnet. Bara för att hålla koll, vi har nu vatten (lösningsmedel) som vi har löst socker (löst) i, att göra sockervatten (vår lösning).
Nu när vi har vår lösning av sockervatten, vi tar ett U-rör. Detta är inte en internetvideo av kattungar och apor som kramas; ett U-rör är en bägare, formad i en u-form. Mitt i röret, tänk dig lite Gore-tex som skär U:n på mitten. Gore-tex är vårt "semipermeabla membran". Gore-tex är en tunn plast, prickad med en miljard små hål som låter vattenånga passera genom, men flytande för att stanna ute. (Saran wrap skulle inte släppa igenom någonting, och en bit bomullstyg skulle låta nästan allt.)
I en arm på U-röret, vi häller vår sockervattenblandning. På en annan häller vi vårt vanliga gamla vatten. Det är då osmosens magi börjar, om du tycker att vattnets rörelse är magisk. Vätskenivån i sockervattenarmen kommer långsamt att stiga, när lösningsmedlet (vatten) rör sig genom Gore-tex, för att göra båda sidor av armen mer lika i ett förhållande mellan socker och vatten.
Men varför händer det? Enkelt uttryckt, eftersom vatten vill hitta jämvikt. Och eftersom den ena sidan av armen är full av socker, rent vatten från andra sidan bestämmer sig för att gå vidare för att göra koncentrationen mer lika eller tills osmotiskt tryck (trycket som uppstår när molekylerna rör sig) uppnås.
Så där är du; osmos är när ett lösningsmedel med låg koncentrerad löst lösning rör sig genom ett membran för att komma till den högre koncentrerade lösningen, vilket försvagar det. Du gjorde det!
Nu, efter att ha visat hur det bara är vettigt att osmos fungerar i en riktning, låt oss kasta det hela genom fönstret och vända det. Gå bakåt till nästa sida för att ta reda på mer.
Freddie Mercury och David Bowie insåg båda att att vara under tryck kan bränna ner en byggnad, dela en familj i två, sätta folk på gatan och skapa också en allvarligt catchy melodi. En sak de utelämnade? Det trycket får också omvänd osmos att fungera.
Så vi lärde oss att i osmos, en lösning med lägre koncentrat filtrerar lösningsmedlet till lösningen med högre koncentrat. Vid omvänd osmos, vi vänder (bokstavligen) bara processen, genom att göra vårt lösningsmedelsfilter av vårt högkoncentrat till den lägre koncentratlösningen. Så istället för att skapa en mer jämn balans mellan lösningsmedel och lösta ämnen i båda lösningarna, det skiljer ut löst ämne från lösningsmedel.
Men som vi har undersökt, det är inget som lösningar verkligen vill göra. Hur får vi omvänd osmos att inträffa? Precis som Bowie och Freddie, vi sätter lösningen under tryck. Låt oss ta saltvatten som ett exempel:
Vid omvänd osmos, vi skulle ha oss en saltvattenlösning på ena sidan av en tank och rent vatten på den andra sidan, separeras med ett halvgenomsläppligt membran. Vi skulle applicera tryck på saltvattensidan av tanken-tillräckligt för att motverka det naturliga osmotiska trycket från renvattensidan, och sedan för att driva saltvattnet genom filtret. (Detta tar cirka 50-60 bar tryck [källa:Lenntech]. Men på grund av saltmolekylernas storlek, bara de mindre vattenmolekylerna skulle ta sig till andra sidan, tillsätter därmed färskt vatten till vattensidan, och lämna saltet på den andra.
Och voila, du har sett omvänd osmos. För att destillera det (ha!):Omvänd osmos sker när tryck som appliceras på en högkoncentrerad löst lösning får lösningsmedlet att passera genom ett membran till den lägre koncentrerade lösningen, lämnar en högre koncentration av löst ämne på ena sidan, och endast lösningsmedel på den andra.
Det är fantastiskt att kunna definiera omvänd osmos vid middagssällskap, men det finns förvånansvärt intressanta användningsområden för omvänd osmos som kan skapa mer övertygande konversation. Låt oss gå vidare till nästa sida för att lära oss mer om vad vi kan göra med omvänd osmos.
