اسمز معکوس RO یکی از مهم ترین پدیده ها در تصفیه آب است که جداسازی ذرات جامد محلول در آب را به کمک غشاهای نیمه تراوا انجام می دهد. این فرآیند کاملا عکس رفتار طبیعت و کلیه انسان ها عمل می کند و در شیرین سازی آب در دستگاه تصفیه آب صنعتی بیشترین کاربرد را دارد. تفاوت اسمز و اسمز معکوس، نحوه کار، تاریخچه و کاربردهای RO را در ادامه بررسی می کنیم.
فشار اسمزی چیست؟
در حالت طبیعی آب با غلظت پایین به سمت آب با غلظت بالا گرایش دارد تا در نهایت به سطح یکسانی از غلظت دست پیدا کنند. به طوریکه در طبیعت آب با ناخالصی و املاح پایین به سمت آب شور حرکت می کند. به این پدیده اصطلاحا فشار اسمزی گفته می شود و کلیه انسان و ریشه گیاهان از این فرآیند استفاده می کند.
برای درک بهتر این روند کافیست در لوله U شکل از فیلتر و غشا استفاده شود. آب با ناخالصی کمتر از غشا عبور کرده و به سمت آب شور حرکت می کند. در نهایت ارتفاع آب شور در لوله بیشتر می شود.
اسمز معکوس چیست؟
اسمز معکوس (Reverse osmosis) عکس فشار اسمزی است و آب با غلظت بالا در آن به آب با غلظت پایین هدایت می شود. در این فرآیند از فشار خارجی برای عبور آب شور از غشای نیمه تراوا و هدایت آن به سمت آب با شوری کمتر استفاده می شود. از غشای قرار گرفته در میانه دستگاه تنها آب خالص امکان عبور داشته و املاح حذف می شوند و به همین دلیل شیرین سازی آب در این روند انجام می شود.
تفاوت اسمز و اسمز معکوس چیست؟
بر اساس تعاریفی که در بالا ارائه شد، اسمز رفتار طبیعت است و در آن آب بدون فشار جانبی به سمت آب با غلظت بالا حرکت می کند. اسمز معکوس عکس این روند است و با فشار جانبی تولید شده به کمک پمپ آب شور را از غشای نیمه تراوا عبور داده و به سمت آب شیرین هدایت می کند. در اسمز گیاهان و کلیه انسان هیچ فشار جانبی به کار نرفته و روند طبیعی طی می شود. این در حالیست که در اسمز معکوس فشار به کمک پمپ ایجاد میشود.
تاریخچه اسمز معکوس
فرآیند اسمز از طریق غشای نیمه تراوا برای اولین بار در محیط آزمایشگاهی در سال 1748 میلادی توسط jean antoine Nollet به کمک مثانه خوک شناسایی شد. او ثابت کرد که یک حلال می تواند به طور انتخابی از غشای نیمه تراوا از طریق فشار اسمزی طبیعی عبور کند. حلال به طور مداوم از این غشای سلولی عبور می کند تا زمانیکه تعادل دینامیکی در دو طرف غشا بدست آید.
علیرغم کارایی بالای این روش، متاسفانه تا 200 سال مورد توجه قرار نگرفت و تنها در آزمایشگاه ها استفاده میشد. در نهایت در سال 1949 میلادی از این روش برای حذف نمک از آب دریا در دانشگاه کالیفرنیا استفاده شد. در دهه 1950 دستگاهی برای شیرین سازی آب دریا با این روش ساخته شد که شار بالایی داشته و از نظر اقتصادی توجیه نداشت و به همین دلیل مورد توجه قرار نگرفت.
به منظور حذف نواقص و نقاط منفی در دستگاه تولید شده در دهه 1950، جان کادوت از شرکت فیلمتک غشاهای نیمه تراوا ارائه داد که شار بالایی داشتند و به شدت در کاهش غلظت نمک آب دریا موثر عمل می کردند. در غشای ارائه شده توسط جان کادوت از پلیمریزاسیون سطحی m-phenylenediamine و تری مسوئیل کلرید استفاده شد و راندمان مطلوبی را ارائه داد. در حال حاضر برند فیلمتک هنوز یکی از معتبرترین گزینه ها در زمینه تولید ممبران های به کار رفته در دستگاه شیرین سازی آب با اسمزمعکوس است.
لازم به ذکر است، در سال 1977 میلادی کیپ کورال فلوریدا در ایالت متحده آمریکا اولین شهرداری بود که از اسمز معکوس در مقیاس بزرگ برای شیرین سازی و تصفیه آب استفاده کرد. تا سال 1985 به دلیل رشد سریع جمعیت کیپ کورال این شهر دارای بزرگترین کارخانه اسمز معکوس کم فشار در جهان بود که روزانه 15 میلیون گالن آب را تصفیه می کرد.
