تصفیه آب توسط سیستم اسمز معکوس ( RO )

اسمز معکوس در عملیات تصفیه آب ، فرآیندی است که در آن آب را برای نیمه رساناها، نمک زدایی آب دریا, خوراک پزی، داروها و آب خوردنی شهری تصفیه میشود.

---

فرایند اسمز معکوس در سیستم تصفیه آب عملیاتی است که طی آن فشار آب باعث بر عکس شدن جریان اسمزی آب می شود. این فرایند در عملیات تصفیه آب مورد استفاده قرار می گیرد .

سیستم اسمز معکوس طی سالهای اخیر پیشرفت بسیار زیادی نسبت به گذشته داشته . در زمانهای نه چندان دور از این سیستم در طول ساعتها ، تنها چند قطره آب از دستگاه تصفیه آب خارج می شد اما امروزه در صنایع مختلف مقادیری بالغ بر 7 میلیون گالن آب به صورت روزانه از دستگاه خارج می شود  که با توجه به جدیت موضوع تصفیه آب و درخواست های بسیار زیاد جوامع برای استفاده از سیستمهای تصفیه ، این روش روز به روز از جایگاه ویژه تری برخوردار می گردد .
تاریخچه اسمز معکوس

اولین بار فرایند اسمز معکوس در دانشگاه فلوریدا و در بحث تصفیه آب ، هنگامی که خاصیت نمک زدایی ممبران استات سلولز در حال معرفی بود ، آغاز شد .

دو متخصص به نام لوپ و سوریرجان برای اولین بار توسط ممبران استات سلولز نامتقارن ، فرایند اسمز معکوس را تجربه نمودند و به مرور با پیشرفت مطالعات بسترهای مناسب و جدیدتری از سیستم اسمز معکوس به دست آمد که باعث ایجاد تحولات زیادی در سیستم های تصفیه آب مبتنی بر اسمز معکوس گردید .

این تحقیقات که در گذشته بیشتر در آمریکا انجام می شد باعث تولید و عرضه اولین نسل از ممبرین های پلی آمیدی ترکیبی شد . اینن نوع از ممبران ها در مقایسه با ممبران های سلولزیک ، از خاصیت نمک زدایی بالاتری بهره مند بودند .

نیمه تراوا

در دستگاه تصفیه آب ، غشای نیمه تراوا به ممبرانی گفته می شود که به صورت انتخابی به برخی از ترکیبات اجازه عبور داده و سایر ترکیبات اضافی از دستگاه خارج می گردد.
نیمه تراوا به ممبرینی در دستگاه تصفیه آب اسمز معکوس گفته میشود که به طور انتخابی به ترکیبات خاصی اجازه عبور می دهد در حالیکه مابقی مواد خارج میشود.
بیشتر مواد از ممبرین میگذرند ولی با سرعتهای مختلف.
دستگاه تصفیه آب اسمز معکوس، محلول را با سرعت نسبت به ذرات نامحلول از ممبرین ها عبور میدهد، خالص تولید شده، گاهی اوقات عدم آبیاری باعث غلیظ شدن نمک میگردد.
اسمز
اسمز در دستگاه تصفیه آب یک فرآیند طبیعی است که شامل عبور یک محلول غیلظ از میان ممبرین نیمه تراوا است. مخزن آب خالص را با ممبرین نیمه تراوا که به دو بخش تقسیم گردیده، فرض نمایید. آب تصفیه شده در مقایسه با دو قسمت یک ممبرین نیمه تراوا ایده آل در دمای مساوی از میان ممبرین ها عبور نمی کند، زیرا تفاوت سطوح شیمیایی به دو بخش مساوی میباشد. اگر نمک به یک بخش اضافه گردد، تفاوت سطوح شیمیایی این محلول نمک کاهش پیدا می کند. استمراراً قسمت آب خالص از میان ممبرین دستگاه تصفیه آب به سمت قسمت محلول نمک عبور مینماید تا تعادل در تفاوت سطح شیمیایی بوجود آید.
دو بخش مخزن از نظر اختلاف سطح شیمیایی شان متفاوت میباشد و محلول، از طرف اسمز، سطح شیمیایی اش را در کل سیستم یکنواخت میکند. ناهمسانی و تفاوت فشار هیدرواستاتیک برگرفته از تغییرات گنجایش حجم در بخش، با فشار اسمزی مساوی می شود. فشار اسمزی، یک نسبت ویژگی محلول به غلظت نمک و استقلال ممبرین میباشد.
اسمز معکوس چیست
داخل مخزن، آب به قسمت نمک دار ممبرین عبور میکند تا تعادل صورت گیرد. استفاده از فشار خارجی برای یکنواخت سازی بخش محلول نمک با فشار اسمزی همچنین باعث برقراری تعادل میشود.
فشار مضاعف باعث بیشتر شدن تفاوت سطح شیمیایی آب در محلول نمک میگردد و سبب عبور حلال به بخش آب خالص میشود. زیرا در آن وضعیت دارای اختلاف سطح شیمیایی پائینی میشود. به این فرآیند اسمز معکوس میگویند.
فشار اهرم محرک فرآیند اسمز معکوس، میباشد. میزان انرژیی که برای جداسازی اسمزی نیاز است به میزان نمک حلال بستگی دارد. پس انرژی زیادی برای تولید میزان یکسان آب از حلال با غلظت بالای شوری نیاز میباشد.
اسمز معکوس در دستگاه تصفیه آب چه کاری انجام میدهد؟
برای پی بردن به فرایند اسمز معکوس در دستگاه تصفیه آب ابتدا باید با اسمز نرمال مطرح کنیم. در دیکشنری وبستر هریام،معنی اسمز, حرکت و جنبش حلال از ممبرین نیمه تراوا به محلول بسیار غلیظ میباشد که تمایل به یکسان سازی غلظت حل شده بر روی دو قسمت ممبرین میباشد.
در انتهای مخزن در قسمت ممبرین نیمه تراوای دستگاه آب شیرین کن چسبیده شده و محلول نمکی نیمه پر میباشد. در مخزن سطح محلول و سطح آب مساوی میباشد ولی با گذر زمان، پیامد های مختلفی پیش میاید. آب داخل مخزن بیشتر میشود و این افزایش را به فشار اسمزی نسبت می دهند.
ممبرین نیمه تراوا در دستگاه تصفیه آب ممبرینی میباشد که برخی از مولکول ها را رد میکند، اما از عبور بقیه مواد ممانعت میکند. برای مثال ممبرین نا تراوا، همانند آستر روده انسان میباشد.
ممبرین به مولکول های آب اجازه عبور میدهد ولی به مولکول نمک این اجازه را نمیدهد.
علت افزایش آب در قسمت نمکی این است تا یکی از این دو حالت زیر اتفاق افتد:
• غلظت نمک در دو طرف ممبرین مساوی باشد، البته در این حالت این رویداد پیش نمیآید، زیرا آب خالص در یک بخش و محلول در بخش دیگر وجود دارد.
• همانطور که ارتفاع ستون محلول بالا میرود فشار آب نیز بیشتر میشود تا اینکه فشار اسمزی مساوی شود. در این نقطه اسمز متوقف خواهد شد.
در فرایند اسمز معکوس در دستگاه تصفیه آب ، هدف استفاده از ممبرین برای فیلتر کردن تولید آب میباشد.
آب شور روی یک طرف ممبرین گذاشته می شود و فشار برای متوقف کردن اعمال می شود.
در ادامه برعکس میشود، یعنی جریان اسمزی اتفاق میافتد.