Dessa fiffiga blå killar är omvänd osmosceller, de halvgenomsläppliga membranen som tar saltet ur vattnet i avsaltningsanläggningar. Andy Sotiriou/Photodisc/Getty Images Till skillnad från osmos, vi kan inte bara se omvänd osmos hända under många vardagliga omständigheter. Det var först på 1950 -talet när forskare började utforska hur man avsaltar havsvatten som omvänd osmos togs upp som en möjlighet. De fann att tryck på saltvattensidan kan fungera för att producera mer sötvatten, men mängden de skapade var extremt liten och inte användbar i någon praktisk skala. Vad förändrades?
Ett mycket mer avancerat filter, skapad av två UCLA -forskare. De handgjutna membranen gjorda av cellulär acetat (en polymer som används i fotofilm) tillät större mängder vatten att röra sig mycket snabbare, och den första avsaltningsanläggningen för omvänd osmos började köra en litenskalig operation i Coalinga, Kalifornien 1965 [källa:The Economist].
Vilket leder oss till en av de vanligaste användningarna av omvänd osmos som vi redan har diskuterat:avsaltning av vatten. Det inkluderar stora anläggningar (det finns över 100 länder som använder avsaltning) eller mindre operationer-till exempel den typ av filter du kan använda för att säkerställa en hälsosam dricksvatten [källa:FDU].
Omvänd osmos är också ett av få sätt vi kan ta vissa mineraler eller kemikalier ur en vattenförsörjning. Vissa vattenkällor har extremt höga nivåer av naturlig fluoridering, vilket kan leda till emaljfluoros (fläckiga tänder), eller mycket svårare skelettfluoros (en faktisk böjning av en persons ben eller skelettram). Omvänd osmos kan filtrera bort fluor, eller andra föroreningar, i stor skala på ett sätt som ett kolbaserat filter (som det som oftast finns i hem) inte kan.
Det används också för återvinningsändamål; kemikalierna som används för behandling av metaller för återvinning skapar skadligt avloppsvatten, och omvänd osmos kan dra ut rent vatten för bättre kemisk avfallshantering. Men ännu roligare än återvinning? Omvänd osmosbehandlingar i avloppsvatten, där avloppsvatten går igenom processen för att skapa något drickbart. De har smeknamnet "toalett att knacka" av en anledning, och även om det kan ge dig en paus, Det är ett lovande sätt för utvecklingsländer att producera drickbart vatten.
Men omvänd osmos används också i andra branscher; lönnsirap, faktiskt, framställs med hjälp av osmos för att separera det söta koncentratet från vatten i saft. Mejeriindustrin använder omvänd osmosfiltrering för att koncentrera vassle och mjölk, och vinindustrin har börjat använda den för att filtrera bort oönskade element som vissa syror, rök, eller för att kontrollera alkoholhalten. Omvänd osmos används för att skapa ren etanol, fri från föroreningar.
En roligare sak med omvänd osmos är att det höga trycket som gör omvänd osmos effektivt faktiskt kan återvinna sig själv. Högtryckspumpar tvingar igenom vatten, och det återstående saltvattnet skjuts ut i extremt hög takt. Om denna off-shoot sätts genom en turbin eller motor, trycket kan återanvändas till pumparna som initialt tvingar igenom vattnet, på så sätt återhämta energi.
All denna industriella jazz är fantastisk, men hur påverkar teknik för omvänd osmos dig, konsumenten, i mindre skala? Ta reda på det på nästa sida.
I vissa butiker, du kan köpa kannor med omvänd osmosbehandlat vatten från varuautomater. Cary Herz/News/Getty Images Kanske har du bestämt dig för att du vill få tag på lite utsökt omvänd osmosvatten. Varför inte bara hälla lite vatten i en omvänd osmoskanna och njuta av en lång, kall dryck?
Väl, det är inte riktigt så enkelt. Eftersom omvänd osmos kräver ett visst tryck, du hittar ingen filterkanne med omvänd osmos. Och om du vill att omvänd osmosvatten ska rinna genom hela ditt hus, du förbinder dig i huvudsak att köpa ett helt nytt vattensystem. Men om du bara vill ha omvänd osmosvatten för att dricka eller laga mat, det betyder inte att du har förbundit dig att omvandla din källare till en mini-industriell omvänd osmosanläggning.
