אוסמוזה היא תופעה שבה מים טהורים זורמים מתמיסה מדוללת דרך קרום חדיר למחצה לתמיסה מרוכזת יותר. חדיר למחצה פירושו שהממברנה תאפשר למולקולות קטנות ויונים לעבור דרכה אך פועלת כמחסום למולקולות גדולות יותר או לחומרים מומסים. אוסמוזה הפוכה היא תהליך של אוסמוזה הפוכה. לתמיסה שהיא פחות מרוכזת תהיה נטייה טבעית לנדוד לתמיסה בריכוז גבוה יותר.

כיצד פועלת מערכת אוסמוזה הפוכה?

אוסמוזה הפוכה היא תהליך שמסיר מזהמים זרים, חומרים מוצקים, מולקולות גדולות ומינרלים מהמים על ידי שימוש בלחץ כדי לדחוף אותם דרך ממברנות מיוחדות. זוהי מערכת טיהור מים המשמשת לשיפור מים לשתייה, בישול ושימושים חשובים אחרים.

אם אין לחץ מים, מים נקיים (מים בריכוז נמוך) המטוהרים באוסמוזה יעברו למים בריכוז גבוה. המים נדחפים דרך הממברנה החדירה למחצה. למסנן הממברנה הזה יש הרבה נקבוביות, זעירות כמו 0.0001 מיקרון, שיכולות לסנן כ-99% מהמזהמים כמו חיידקים (כ-1 מיקרון), עשן טבק (0.07 מיקרון_, וירוסים (0.02-0.04 מיקרון) וכו' ורק מולקולות מים טהורים עוברות דרכו.

טיהור מים באוסמוזה הפוכה עשוי לסנן את כל המינרלים השימושיים שגופנו זקוק להם, אך זוהי טכנולוגיה יעילה ומוכחת לייצור מים נקיים וטהורים, המתאימים לשתייה. מערכת RO אמורה לספק שנים רבות של מים בטוהר גבוה, כך שתוכל לשתות אותם ללא דאגות.

מדוע מסנן ממברנה יעיל לטיהור מים?

בדרך כלל, מטהרי המים שפותחו עד כה מסווגים במידה רבה לשיטת סינון מסנן ללא ממברנה ושיטת טיהור מים באמצעות אוסמוזה הפוכה באמצעות ממברנה.

סינון מסנן ללא ממברנה מתבצע ברובו עם מסנן פחמן, המסנן רק את הטעם הרע, הריח, הכלור וכמה חומרים אורגניים במי הברז. רוב החלקיקים, כגון חומרים אנאורגניים, מתכות כבדות, כימיקלים אורגניים וחומרים מסרטנים, אינם ניתנים להסרה ומעבר דרכם. מצד שני, שיטת טיהור מים באמצעות אוסמוזה הפוכה באמצעות ממברנה היא שיטת טיהור המים המועדפת ביותר בעולם באמצעות ממברנה חדירה למחצה למים העשויה בטכנולוגיית הנדסת פולימר חדשנית. זוהי שיטת טיהור מים העוברת ומפרידה ומסירה מינרלים אנאורגניים שונים, מתכות כבדות, חיידקים, וירוסים, חיידקים וחומרים רדיואקטיביים הכלולים במי הברז להכנת מים טהורים.

התוצאה היא שהמומס נשמר בצד הלחץ של הממברנה ומאפשר לממס הטהור לעבור לצד השני. כדי להיות "סלקטיבי", הממברנה הזו לא צריכה לאפשר למולקולות גדולות או ליונים דרך הנקבוביות (חורים), אלא לאפשר לרכיבים קטנים יותר של התמיסה (כגון מולקולות ממס, כלומר מים, H2O) לעבור בחופשיות.

זה נכון במיוחד כאן בקליפורניה, שם הקשיות היא חמורה במי ברז. אז למה לא ליהנות ממים נקיים ובטוחים יותר עם מערכת אוסמוזה הפוכה?

מסנן ממברנה R/O

בתחילת שנות ה-50, ד"ר סידני לואב ב-UCLA הפך אוסמוזה הפוכה (RO) למעשית על ידי פיתוח, יחד עם Srinivasa Sourirajan, ממברנות אניזוטרופיות חדירה למחצה. ממברנות אוסמוזה מלאכותיות הן ממברנות חצי חדירות שתוכננו במיוחד עם נקבוביות של 0.0001 מיקרון, מיליונית מעובי השיער. ממברנה זו היא מסנן מיוחד המיוצר בטכנולוגיה של הנדסת פולימר שאף מזהמים כימיים כמו גם חיידקים ווירוסים לא יכולים לעבור דרכו.

כאשר מופעל לחץ על מים מזוהמים לעבור דרך הממברנה המיוחדת הזו, כימיקלים בעלי משקל מולקולרי גבוה, כגון מי סיד מומסים במים, וכימיקלים במשקל מולקולרי גבוה כגון סיד, מומס במים, עוברים דרך הממברנה החדירה למחצה עם טהור בלבד. מים בעלי משקל מולקולרי קטן וחמצן מומס ועקבות של מינרלים אורגניים. הם מתוכננים להיפלט החוצה מהממברנה על ידי לחץ של מים חדשים שאינם עוברים דרך הממברנה החדירה למחצה וממשיכים לדחוף פנימה.

התוצאה היא שהמומס נשמר בצד הלחץ של הממברנה ומאפשר לממס הטהור לעבור לצד השני. כדי להיות "סלקטיבי", הממברנה הזו לא צריכה לאפשר למולקולות גדולות או ליונים דרך הנקבוביות (חורים), אלא לאפשר לרכיבים קטנים יותר של התמיסה (כגון מולקולות ממס, כלומר מים, H2O) לעבור בחופשיות.

ממברנות, ששוגרו למטרות רפואיות, פותחו ללוחמה צבאית או כדי לספק לחיילים מי שתייה נקיים ולא מזוהמים, ולטהר עוד יותר את השתן של האסטרונאוט שנאסף כאשר מתרחשים אירועים בלתי צפויים במהלך חקר החלל. הוא משמש עבור תעופה וחלל עבור מי שתייה, ולאחרונה, חברות משקאות גדולות משתמשות במטהרי מים תעשייתיים בעלי קיבולת גדולה לייצור בקבוקים, ונמצאים בשימוש נרחב עבור מטהרי מים ביתיים.