Wie Die Umkehrosmose Funktioniert

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Wie funktioniert die umkehrosmose? Finden sie heraus, wie eine semipermeable membran als filter für einige partikel dienen kann, während andere sie passieren lassen.

Fühlen Sie sich nicht dumm, wenn Sie jemals eine Nachricht über eine schreckliche Dürre gesehen haben. Dann wenden Sie sich an Ihren Computer, um Ihren hübschen Bildschirmschoner für den Ocean Beach zu sehen. Er dachte: "Warum nutzen sie das nicht einfach?"

Natürlich haben Sie innerhalb eines Augenblicks wahrscheinlich ein paar Punkte für sich selbst gemacht. Erstens ist das Meer salzig. Zweitens: Salzwasser ist nicht so gut für das Trinken oder Züchten von Pflanzen. Drittens, Sie können das Salz nicht einfach aus dem Wasser nehmen, genauso wie Sie den Zucker nicht aus Ihrem Tee lösen können. Oder kannst du?

Umkehrosmose ist einer der Prozesse, die macht Entsalzung (oder Salz aus Meerwasser entfernen) möglich. Darüber hinaus wird die Umkehrosmose für das Recycling und die Abwasserbehandlung verwendet und kann sogar Energie erzeugen.

Wasserprobleme sind zu einer extrem dringenden globalen Bedrohung geworden. Mit dem Klimawandel kommen noch nie da gewesene Auswirkungen auf die Umwelt: Überschwemmungen in manchen Gebieten, Dürren in anderen Gebieten, steigende und fallende Meeresspiegel. Hinzu kommt die Gefahr der Überbevölkerung - und die Nachfrage und Verschmutzung, die eine wachsende Bevölkerung mit sich bringt - und Wasser wird zu einem der wichtigsten Umweltprobleme, auf die die nächste Generation achten muss.

Wasseraufbereitungsanlagen und -systeme passen die Umkehrosmose jetzt an, um einige dieser Bedenken auszuräumen. In Perth, Australien (vor allem trocken und trocken und doch vom Meer umgeben), sind fast 17 Prozent des Trinkwassers der Gegend entsalztes Meerwasser aus einer Umkehrosmoseanlage [Quelle: The Economist]. Weltweit gibt es laut der International Desalination Association inzwischen über 13.000 Entsalzungsanlagen auf der Welt.

Während das Wissen, dass Umkehrosmose Meerwasser in Trinkwasser umwandeln kann, nützlich ist, müssen wir wirklich verstehen, wie der Prozess abläuft. Wenn Sie davon ausgehen, dass Sie die Definition von "umgekehrt" ziemlich gut verstehen, sollten Sie zuerst einen Blick auf die Funktionsweise der Osmose werfen, bevor wir die beiden zusammenfügen.

Erfahren Sie mehr über die Osmose, indem Sie auf die nächste Seite blättern.

Was ist Osmose?

Kann man die Osmose nicht in Aktion sehen? Hier ist eine praktische Abbildung.

Kann man die Osmose nicht in Aktion sehen? Hier ist eine praktische Abbildung.

Osmose ist der Durchgang oder die Diffusion von Wasser oder anderen Lösungsmitteln durch eine semipermeable Membran, die den Durchgang von gelösten gelösten Stoffen blockiert [Quelle: Encyclopedia Britannica].

Was verstehst du nicht? Keine Angst. Die meisten von uns tun dies nicht, weshalb es unzählige Erklärungen und Analogien gibt, um die Osmose zu klären. Wir werden einige davon erforschen, aber lassen Sie uns zuerst die Osmose in ihre Einzelteile zerlegen, um sie in den Griff zu bekommen.

Zuerst machen wir unsere Lösung. Wir beginnen mit einer langweiligen alten Tasse Wasser. Um das Ganze aufzufrischen, nennen wir Wasser das "Lösungsmittel" - was praktisch ist, weil es so ist. Um unser Lösungsmittel etwas schmackhafter zu machen, lösen wir uns in leckerem Zucker auf. Der Zucker ist der gelöste Stoff. Um den Überblick zu behalten, haben wir jetzt Wasser (Lösungsmittel), in das wir Zucker (gelösten Stoff) gelöst haben, um Zuckerwasser (unsere Lösung) herzustellen.

