Essendo un processo sia fisico che chimico, l’osmosi si verifica ogni volta che due soluzioni liquide contengono differenti livelli di sale e vengono separate da una membrana.
La soluzione meno salina si combina con quella più salina per mezzo della membrana finché la concentrazione di sale non è uguale in entrambe le soluzioni.
Durante il fenomeno si crea una spinta, detta pressione osmotica: più è alta la differenza iniziale tra le concentrazioni saline maggiore sarà la pressione osmotica che si viene a creare.
Quanto appena detto serve ad introdurre l’argomento di nostro interesse, ovvero l’osmosi inversa, di cui parleremo nei prossimi paragrafi specificando cos’è e come funziona.
Osmosi inversa, cos’è
Il fenomeno osmotico può avvenire anche al contrario, creando così il processo di osmosi inversa, in cui si esercita una contropressione maggiore della classica pressione osmotica.
In situazioni normali, le spinte necessarie affinché i liquidi raggiungano un equilibrio possono essere notevoli: nel caso ad esempio dell’acqua di mare la pressione può superare le dieci atmosfere, mentre per le acque poco salmastre, la pressione osmotica non supera i 10 bar.
Ecco, quello che abbiamo appena detto giustifica il verificarsi dell’osmosi inversa: si crea cioè un passaggio d’acqua attraverso la membrana in maniera diametralmente opposta all’osmosi naturale, fino ad ottenere due soluzioni una a zero salinità l’altra ad alta concentrazione salina.
Gli ambiti di utilizzo dell’osmosi inversa
Affinché si possa porre in essere l’osmosi inversa, sono stati realizzati impianti artificiali. Si pensi ad esempio agli impianti industriali di osmosi inversa, efficienti e compatti, pensati per il riutilizzo dell’acqua con un’alta concentrazione di inquinanti e di sali; oppure si pensi agli impianti utilizzati nelle città per migliorare la qualità delle comuni acque di rete.
Questi dispositivi sono molto utilizzati in molti ambiti industriali, come quelli per la produzione di cibi, di bevande, di prodotti farmaceutici.
Sono altresì utili per il pretrattamento per caldaie e torri di raffreddamento e per quello di sistemi ad elevata purezza (EDI), nonché per l’umidificazione e la produzione di vapore e per la generazione di energia.
In tutto il mondo risultano attualmente in funzione decine di migliaia di impianti ad osmosi inversa, il cui obiettivo è quello di desalinizzare le acque salmastre e le acque salate.
Anche in Italia ci sono industrie dedite alla desalinizzazione dell’acqua (i più noti sono quelli che si trovano ad Agrigento, sull’isola d’Elba e sull’isola del Giglio), ma la aggiorno concentrazione si registra nei Paesi del Golfo.
I vantaggi dell’osmosi inversa
Una simile diffusione è giustificata dai numerosi vantaggi che l’osmosi inversa offre in numerosi settori.
Non solo infatti riesce a favorire il processo di desalinizzazione, ma anche di purificazione di quelle risorse idriche inquinate, o che hanno al loro interno un’alta concentrazione di sostanze nocive come diserbanti, nitrati, antiparassitari e tanti altri inquinanti.
Favorisce, detto in altri termini, il trattamento di acque di rete, che spesso hanno bisogno soltanto di un affinamento dei caratteri organolettici.
Come funziona
Come funziona l’osmosi inversa? La ragione d’essere è simile a quella del fenomeno di partenza.
C’è una membrana all’interno degli impianti che consente il passaggio dell’acqua, ma che al contempo trattiene le sostanze in essa presenti, sia sospese che disciolte.
Questo vuol dire che non parliamo di un fenomeno esclusivamente meccanico, ma anche di un processo posto in essere grazie a meccanismi di diffusione e dissoluzione, in grado di agire sino a livello ionico.
Soffermandosi più nello specifico sulla membrana osmotica, ricordiamo che la stessa è formata da un’anima centrale avvolta da una tela aspirare semipermeabile, di solito realizzata in polisulfone, o comunque con materiale sintetico.
A seconda delle specifiche esigenze e della mole di acqua che si vuole purificare, le dimensioni della membrana possono cambiare.
Tornando al funzionamento, l’acqua che va purificata viene fatta passare con l’aiuto di una pompa attraverso la membrana.
ùIn tal frangente si innesca il meccanismo di pressione, di gran lunga più forte rispetto alla pressione osmotica, al fine di garantire la formazione di due flussi in uscita.
Ci sarà così una parte di acqua che entra nella pompa e attraversa la membrana: è chiamata permeato perché una volta filtrata perde salinità e può essere utilizzata.
La parte di acqua rimanente è quella che riesce a passare oltre la membrana ed è quella che conterrà maggiore concentrazione salina, perché avrà accumulato tutti i sali che non hanno attraversato la membrana: essa prende il nome di concentrato (ricco di sali) e va ovviamente scartata.
L’efficacia della membrana nel purificare l’acqua cambia in base ad alcuni parametri: le caratteristiche dell’acqua, la temperatura di esercizio, la pressione, sono caratteristiche che rendono altamente o mediamente funzionante la membrana, anche se a seconda della sua struttura, essa è in genere in grado di rimuovere il 95% della salinità dell’acqua con cui entra in contatto.