Cos’è e come funziona l’osmosi inversa?

Prima di spiegare cos’è e come funziona l’osmosi inversa è bene capire cos’è l’osmosi.

Cos'è l'osmosi

L’osmosi è un fenomeno naturale, di importanza vitale per gli animali e le piante, che consente di mantenere e regolare la pressione cellulare grazie alla membrana che le costituisce, che è semipermeabile, ovvero permeabile all’acqua, ma non a determinati soluti quali i sali disciolti, gli zuccheri e le proteine.

Quindi, l’osmosi è un processo chimico-fisico che avviene ogni volta che due soluzioni acquose contenenti diverse concentrazioni saline vengono separate da una membrana semipermeabile. In questa situazione avviene il passaggio spontaneo dell’acqua dalla soluzione più diluita a quella più concentrata fino al raggiungimento della stessa salinità. La pressione che si genera (dal greco osmós = spinta) è la cosiddetta “pressione osmotica”: tanto maggiore è la differenza tra le concentrazioni saline di partenza, tanto più elevato è il valore della pressione osmotica.

Cos'è l'osmosi inversa

Esercitando una contropressione, superiore a quella osmotica, il processo si può invertire.

Le pressioni di esercizio richieste per realizzare l’osmosi inversa possono essere notevoli: se si tratta l’acqua di mare la pressione che occorre esercitare è di diverse decine di atmosfere, mentre per le acque di rete o debolmente salmastre i valori della pressione osmotica si aggirano intorno ai 10 bar.

È questo il principio su cui basa l’osmosi inversa: il passaggio dell’acqua attraverso una membrana semipermeabile in verso opposto al naturale, con la generazione di due soluzioni: una ad elevata concentrazione salina e l’altra molto diluita.

Le moderne tecnologie offrono sul mercato una vasta scelta di impianti ad osmosi inversa, compatti e molto efficienti, che possono essere impiegati per potabilizzare acque con un’elevata concentrazione di sali e inquinanti, oppure per migliorare la qualità delle comuni acque di rete.

Innegabili vantaggi vengono offerti dalla tecnologia dell’osmosi inversa quando l’acqua di rete, seppur potabile, non presenta caratteristiche di eccellenza, come alcune acque di falda caratterizzate da un’elevata concentrazione di nitrati, diserbanti o antiparassitari, o altri inquinanti difficilmente removibili con altre tecnologie; viceversa questa tecnologia offre un trattamento sovrabbondante per una gran parte delle acque di rete, che spesso necessitano solo di un affinamento dei caratteri organolettici.

Ma come funziona l'osmosi inversa? L’osmosi inversa è un processo a membrana, che consente di rimuovere dall’acqua la quasi totalità delle sostanze in essa presenti, sia sospese che disciolte.

L’azione di una membrana osmotica non è solo meccanica: la separazione avviene grazie a meccanismi di diffusione e dissoluzione, che intervengono in varia misura e consentono di agire sino a livello ionico.

Una membrana osmotica è costituita da un’anima centrale attorno alla quale viene avvolta a spirale una tela semipermeabile in materiale sintetico (ad es. polisulfone). Le membrane vengono generalmente classificate in base alle dimensioni, secondo standard espressi generalmente in pollici (ad es. una membrana 4040 corrisponde ad un modulo lungo 40 pollici e largo 4,0), ma anche a seconda della capacità di produzione, generalmente indicata in GPD (galloni al giorno).

L’acqua da trattare viene spinta nella membrana da una pompa, che esercita una pressione superiore a quella osmotica, così da ottenere due flussi in uscita: la parte di acqua in ingresso che attraversa la membrana costituisce il permeato (povero di sali) che va all’utilizzo, mentre la rimanente parte fuoriesce con un’elevata concentrazione salina, dovuta all’accumulo di tutti i sali che non hanno attraversato la membrana, si tratta del concentrato (ricco di sali) che va scartato.

Il contenuto salino di un’acqua, detto anche Residuo Fisso o TDS (Total Dissolved Solid), si misura in mg/L (o ppm). Una membrana osmotica produce mediamente un 20% di permeato rispetto al flusso in ingresso, ma per gli impianti più grandi, che prevedono l’uso di più membrane in serie, tale valore può superare il 75%.

La reiezione di una membrana, ovvero la capacità di rimuovere il soluto presente nell’acqua, è influenzata da svariati parametri quali le caratteristiche stesse dell’acqua, la pressione e la temperatura di esercizio. In ogni caso, i valori di rimozione per la stragrande delle sostanze presenti nell’acqua superano generalmente il 95%.

L'acqua osmotizzata in ambito domestico

La moderna tecnologia consente di produrre sistemi ad osmosi inversa molto compatti, utilizzabili anche in una normale cucina di casa. Questi impianti possono essere di due tipi: con accumulo o a produzione diretta.

Gli impianti con accumulo sono costituiti da una serie di prefiltri, da una membrana osmotica, da un serbatoio di accumulo e da un post trattamento, generalmente realizzato con carboni attivi e l’ultrafiltrazione. Per ridurre le dimensioni di ingombro ed ovviare alle criticità del serbatoio (ristagno d’acqua) sono nati gli impianti a produzione diretta, che attraverso la pompa di spinta sono in grado di produrre un flusso consistente di acqua osmotizzata, in grado di soddisfare le richieste anche nell’ambito della ristorazione collettiva.

L’acqua osmotizzata, essendo sostanzialmente priva di contenuto salino, quando destinata al consumo umano o in ambito domestico va rimineralizzata, generalmente con una percentuale di acqua grezza o microfiltrata opportunamente miscelata attraverso un’apposita valvola di cui tutti gli impianti più evoluti (come Culligan AC SLIM+) sono dotati.

In pratica, grazie a questo accorgimento, la quantità totale di contenuto salino (TDS) nel'acqua da bere, può essere regolato secondo gusto e/o necessità particolari (Es: dieta iposodica).

In altri tipi di impianti, la remineralizzazione dell'acqua osmotizzata avviene con l’aggiunta di sali ottenuti dal passaggio dell’acqua permeata attraverso una cartuccia a rilascio di sali di calcio e/o altri minerali.

Di seguito viene mostrata la tecnologia impiegata nel' impianto domestico per l'acqua da bere Culligan AC SLIM+.