Как-то раз, году этак в 1748 году, аббат Жан-Антуан Нолле поместил бычий пузырь с вином в воду, чтобы охладить перед трапезой. В итоге от алкоголя священнику-естествоиспытателю в тот день пришлось воздержаться: загадочным образом вода просочилась сквозь стенки, из-за чего ёмкость с вином увеличилась в объёме и лопнула.
Как выяснилось, разница в концентрации жидкостей создала давление, и вода просочилась через тонкую стенку пузыря. Так был открыт осмос — проникновение растворителя, воды, из менее насыщенного раствора в более насыщенный через полупроницаемую мембрану.
Осмос используется в промышленности с 1970-х, только не прямой, а обратный: вода проникает из концентрированного раствора в разбавленный под действием искусственного давления. На сегодня это самая популярная технология очистки и опреснения воды.
Как это работает?
Возьмём кувшин с водой и вертикально поместим в него мембрану — перегородку, проницаемую для воды и непроницаемую для растворённых в ней веществ. Поначалу уровень жидкости по обе стороны мембраны будет одинаков, так как система представляет собой сообщающийся сосуд.
Подсолим воду с одной стороны мембраны. Возникнет осмотическое давление, под действием которого жидкость начнёт перетекать туда, где концентрация соли выше. Вода всегда стремится разбавить более насыщенный раствор. Это физико-химический закон, который лежит в основе осмоса.
Теперь создадим давление на соляной раствор. Молекулы воды устремятся через мембрану обратно, в менее насыщенную жидкость. Соль останется на месте. Такой процесс называют обратным осмосом.
Важнейшая часть обратноосмотического фильтра — мембрана — представляет собой полимерную плёнку на подложке. При взаимодействии с водой мембрана набухает, а когда к ней прикладывают давление — «выжимается», пропускает воду. Молекулы воды, в отличие от других веществ, взаимодействуют с мембраной (это и есть набухание) и могут «перескакивать» под давлением с одного «посадочного места» на другое, пока не окажутся на противоположной стороне.
Факт № 1
// Осмос — естественный процесс
Осмос помогает клеткам выполнять транспортную и разделительную функции. Это базовый естественный процесс. В живой природе осмос встречается повсюду. Любую клетку окружает мембрана, которая пропускает молекулы кислорода, воды, питательных веществ. Внутренняя сторона скорлупы куриного яйца тоже мембрана, через которую проходит кислород, но не проникают ненужные вещества. Корни растений впитывают воду, и стены клеток формируют натуральную осмотическую мембрану, которая позволяет организму пить, но отторгает вредные примеси. Без осмоса было бы невозможно существование клеточной формы жизни.
Факт № 2
// Обратный осмос — это не фильтрование
Вчём разница между обратным осмосом и фильтрованием? Ведь это вовсе не одно и то же. Фильтрованию подвергаются неоднородные системы, в которых нерастворённые частицы — размером до тысячной миллиметра — отсеиваются с помощью пористых перегородок. Обратным осмосом очищают однородные системы, удаляя растворённые вещества даже в виде молекул и ионов.
Факт № 3
// Обратный осмос безвреден
При использовании обратного осмоса содержание солей в воде снижается, поскольку мембрана пропускает только молекулы воды, а присутствующие в ней ионы удаляются. Хотя есть немногочисленные исключения — например, анион одноосновной сильной азотной кислоты, содержание которого уменьшается на 75–90 %.
Человек выпивает в сутки около двух литров воды. Это значит, что минеральные соли мы получаем в основном из пищи. Для получения суточной дозы кальция пришлось бы выпить литров сорок достаточно жёсткой воды — при условии, что кальций усваивается на 100 % (на деле этот показатель равен 5–10 %). Мы неплохо усваиваем из воды магний, но его в природной воде, как правило, мало.
Факт № 4
// Мембраны круче сорбентов
Домашние водоочистители делятся на сорбционные и мембранные, большая часть которых основана на обратном осмосе. Первые с помощью специального вещества — сорбента — извлекают из воды вредные вещества и делают её чистой; вторые извлекают чистую воду из раствора. Те и другие удаляют механические примеси, ионы тяжёлых металлов, органические соединения, активный хлор, бактерии, вирусы, но только обратный осмос делает это на 100 %.
Факт № 5
// Обратный осмос доступен в быту
На данный момент альтернативы обратному осмосу в вопросе дополнительной очистки питьевой воды нет. Этот метод используется давно и повсеместно, начиная с производства напитков и заканчивая медициной и электроникой. Путём обратного осмоса получают практически всю бутилированную воду. Обратноосмотическую систему можно установить в любой квартире.