Hoe werkt omgekeerde osmose

Omgekeerde osmose of RO is een filtratiemethode die wordt gebruikt om ionen en moleculen uit een oplossing te verwijderen door druk uit te oefenen op de oplossing aan één kant van een semipermeabel of selectief membraan. Grote moleculen (opgeloste stof) kunnen het membraan niet passeren, dus blijven ze aan één kant. Water (oplosmiddel) kan het membraan passeren. Het resultaat is dat opgeloste moleculen meer geconcentreerd worden aan de ene kant van het membraan, terwijl de andere kant meer verdund wordt.

Hoe werkt omgekeerde osmose

Om omgekeerde osmose te begrijpen, helpt het om eerst te begrijpen hoe massa wordt getransporteerd via diffusie en regelmatige osmose. Diffusie is de beweging van moleculen van een gebied met hogere concentratie naar een gebied met lagere concentratie. Osmose is een speciaal geval van diffusie waarbij de moleculen water zijn en de concentratiegradiënt optreedt over een semipermeabel membraan. Het semipermeabele membraan laat de doorgang van water toe, maar begrippen (bijvoorbeeld Na⁺, Ca²⁺, cl^-) of grotere moleculen (bijvoorbeeld glucose, ureum, bacteriën). Diffusie en osmose zijn thermodynamisch gunstig en zullen doorgaan totdat het evenwicht is bereikt. Osmose kan worden vertraagd, gestopt of zelfs omgekeerd als er voldoende druk op het membraan wordt uitgeoefend vanaf de 'geconcentreerde' zijde van het membraan.

Omgekeerde osmose treedt op wanneer het water over het membraan wordt bewogen tegen de concentratiegradiënt, van lagere concentratie naar hogere concentratie. Ter illustratie, stel je een semipermeabel membraan voor met vers water aan de ene kant en een geconcentreerde waterige oplossing aan de andere kant. Als normale osmose plaatsvindt, zal het verse water het membraan passeren om de geconcentreerde oplossing te verdunnen. In omgekeerde osmose wordt druk uitgeoefend op de zijkant met de geconcentreerde oplossing om de watermoleculen door het membraan naar de zoetwaterzijde te dwingen.

Er zijn verschillende poriegroottes van membranen die worden gebruikt voor omgekeerde osmose. Hoewel een kleine poriegrootte beter filtert, duurt het langer om water te verplaatsen. Het is een beetje zoals proberen water door een zeef te gieten (grote gaten of poriën) in vergelijking met proberen het door een papieren handdoek te gieten (kleinere gaten). Omgekeerde osmose verschilt echter van eenvoudige membraanfiltratie omdat het diffusie inhoudt en wordt beïnvloed door stroomsnelheid en druk.

Gebruik van omgekeerde osmose

Omgekeerde osmose wordt vaak gebruikt in commerciële en residentiële waterfiltratie. Het is ook een van de methoden om zeewater te ontzilten. Omgekeerde osmose vermindert niet alleen zout, maar kan ook metalen, organische verontreinigingen en pathogenen eruit filteren. Soms wordt omgekeerde osmose gebruikt om vloeistoffen te zuiveren waarin water een ongewenste onzuiverheid is. Omgekeerde osmose kan bijvoorbeeld worden gebruikt om ethanol of graanalcohol te zuiveren om het bewijs te verhogen.

Geschiedenis van omgekeerde osmose

Omgekeerde osmose is geen nieuwe zuiveringstechniek. De eerste voorbeelden van osmose door semipermeabele membranen werden beschreven door Jean-Antoine Nollet in 1748. Hoewel het proces bekend was in laboratoria, werd het pas in 1950 gebruikt voor de ontzilting van zeewater aan de Universiteit van Californië in Los Angeles. Meerdere onderzoekers verfijnden methoden om omgekeerde osmose te gebruiken om water te zuiveren, maar het proces verliep zo langzaam dat het op commerciële schaal niet praktisch was. Nieuwe polymeren maakten de productie van efficiëntere membranen mogelijk. Aan het begin van de 21e eeuw konden ontziltingsinstallaties water ontzilten met een snelheid van 15 miljoen gallons per dag, met ongeveer 15.000 installaties in bedrijf of gepland.