اسمز معکوس در فرآیند تصفیه آب و فاضلاب

اسمز معکوس

اسمز معکوس Reverse osmosis (RO) یک روش فیلتراسیون تحت فشار تصفیه آب و پساب است که از یک غشاء نیم تراوا استفاده می­کند، در این غشاء سوراخ ها به اندازه کافی کوچک است تا اجازه عبور آب خالص را بدهند و ملکول های بزرگ­تر از قبیل نمک های محلول (یون ها) و دیگر ناخالصی ها از قبیل باکتری ها را اجازه عبور ندهند. سیستم اسمز معکوس امروزه کاربردهای زیادی در صنایع مختلف برای خالص سازی آب سیستم های آب شرب، بویلر های صنعتی، صنایع غذایی و نوشیدنی، کارخانه های تولید مواد آرایش و بهداشتی، تولید دارو، شیرین سازی آب دریا، و… دارد. این­ تکنولوژی بیش از یک قرن است شناسایی شده است و از سال 1960 صنعتی شده است.

برای فهم دقیق عملکرد  فرایند اسمز معکوس باید ابتدا مفهوم فشار اسمزی را متوجه شد.

فشار اسمزی

بین دو محلول دارای غلظت های متفاوت وقتی  یک غشاء نیمه تراوا قرار گیرد، به دلیل اختلاف پتانسیل موجود در دومحلول، حلال از طرفی که غلظت کمتری از جزء حل شونده است به طرفی که غلظت جزء حل شونده بیشتر است به طور خود به خود حرکت می­کند. این پدیده  را به صورت طبیعی در زمان جذب آب توسط ریشه گیاهان و همچنین جذب آب توسط کلیه ها از خون در بدن موجودات زنده میتوان مشاهده کرد. در حالت طبیعی  حرکت حلال طوری است محلول غلیظ‌تر، رقیق می‌شود. اگر این دو محلول در یک لوله U شکل قرار گیرند و غشاء نیم تراوا بین این دو محلول قرار گیرد اختلاف ارتفاع ایجاد شده را فشار اسمزی گویند.

یک غشا نیم تراوا به بعضی از اتم ها یا ملکول های مشخص اجازه میدهد و به برخی دیگر از ملکول ها اجازه عبور نمی­دهد به نحوی یک غربال ساده است. میزان عبور حلال در اینجا اب از غشا وابسته است به دما و غلظت و فشار آن سوی غشاء وابسته است.

اسمز معکوس

اسمز معکوس فرایند اسمز در جهت عکس است. با این تفاوت که اسمز به صورت طبیعی رخ می­دهد بدون نیاز به انرژی ، در فرایند عکس نیاز مند انرژی است که با اعمال فشار به محلول غلیظ صورت می­گیرد. این فشار اسمزی به دلیل اختلاف پتانسیل شمیایی ایجاد می­شود حال می­توان با اعمال یک فشار  خارجی این حرکت را بر عکس کرد و حرکت حلال در اینجا آب را از سمت محلول غلیظ یعنی آب نمک به سمت آب خالص تغیر داد. که به این فرایند “اسمز معکوس” گویند. غشا اسمز معکوس­ یک غشاء نیم تراوا است که به ملکول­های آب­ اجازه عبور میدهد ولی ملکول های بزرگتر مانند نمک های محلول، مواد آلی، باکتری ها در پشت غشا گیر می­افتند.

اسمز معکوس چطور کار میکند؟

از اسمز معکوس برای ساخت آب شیرین کن RO استفاده می شود. اسمز معکوس جریان عکس فرایند اسمزی را با استفاده از اعمال فشار توسط پمپ فشار قوی در سمت آب شور در یک طرف غشاء انجام میدهد میزان فشار مورد نیاز در سمت محلول غلیظ در اینجا آب نمک به غلظت نمک آب خوراک بستگی دارد. فشار یک طرف غشاء آب را مجبور به عبور از غشاء نیم تراوا و باقی گذاشتن­ همه نمک­ها در سمت دیگر در جریان  غلیظ می­نماید. جریان های خروجی و ورودی به سیستم اسمز معکوس در شکل زیر نشان داده شده است.

هرچه غلظت نمک در خوراک ورودی بیشتر باشد نیاز به فشار بیشتر برای غلبه کردن به فشار اسمزی موجود دارد. به شکل خیلی ساده وقتی خوراک وارد سیستم اسمز معکوس می­شود به دو جریان در خروجی سیستم تقسیم می­شود. آب خوب و آب بد. آب خوب که از سیستم RO که قست عمده نمک های محلول آن حذف شده است جریان  Permeat گفته و نام دیگر آن product  گویند.

جریان خروجی دیگر آب بد هست که همه آلودگی­های که قابلیت عبور از غشا را ندارند  را شامل می­شود. به این جریان concentrate, brine, reject  گویند. هر سه نام معنی یکسانی دارند و بدون تغییر به جای هم استفاده میشوند. سیستم RO  در حالت بهینه این جریان در حدود 95 تا 99 درصد از نمک های اب رو جدا میکنند .

هنگامی که اب خوراک تحت فشار ( فشار مورد نیاز بری غلبه کردن بر فشار اسمزی) وارد سیستم اسمز معکوس میشود، ملکول های اب از غشاء نیم تراوا عبور میکند و نمک ها و دیگر آلودگی ها اجازه عبور را ندارند همراه جریان concentrate  تخلیه میشود.

این نکته حائز اهمیت است که سیستم های اسمزمعکوس از cross filtration استفاده می­کند به جای standard filtration  در این روش به علت عبور جریان آب به صورت موازی از بستر فیلتر بسیاری از آلودگی های انباشت شده در بستر فیلتر را جاروب میکند. پکیج فیلتراسیون از جمع شدن آلودگی­ها در بستر فیلتر جلو گیری میکند و به اندازه کافی جریان توربولنسی ایجاد میکند که باعث میشود که بستر فیلتر تمیز گردد.

برای اطلاع دقیق از قیمت دستگاه آب شیرین کن صنعتی و سایر اطلاعات فنی مورد نیاز با کارشناسان شمیم شریف تماس بگیرید.

فرایند اسمز معکوس چه چیزهایی را از آب جدا میکند؟

اسمز معکوس در شرایط بهینه توانایی حذف 99% نمک های محلول( یون ها)، ذرات، کلوئید ها، مواد آلی، باکتری ها از جریان آب خوراک را دارا است. یک غشا اسمزمعکوس آلودگی ها را بر مبنای اندازه و بار جدا می­کند. هر آلودگی که دارای وزن ملکولی بیشتر از 200 باشد به خوبی به وسیله سیستم اسمزمعکوس حذف می­شود. به همین ترتیب آلودگی های باردار با افزایش بار توان  عبور خود را  از غشاء، از دست میدهند. برای مثال یون سدیم یک یون تک ظرفیتی است و به وسیله غشا  اسمز معکوس توانایی حذفش نیست ولی یون کلسیم یک یون دو ظرفیتی است که به خوبی قابلت جداسازی را دارد. به همین ترتیب  اسمز معکوس توانایی حذف گاز ها یی مثل کربن دی اکسید را خیلی خوب ندارد چون آنها به اندازه کافی یونیزه نشده اند و وزن ملکولی بسیار پایینی دارند. از انجایی که سیستم اسمزمعکوس توانایی حذف این گاز ها را ندارد، جریان permeate  دارای  pH نسبتا اسیدی که بستگی به میزان کربن دی اکسید در خوراک آب دارد که به کربنیک اسید تبدیل می­شود. فرایند اسمز معکوس خیلی موثر است در تصفیه آب های شور، آب های سطحی و زیر زمینی در جریان های زیاد و کم کاربردی است. صنایعی از اسمز معکوس استفاده می­کنند مانند صنایع دارویی، اب خوراک بویلر ها، صنایع غذایی و نوشیدنی و بسیاری صنایع مختلف که نیازمند آب با کیفیت بالا می­باشند.

 

مزایای استفاده از سیستم اسمز معکوس:

• کاهش رسانایی الکتریکی conductivity
• کاهش TDS
• کاهش قلیایت آب
• کاهش سختی آب