Jetzt, da wir unsere Lösung aus Zuckerwasser haben, schnappen wir uns ein U-Rohr. Dies ist kein Internet-Video von umarmenden Kätzchen und Affen; Ein U-Rohr ist ein Becher in U-Form. Stellen Sie sich mitten in der Tube ein wenig Gore-Tex vor, das das U in zwei Hälften schneidet. Gore-Tex ist unsere "semipermeable Membran". Gore-tex ist ein dünner Kunststoff, der mit einer Milliarde winziger kleiner Löcher übersät ist, durch die Wasserdampf hindurchtreten kann, die Flüssigkeit aber heraus bleibt. (Saran-Wrap ließ nichts durch und ein Stück Baumwollstoff würde so gut wie alles zulassen.)

In einen Arm des U-Rohrs gießen wir unsere Zucker-Wasser-Mischung. Auf einem anderen gießen wir unser einfaches altes Wasser. Dann beginnt der Zauber der Osmose, wenn Sie die Bewegung des Wassers magisch finden. Der Flüssigkeitsstand im Zuckerwasserarm steigt langsam an, wenn sich das Lösungsmittel (Wasser) durch den Gore-Tex bewegt, um beide Seiten des Armes in einem Zucker-Wasser-Verhältnis gleich zu machen.

Aber warum passiert das? Einfach gesagt, weil Wasser Gleichgewicht finden will. Und weil die eine Seite des Arms mit Zucker überfüllt ist, beschließt reines Wasser von der anderen Seite, weiterzugehen, um die Konzentration gleich zu machen oder bis zur osmotischer Druck (der Druck, der auftritt, wenn sich die Moleküle bewegen) ist erreicht.

Da bist du also; Osmose ist, wenn ein Lösungsmittel aus einer konzentrierten gelösten Lösung durch eine Membran bewegt wird, um zu der höher konzentrierten Lösung zu gelangen, wodurch diese geschwächt wird. Du hast es geschafft!

Nachdem wir gezeigt haben, dass es nur sinnvoll ist, dass Osmose in eine Richtung wirkt, werfen wir das alles aus dem Fenster und kehren es um. Gehen Sie zurück zur nächsten Seite, um mehr zu erfahren.

Osmose runter, Flip und Reverse

Freddie Mercury und David Bowie haben beide erkannt, dass Druck unter Druck ein Gebäude niederbrennen, eine Familie in zwei Hälften teilen, Menschen auf die Straße bringen und auch eine wirklich eingängige Melodie schaffen kann. Eine Sache, die sie ausgelassen haben? Dieser Druck bewirkt auch, dass die Umkehrosmose funktioniert.

Wir haben also gelernt, dass bei einer Osmose eine Lösung mit niedrigerem Konzentrat das Lösungsmittel zur Lösung mit höherem Konzentrat filtert. Bei der Umkehrosmose kehren wir (buchstäblich) nur den Prozess um, indem wir unseren Lösungsmittelfilter aus unserem hohen Konzentrat in die untere Konzentratlösung filtern. Anstatt in beiden Lösungen ein gleichmäßigeres Verhältnis von Lösungsmittel und gelöstem Stoff herzustellen, trennt er den gelösten Stoff vom Lösungsmittel ab.

Aber wie wir bereits untersucht haben, möchten die Lösungen dies nicht wirklich tun. Wie kann eine Umkehrosmose entstehen? Genau wie Bowie und Freddie setzen wir die Lösung unter Druck. Nehmen wir als Beispiel Salzwasser:

Bei der Umkehrosmose hätten wir uns auf einer Seite eines Tanks eine Salzwasserlösung und auf der anderen Seite reines Wasser, getrennt durch eine semipermeable Membran. Wir würden Druck auf die Salzwasserseite des Tanks ausüben - genug, um dem natürlichen osmotischen Druck von der Reinwasserseite entgegenzuwirken und dann das Salzwasser durch den Filter zu drücken. (Dies erfordert einen Druck von etwa 50 bis 60 bar [Quelle: Lenntech]. Aufgrund der Größe der Salzmoleküle würden jedoch nur die kleineren Wassermoleküle auf die andere Seite gelangen, wodurch frisches Wasser auf die Wasserseite gegeben und verlassen würde das Salz auf der anderen Seite.

