В экспериментальных условиях описываемое явление происходит следующим образом (см. рис. 1).Явление медленного просачивания растворов сквозь проницаемые органические перегородки именуется осмосом и известно ученым уже более двух сотен лет.
Для того чтобы усвоить, что собой представляет процесс обратного осмоса, сначала следует вспомнить, что такое прямой осмос.
Оболочка любой живой клетки, по сути, является природной полупроницаемой мембраной, характеризующейся выборочной пропускной способностью а, следовательно, через полупроницаемую мембрану живых клеток без затраты дополнительной энергии может проходить только вода.
При растворении в воде молекулы минеральных веществ подвергаются процессу гидролиза (реакция ионного обмена между веществами и водой) и распадаются на электрически заряженные частицы — ионы. Внешняя поверхность мембраны клетки несет в себе определенный электрический заряд и ионы растворенных в воде минеральных веществ отталкиваются от мембраны за счет ее собственного электрического заряда. Перенос минеральных веществ внутрь клетки происходит благодаря специальным каналам, находящимся в клеточной мембране, с помощью особых, так называемых, транспортных молекул и затраты дополнительной энергии.
В экспериментальных условиях описываемое явление происходит следующим образом (см. рис. 1).
Вообразите сосуд, разделенный полупроницаемой мембраной на две части. С одной стороны мембраны — водный раствор некого минерального вещества высокой концентрации, с другой — раствор того же вещества, но низкой концентрации. По закону равновесия вода проникает через мембрану из раствора низкой концентрации в раствор высокой концентрации до тех пор, пока концентрация по обе стороны мембраны не станет одинаковой. После уравнения концентрации растворов их верхние уровни по обе стороны мембраны будут располагаться на разной высоте. Разница между верхними уровнями растворов будет соразмерна разнице концентраций этих растворов. Разница концентраций двух растворов, разделенных полупроницаемой мембраной именуется осмотическим давлением (единица измерения осмотического давления — psi). 100 мг минеральных веществ на 1 литр воды создают осмотическое давление = 1 psi.
Теперь возьмемся непосредственно за объяснение процесса обратного осмоса. На рисунке 2 мы видим все тот же сосуд, разделенный полупроницаемой мембраной на две части.
С одной стороны — раствор высокой концентрации, с другой — низкой. Вода просачивается через мембрану в раствор с большей концентрацией, уравнивая последнюю по обе стороны мембраны. Однако под действием внешнего давления на более концентрированный раствор направление хода воды через мембрану меняется на противоположное. При таком условии переход воды сквозь мембрану не зависит от концентрации растворов, так как она продавливается через мембрану внешним давлением. Благодаря этому концентрация раствора, имевшего изначально большую концентрацию, начинает увеличиваться, а концентрация раствора, с самого начала обладавшего меньшей концентрацией, уменьшаться. При этом, что немаловажно, пропускная способность мембраны не меняется — через нее так же проходит только вода, но уже в обратном направлении. Именно это принцип лежит в основе процесса обратного осмоса, ставшего самым совершенным способом очистки питьевой воды от содержащихся в ней примесей.