آشنایی با کلیات فرایند اسمز معکوس (RO)

اسمز معکوس یا RO یک فرآیند تصفیه آب است که از طریق یک غشای نیمه تراوا (نیمه نفوذ پذیر) ذرات ناخواسته و بزرگ مانند آلاینده ها و رسوباتی مانند کلر، نمک و خاک را از آب آشامیدنی جدا می کند. علاوه بر حذف آلاینده ها و رسوبات ، اسمز معکوس قادر است میکروارگانیسم ها را نیز از بین ببرد. این روش آب را تا سطح مولکولی تمیز کرده و فقط H2O خالص را تحویل شما خواهد داد که برای آشامیدن ، پخت و پز و سایر کاربردها قابل استفاده است.

روش اسمز معکوس از متداول ترین روش های تصفیه

روش های تصفیه پیشرفته شامل متدهایی هستند که از آب طبیعی یا فاضلاب های پیش تصفیه شده، آب خالص یا فوق خالص تولید می کنند که در پزشکی، صنایع غذایی، صنایع شیمیایی و سلولزی، تولید نیروی محرکه بخار و دیگر زمینه های صنعتی کاربرد دارند.

از شاخص ترین روش های تصفیه پیشرفته آب می توان به بسترهای تبادل یونی، تقطیر یا تبخیر، اسمز معکوس، الکترو دیالیز و الترافیلتراسیون اشاره نمود که به سه روش آخر اصطلاحاً روش های غشایی می گویند. فرایندهای غشایی از روشهای نوین جداسازی هستند که بـدون ایجاد تغییـرفـاز، اجـزاء مـورد نظـر را از سیال جدا می کنند. عدم تغییر فاز در طول فرایند جداساز ی باعث می شود تا عملیـات جداسـازی بـا صـرف انرژی کمتری انجام گیرد. امروزه فرایندهای غشایی در تمامی شاخه ها از جمله تصفیه آب، تصفیه انواع پساب های خانگی و صنعتی، پزشکی، پتروشیمی، داروسازی، صنایع غذائی، بیوتکنولوژی و … به کار گرفته شـده و راندمان بالایی نیز از خود نشان می دهد.

آشنایی با فیلتراسیون غشائی

فیلتراسیون غشائی از انواع فیلتراسیون مکانیکی است که فرایند غالب حذف در آن، صاف سازی مکانیکی بـر پایه اندازه قطر مواد میباشد. بطور خلاصه جریان ورودی در این فیلترها به دو بخش اصلی جریان خروجـی تـصفیه  (Permeate ) شده  و پساب تغلیظ شده (Concentrate) تفکیک میگردد. علیرغم وجود روش های مختلف جهت تقسیم بندی غشاها از قبیل نحـوه سـاخت، اسـتقرار، جـنس و نیـروی محرک جریان، عمده ترین تقسیم بندی در فیلترهای غشائی مطابق با جدول زیر، بر اساس فشار عملکرد و قطر منافذ غشاها می باشد.

پدیده اسمز معکوس یا RO

پدیده اسمز تمایل حلال خالص برای وارد شدن در محلول می باشد که توسط یک غشاء نیمه تراوا (غشایی که نسبت به حلال تراوا و نسبت به حل شونده ناتراواست) از حلال جدا شده باشد. بنابراین آب خالص که توسط یک غشاء نیمه تراوا از محلول آب نمک جدا شده است، به طرف محلول آب نمک جریان می یابد (اسمز طبیعی).
از آن جایی که ماده حل شده در محلول غلیظ تر نمی تواند از درون ممبران عبور کند و به محلول رقیق تر نفوذ نماید. (زیرا ممبران آن مواد را از خود دفع می کند) لذا با حرکت حلال از محلول رقیق تر و افزایش پتانسیل شیمیایی حلال در محلول غلیظ تر سیستم به سوی تعادل پیش می رود. این عمل (انتقال حلال به محلول غلیظ تر) تا زمانی که پتانسیل شیمیایی حلال در هر دو محلول غلیظ و رقیق با هم برابرشود، ادامه می یابد، این تعادل نهایی را اصطلاحا تعادل اسمزی می نامند. اختلاف سطحی که پس از برقراری حالت تعادل در دو محلول غلیظ و رقیق مشاهده می شود فشاراسمزی نام دارد.
شکل زیر دیاگرام روش کار کردن اسمز را نمایش می دهد. محلول با غلظت کم به طور طبیعی تمایل به مهاجرت به سمت محلول با غلظت بیشتر دارد. به عنوان مثال، یک ظرف پر از آب با یک غلظت کم نمک و یک ظرف دیگر پر از آب با غلظت نمک بالا را در نظر بگیرید. این دو ظرف توسط یک غشای نیمه تراوا از هم جدا شده اند مشاهده می شود آب در محلول با غلظت کم نمک شروع به مهاجرت به سمت مخزن با غلظت بالای نمک می کند.

