Osmosi inversa: cos’è e come funziona?

L’osmosi inversa viene utilizzata negli impianti di potabilizzazione dell’acqua ma anche negli addolcitori domestici. Si tratta infatti di una tecnologia che permette di modulare la concentrazione di molti minerali, composti organici e altre sostanze presenti nell’acqua di sorgente entro i range di potabilità. In particolare, si distingue come un processo molto performante con costi relativamente bassi e facile da realizzare. Ecco perché viene ampiamente utilizzato sia negli impianti di potabilizzazione e/o desalinizzazione su larga portata che negli addolcitori domestici. L’elemento cruciale di un impianto per l’osmosi inversa è il filtro, una specie di membrana semipermeabile con cui si selezionano i sali e altre sostanze da eliminare dall’acqua. Ma come funziona in dettaglio il processo di osmosi inversa? Vediamolo insieme!

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.

Filtri per osmosi inversa

I filtri per l’osmosi inversa in genere lasciano passare l’acqua ma anche alcune sostanze idrofile utili per mantenere le sue caratteristiche nutrizionali. Infatti, questi filtri sono studiati per non depauperare del tutto l’acqua di minerali ma per rientrare nei range di potabilità, anche quando si tratta l’acqua di mare. Quindi, abbassano la concentrazione di sali ma non eliminano del tutto i minerali presenti nell’acqua. L’acqua infatti è la principale fonte di minerali essenziali per l’uomo, un nutriente prezioso che non va impoverito troppo di Calcio, Magnesio, Potassio e altri micronutrienti fondamentali per l’organismo umano. Inoltre, tali filtri permettono di ridurre la concentrazione di nitrati, di cromo ma anche alcuni di alcuni diserbanti e altri inquinanti che vengono rimossi facilmente con questo tipo di tecnologia.

Pressione di esercizio negli impianti per l’osmosi inversa

Gli impianti per la depurazione dell’acqua ad osmosi inversa utilizzano delle pompe in grado di applicare una pressione superiore a quella osmotica e riuscire così a spingere le molecole d’acqua da una soluzione altamente concentrata (in questo caso, l’acqua salata) a una meno concentrata, passando attraverso un filtro che funge da membrana semipermeabile. Quando si tratta di dissalare l’acqua di mare, questo processo permette di lasciare un’alta concentrazione di soluto (sale) da una parte e solo il solvente (acqua dolce) dall’altra. Il risultato è un’acqua più pulita e dal sapore più fresco. Naturalmente quest’acqua spesso viene ulteriormente trattata per diventare potabile e acquisire anche un profilo nutrizionale di valore in termini di concentrazione di minerali essenziali per l’uomo. 

L’osmosi inversa è pericolosa? 

L’osmosi inversa non è pericolosa ma deve essere utilizzata con criterio, in particolare nell’ottica di preservare nell’acqua il contenuto salino necessario per mantenere le sue proprietà nutrizionali come fonte di minerali essenziali. Naturalmente, negli impianti di dissalazione dell’acqua di mare così come in quelli di potabilizzazione di quella di falda o sorgente, l’osmosi inversa è una tecnologia che viene utilizzata nell’ottica di rendere l’acqua potabile e quindi conforme alle necessità dell’uomo. Ciò permette anche di modulare il processo di osmosi inversa in tale ottica e di intervenire qualora l’acqua venga depauperata troppo dei suoi minerali. Inoltre, l’acqua ottenuta per osmosi spesso risulta acida e tale “effetto collaterale” viene adeguatamente monitorato e risolto ad esempio con tamponi. L’utilizzo della tecnologia ad osmosi inversa è invece più problematico quando ci si riferisce agli addolcitori domestici che spesso vengono impiegati non solo per rendere potabile l’acqua di pozzo ma anche per “addolcire” quella del rubinetto. In realtà, utilizzare addolcitori domestici con tecnologia a osmosi inversa con l’acqua potabile  ha senso solo per la salvaguardia degli elettrodomestici. Invece per il consumo umano non è consigliabile  perché si rischia di abbattere il  contenuto di minerali essenziali nell’acqua e, oltretutto, renderla anche acida. In particolare, tali addolcitori sembrano aver riscosso un certo successo perché promettono di abbattere il residuo fisso e rendere l’acqua più leggera. In realtà, tutto ciò non ha senso perché si rischia solo di eliminare minerali essenziali per l’uomo e in particolare proprio il Calcio e il Magnesio. Ricordiamoci che, nonostante le false credenze su residuo fisso e concentrazione di Calcio e Magnesio, la presenza nell’acqua potabile di tali minerali è risultata un fattore protettivo contro le malattie cardiovascolari e i calcoli renali nelle persone sane. Quindi, possiamo affermare che, come per ogni cosa, l’osmosi inversa non è pericolosa se utilizzata in modo appropriato!

L’osmosi inversa è una tecnologia utilizzata negli impianti di dissalazione dell’acqua di mare e, quando necessario, di potabilizzazione dell’acqua di falda o di sorgente. Permette di ottenere un’acqua più pulita e dal sapore più fresco. Quando però si parla di addolcitori domestici a osmosi inversa per l’acqua potabile bisogna stare attenti a non cadere vittime di false credenze. L’acqua potabile non necessita di essere “addolcita”  di minerali, con l’osmosi inversa infatti si corre il rischio di depauperarla di nutrienti essenziali per tutti noi!