Опреснительные установки используют обратный осмос для превращения соленой воды в пресную.
Не чувствуйте себя глупо, если вы когда-нибудь видели новостной сюжет об ужасной засухе, а затем повернулись к компьютеру, увидели свою красивую заставку на берегу океана и подумали: «Почему бы им просто не использовать это?»
Конечно, через мгновение вы, вероятно, сделали себе несколько замечаний. Во-первых, море соленое. Во-вторых, соленая вода не очень подходит для питья или выращивания растений. В-третьих, вы не можете просто извлечь соль из воды, точно так же, как вы не можете растворить сахар в чае. Или ты можешь?
Обратный осмос является одним из процессов, который делает опреснение (или удаление соли из морской воды) возможно. Кроме того, обратный осмос используется для рециркуляции, очистки сточных вод и может даже производить энергию.
Проблемы с водой стали чрезвычайно актуальной глобальной угрозой. С изменением климата происходят беспрецедентные воздействия на окружающую среду: проливные наводнения в одних районах, засухи в других, повышение и понижение уровня моря. Добавьте к этому угрозу перенаселения, а также спрос и загрязнение окружающей среды, которые приносит растущее население, и вода станет одной из первостепенных экологических проблем, за которой нужно следить в следующем поколении.
Установки и системы очистки воды в настоящее время адаптируют обратный осмос для решения некоторых из этих проблем. В Перте, Австралия (особенно сухом и засушливом, но окруженном морем), почти 17 процентов питьевой воды в этом районе составляет опресненная морская вода, поступающая из установки обратного осмоса [источник: The Economist]. По данным Международной ассоциации опреснения воды, в настоящее время в мире насчитывается более 13,000 XNUMX опреснительных установок.
Но хотя полезно знать, что обратный осмос может преобразовывать морскую воду в питьевую, нам действительно нужно понять, как, черт возьми, происходит этот процесс. Предполагая, что вы достаточно хорошо понимаете определение «обратного», нам лучше начать с рассмотрения того, как работает осмос, прежде чем мы сведем их воедино.
Давайте узнаем об осмосе, перейдя на следующую страницу.
- Что такое осмос?
- Осмос вниз, перевернуть и перевернуть
- Где применяется обратный осмос?
- Мелкомасштабные применения обратного осмоса
- Недостатки обратного осмоса
Что такое осмос?
Не можете представить себе осмос в действии? Вот удобная иллюстрация в помощь.
Осмос — это прохождение или диффузия воды или других растворителей через полупроницаемую мембрану, которая блокирует прохождение растворенных веществ [источник: Encyclopedia Britannica].
Что, ты не понимаешь? Без страха. Большинство из нас этого не понимает, поэтому существует бесчисленное множество объяснений и аналогий, объясняющих осмос. Мы рассмотрим некоторые из них, но сначала давайте разберем осмос на части, чтобы разобраться в этом.
Во-первых, мы сделаем наше решение. Начнем со скучной старой чашки с водой. Чтобы оживить ситуацию, мы назовем воду «растворителем» — что удобно, потому что это то, чем она является. Чтобы сделать наш растворитель немного вкуснее, мы растворим его во вкусном сахаре. Сахар является растворенным веществом. Просто чтобы отслеживать, теперь у нас есть вода (растворитель), в которой мы растворили сахар (растворенное вещество), чтобы сделать сахарную воду (наш раствор).
Теперь, когда у нас есть раствор сахарной воды, мы возьмем U-образную трубку. Это не интернет-видео обнимающихся котят и обезьян; U-образная трубка представляет собой стакан в форме буквы U. Прямо посередине трубки представьте себе кусок Gore-tex, который разрезает букву U пополам. Gore-tex — это наша «полупроницаемая мембрана». Гортекс — это тонкий пластик, усеянный миллиардами крошечных отверстий, которые пропускают водяной пар, но не пропускают жидкость. (Сарановая пленка ничего не пропускала, а кусок хлопчатобумажной ткани пропускал практически все.)