فرایند اسمز معکوس چیست؟

اسمز معکوس یک فرآیند اسمز به صورت معکوس است. در حالی که اسمز به طور طبیعی بدون نیاز به انرژی اتفاق میافتد، برای معکوس کردن فرایند اسمز نیاز به استفاده از انرژی برای محلول با شوری زیاد است. یک غشای اسمز معکوس، غشایی نیمه تراوا است که اجازه ی عبور به مولکول های آب را می دهد. این امکان برای مهاجرت نمک های محلول، مواد آلی، باکتری ها و pyrogen ها وجود ندارد. با این وجود، باید آب را از طریق غشای نیمه تراوا با به کارگیری فشار به سمت جلو فشار دهید. این فشار به طور طبیعی از فشار اسمزی جهت نمک زدایی (یونیزه کردن) آب در فرایند بیشتر است. شکل زیر دیاگرام نشان دهنده ی فرایند اسمز معکوس است. هنگام اعمال فشار به محلول غلیظ، به مولکول های آب نیرویی برای عبور از غشای نیمه تراوا وارد می شود. ولی آلاینده ها مجاز به عبور نیستند.

محاسبه بازده و راندمان روش اسمز معکوس

اسمز معکوس یک روش جدا سازی ناخالصی ها از آب می باشد که نیروی محرکه جدا سازی اعمال فشار مکانیکی است. این فرآیند را گاهی فرافیلتراسیون می نامند. با این تفاوت که در فیلتراسیون، فشار اسمزی بسیار ناچیز است و اصولاً نقشی ندارد. در فیلتراسیون اندازه ذرات مهم است ولی در اسمز معکوس علاوه بر اندازه ذرات فاکتورهای دیگری هم مطرح است. هر چه اندازه مولکول های ناخالصی بزرگتر باشد، فشار اسمزی هم بیشتر است. دما باعث افزایش فشار اسمزی می گردد و در همان حال موجب کاهش ویسکوزیته محلول نیز می شود. واحد اسمز معکوس به صورت پیوسته کار می کند و می تواند TDS آب خام را تا ۹۹ % کاهش دهد.

در عمل کاهش TDS تا ۹۵ % طبیعی است. حذف باکتری ها، ویروسها و دیگر میکروب ها با اسمز معکوس صددرصد است. اما به علت عدم آب بندی کامل مدول اسمز معکوس، مقدار کمی از این گونه ناخالصی ها ممکن است در آب تصفیه شده دیده شوند. این فرآیند برای تهیه آب آشامیدنی از آب هایی که حاوی املاح زیاد و ناخالصی های آلی می باشد بسیار مناسب است و حتی قادر است که از آب دریا با 50000ppm ناخالصی و آب های شور، آب آشامیدنی تهیه کند. بازده یک فرآیند اسمز معکوس با توجه به شکل و معادله زیر تعریف می شود:

که در معادله فوق Cib غلظت ناخالصی i در آب شور Cip غلظت ماده ناخالصی در جریان عبورکرده از ممبران و Cif غلظت ناخالصی در آب ورودی می باشد.

منبع: آبسازه absaze.com