Cosa si intende per osmosi inversa?

Principio di funzionamento

In natura sono innumerevoli i fenomeni di Osmosi Diretta che avvengono naturalmente dove si manifesta il passaggio spontaneo di un’acqua ad esempio a bassa concentrazione salina verso una soluzione concentrata per equilibrarne i valori e detto passaggio avviene attraverso un setto osmotico ovvero una membrana semipermeabile. Dopo un certo tempo il livello dell'acqua sarà più innaturalmente più alto da lato della membrana contenente la soluzione concentrata. La differenza in altezza raggiunta dai due livelli è detta pressione osmotica. Tale processo naturale ad esempio è per sommi capi il processo che consente al nostro corpo di nutrirsi trasportando i nutrienti contenuti nell’intestino nei processi nutritivi sfruttando il 70% di acqua del nostro peso presente nel corpo e questo passaggio avviene appunto attraverso l’intestino che rappresenta una perfetta membrana semipermeabile naturale di cui tutti siamo dotati anche se a volte desidereremmo averla meno prominente.

Il termine 'osmosi inversa (abbreviazione: RO, dall'inglese Reverse Osmosis),è detta anche filtrazione tangenziale invece è il processo inverso in cui si forza il passaggio delle molecole della soluzione più concentrata alla soluzione meno concentrata applicando alla soluzione più concentrata una pressione maggiore della pressione osmotica naturale.e prevedendo uno scarico dei sali per mantenerli ad una data concentrazione in grado di non danneggiare la membrana. (tasso di recupero).

Nel processo di osmosi inversa di nostro interesse vengono usate membrane composite di sottili pellicole (TFC o TFM, Thin Film Composite Membrane) dove queste membrane semipermeabili sono fabbricate secondo una tecnica definita TFC che è in pratica un setaccio molecolare costruito nella forma di una pellicola di due o più materiali stratificati arrotolati a spirale con un distanziatore al suo interno a formare un unico cilindro. Il materiale nelle diverse formulazioni che sono segreti industriali ben difesi dai diversi fabbricanti hanno come base il poliammide, scelta principalmente per la sua permeabilità all'acqua e la relativa impermeabilità alle varie impurità disciolte, inclusi gli ioni salini e altre piccole molecole che non possono venire filtrate.

Limiti operativi

Il sistema Reverse Osmosis svolge un processo di esclusione ionica per cui solo il solvente acqua può attraversare la membrana semipermeabile, mentre virtualmente tutte le molecole disciolte - inclusi i sali e gli zuccheri - vengono ritenute. Questa membrana semipermeabile reietta i sali (ioni) in funzione della carica: maggiore è la carica e maggiore è la percentuale di reiezione. In ogni caso, gli ioni polivalenti vengono reiettati oltre il 99%, mentre gli ioni monovalenti, quali il sodio, vengono reiettati per il 95%. Comunemente sulle acque potabili si utilizzano membrane in acetato di cellulosa o membrane in poliammide in configurazione “spiral wonder”. Queste reiezioni per avere luogo nel tempo senza dare luogo a sporcamenti precoci delle membrane deve avvenire entro campi ben precisi di funzionamento che prevedono il rispetto del pretrattamento corretto, la giusta pressione operativa in relazione ai sali da rimuovere, il giusto flusso dell’acqua permeata strettamente correlata al flusso allo scarico per garantire il corretto tasso di recupero, ovvero la giusta proporzione tra l’acqua prodotta e quella avviata allo scarico che di norma sono fissati dai fabbricanti delle membrane. Dal punto di vista strettamente tecnico il processo è definibile come un sistema filtrazione tangenziale, in quanto abbina ad una azione di filtrazione meccanica fisica (determinata dalle dimensioni dei pori) ma sfrutta anche la diversa affinità chimica delle specie delle molecole con cui viene in contatto la membrana, permettendo infatti il passaggio delle molecole idrofile (o water-like), cioè chimicamente simili all'acqua (es. gli alcoli a catena corta) e tutto questo passaggio avviene con un moto turbolento che opportunamente dimensionato concorre alla mantenimento e alla pulizia della superficie delle membrane, che data la dimensione dei pori sono particolarmente sensibili ad ogni forma di sporcamento.

Applicazioni

In realtà dal punto di vista tecnico le membrane comparse sul mercato fine anni 60 hanno avuto uno sviluppo estremamente importante e continuo sino ad arrivare a d oggi dove il sistema di Osmosi Inversa lo si trova applicato nelle più varie applicazioni: reni artificiali, dissalazione acqua, eliminazione metalli pesanti, riduzione dell’arsenico lavaggi industriali mentre sempre nuove applicazioni vengono sperimentate in continuo.  Nel campo di applicazione su acque potabili esistono membrane nelle più svariate gamme dimensionali che vanno dalla più piccola da 1,8” alla più grande conosciuta da 9” con lunghezze che variano da 12” a 40” che sono disponibili in varie tipologie che sono definite dai vari fabbricanti ma che si possono riassumere in: alta reiezione, alta flusso e  low Energy alta reiezione massimizzano la capacità di rigettare la massima quantità di sale minima conducibilità alto flusso massimizzano la portata al servizio a discapito della qualità low Energy sono studiate per operare a pressioni basse per conseguire bassi consumi energetici a parità di volumi erogati in ogni caso nelle applicazioni di nostro interesse per produrre acqua adatta ad usi potabili le membrane  devono essere costruite con materiali dichiarati specificatamente adatti a questo uso, inoltre i collanti utilizzati nella loro costruzione non devono rilasciare contaminanti.

L'osmosi inversa è utilizzata nel trattamento dell'acqua, sia per la desalinizzazione, sia per la rimozione di tracce di fosfati, calcio e metalli pesanti, nonché fitofarmaci, materiali radioattivi e di quasi tutte le molecole inquinanti mentre negli ultimi anni si è assistito alla crescita di una domanda di impianti a "scarico liquido zero" nei quali l’impiego della tecnologia di osmosi inversa è utilizzata per aumentare la concentrazione delle specie chimiche presenti nell'acqua di scarico fino a valori prossimi o superiori (soluzioni sovrasature) alla loro solubilità

Capacità di reiezione tipica in relazione ai diversi tipi di inquinanti

La capacità di rimozione dei dicersi inquinanti dipende dalle loro dimensioni molecolari e affinità chimiche che in linea di massima si possono elencare in questa tabella

Elemento

Percentuale
di riduzione

Elemento

Percentuale di riduzione
 

Calcio

93-98%

Piombo

95-98%

Sodio

92-98%

Uranio

93-98%

Magnesio

93-98%

Bromuro

90-95%

Potassio

92-96%

Silicato

92-95%

Manganese

96-98%

Cloruro

92-95%

Ferro

96-98%

Nitrato

85-95%

Alluminio

96-98%

Fosfato

95-98%

Rame

96-98%

Solfato

96-98%

Nickel

96-98%

Iposolfito

96-98%

Cadmio

93-97%

Fluoruro

92-95%

Argento

93-96%

Polifosfato

96-98%

Zinco

96-98%

Ortofosfato

96-98%

Mercurio

94-97%

Cromato

85-95%

Ammonio

80-90%

Radioattività

93-97%

Selenio

93-98%

Durezza totale

93-97%

Silice

80-90%

Durezza carbonatica

90-95%

Stronzio

96-98%

Batteri

99+

Cianuro

85-95%

Parti in sospensione

90-96%

 

 


Risorse: