اسمز معکوس RO چیست؟ (فرایند تصفیه آب به روش اسمز معکوس)

اسمز معکوس RO  یک فرآیند کاربردی در تجهیزات 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.

فرآیند اسمز معکوس RO چیست؟

اسمز معکوس (Reverse Osmosis) یکی از روش‌های پیشرفته تصفیه آب است که برای حذف املاح، مواد معدنی، آلاینده‌ها و میکروارگانیسم‌های موجود در آب استفاده می‌شود. این فرایند به طور گسترده در صنایع مختلف، از جمله تولید آب آشامیدنی، صنایع دارویی و الکترونیک، مورد استفاده قرار می‌گیرد. 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 غشا امکان عبور به نمک های محلول، مواد آلی، باکتری ها و pyrogen ها را نمی دهد. 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 (Reverse Osmosis) 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.

چگونه اسمز معکوس کار می‌کند؟

برای درک بهتر این فرایند، ابتدا باید با مفهوم اسمز آشنا شویم. اسمز پدیده‌ای طبیعی است که در آن مولکول‌های آب از ناحیه‌ای با غلظت کمتر (آب خالص) به سمت ناحیه‌ای با غلظت بیشتر (محلول) حرکت می‌کنند تا غلظت در دو طرف یک غشای نیمه‌تراوا یکسان شود.

اسمز معکوس دقیقاً برعکس این فرایند عمل می‌کند. در این روش، با اعمال فشار به محلول غلیظ (مثلاً آب شور)، مولکول‌های آب مجبور می‌شوند از غشای نیمه‌تراوا عبور کرده و به سمت ناحیه‌ای با غلظت کمتر حرکت کنند. در این حین، املاح و آلاینده‌ها به دلیل اندازه بزرگ‌تر نمی‌توانند از غشا عبور کنند و در همان سمت باقی می‌مانند.

تصفیه آب به روش اسمز معکوس

از شاخص ترین روش های تصفیه پیشرفته در دستگاه آب شیرین کن صنعتی 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. روش اسمز معکوس شامل متدهایی می شود که از آب طبیعی یا فاضلاب های پیش تصفیه شده، آب خالص یا فوق خالص تولید می کنند.

بیشتر بخوانید: تجهیزات تصفیه آب

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 صنعتی، 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.

مراحل کلی فرایند اسمز معکوس

1. تغذیه آب خام: آب خام وارد سیستم شده و از فیلترهای پیش‌تصفیه عبور می‌کند تا ذرات بزرگ و مواد معلق از آن جدا شوند.
2. افزایش فشار: آب تصفیه شده به پمپی منتقل می‌شود که فشار آن را به اندازه‌ای افزایش می‌دهد که بتواند بر فشار اسمزی غشا غلبه کند.
3. عبور از غشای نیمه‌تراوا: آب با فشار بالا به غشای نیمه‌تراوا وارد می‌شود. مولکول‌های آب از غشا عبور می‌کنند و آب تصفیه شده تولید می‌شود.
4. پساب: املاح و آلاینده‌ها که نمی‌توانند از غشا عبور کنند، به صورت پساب از سیستم خارج می‌شوند.

فیلتراسیون غشائی چیست؟

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.

مزایای استفاده از اسمز معکوس

• تولید آب فوق خالص: اسمز معکوس قادر است تقریباً تمام املاح، مواد آلی و میکروارگانیسم‌ها را از آب حذف کند.
• کاربرد گسترده: در صنایع مختلفی از جمله تصفیه آب آشامیدنی، صنایع دارویی، الکترونیک و صنایع غذایی مورد استفاده قرار می‌گیرد.
• انعطاف‌پذیری بالا: سیستم‌های اسمز معکوس را می‌توان برای تولید حجم‌های مختلف آب با کیفیت‌های متفاوت طراحی کرد.
• دوستدار محیط زیست: در مقایسه با برخی روش‌های دیگر تصفیه آب، اسمز معکوس به مواد شیمیایی کمتری نیاز دارد و تولید پساب آن کمتر است.

بیشتر بخوانید: فناوری نانو در تصفیه آب و فاضلاب

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 زیر 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.

محدودیت‌های اسمز معکوس

• هزینه بالا: هزینه اولیه نصب و راه‌اندازی سیستم‌های اسمز معکوس نسبتاً بالا است.
• مصرف انرژی زیاد: پمپ‌های فشار قوی که برای این سیستم‌ها استفاده می‌شوند، انرژی زیادی مصرف می‌کنند.
• تولید پساب: در این فرایند، بخشی از آب ورودی به صورت پساب از سیستم خارج می‌شود.

سخن پایانی

در کل، اسمز معکوس یک فناوری بسیار کارآمد برای تولید آب با خلوص بالا است. با این حال، انتخاب این روش برای تصفیه آب به عوامل مختلفی مانند کیفیت آب ورودی، حجم آب مورد نیاز و هزینه‌ها بستگی دارد.

منبع: آبسازه absaze.com