Osmose vers l\'avant

L'osmose vers l'avant est un processus osmotique du qui, comme l'osmose d'inversion , utilise une membrane semi-perméable pour effectuer la séparation de l'eau des corps dissous dissous. La force d'entraînement pour cette séparation est un gradient de la pression osmotique , tel qu'un " ; draw" ; La solution de la concentration élevée (relativement à cela de la solution d'alimentation), est employée pour induire un écoulement net de l'eau par la membrane dans la solution d'aspiration, de ce fait effectivement séparant l'eau d'alimentation de ses corps dissous. En revanche, le processus d'osmose d'inversion emploie la pression hydraulique comme force d'entraînement pour la séparation, qui sert à contrecarrer le gradient de pression osmotique qui favoriserait autrement le flux de l'eau provenant de l'imprégnation à l'alimentation. L'équation la plus simple décrivant le rapport entre les pressions osmotiques et hydrauliques et le flux de l'eau est :

J_w = - d'A \ laissé (\ delta \ pi \ delta P \ droit)

là où $J_w$ est le flux de l'eau de , A est la perméabilité hydraulique à de la membrane, Δπ est la différence dans des pressions osmotiques des deux côtés de la membrane, et ΔP est la différence dans la pression hydrostatique (valeurs négatives de de $J_w$ indiquant l'écoulement osmotique renversé). La modélisation de ces rapports est dans la pratique plus complexe que cette équation indique, avec le flux selon la membrane, l'alimentation, et les caractéristiques de solution d'aspiration, aussi bien que la dynamique des fluides dans le processus lui-même de .

Une distinction additionnelle entre l'osmose d'inversion (RO) et les processus vers l'avant (FO) d'osmose est que l'eau imprégnant le processus de RO est dans la plupart des cas eau doux de manière opérationnelle. Dans le processus de FO, ce n'est pas le cas. La séparation de membrane du processus de FO a en effet comme conséquence un " ; trade" ; entre les corps dissous de la solution d'alimentation et de la solution d'aspiration. Selon la concentration des corps dissous dans l'alimentation (qui dicte la concentration nécessaire des corps dissous dans l'aspiration) et l'utilisation prévue du produit du processus de FO, cette étape peut être tout ce qui est exigé. Un exemple d'une application de ce type peut être trouvé dans le " ; bags" d'hydratation ; , qui emploient un corps dissous ingestible d'aspiration et sont prévus pour la séparation de l'eau des alimentations diluées. Ceci permet, par exemple, l'ingestion de l'eau des eaux de surface (jets, étangs, magmas, etc.) qui peuvent être prévues pour contenir les microbes pathogènes ou les toxines qui sont aisément rejetés par la membrane de FO. Avec du temps suffisant de contact, une telle eau imprégnera le sac de membrane dans la solution d'aspiration, laissant les constituants indésirables d'alimentation derrière. La solution diluée d'aspiration peut alors être ingérée directement. Typiquement, les corps dissous d'aspiration sont des sucres tels que le glucose ou le fructose , qui fournissent l'avantage accessoire de la nutrition à l'utilisateur du dispositif de FO. Un point d'intérêt additionnel avec de tels sacs est qu'ils peuvent être aisément employés pour réutiliser l'urine , prolongeant considérablement la capacité d'un randonneur ou d'un soldat de survivre dans les environnements arides. Ce processus peut également être utilisé, en principe, avec des sources salines fortement concentrées d'eau d'alimentation telles que l'eau de mer, comme une des utilisations d'abord prévues de la FO avec les corps dissous ingestible était pour la survie dans des radeaux de sauvetage en mer.

Dans le cas où l'eau doux qui ne contient pas des corps dissous d'aspiration est le produit désiré, une deuxième étape de séparation est exigée. La première étape de séparation de la FO, conduite par un gradient de pression osmotique, n'exige pas une absorption d'énergie significative (seulement stirring non-pressurisé ou pompage des solutions impliquées). La deuxième étape de séparation, toutefois exige typicially l'absorption d'énergie. Une méthode employée pour la deuxième étape de séparation est d'utiliser le RO. Cette approche a été employée, par exemple, dans le traitement du lixiviat du remblai . Une séparation de membrane de FO est employée pour tirer l'eau de l'alimentation de lixiviat dans une saumure (NaCl) saline. La saumure diluée est alors passée par un processus de RO à l'eau doux de produit et à un concentré réutilisable de saumure. L'avantage de cette méthode n'est pas l'épargne dans l'énergie, mais plutôt dans le fait que le processus de FO est plus résistant au encrassant de l'alimentation de lixiviat qu'un seul de processus de RO serait (voir : Osmotek). Un hybride semblable de FO/RO a été employé pour la concentration en des produits alimentaires, tels que le jus de fruit.

Un domaine de recherche courante dans la FO comporte le déplacement direct des corps dissous d'aspiration par des moyens thermiques. Ce processus désigné typiquement sous le nom du " ; ammoniaque - dioxide" de carbone ; La FO traitent, car les corps dissous d'aspiration sont les sels formés du mélange de l'ammoniaque et des gaz de l'anhydride carbonique dans l'eau. Ces sels peuvent atteindre des concentrations élevées, en particulier à mesure que le rapport de l'ammoniaque à l'anhydride carbonique est augmenté. Une propriété particulièrement commode de ces sels est qu'ils dissocient aisément dans l'ammoniaque et les gaz d'anhydride carbonique encore, si une solution les contenant est heated (approximativement à 60°C, à 1 pression atmosphérique). Une fois la solution concentrée d'aspiration est employée pour effectuer la séparation de l'eau de la solution d'alimentation de FO, la solution diluée d'aspiration est dirigée vers un décolleur reboiled (colonne de la distillation ) et les corps dissous sont complètement enlevés et réutilisés pour la réutilisation dans le système de FO. Un système de FO de ce type effectue de ce fait la séparation de membrane de l'eau de l'alimentation de FO, using la chaleur en tant que sa source d'énergie primaire. La qualité de de la chaleur employée par ce processus peut être très basse, à températures aussi basses que 40°C. Si la FO de ce type est employée dans un environnement de la cogénération (chaleur résiduelle d'une centrale, par exemple), son coût énergetique peut être considérablement réduit comparé au RO. (Voir : Université de Yale.)

Un deuxième domaine de recherche courante dans la FO comporte également le déplacement direct des corps dissous d'aspiration, dans ce cas-ci au moyen d'un champ magnétique. De petites (balance nanoe) particules magnétiques sont suspendues en solution créant des pressions osmotiques suffisamment pour la séparation de l'eau d'une alimentation diluée. Une fois la solution d'aspiration contenant ces particules a été diluée par le flux de l'eau de FO, elles peuvent être séparées de cette solution au moyen d'un aimant (contre le côté d'un sac d'hydratation, ou autour d'une pipe en ligne dans un processus équilibré).)

Un examen complet des publications discutant l'osmose vers l'avant a été récemment édité, par des chercheurs à l'université du Nevada, de Reno, et de Yale : Cathédrale et autres.

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