В одно плечо U-образной трубки мы наливаем нашу сахарно-водяную смесь. На другой наливаем нашу простую старую воду. Вот тогда и начинается волшебство осмоса, если вы находите движение воды волшебным. Уровень жидкости в рукаве с сахаром и водой будет медленно повышаться по мере того, как растворитель (вода) проходит через Gore-tex, чтобы сделать обе стороны рукава более равными по соотношению сахара и воды.
Но почему это происходит? Проще говоря, потому что вода хочет найти равновесие. И поскольку одна сторона рукава заполнена сахаром, чистая вода с другой стороны решает переместиться дальше, чтобы сделать концентрацию более равной или до тех пор, пока осмотическое давление (давление, возникающее при движении молекул).
Итак, вы здесь; осмос – это когда растворитель из раствора с низкой концентрацией растворенного вещества проходит через мембрану, чтобы добраться до раствора с более высокой концентрацией, тем самым ослабляя его. Ты сделал это!
Теперь, после того, как мы показали, что осмос имеет смысл работать только в одном направлении, давайте выбросим все это из окна и перевернем. Вернитесь к следующей странице, чтобы узнать больше.
Осмос вниз, перевернуть и перевернуть
Фредди Меркьюри и Дэвид Боуи оба признавали, что находясь под давлением, можно сжечь здание, разделить семью на две части, вывести людей на улицу, а также создать очень запоминающуюся мелодию. Что-то они упустили? Это давление также заставляет работать обратный осмос.
Итак, мы узнали, что при осмосе раствор с более низкой концентрацией будет фильтровать свой растворитель в раствор с более высокой концентрацией. При обратном осмосе мы (буквально) просто обращаем процесс вспять, превращая наш фильтр растворителя из нашего высококонцентрата в раствор с более низким концентратом. Таким образом, вместо создания более равного баланса растворителя и растворенного вещества в обоих растворах он отделяет растворенное вещество от растворителя.
Но, как мы выяснили, это не то, чего на самом деле хотят делать решения. Как сделать обратный осмос? Точно так же, как Боуи и Фредди, мы оказываем давление на решение. Возьмем в качестве примера соленую воду:
При обратном осмосе у нас будет раствор соленой воды с одной стороны резервуара и чистая вода с другой стороны, разделенные полупроницаемой мембраной. Мы прикладываем давление к стороне резервуара с морской водой — достаточное, чтобы противодействовать естественному осмотическому давлению со стороны чистой воды, а затем проталкивать соленую воду через фильтр. (Для этого требуется около 50-60 бар давления [источник: Lenntech]. Но из-за размера молекул соли только меньшие молекулы воды могут добраться до другой стороны, таким образом добавляя пресную воду к водной стороне и оставляя соль с другой.
И вуаля, вы видели обратный осмос. Чтобы перегнать его (ха!): обратный осмос имеет место, когда давление, приложенное к высококонцентрированному раствору, заставляет растворитель проходить через мембрану к раствору с более низкой концентрацией, оставляя более высокую концентрацию растворенного вещества с одной стороны и только растворитель с другой стороны. Другой.
Замечательно иметь возможность дать определение обратному осмосу на званых обедах, но есть удивительно интересные способы использования обратного осмоса, которые могут сделать разговор более убедительным. Давайте перейдем к следующей странице, чтобы узнать больше о том, что мы можем сделать с обратным осмосом.
Где применяется обратный осмос?
Эти изящные голубые парни — клетки обратного осмоса, полупроницаемые мембраны, которые удаляют соль из воды на опреснительных установках.
В отличие от осмоса, мы не можем просто наблюдать за обратным осмосом во многих повседневных обстоятельствах. Только в 1950-х годах, когда исследователи начали изучать способы опреснения океанской воды, возможность обратного осмоса стала рассматриваться как возможность. Они обнаружили, что приложение давления к стороне соленой воды может работать для производства большего количества пресной воды, но количество, которое они создали, было чрезвычайно небольшим и бесполезным в любом практическом масштабе. Что изменилось?
