Tru-osmose

'n Halfdeurlatende membraan

Tru-osmose is 'n filtrasieproses wat gebruik word om water te suiwer. Dit behels die toepassing van 'n hoë druk om 'n oplossing deur 'n halfdeurlaatbare membraan te dwing en sodoende die opgeloste stof aan die een kant te hou en die suiwer oplosmiddel deur te laat na die ander kant van die membraan. Dit is dus basies die omgekeerde van wat gebeur met gewone osmose, waar die natuurlike neiging van die oplosmiddel is om deur 'n membraan van die laer konsentrasie na die hoër konsentrasie te beweeg wanneer daar geen druk toegepas word nie.

Prosedure

Formeel gedefinieer is tru-osmose die proses om 'n oplosmiddel te dwing vanaf 'n gebied van hoë konsentrasie van die opgeloste stof deur 'n membraan na 'n gebied waar daar 'n laer konsentrasie van die opgeloste stof is deur druk toe te pas wat hoër is as die osmotiese druk.

Die membrane wat gebruik word vir tru-osmose het 'n digte sperlaag in die polimeermatriks waar die meeste skeiding plaasvind. In die meeste gevalle is die membraan ontwerp om slegs water deur hierdie digte laag te laat terwyl die opgeloste stowwe (soos die ione van soute) verhoed word om deur te beweeg. Hierdie proses vereis dat 'n hoë druk aan die hoë-konsentrasie kant van die membraan toegepas word, gewoonlik tussen 2-17 bar vir vars- en brak water en 40-70 bar vir seewater, wat 'n natuurlike osmotiese druk van 24 bar het wat oorkom moet word.

Hierdie proses is bekend veral vir die gebruik daarvan in die ontsouting van seewater om vars water te produseer, maar dit is ook al gebruik om vars water te suiwer vir mediese, nywerheids- en huishoudelike toepassings sedert die vroeë 1970's.

As twee oplossings met verskillende konsentrasies van 'n opgeloste stof gemeng word, sal die hoeveelheid opgeloste stof in die twee oplossings eweredig versprei wees in die gesamentlike oplosmiddel van die twee oplossings.

In plaas daarvan om die twee oplossings te meng kan hulle in twee kompartemente geplaas word wat van mekaar geskei word deur 'n halfdeurlaatbare membraan. Die halfdeurlaatbare membraan laat nie die opgeloste stowwe toe om van een kompartement na die ander te beweeg nie, maar laat wel die oplosmiddel toe om te beweeg. Aangesien ewewig nie bereik kan word deur die beweging van die opgeloste stowwe soos in die geval waar die oplossings vermeng word nie, word ewewig bereik deur die beweging van die oplosmiddel vanaf die lae konsentrasie van die opgeloste stof na die gebied waar die konsentrasie van die opgeloste stof hoog is. Die beweging van die oplosmiddel vanaf die kant met die lae konsentrasie veroorsaak dat die konsentrasie aan daar een kant toeneem terwyl die konsentrasie aan die ander kant afneem. Hierdie proses word osmose genoem. Hierdie proses sal voortduur so lank as die druk aan die hoë konsentrasie kant laer is as die "osmotiese druk".

Die tru-osmoseproses behels 'n soortgelyke opstelling behalwe dat daar 'n druk aan die kant met die hoë konsentrasie toegepas word wat hoër is as die osmotiese druk. Sodoende word die proses dus in die truwaartse rigting geforseer, d.w.s. die oplosmiddel word gedwing om vanaf die kant met die hoë konsentrasie na die kant met die laer konsentrasie te vloei.

Toepassings

Suiwering van drinkwater

Regoor die wêreld word tru-osmose algemeen as 'n stap ingesluit in stelsels vir die suiwering van drinkwater.

Sulke stelsels sluit tipies die volgende dele in:

• 'n Sedimentfilter om partikels soos roes en kalsiumkarbonaat te verwyder.
• Opsioneel word 'n tweede filter met fyner porieë dikwels gebruik.
• 'n Geaktiveerdekoolstoffilter om organiese chemikalieë en chloor te verwyder wat die membrane kan beskadig.
• 'n Tru-osmosefilter wat bestaan uit 'n dun film saamgestelde membraan.
• 'n Tru-osmosefilter om chemikalieë te vang wat nie deur die tru-osmosemembraan verwyder is nie.
• Opsioneel word 'n ultraviolet lamp gebruik vir ontsmetting van enige mikrobes wat by die filtreerproses deurgeglip het.