Und voila, Sie haben Umkehrosmose gesehen. Um es zu destillieren (ha!): Umkehrosmose tritt auf, wenn auf eine hochkonzentrierte gelöste Lösung ein Druck ausgeübt wird, durch den das Lösungsmittel durch eine Membran in die niedrigere konzentrierte Lösung strömt, wobei auf einer Seite eine höhere Konzentration des gelösten Stoffes und nur Lösungsmittel auf der Lösung verbleiben andere.

Es ist großartig, die Umkehrosmose bei Dinnerpartys definieren zu können, aber es gibt überraschend interessante Anwendungen für die Umkehrosmose, die zu einer überzeugenderen Konversation führen könnten. Kommen wir zur nächsten Seite, um mehr darüber zu erfahren, was wir mit der Umkehrosmose erreichen können.

Wo wird Umkehrosmose eingesetzt?

Diese schlauen blauen Kerle sind Umkehrosmosezellen, die semipermeablen Membranen, die Salzwasser in Entsalzungsanlagen entziehen.

Diese schlauen blauen Kerle sind Umkehrosmosezellen, die semipermeablen Membranen, die Salzwasser in Entsalzungsanlagen entziehen.

Im Gegensatz zur Osmose können wir die Umkehrosmose unter vielen Alltagsbedingungen nicht einfach beobachten. Erst in den fünfziger Jahren, als Forscher begannen, das Meerwasser zu entsalzen, wurde die Umkehrosmose als Möglichkeit in Betracht gezogen. Sie stellten fest, dass das Anlegen von Druck auf die Salzwasserseite die Erzeugung von mehr Frischwasser bewirken könnte, aber die erzeugte Menge war extrem gering und in keinem praktischen Maßstab nützlich. Was hat sich geändert?

Ein viel weiterentwickelter Filter, der von zwei UCLA-Wissenschaftlern erstellt wurde. Die handgegossenen Membranen aus zelluläres Acetat (ein in fotografischen Filmen verwendetes Polymer) ermöglichte größere Wassermengen, viel schneller durchzugehen, und die erste Umkehrosmose-Entsalzungsanlage begann 1965 in Coalinga, Kalifornien, mit einem Betrieb im kleinen Maßstab [Quelle: The Economist].

Was uns zu einer der häufigsten Anwendungen der Umkehrosmose führt, die wir bereits besprochen haben: die Entsalzung von Wasser. Dazu gehören große Anlagen (es gibt über 100 Länder, in denen Entsalzung eingesetzt wird) oder kleinere Betriebe - beispielsweise die Art des Filters, den Sie zum Campen mitnehmen können, um eine gesunde Trinkversorgung sicherzustellen [Quelle: FDU].

Die Umkehrosmose ist auch eine der wenigen Möglichkeiten, bestimmte Mineralien oder Chemikalien aus einer Wasserversorgung zu entnehmen. Einige Wasserquellen weisen extrem hohe natürliche Fluoridierungen auf, die zu Wasser führen können Schmelzfluorose (gesprenkelte Zähne) oder viel schwerer Skelettfluorose (eine tatsächliche Biegung der Knochen einer Person oder eines Skelettrahmens). Die Umkehrosmose kann im großen Umfang Fluorid oder andere Verunreinigungen herausfiltern, auf eine Art und Weise, die ein Filter auf Holzkohlebasis (wie der in Häusern am häufigsten vorkommende Filter) nicht kann.

Es wird auch für Recyclingzwecke verwendet. Die Chemikalien, die zur Aufbereitung von Metallen für das Recycling verwendet werden, erzeugen schädliches Abwasser, und die Umkehrosmose kann sauberes Wasser zur besseren chemischen Entsorgung ziehen. Aber noch mehr Spaß als Recycling? Abwasser-Umkehrosmose-Behandlungen, bei denen Abwasser den Prozess durchläuft, um etwas Trinkbares zu erzeugen. Sie haben es aus gutem Grund "Toilette zum Klopfen" genannt, und auch wenn es eine Pause geben mag, ist es für Entwicklungsländer ein vielversprechender Weg, Trinkwasser zu produzieren.

