Обратный осмос

Рисунок 1. Схема обратного осмоса

Чтобы описать явление обратного осмоса, нужно сначала объяснить, что такое осмос. Осмос можно охарактеризовать как перемещение растворителя через полупроницаемую мембрану под действием разности химических потенциалов растворов, разделенных этой мембраной.

Это определение иллюстрируется следующим примером. Показанный на рис. 1 стакан с водой разделен пополам полупроницаемой мембраной. Мембрана обозначена пунктирной линией. Полупроницаемой мы Булем называть такую мембрану, через которую не диффундирует ничего, кроме растворителя, в данном случае, воды.

Добавим в раствор с одной стороны мембраны немного поваренной соли (NaCl) (см. рис. 2). Раствор соли имеет более высокий химический потенциал, чем вода по другую сторону мембраны. Выравнивая разность потенциалов, вода перемещается через мембрану в сторону раствора соли. Это движение называется осмосом. Давление, созданное данным переносом массы, называется осмотическим давлением.

Рисунок 2. Действие осмоса

Диффузия воды продолжается, пока две силы не сравняются. Одна определяется выравниванием концентрации растворов, по крайней мере, настолько, что оставшаяся разность химических потенциалов будет нейтрализована сопротивлением мембраны. Вторая сила - гидростатическое давление столба солевого раствора, которое противодействует диффузии. Мы можем определить осмотическое давление раствора по гидростатическому давлению, которое останавливает диффузию.

Если увеличить гидравлическое давление настолько, что оно превысит разность осмотических давлений и потери давления на мембране, вода начнет двигаться в противоположном направлении (рисунок 3), т.е. в сторону более концентрированного раствора. Это называется обратным осмосом. Чем больше приложенное давление, тем быстрее диффузия. С помощью обратного осмоса можно концентрировать вещества, растворенные или взвешенные в жидкости.

Рисунок 3. Гидравлическое давление, вызванное обратным осмосом