Quando l’osmosi dell’acqua è “naturale”
Prima di spiegare il processo di osmosi inversa dell’acqua, è importante capire come funziona e come è stato modificato il fenomeno chimico-fisico da cui ha origine. Parliamo infatti della semplice osmosi, ovvero il fenomeno di diffusione spontanea di un solvente tra due soluzioni a diversa concentrazione di soluti separate da una membrana semipermeabile. In pratica, prendiamo nello specifico due soluzioni acquose saline, in cui il solvente è l’acqua e i soluti sono i sali minerali in essa disciolti: cosa succede se le mettiamo a contatto separandole con una membrana permeabile solo all’acqua? Accade che l’acqua passa spontaneamente dalla soluzione meno concentrata di soluti o più diluita dal solvente a quella più ricca di sali disciolti (o più concentrata). Questo è proprio il fenomeno dell’osmosi, il processo di diffusione spontanea di un solvente per cui, in presenza di due soluzioni saline separate da una membrana semipermeabile al solvente, l’acqua passa dalla soluzione più diluita a quella più concentrata al fine di ridurre la loro differenza di concentrazione o di pressione osmotica. Ma perché accade tutto ciò? È una questione di pressione osmotica!Pressione osmotica: il motore naturale dell’osmosi
La pressione osmotica è un parametro chimico-fisico legato alla molarità e quindi alla concentrazione in sali di una soluzione salina e, nello specifico, è maggiore nelle soluzioni più concentrate perché più sali premono contro la membrana semipermeabile. Per osmosi, infatti, le molecole di acqua tendono a passare attraverso la membrana semipermeabile scorrendo contro la differenza di pressione osmotica. In tal modo, l’acqua passa dalla soluzione ipotonica (o meno concentrata) a quella ipertonica (o più concentrata) fino a quando le loro pressioni osmotiche si eguagliano e diventano isotoniche. Ma cosa succede nell’osmosi inversa dell’acqua? Nell’osmosi inversa il flusso del solvente si inverte, proprio come anticipa la sua stessa denominazione. Ma come è possibile invertire un processo spontaneo e far passare l’acqua dalla soluzione più concentrata a quella meno concentrata? Vedremo insieme che è una questione di energia!Cos’è l’osmosi inversa?
L'osmosi inversa dal punto di vista chimico-fisico è proprio il processo dell’osmosi al contrario. In particolare, dal momento che l’osmosi è un fenomeno naturale e spontaneo per invertirlo è necessaria energia. A livello pratico, per far fluire l’acqua dalla soluzione più concentrata a quella meno concentrata serve una forza che la spinga ad attraversare la membrana semipermeabile: bisogna applicare alla soluzione ipertonica una pressione maggiore della pressione “osmotica naturale”. In tal modo, l’acqua, attraversando la membrana semipermeabile, si depaupera dei soluti in soluzione e, quando si tratta di soluzioni saline, si addolcisce eliminando i minerali in eccesso. Tale processo viene utilizzato negli impianti di depurazione e desalinizzazione dell’acqua per eliminare i sali in eccesso in essa disciolti. In generale, l’elemento chiave di questi impianti è la membrana semipermeabile, o meglio il filtro ad osmosi inversa, utilizzato per permettere il passaggio delle molecole d’acqua, eliminare i sali organici e inorganici disciolti, e, in misura minore, i batteri e i pirogeni. Ma come funziona l’osmosi inversa per depurare, addolcire o dissalare l’acqua?Come funziona un impianto ad osmosi inversa per l’acqua?
L’osmosi inversa rappresenta una delle tecnologie utilizzate per addolcire l’acqua, infatti è spesso utilizzata negli impianti di dissalazione per la potabilizzazione di quella di mare. Inoltre viene utilizzata anche negli impianti di potabilizzazione degli acquedotti che prelevano acqua di sorgente o di falda per eliminare nitrati, cromo, pesticidi e altri inquinanti quando necessario, così come negli addolcitori domestici più sofisticati. In generale, gli elementi chiave di un impianto ad osmosi inversa per la depurazione dell’acqua sono:- il filtro che ha la funzione di membrana semipermeabile;
- la pressione di esercizio applicata per far passare l’acqua attraverso il filtro dalla soluzione più concentrata in soluti a quella più diluita.