Ditt första alternativ i mindre skala är ett "under disk" -system. Ett omvänd osmossystem är anslutet till vattentillförseln under din diskbänk, där vattnet passerar genom tre till fem filter för att uppnå renhet. Det filtrerade vattnet lagras sedan i en lagringstank (även under diskbänken). En helt separat kran installeras sedan på din diskbänk, matas från lagringstanken nedan. Räkna med att betala i genomsnitt 200-500 dollar för ett sådant här system. Och kom ihåg att du förmodligen gör installationen själv, så du kanske vill vara ganska säker på dina fix-it-färdigheter.
Kanske är du lite nervös för att installera ett helt kran- och vattensystem (eller kanske nervös för att din hyresvärd kanske inte är nöjd med din DIY -uppfinningsrikedom). Hyresgäster och inte så praktiska människor, glädjas. Det finns också omvänd osmos bänkfilter, som gör att du kan ansluta ett litet filtreringssystem direkt från din diskbänk. Fäst helt enkelt "matarlinjen" på kranen, slå på kranen, och vattnet filtreras genom ett litet system som är tillräckligt litet för att fyllas bredvid mikrovågsugnen. Den renade vattenledningen kan sedan placeras i en kanna för enkel, tillgängligt renat vatten.
Men de kanske inte är idealiska för alla; kom ihåg att bänkskivesystemen kan vara ganska långsamma på grund av vattenflöden med lägre flöde, och de kommer att kosta cirka $ 150 åtminstone - för att inte tala om kostnaden för att byta filter (cirka $ 30) varannan månad.
Låt oss skjuta vidare till nästa sida för att se några fler av nackdelarna med omvänd osmos.
Så nu har vi sett några av de sätt vi kan utnyttja omvänd osmos för att fungera för oss. Men är det nödvändigtvis en bra idé att be naturen att vända sig själv? Det finns några problem som uppstår vid användning av omvänd osmos, och vi börjar med att kolla vad som händer vid avsaltning omvänd osmos.
Efter att vattnet har filtrerats, du sitter kvar med härligt dricksvatten. Men å andra sidan, du har en hel röra salt kvar att hantera. Vad gör du med saltlake, som vanligtvis innehåller dubbelt så mycket salt som havsvatten [källa:The Economist]? Är det ett problem att dumpa den saltlake tillbaka i havet? Enligt Australian Center for Water research, salthalten verkar återgå till det normala runt 500 meter (cirka 1, 600 fot) från källan [källa:The Economist]. Dock, ingen har ännu fått klara svar om metallerna och kemikalierna som fastnar i saltlake kan orsaka miljöpåverkan.
Omvänd osmossystem, i allmänhet, är inte heller helt självbärande. Vatten måste förbehandlas med kemikalier, till exempel, så ingenting kommer att täppa till det fina membranet. Och själva membranet är inte helt lätt att hantera; det måste rengöras ofta, och kan fånga bakterier. En oro för avsaltningsanläggningarna är att små fiskar eller marint liv kan sugas in i systemet. justering av insugstryck och hastigheter kan vanligtvis förhindra skada.
Det största hindret för omvänd osmosfiltreringssystem är kostnaden. För en utvecklingsnation, Att installera omvänd osmos är en ganska opraktisk möjlighet. Organisationer som WHO och UNICEF överväger att bygga vattenbehandlingsplaner för omvänd osmos - att ta bort gifter eller tillhandahålla rent vatten - en del av sitt uppdrag.
När det gäller individuell användning, system med omvänd osmos kan ge frustrerande liten avkastning. Ett typiskt system kommer bara att kunna återanvända cirka 5 till 15 procent av vattnet som pumpas in, vilket lämnar upp till 85 procent avloppsvatten [källa:NDSU].
Omvänd osmos - och hur det fungerar och inte fungerar - kan vara lite skrämmande. Men om du är törstig efter mer omvänd osmosinformation, gå till nästa sida där du kan hitta mycket mer information.
Simma med fiskarnaTror du att du behöver lite omvänd osmosvatten för dina älskade guppies? Du kanske vill tänka om. Även om enheter med omvänd osmos verkligen kan filtrera bort många skadliga föroreningar, Du måste också lägga till några viktiga mineraler som tas ut i processen. Se till att undersöka vad som tas ur vatten vid omvänd osmos, och vilka mineraler din fisk behöver för att trivas [källa:Foster och Smith Aquatics].
Ursprungligen publicerat:8 maj 2008
