Osmosi inversa
L'Osmosi inversa: l'imitazione di un fenomeno naturale
I Sali hanno la tendenza d'assorbire acqua. L'alimentazione degli organismi in natura avviene per il trasporto dei Sali minerali ed acidi sciolti nell'acqua che passano attraverso la membrana cellulare grazie alla pressione osmotica, fino a che la pressione cellulare e pressione osmotica si equivalgono. Nell'Osmosi Inversa l'acqua con i sali disciolti ad una pressione superiore alla pressione osmotica, passa attraverso una membrana permeabile alla sola acqua pura, da questa esce una corrente di acqua desalinizzata (permeato) che viene raccolta, mentre la soluzione concentrata contiene un alto tenore salino (concentrato) viene scaricata.
Principio di funzionamento
Per spiegare il principio dell'osmosi inversa, si deve prima conoscere il fenomeno dell'osmosi. La definizione dell'enciclopedia è: "l'osmosi è il movimento di un solvente attraverso una membrana semipermeabile (come quelle delle cellule viventi) immersa in una soluzione ad alta concentrazione di soluto, che tende ad eguagliare la concentrazione di soluto sulle due facce della membrana". Si considerino le seguenti illustrazioni: (Fig. 1)
A sinistra il bicchiere è riempito con acqua, e il tubo è semi sommerso nell'acqua. Com'è intuibile il livello dell'acqua nel tubo è uguale al livello nel bicchiere. Nella figura al centro, l'estremo inferiore del tubo è stato chiuso con una membrana semipermeabile ed il tubo è stato parzialmente riempito con una soluzione salina ed immerso. Inizialmente il livello della soluzione salina e dell'acqua sono uguali, ma dopo un po' di tempo il livello di liquido nel tubo si innalza. Questo innalzamento è dovuto alla "pressione osmotica".
Una membrana semipermeabile è una membrana che lascia passare alcuni atomi o molecole mentre ne trattiene altre. Nella figura 2, la membrana fa passare le molecole d'acqua ma non le molecole dei sali. Un modello per capire la pressione osmotica può essere di pensare che le molecole d'acqua si trovano su entrambe le facce della membrana. Le molecole sono in continuo movimento (movimenti browniani). Sulla faccia con l'acqua salata, alcuni dei fori sono ostruiti dalle molecole dei sali mentre sull'altra faccia questo non accade.
In questa situazione un numero maggiore di molecole d'acqua passa dal lato dell'acqua a quello salato in quanto ci sono più fori liberi per il passaggio. Il livello nel lato salato aumenta fino a che si verifica una delle seguenti situazioni: la concentrazione salina diventa uguale su entrambe le facce della membrana (impossibile se su una faccia c'è acqua pura e soluzione salina sull'altra) la pressione della soluzione aumenta, in relazione all'aumento di altezza della colonna di soluzione salata, fino ad eguagliare la pressione osmotica. A questo punto l'osmosi non da più effetti visibili.
Nell'osmosi inversa, applicando una pressione sulla soluzione più concentrata, viene invertita la direzione naturale del flusso tra due soluzioni saline separate da una membrana semipermeabile. Nella pratica, le membrane semipermeabili, che sono costruite in materiale sintetico e confezionate in unità ben distinte definite moduli (vedi fig. 3), sono i mezzi che rendono possibile tale processo. L'acqua da trattare entra nel modulo di separazione con una pressione sufficiente lambendo le membrane.
Una parte dell'acqua le attraversa e si raccoglie, priva di sali (permeato), nell'ambiente di raccolta del permeato. Il resto dell'acqua, più concentrato, esce dal modulo dopo averlo percorso completamente. Un flusso continuo minimo di concentrato è fondamentale per garantire il flussaggio di possibili depositi e l'assenza di precipitazione di sali.
I Sali hanno la tendenza d'assorbire acqua. L'alimentazione degli organismi nella natura si effettua per il trasporto dei Sali minerali ed acidi sciolti nell'acqua e che passano attraverso la membrana cellulare grazie alla pressione osmotica, finchè la pressione cellulare e pressione osmotica si equivalgono.
Funzioni ed attrezzature
Gli impianti d'osmosi inversa sono dotati dei seguenti dispositivi di sicurezza:· Protezione contro il funzionamento a secco:
Se non viene raggiunta la pressione minima ammessa dell'acqua primaria in arrivo, l'apparecchio si blocca automaticamente
· Manometri:
Utili per la sorveglianza della resa della pompa e dell'otturazione delle membrane
· Flussostati:
Utili per la sorveglianza del flusso del permeato e del concentrato
· Pressostati:
Utili per la sorveglianza della pressione di ingresso dell'acqua da trattare
· Controllo della conducibilità
La conducibilità viene rilevata costantemente da una cella di conducibilità ed il relativo valore viene inviato al programmatore centrale che effettua il controllo del valore in relazione ai set point massimo e minimo impostati. La manutenzione degli impianti ad osmosi è semplicissima, tutti i componenti sono facilmente accessibili in modo che la pulizia, i ricambi ed i controlli possano avere luogo senza problemi.
Pretrattamento
Normalmente si effettua questo processo senza uso di prodotti chimici. Perciò, l'osmosi inversa può essere considerata un processo molto ecologico ed economico. Un pretrattamento dell'acqua primaria diventa solamente necessario se essa contiene anche ferro, manganese, cloro libero o materie grasse, sostanze che rischiano di otturare la membrana. Gli impianti ad osmosi inversa sono quasi sempre dotati di una microfiltrazione iniziale e di un dosaggio di prodotto antiscalante, talvolta è necessario l'inserimento di un filtro decloratore a carbone attivo o di una colonna a resine scambiatrici per ferro e manganese, tutti questi sistemi prolungano sensibilmente la durata della membrana.Esecuzioni speciali
Gli impianti standard sono concepiti per trattare acque primarie con salinità fino a 2000 ppm a basse pressioni, acque salmastre tra 2000 ppm e 8000 ppm di salinità pressioni fino a 40 bar o per acqua mare con salinità fino a 35.000 e pressioni fino a 60 bar. Molte applicazioni non richiedono una fornitura continua di permeato e perciò gli impianti hanno la possibilità di essere equipaggiati con un'autoclave o una pompa di spinta per l'aumento della pressione del permeato in uscita verso un serbatoio di riserva.I principali campi di applicazione degli impianti ad osmosi inversa sono le piccole, medie e grandi industrie, i laboratori e anche l'uso domestico. Esistono anche delle esecuzioni speciali ad alta perfezione e qualità, con sicurezze aumentate e tubazioni in acciaio inox per le applicazioni più esigenti quali ospedali (emodialisi) o industrie farmaceutiche.
Possibilità d'impiego
Grazie alle sue innumerevoli ed indiscutibili qualità, l'osmosi inversa si è già imposta in molti settori come la potabilizzazione, la preparazione d'acqua per le caldaie, per la refrigerazione, per i processi industriali.Molti impianti sono in sevizio nelle reti d'acqua potabile comunali, in alberghi, ospedali, industria cosmetica, farmaceutica, banche e assicurazioni.
Condizioni di lavoro
Acqua di rifornimento a 15 °CSalinità max. 1000 ppm
SDI < 3
Contropressione Permeato 0 bar
Pressione in Ingresso 2 - 6 bar
Resa 50 - 75%
Ritenzione del sale min. 95%