Гораздо более продвинутый фильтр, созданный двумя учеными из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе. Отлитые вручную мембраны из сотовый ацетат (полимер, используемый в фотопленке) позволял пропускать большее количество воды намного быстрее, и первая установка по опреснению воды обратным осмосом начала работать в небольшом масштабе в Коалинге, Калифорния, в 1965 году [источник: The Economist].
Это приводит нас к одному из наиболее распространенных применений обратного осмоса, который мы уже обсуждали: опреснению воды. Это включает в себя крупные заводы (более 100 стран используют опреснение воды) или более мелкие операции — например, фильтр, который вы можете взять с собой в поход, чтобы обеспечить здоровую питьевую воду [источник: FDU].
Обратный осмос также является одним из немногих способов удаления определенных минералов или химических веществ из воды. Некоторые источники воды имеют чрезвычайно высокий уровень естественного фторирования, что может привести к флюороз эмали (крапчатые зубы) или гораздо более серьезные скелетный флюороз (фактическое изгибание костей или скелета человека). Обратный осмос может отфильтровывать фтор или другие примеси в больших масштабах, чего не может фильтр на основе древесного угля (например, тот, который чаще всего встречается в домах).
Он также используется для переработки; химикаты, используемые для обработки металлов для вторичной переработки, создают вредные сточные воды, а обратный осмос может вытягивать чистую воду для лучшей утилизации химикатов. Но даже больше удовольствия, чем переработка? Очистка сточных вод обратным осмосом, при которой сточные воды проходят через процесс для создания чего-то пригодного для питья. Они не зря прозвали его «туалетом из крана», и хотя это может заставить вас задуматься, это многообещающий способ производства питьевой воды для развивающихся стран.
Но обратный осмос используется и в других отраслях промышленности; кленовый сироп, по сути, производится с использованием осмоса для отделения сахаристого концентрата от воды в соке. Молочная промышленность использует фильтрацию обратного осмоса для концентрирования сыворотки и молока, а винодельческая промышленность начала использовать ее для фильтрации нежелательных элементов, таких как некоторые кислоты, дым или для контроля содержания алкоголя. Обратный осмос используется для создания чистого этанола, свободного от примесей.
Еще одна забавная особенность обратного осмоса заключается в том, что высокое давление, которое делает обратный осмос эффективным, может фактически перерабатывать себя. Насосы высокого давления прокачивают воду, а оставшаяся соленая вода выбрасывается с чрезвычайно высокой скоростью. Если этот ответвление проходит через турбину или двигатель, давление может быть повторно использовано для насосов, которые первоначально прокачивают воду, таким образом повторно собирая энергию.
Весь этот индустриальный джаз — это здорово, но как технология обратного осмоса влияет на вас, потребителя, в меньших масштабах? Узнайте на следующей странице.
Что такое обратный осмос и как он работает?
Вы, наверное, слышали, что такие бренды бутилированной воды, как Aquafina®, Dasani® и Nestle® Pure Life®, хвастаются тем, что их бутилированная вода фильтруется с помощью обратного осмоса, но знаете ли вы, что такое обратный осмос и как он работает? Возможно нет. Потому что они не говорят об этом… потому что думают, что это сложно. Но здесь, в Quench, мы считаем важным объяснить, как работает наша современная технология фильтрации обратного осмоса quenchWATER+, чтобы вы точно знали, что содержится в вашей воде (а чего нет!) и какой она будет на вкус, когда вы выпьете глоток.
Что такое обратный осмос?
Обратный осмос — это процесс очистки воды, в котором используется полупроницаемая мембрана (синтетическая подкладка) для фильтрации нежелательных молекул и крупных частиц, таких как загрязняющие вещества и отложения, такие как хлор, соль и грязь, из питьевой воды. Помимо удаления загрязнений и отложений, обратный осмос также может удалять микроорганизмы, которые вам точно не захочется пить. Он очищает воду до молекулярного уровня, оставляя после себя только чистую H2O.
Как работает обратный осмос?
