Осмос

Одним из самых современных способов очистки воды от примесей является обратный осмос. Это технология осуществляется при использовании обратноосмотической мембраны. Вода при обратном осмосе пропускается через мембрану, поры которой пропускают воду, но не пропускают растворенные в ней примеси.

Система обратного осмоса позволяет получать воду очень высокой степени очистки (близкую к дистиллированной). Фильтры обратного осмоса производят наиболее качественную (полноценную) очистку воды.

Из воды удаляются такие вредные вещества как магний, ртуть, нитраты, нитриты, стронций, мышьяк, свинец, сульфаты, железо, хлор, а также многие ( но не все), бактерии и вирусы.

К сожалению, обратный осмос удаляет из воды и более 20-ти полезных веществ: соли кальция, магния, натрия, фтора, и т д., крайне необходимые для здоровья человека ( в питьевой воде должно находиться, как минимум, 500 мг полезных солей ).Поэтому вода, очищенная обратным осмосом, является «мертвой», — очищенной, но не полезной для здоровья человека. Более того, такая вода является агрессивной и с легкостью вымывает из организма человека жизненно необходимые минералы, приводит инсультам и инфарктам.

Обратный осмос реализуется следующим образом. Полупроницаемая осмотическая мембрана препятствует выравниванию концентраций веществ по разные стороны от себя. Поток воды продавливается через мембрану, которая отторгает примеси, поддерживая их высокую концентрацию с той стороны, откуда течет вода.

Фильтр, работающий по принципу обратного осмоса, устроен достаточно просто: основной элемент, позволяющий получать воду высокой степени очистки — это тонкопленочная мембрана. Мембрана обратного осмоса представляет собой некое подобие сетки, размер ячеек которой сравним с размером молекулы воды. Благодаря такой структуре мембраны, из воды удаляются практически все растворенные компоненты, а также соли тяжелых металлов, органические примеси и бактерии. В процессе работы постепенно перед мембраной накапливаются отфильтрованные соли и различные примеси, из-за чего она может засориться и перестать работать. Для того чтоб этого не случилось, перед мембраной устанавливаются префильтры — несколько ступеней предварительной очистки. Среди них обязательно присутствует ступень очистки от механических загрязнений, задерживающая песок и нерастворимые примеси. Для постоянного слива этих «отходов» вдоль мембраны создается принудительный поток воды, смывающий сконцентрированные загрязнения в дренаж.

Стоит отметить, что обратный осмос заимствован из живой природы. Осмотическая регуляция лежит в основе обмена веществ всех организмов. Стенки клеток растений, животных и человека представляют собой естественную мембрану обратного осмоса, которая является частично проницаемой, поскольку она свободно пропускает молекулы воды, но не молекулы других веществ.

Фильтры обратного осмоса: особенности работы и нюансы выбора

Фильтрующая способность природной мембраны уникальна, она отделяет вещества от воды на молекулярном уровне и именно это позволяет любому живому организму существовать.

Благодаря ей, в каждую живую клетку поступают необходимые вещества и выводятся ненужные. Принцип обратного осмоса первоначально применялся ДЛЯ опреснения морской воды.

Однако способ очистки — обратный осмос имеет ряд минусов.

Во-первых, хотя обратноосмотические установки на первый взгляд не очень дороги, эксплуатационные расходы по их функционированию примерно на порядок выше эксплуатационных расходов других методов очистки воды (аэрации, ионного обмена, озонирования и т.д.). Расхожая фраза «посадить как наркомана на иглу», как нельзя точно отражает положение покупателя обратноосматической (мембранной) установки. Если в среднем стоимость 1 м куб московской водопроводной воды составляет 30 руб/м куб, то стоимость 1 м куб воды, очищенной на установке обратного осмоса, — около 300 руб м/куб.

Столь значительная величина эксплуатационных расходов определяется еще и тем, что для работы установки обратного осмоса, требуется круглосуточная работа весьма мощных насосов, которые прокачивают воду через весьма тонкие мембраны. Кроме этого, чем более грязнее вода на входе на мембранную установку, тем более чаще надо менять дорогостоящие мембраны, — тем значительнее возрастают эксплуатационные расходы.