Die Umkehrosmose wird jedoch auch in anderen Branchen eingesetzt. Ahornsirup wird tatsächlich unter Verwendung von Osmose hergestellt, um das zuckerhaltige Konzentrat von Wasser in Saft zu trennen. Die Molkereiindustrie verwendet die Umkehrosmosefiltration, um Molke und Milch zu konzentrieren, und die Weinindustrie hat damit begonnen, unerwünschte Elemente wie Säuren, Rauch oder den Alkoholgehalt zu filtern. Umkehrosmose wird verwendet, um reines Ethanol zu erzeugen, das frei von Verunreinigungen ist.

Eine weitere lustige Sache bei der Umkehrosmose ist, dass der hohe Druck, der die Umkehrosmose wirksam macht, sich tatsächlich selbst recyceln kann. Hochdruckpumpen drücken Wasser durch, und das restliche Salzwasser wird extrem schnell herausgeschleudert. Wenn dieser Nebenstrom durch eine Turbine oder einen Motor geleitet wird, kann der Druck für die Pumpen verwendet werden, die das Wasser anfangs durchdrücken und somit Energie wiedergewinnen.

All dieser industrielle Jazz ist großartig, aber wie wirkt sich die Umkehrosmosetechnologie auf Sie als Verbraucher in einem kleineren Maßstab aus? Informieren Sie sich auf der nächsten Seite.

Kleinere Anwendungen der Umkehrosmose

In einigen Einzelhandelsgeschäften können Sie Krüge mit Umkehrosmose behandeltem Wasser an Automaten kaufen.

In einigen Einzelhandelsgeschäften können Sie Krüge mit Umkehrosmose behandeltem Wasser an Automaten kaufen.

Vielleicht haben Sie beschlossen, dass Sie gerne köstliches Umkehrosmosewasser in die Hände bekommen möchten. Warum gießen Sie nicht einfach etwas Wasser in einen Umkehrosmosetopf und genießen Sie ein kühles Getränk?

So einfach ist das nicht. Da für die Umkehrosmose ein gewisser Druck erforderlich ist, finden Sie keinen Filter für die Umkehrosmose. Und wenn Sie möchten, dass Umkehrosmosewasser durch Ihr gesamtes Haus fließt, müssen Sie sich ein völlig neues Wassersystem kaufen. Wenn Sie jedoch nur Umkehrosmosewasser zum Trinken oder Kochen möchten, bedeutet dies nicht, dass Sie sich dazu verpflichtet haben, Ihren Keller in eine miniindustrielle Umkehrosmoseanlage umzuwandeln.

Ihre erste kleinere Option ist ein "under the counter" -System. Ein Umkehrosmosesystem ist an die Wasserversorgung unter Ihrer Spüle angeschlossen, wo das Wasser drei bis fünf Filter durchläuft, um Reinheit zu erreichen. Das gefilterte Wasser wird dann in einem Speicher (auch unter der Spüle) gespeichert. Ein völlig separater Wasserhahn wird dann an Ihrer Spüle installiert und aus dem darunter liegenden Speicher zugeführt.Erwarten Sie, für ein solches System durchschnittlich 200-500 $ zu zahlen. Denken Sie daran, dass Sie die Installation wahrscheinlich selbst durchführen. Sie sollten sich also ziemlich sicher auf Ihre Problemlösungsfähigkeiten verlassen können.

Vielleicht sind Sie wenig aufgeregt, wenn Sie ein komplettes Wasserhahn- und Wassersystem installieren möchten (oder vielleicht nervös, dass Ihr Vermieter möglicherweise nicht von Ihrem DIY-Einfallsreichtum begeistert ist). Mieter und nicht so handliche Leute, freuen sich. Es gibt auch Reverse-Osmose-Countertop-Filter, mit denen Sie ein kleines Filtersystem direkt an Ihre Spüle anschließen können. Befestigen Sie einfach die "Zuleitung" am Wasserhahn, schalten Sie den Wasserhahn ein und das Wasser wird durch ein kleines System gefiltert, das klein genug ist, um sich neben der Mikrowelle zu stopfen. Die gereinigte Wasserleitung kann dann in einem Krug platziert werden, um leicht zugängliches gereinigtes Wasser zu erhalten.

Aber vielleicht sind sie nicht für alle ideal. Denken Sie daran, dass die Arbeitsplatten-Systeme aufgrund von Wasserhähnen mit geringerem Durchfluss recht langsam sein können. Sie kosten mindestens etwa 150 USD - ganz zu schweigen von den Kosten für den Filterwechsel (etwa 30 USD) alle paar Monate.

Schauen wir uns die nächste Seite an, um die Nachteile der Umkehrosmose zu sehen.

Nachteile der Umkehrosmose

Nun haben wir einige Möglichkeiten gesehen, wie wir die Umkehrosmose nutzen können, um für uns zu arbeiten. Aber ist es eine gute Idee, die Natur zu bitten, sich umzukehren? Es gibt einige Probleme, die sich aus der Verwendung der Umkehrosmose ergeben, und wir werden zunächst prüfen, was bei der Umkehrosmose der Entsalzung geschieht.

Nachdem das Wasser gefiltert wurde, steht Ihnen schönes Trinkwasser zur Verfügung. Auf der anderen Seite müssen Sie jedoch mit einer ganzen Menge Salz fertig werden. Was machen Sie mit der Sole, die normalerweise doppelt so viel Salz enthält wie Meerwasser [Quelle: The Economist]? Ist es ein Problem, diese Sole wieder ins Meer zu werfen? Nach Angaben des australischen Zentrums für Wasserforschung scheint sich der Salzgehalt um 500 Meter von der Quelle wieder zu normalisieren [Quelle: The Economist]. Bisher hat jedoch noch niemand klare Antworten erhalten, ob die Metalle und Chemikalien, die auch in der Sole eingeschlossen sind, Auswirkungen auf die Umwelt haben können.

Umkehrosmosesysteme sind im Allgemeinen auch nicht völlig selbsttragend. Wasser muss beispielsweise mit Chemikalien vorbehandelt werden, damit die feine Membran nicht verstopft wird. Und die Membran selbst ist nicht ganz leicht zu bewältigen. Es muss oft gereinigt werden und kann Bakterien abfangen. Ein besonderes Anliegen der Entsalzungsanlagen ist, dass kleine Fische oder Meereslebewesen in das System eingesaugt werden können. Das Anpassen der Ansaugdrücke und -geschwindigkeiten kann in der Regel Schäden verhindern.

Das größte Hindernis für Umkehrosmose-Filtrationssysteme sind die Kosten. Die Installation von Umkehrosmosesystemen ist für eine sich entwickelnde Nation eine ziemlich unpraktische Möglichkeit. Organisationen wie die WHO und UNICEF erwägen die Erstellung von Wasseraufbereitungsplänen für die Umkehrosmose - zur Entfernung von Giftstoffen oder zur Bereitstellung einer sauberen Wasserversorgung - Teil ihrer Mission.

Umkehrosmoseanlagen können für den Einzelgebrauch frustrierend wenig Ertrag bringen. Ein typisches System kann nur etwa 5 bis 15 Prozent des eingepumpten Wassers wiederverwenden, so dass bis zu 85 Prozent Abwasser verbleiben [Quelle: NDSU].

Umkehrosmose - und wie sie funktioniert und nicht funktioniert - kann ein wenig entmutigend sein. Wenn Sie jedoch nach weiteren Informationen zur Umkehrosmose dürsten, besuchen Sie die nächste Seite, auf der Sie weitere Informationen finden.

Schwimmen Sie mit den Fischen

Denken Sie, Sie brauchen etwas Umkehrosmosewasser für Ihre geliebten Guppys? Vielleicht möchten Sie noch einmal nachdenken. Während Umkehrosmose-Einheiten sicherlich viele schädliche Verunreinigungen herausfiltern können, müssen Sie auch einige wichtige Mineralien hinzufügen, die dabei herausgenommen werden. Stellen Sie sicher, dass Sie herausfinden, was bei der Umkehrosmose aus dem Wasser genommen wird und welche Mineralien Ihre Fische zum Gedeihen benötigen [Quelle: Foster and Smith Aquatics].


Videoergänzungsan: Wie funktioniert Umkehrosmose?.




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