در حال حاضر عربستان از فرآیند اسمز معکوس برای شیرین سازی و تصفیه 31 متر معکب آب در دقیقه استفاده می کند. در دستگاه تصفیه آب نیمه صنعتی و صنعتی نیز RO نقش بسیار مهمی دارد و با ممبران ها جداسازی املاح انجام می شود.
طرز کار دستگاه اسمز معکوس
در تمام دستگاه های شیرین سازی آب که از روش اسمز معکوس استفاده می کنند روند کلی فعالیت مشابه است. مراحل حذف آلاینده ها و شیرین سازی آب با ro به صورت زیر است:
- آب از فیلتر شنی، فیلتر کربنی و فیلتر کارتریج عبور داده میشود. بسیاری از ذرات و یون های موجود در آب امکان عبور از منافذ ریز این فیلترها را ندارند و حذف می شوند.
- پمپ هوا فشار زیادی به آب های شور وارد می کند. در نتیجه آب شور به سمت ممبران های وسط مخزن دستگاه هدایت می شوند. از غشای نیمه تراوا تنها آب خالص امکان عبور دارد و سایر آلاینده ها به واحد جمع آوری فاضلاب دستگاه انتقال داده می شود.
- منافذ روی غشای نیمه تراوا دستگاه به مرور با مقدار زیاد املاح مسدود شده و لایه های رسوب تشکیل می شود. به همین دلیل با شستشوی معکوس و شستشوی cip این آلاینده ها تمیز شده و راندمان دستگاه بهبود پیدا می کند.
چه آلاینده هایی با سیستم اسمز معکوس حذف می شوند؟
غشای نیمه تراوا به کار رفته در این سیستم تمام مواد جامد محلول در آب را می توانند حذف کنند. به همین دلیل علاوه بر شیرین سازی آب، نقش مهمی در از بین بردن باکتری و میکروارگانیسم های موجود در آب دارد. از جمله مواد قابل حذف با اسمزمکعوس می توان به ذرات جامد، نمک، باکتری های آلی، ذرات کلوئیدی و روغنی و پیتروژن ها اشاره کرد.
در دستگاه اسمز معکوس برای بهبود روند تصفیه و شیرین سازی از فیلتر شنی، فیلتر کربنی و فیلتر کارتریج نیز استفاده می شود که بسیاری از ذرات معلق در آب را حذف می کنند. علاوه براین، در این روند یون های موجود در آب که منجر به تغییر طعم، بو و کدورت آب می شوند نیز حذف می شوند. در حالت استاندارد اسمز معکوس تا 98 درصد مواد جامد محلول در آب را حذف می کند و در نهایت خروجی آن tds پایینی دارد.
کاربرد فرآیند اسمز معکوس چیست؟
فرآیند اسمز معکوس در صنعت تصفیه آب و فاضلاب کاربرد زیادی دارد و در صنایع متعددی از آن استفاده می شود. از جمله موارد کاربرد این فرآیند می توان به گزینه های زیر اشاره کرد:
- تصفیه آب صنایع غذایی برای بهبود کیفیت مواد تولیدی
- تصفیه آب صنایع داروسازی برای حذف املاح و تولید آب با درجه خلوص بالا
- تصفیه آب آشامیدنی در دستگاه های تصفیه آب خانگی
- تصفیه آب نساجی و رنگرزی به منظور بالا بردن کیفیت پارچه ها از نظر رنگ و ماندگاری
- تصفیه آب استخر پرورش ماهی
- تصفیه آب مرغداری و حذف ذرات معلق در آب
- تصفیه آب کشاورزی و کاهش شوری آب
جمع بندی
اسمز معکوس به فرآیندی گفته میشود که در آن آب با غلظت بالا (آب شور) به کمک فشار پمپ هوا به سمت آب با غلظت پایین هدایت می شود. در این مسیر غشای نیمه تراوا قرار گرفته و املاح آب حذف شده و شیرین سازی و تصفیه انجام می شود. این فرآیند عکس فشار اسمزی است که در طبیعت، ریشه گیاهان و کلیه انسان رخ می دهد؛ به همین دلیل اجرای آن نیاز به پمپ دارد. از فرآیند اسمز مکعوس در تصفیه آب آشامیدنی، صنایع غذایی، نساجی و رنگرزی و تصفیه آب استخرهای پرورش ماهی و سایر صنایع استفاده می شود.