Во-вторых, обратный осмос — это один из самых низкопроизводительных методов водоподготовки. Мембраны пропускают воду медленно, и имеют низкую производительность. Поэтому в ряде случаев этот метод требуют установки внушительной и дорогостоящей накопительной емкости из пищевой нержавеющей стали.

В-третьих, вода перед мембраной обратного осмоса должна обязательно пройти тщательную предварительную очистку на какой-либо установке с традиционной технологией очистки воды. По сути это означает увеличение первоначальной стоимости мембранной установки.

В — пятых, технология очистки воды обратным осмосом, по сути является самоедской: при работе системы обратного осмоса в дренаж сбрасывается до 75% очищаемой воды ( тогда как при традиционных методах очистки воды, — всего не более 5 %).. На выходе пользователь получает лишь 25-30% воды. Правда, воды очень хорошо очищенной. Но не полезной, а вредной для здоровья человека.

В — шестых, — метод обратного осмоса неизменно связан с использованием современных мембран. Для того, чтобы повысить эффективность обратноосмотических фильтров, • нередко применяются нанокристалы и специальные модификаторы. О безопасности подобных веществ споры в научном мире не прекращаются и по сей день.

В — седьмых, мембранные методы разделения не способны улавливать летучие органически вещества, размер молекул которых меньше диаметра молекул воды. Именно поэтому задержать частицы инсектицидов и гербицидов мембранные фильтры не могут. С другой стороны, обратноосмотические мембраны легко забиваются сульфатами бария, стронция, карбонатом кальция, диоксидом кремния и ферросоединениями, и требуют весьма частой замены.

Что такое системы обратного осмоса?

В-первую очередь нужно понять, что в природе практически в любой жидкости растворены те или иные вещества. Будь то вода из лужи, озеро Байкал, цитоплазма клетки или плазма крови. Вещества могут быть растворены самые разнообразные, в том числе и соли. Явления осмоса возникают тогда, когда два раствора с разной концентрацией солей разделены полупроницаемой мембраной, через которую может проходит растворитель (например, вода), но не могут пройти молекулы растворенных веществ.

Здесь важно отвлечься от непосредственно явления осмоса и разобраться в таком термине как осмотическое давление. Научное определение можно прочитать на вики. Но нам важно разобраться с явлением на более простом для понимания уровне. В учебнике по физике обнаружился очень хороший пример: если бросить в стакан с водой сморщенную изюминку, то она через некоторое время разбухнет. Внутрь ее войдет вода (ее молекулы малы и хорошо проходят через кожицу изюминки), а сахара и другие вещества останутся внутри ягоды (их молекулы слишком велики). Вода будет стремится уровнять концентрацию солей внутри и снаружи, но в какой-то момент наступит предел вместимости и процесс поступления воды внутрь остановится. Осмотическое давление — это давление, которое следует приложить к раствору что бы прекратить поступление воды внутрь.

Вернемся к осмосу.

осмос

Если концентрация солей снаружи клетки выше, чем внутри, то вода будет стремиться из клетки в окружающий ее раствор разбавить концентрацию. Клетка будет терять воду. Такой раствор называется гипертонический.

Если концентрация солей снаружи меньше, чем внутри клетки, то вода будет стремится внутрь для того что бы уравнять концентрацию солей. Клетка будет наполнятся водой и может лопнуть, если не будет предпринимать активных действий для удаления воды.

Что такое обратный осмос и как он применяется

Такой раствор называется гипотонический.

Если же концентрация солей и снаружи и внутри равна, то будет происходить взаимный обоюдный обмен без трагических последствий. Такой раствор называется изотонический.

Получается, что осмос — это процесс односторонней диффузии (проникновение, поступление) через полупроницаемую мембрану молекул растворителя в сторону большей концентрации растворённого вещества из объёма с меньшей концентрацией растворенного вещества.