Прежде чем мы углубимся в детали того, как работает обратный осмос, мы должны начать с объяснения того, как работает осмос. Как вы помните из школьного курса химии, осмос — это процесс, при котором вода проходит через полупроницаемую мембрану из менее концентрированного раствора в более концентрированный. Другими словами, чистая вода проходит через фильтр к загрязненной воде, чтобы выровнять концентрации, а это не то, чего мы хотим от нашей питьевой воды. Это движение создает осмотическое давление. 1
В обратном осмосе приложенное давление используется для преодоления осмотического давления и перемещения воды от высокой концентрации загрязняющих веществ к низкой концентрации загрязняющих веществ. Это означает, что он движется в обратном направлении, и загрязненная вода пытается перейти в чистую воду, но, поскольку она должна сначала пройти через фильтр, загрязняющие вещества задерживаются, и через нее проходит только чистая вода; в результате получается максимально чистая питьевая вода – это именно то, что нам нужно! 2
Обратный осмос обычно включает четыре этапа фильтрации: фильтр осадка, предварительный угольный блок, мембрана обратного осмоса и постугольный фильтр. Осадочный фильтр удаляет самые крупные частицы, такие как грязь, песок и ржавчина, чтобы предотвратить засорение последующих фильтров. В предварительно угольном фильтре используется активированный уголь, чтобы предотвратить прохождение через него чего-либо большего, чем мука, а также притягивать и связывать положительно заряженные ионы, чтобы предотвратить попадание химических соединений, таких как хлор и хлорамины, в третий фильтр. Мембрана обратного осмоса затем удаляет молекулы тяжелее воды, такие как натрий, высокий уровень свинца, растворенные минералы и фтор. Наконец, постугольный фильтр очищает воду.
Чем полезен обратный осмос?
Обратный осмос отличается от угольной фильтрации тем, что он может удалить из воды до 99.9% всех загрязняющих веществ и отложений или частиц размером до 001 микрона, тогда как угольная фильтрация может удалить только частицы размером до 1 микрона. Ваша местная водопроводная вода может быть чистой, достойной наград, когда она выходит из муниципального завода, но по мере того, как она проходит мили от завода до вашего стакана, она может собирать множество загрязняющих веществ или может иметь естественно высокое количество растворенных твердых веществ (TDS). в воде, поэтому было бы лучше получить систему фильтрации обратного осмоса, чтобы гарантировать, что ваша вода не содержит загрязняющих веществ.
Получите quenchWATER+ для воды, фильтрованной обратным осмосом, с минеральными добавками
quenchWATER+ — это минеральная вода под нашей торговой маркой Quench. Мы производим quenchWATER+, используя современную технологию фильтрации обратного осмоса для удаления загрязнений и неприятных привкусов, а также добавляя минералы, электролиты и щелочность для создания удивительно вкусной воды.
quenchWATER+ фильтруется по запросу с помощью нашей запатентованной системы из 5 фильтров. Наш процесс фильтрации производит самую чистую питьевую воду с помощью нашей системы обратного осмоса, но этот процесс также удаляет полезные минералы, которые могут встречаться в воде естественным образом. Чтобы создать quenchWATER+, мы добавили в процесс фильтрации фильтр Mineral+. Чистая вода проходит через сжатые минералы в нашем фильтре Mineral+, чтобы добавить смесь кальция, магния, натрия, калия и других полезных минералов для создания щелочной и обогащенной электролитами воды, способствуя более быстрой и продолжительной гидратации.
В настоящее время Quench предлагает quenchWATER+ для наших машин серии Q, Quench Q7 и Q5. Обе серии машин обеспечивают непрерывное освежение quenchWATER+ в течение дня и предлагают передовые технологии санитарной обработки, включая светодиодное ультрафиолетовое излучение и антимикробную защиту поверхности, для поддержания качества воды. Quench Q7 и Q5 с высокими эргономичными и негибкими раздаточными устройствами позволяют устанавливать систему quenchWATER+ непосредственно внутри основания машины, создавая полностью закрытую систему.
Получите quenchWATER+, чтобы пить чистую воду, чувствовать себя увлажненной и защищать окружающую среду. Посетите наш веб-сайт, чтобы узнать больше о quenchWATER+, и ознакомьтесь с нашими страницами продуктов Q7 и Q5, чтобы узнать, какой кулер для воды Quench подходит именно вам!