In sommige stelsels word die koolstoffilter uitgelaat en word 'n sellulosetriasetaat- (STA) membraan in plek daarvan gebruik. Dié membraan is geneig om te verrot as dit nie deur gechloreerde water beskerm word nie, terwyl die dun film membraan deur die chloor afgebreek word. In STA-stelsels is 'n koolstof -filter dikwels nodig om die chloor uit die finale produk te verwyder.

Draagbare tru-osmosewaterbehandelingstelsels is ook in die mark beskikbaar vir persoonlike gebruik. Hierdie stelsels word dikwels gebruik deur mense wat in plattelandse gebiede woon waar skoon drinkwater nie geredelik beskikbaar is nie. Gewoonlik word rivier- of seewater gebruik om hierdie stelsels te voer. Sommige reisigers wat lang bootritte onderneem of op eilande gaan kamp of na lande reis waar die watervoorraad besoedel en nie op standaard is nie, gebruik dikwels hierdie draagbare stelsels saam met een of meer Ultraviolet steriliseerders. Tru-osmosestelsels word ook baie gebruik deur mense wat seewaterakwariums as stokperdjie aanhou. Gebottelde mineraalwater word ook dikwels vervaardig deur 'n tru-osmosestap in die proses in te sluit om besoedeling en mikro-organismes te verwyder. Sodanige verwerking van natuurlike mineraalwater word egter in sekere Europese lande verbied.

In die waterbehandelingsnywerheid word daar tipies van 'n kaart gebruik gemaak waar die grootte van en soort kontaminante gelys word wat deur die verskillende soorte membrane deurgelaat sal word. Die verskeie filtrasieprosesse word volgens hierdie kaarte geklassifiseer – gewone partikelfiltrasie om deeltjies van 10 000 Ångström of groter te verwyder. Mikrofiltrasie verwyder partikels van 500 Ångström of groter. Ultrafiltrasie word gebruik om partikels van 30 Ångström of groter te verwyder. Nanofiltrasie word gebruik om partikels van 10 Ångström of groter te verwyder. Tru-osmose is die finale kategorie van membraanfiltrasie en verwyder partikels wat groter as 1 Ångström is.

Water- en afvalwater suiwering

Reënwater wat vanaf stormwaterdreineringstelsels versamel word, word gesuiwer deur middel van tru-osmose en word in Los Angeles en ander stede as 'n oplossing tot watertekorte vir besproeiing en nywerheidsverkoeling gebruik.

In nywerhede word tru-osmose gebruik om minerale uit water te verwyder vir ketelvoerwater by kragstasies. Dié water word herhaaldelik verdamp en gekondenseer. Dit moet daarom so suiwer moontlik wees sodat daar nie soutneerslae op masjinerie gelaat word of korrosie veroorsaak word nie. Dit word ook gebruik om afvalwater en brak grondwater te suiwer.

In Julie 2005 het die regering van Singapoer aangekondig dat 'n proses genaamd NEWater 'n betekenisvolle deel sou vorm van hulle toekomstige watervoorsieningstrategie. Dit behels grootliks die gebruik van tru-osmose om huishoudelike afvalwater te suiwer en na die reservoirs te hersirkuleer.

In Australië, wat een van die droogste kontinente ter wêreld is, speel tru-osmose reeds 'n groot rol in watervoorsiening met 'n groot tru-osmoseaanleg in Perth (sien Kwinana ontsoutingsaanleg) en verskeie ander aanlegte wat beplan word of reeds in aanbou is in ander groot stede daar, naamlik (Sydney, Melbourne en Adelaide).

In Suid-Afrika bestuur SASOL verskeie tru-osmoseaanlegte vir die suiwering van afvalwater.

Eksterne skakels

• Wikiwoordeboek het 'n inskrywing vir tru-osmose.