Понимание закономерностей осмотических явлений важно в таких темах, как поступление и перемещение растворов в растении, особенности выделительных систем пресноводных и морских жителей (и одноклеточных и многоклеточных),  использование физиологического (а по сути изотонического) раствора для внутривенных инъекций.

Для понимания важности осмотических явлений приведем пример: концентрация солей в составе раствора для внутримышечной инъекции должен быть равен концентрации солей в плазме крови (поэтому раствор называют физиологическим, т.е. подходящим для физиологии человека). С точки зрения осмотических явлений такой раствор называют изотоническим. В целом после инъекции концентрация солей в плазме крови не меняется и жизнедеятельность клеток течет своим чередом.

Но если произошла ошибка и раствор инъекции более концентрирован, то из ближайших клеток крови (после укола и введения раствора) в плазму начнет поступать вода («стремясь» разбавить более концентрированную плазму) и клетки крови, например, эритроциты будут терять воду и съеживаться. А соответственно терять функциональность.

Если же раствор для инъекции менее концентрирован, чем плазма крови. То вода из плазмы начнет поступать в клетки крови, например, эритроциты и они станут набухать и лопаться. Что тоже сильно повлияет на функциональность ткани.

Осмос (от греч. толчок, давление) — процесс самопроизвольного перехода (диффузии) растворителя через полупроницаемую мембрану из области с более низкой концентрацией раствора в область с более высокой концентрацией.

Осмос. Транспорт веществ в организме

Явление осмоса. Схема прибора для обнаружения осмоса. Полупроницаемые мембраны. Осмотическое давление. Понятие диализа. Осмос в различных клетках. Осморегуляция в клетках млекопитающих.

Транспорт веществ в организме. Виды транспорта.

Обратный осмос

Примеры. Роль транспорта веществ в метаболизме и поддержании гомеостаза.

Цель: ознакомить с явлением осмоса для понимания механизма поддержания водного и электролитного баланса в организме а также понимания роли транспорта веществ в метаболизме.

Свойства разбавленных растворов, которые определяются только количеством частиц растворенного вещества и не зависят от их размера, молярной массы и природы этих веществ называют коллигативными (взаимосвязанными, коллективными). Осмос является одним из коллигативных свойств растворов.

Явление осмоса наблюдается в тех средах, где подвижность растворителя больше подвижности растворённых веществ.

Полупроницаемыми называют мембраны, которые имеют высокую проницаемость лишь для некоторых веществ, например, для растворителя.

Пример. К яичной скорлупе с внутренней стороны прилегает полупроницаемая мембрана: она пропускает молекулы воды и задерживает молекулы сахара. Если такой мембраной разделить растворы сахара с концентрацией 5% и 10 %, то через нее в обе стороны будут проходить только молекулы воды. В результате в более разбавленном растворе концентрация сахара повысится, а в более концентрированном, наоборот, понизится. Когда концентрация сахара в обоих растворах станет одинаковой (закон термодинамики), наступит равновесие. Растворы, достигшие осмотического равновесия, называются изотоническими.

Осмос, направленный внутрь ограниченного объёма жидкости (в клетку), называется (1) эндосмосом, наружу — (2) экзосмосом. Перенос растворителя через мембрану обусловлен осмотическим давлением. Оно равно внешнему давлению, которое следует приложить со стороны раствора, чтобы прекратить процесс, т. е. создать условия осмотического равновесия. Превышение избыточного давления над осмотическим может привести к обращению осмоса — обратной диффузии растворителя – (3) обратный осмос. В случаях, когда мембрана проницаема не только для растворителя, но и для некоторых растворённых веществ, их перенос из раствора в воду позволяет осуществить (4) диализ, применяемый как способ очистки растворов биополимеров от низкомолекулярных примесей.

С точки зрения термодинамики движущей силой осмоса является стремление системы к выравниванию концентраций. Энтропия системы при растворении возрастает: ∆S>0, энергия Гиббса системы уменьшается: ∆G<0.

| следующая лекция ==>
| Виды осмоса

Дата добавления: 2014-01-05; Просмотров: 1528; Нарушение авторских прав?;

Читайте также:

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *