اسمز معکوس چیست ؟
اسمز معکوس، با کمی مطالعه در مورد روش های تصفیه آب ، قطعاً بارها واژه اسمز معکوس را خواهیم شنید. این نشان دهنده اهمیت بسیار زیاد استفاده از این روش در تصفیه آب خانگی و صنعتی است. در این مقاله ، ما مفاهیم مربوط به اسمز معکوس (RO) را مرور خواهیم کرد تا در نهایت خواننده بتواند این روش تصفیه آب را بهتر درک کند.
مفهوم اسمز معکوس
اسمز معکوس روشی است که به وسیله آن آب با افزایش فشار از یک غشاm اسمز معکوس نیمه تراوا عبور می کند و یونها و مواد معدنی آن حذف می شوند.
برای درک بهتر مفهوم و هدف استفاده از فرآیند اسمز معکوس در تصفیه آب ، لازم است ابتدا با یک فرآیند طبیعی به نام اسمز آشنا شویم.
اسمز یک پدیده طبیعی بسیار مهم است که به اشکال مختلف در طبیعت رخ می دهد. در این پدیده ، یک محلول با شوری کمتر به طور طبیعی تمایل به مهاجرت به محلول شوری بالاتر را نشان می دهد. اسمز زمانی اتفاق می افتد که ریشه درخت آب را از خاک جذب کند و یا کلیه های بدن انسان آب را از خون جذب کند.
شکل زیر نحوه وقوع پدیده اسمز را نشان می دهد. یک محلول با شوری کم و قابلیت حلالیت طبیعی تمایل به انتقال به محلول با شوری و حلالیت بالاتر دارد. به سادگی ، فرض کنید ما دو ظرف یکسان داریم که توسط یک غشا sem نیمه نفوذ پذیر به هم متصل شده اند. در یکی از این ظروف آب نمک و در دیگری آب شیرین وجود دارد. آب شیرین به تدریج به داخل آب شور می ریزد و این مهاجرت ادامه می یابد تا زمانی که غلظت دو طرف مساوی شود.
اسمز
غشای نیمه نفوذی ، غشایی است که به برخی اتم ها یا مولکول ها اجازه عبور می دهد و از عبور سایر اتم ها و مولکول ها جلوگیری می کند. یک نمونه بسیار ساده از این مورد یک صفحه مشبک است که هوا از طریق آن می تواند از حفره ها عبور کند اما ذرات بزرگتر از قطر حفره ها از آن عبور نمی کنند.
روش اسمز معکوس در تصفیه آب چیست؟
در این مقاله که توسط شبکه فناوری آب (شفا) تهیه شده است میخواهیم بدانیم انواع روش اسمز معکوس در تصفیه آب چیست؟
11روش‌های متفاوتی برای تصفیه آب وجود دارند از جمله: زلال‌سازی، فیلتر کردن و… ولی یکی از بهترین روش‌های تصفیه آب که یک روش نوین محسوب می‌گردد، روش اسمز معکوس (RO) نام دارد. در این مقاله از سری مقالات تصفیه آب در شفا به بررسی روش اسمز معکوس در تصفیه آب می‌پردازیم.
روش اسمز معکوس در تصفیه آب چیست؟
اسمز معکوس که معمولا با RO شناخته می‌شود، فرآیندی است که آب تحت فشار از یک غشای نیمه تراوا به منظور تصفیه، عبور داده می‌شود. برای درک هدف و فرآیند اسمز معکوس لازم است ابتدا پدیده اسمز را بشناسیم.
پدیده اسمز چیست؟
اسمز یک پدیده طبیعی است که در آن یک محلول با نمک کمتر تمایل دارد به محلول با نمک بیشتر مهاجرت کند.
شکل پدیده اسمز را نشان می‌دهد. یک غشای نیمه‌تراوا بین دو بخش قرار می‌گیرد. نیمه تراوا بدان معنی است که غشاء برای برخی از گونه‌ها نفوذپذیر و برای بعضی گونه‌ها نفوذناپذیر است. برای رسیدن به تعادل (غلظت یکسان نمک در هر دو طرف غشاء، قاعده اساسی طبیعت)، آب از محفظه آب خالص به محفظه حاوی نمک عبور می‌کند تا محلول نمک را رقیق کند.
از مطالب پربازدید ما دیدن فرمایید:
در شکل می‌توان تفاوت بین محلول را در محفظه آب شور و آب خالص مشاهده نمود. این انتقال تا زمانی که فشار ستون آب (محلول نمک) بیشتر از حالتی است که جریان آب را متوقف نماید، ادامه می‌یابد. نقطه تعادل ارتفاع ستون آب که در واقع فشار آب بر روی غشاست فشار اسمزی نامیده می‌شود.
پدیده اسمز معکوس چیست؟
اگر بخواهیم آب خالص را از آب نمک تولید کنیم، لازم است یک نیرو (فشار) در ستون آب حاوی نمک اعمال شود تا آب را به جهت معکوس حرکت دهد و مولکول‌های آب از طریق غشاهای نیمه تراوا به داخل محفظه آب شیرین جریان یابد. این اساس فرآیند اسمز معکوس است. فشار اعمالی باید بر فشار اسمزی غلبه کند.
پدیده اسمز معکوس
هنگامی که فشار به محلول غلیظ اعمال می‌شود، مولکول‌های آب مجبور می‌شوند از طریق غشای نیمه تراوا جریان یابند (آلودگی‌ها پشت غشا می‌ماند، زیرا غشاء نیمه‌تراوا تنها به مولکول‌های آب امکان نفوذ می‌دهد و برای یونها و آلاینده‌های دیگر نفوذپذیر نیست.)
اسمز معکوس چگونه کار می‌کند؟
اسمز معکوس در عمل به عنوان یک فرآیند تصفیه crossflow عمل می‌کند. یک پمپ فشار بالا برای افزایش فشار روی بخش نمک RO استفاده می‌شود و باعث می‌شود که آب از غشاء نیمه تراوا جریان یابد و اکثر (حدود 95 تا 99 درصد) نمک‌های غیر محلول در پشت جریان باقی می‌ماند.
در داخل غشاء، آب خوراک به یک محلول کم نمک و یک محلول با نمک زیاد، به نام پساب غلیظ، آب نمک یا جریان نشت تقسیم می‌شود.
همانطور که آب خوراک تحت فشار (به اندازه کافی برای غلبه بر فشار اسمزی) به داخل غشاء اسمز معکوس (RO) وارد می‌شود، مولکول‌های آب از غشاء نیمه تراوا عبور می‌کنند و نمک‌ها و سایر آلاینده‌ها مجاز به عبور نیستند و از طریق پساب‌های غلیظ تخلیه می‌شوند، که وارد پساب می‌شود یا می‌تواند به جریان ورودی به منظور بازیافت از طریق سیستم اسمز معکوس (RO) برای ذخیره آب بازگردد.
اسمز معکوس چه چیزهایی را از آب حذف می‌کند؟
اسمز معکوس قادر به جدا کردن نمک‌های محلول (یونها)، ذرات، کلوئیدها، مواد آلی، باکتری و پیروژن‌ها از آب است. یک غشای اسمز معکوس(RO)، بر اساس اندازه و بار آلاینده‌ها از عبور آن‌ها ممانعت می‌کند. به احتمال زیاد هر آلاینده‌ای که دارای وزن مولکولی بیش از Da180 است، توسط یک سیستم RO که به درستی عمل می‌کند، ممانعت می‌شود. به علاوه، برای آلاینده‌های با بار یونی بزرگتر، امکان عبور از غشای اسمز معکوس (RO) کمتر است.
غشای اسمز معکوس (RO) گازهایی مانند CO2 یا O2 را حذف نمی‌کند. این گازها زمانی که در محلول هستند خیلی یونیزه (باردار) نمی‌شوند و دارای وزن مولکولی بسیار کم هستند.
آب از نظر الکتریکی خنثی است، به این معنی که مجموع بار کاتیون‌ها برابر با مجموع بار آنیون‌هاست. در غشای معکوس(RO) نیز به طور مشابه به ازای هر کاتیونی که از غشا عبور می‌کند، یک آنیون به صورت معادل باید عبور کند. نفوذ از لحاظ الکتریکی خنثی است و یک تعادل باری وجود خواهد داشت.
کاربردهای اسمز معکوس در صنایع مختلف
برخی از نمونه کاربردهای اسمز معکوس:
- آب آشامیدنی شهری
- صنایع غذایی و آشامیدنی
- آبیاری کشاورزی
- اب فوق خالص صنعتی
- آب تصفیه شده صنعتی
- استفاده مجدد از فاضلاب
- صنعت برق (آب تغذیه دیگ بخار، برج‌های خنک‌کننده)
- استفاده مجدد از آب شهری/ صنعتی
- مصرف خانواره
- صنایع رنگ
- بیمارستان‌ها
- صنایع شیشه
- صنایع پزشکی
- صنایع نساجی
- صنایع شیمیایی
- صنایع کشاورزی
- صنایع دام و طیور
- صنایع ساختمانی
- صنایع کاغذسازی
- صنایع فولاد و فلزات
- صنایع باطری سازی
- نیروگاه‌ها، پتروشیمی و پالایشگاه‌ها
- سیستم‌های حرارتی و برودتی
کاربرد اسمز معکوس در تصفیه آب و فاضلاب
تصفیه آب باران با روش اسمز معکوس برای آبیاری فضای سبز و مصارف سرمایش دستگاه‌های آب خنک در شهرهای بزرگ دنیا به عنوان راه حلی برای مشکل کمبود آب مورد استفاده قرار می‌گیرد.
کاربرد اسمز معکوس در بخش صنعت و نیروگاه‌ها
در صنعت و نیروگاه‌ها، اسمز معکوس مواد جامد حل شده را از آب دیگ‌های بخار حذف می‌کند. این کار رسوب گذاری را در تأسیسات کاهش داده و از خرابی آن‌ها جلوگیری می‌کند. رسوب‌گذاری داخل یا خارج لوله‌های دیگ بخار با کاهش کارایی آن و همچنین تولید بخار ضعیف، باعث تولید برق ضعیف در توربین می‌شود.
کاربرد اسمز معکوس در تصفیه فاضلاب
همچنین برای تمیز کردن پساب و آب‌های زیرزمینی شور از اسمز معکوس استفاده می‌شود. فاضلاب در حجم‌های بزرگ (بیش از ۵۰۰ متر مکعب در روز) ابتدا باید در یک تصفیه خانه پیش تصفیه شود و پس از آن پساب پاکیزه تحت سیستم اسمز معکوس قرار می‌گیرد. به این طریق هزینه تصفیه به‌طور قابل توجهی کاهش می‌یابد و عمر غشاء سیستم اسمز معکوس افزایش می‌یابد.
کاربرد اسمز معکوس در تولید آب دیونیزه
فرایند اسمز معکوس را می‌توان برای تولید آب دیونیزه استفاده کرد.
فرایند اسمز معکوس برای تصفیه آب نیاز به انرژی حرارتی ندارد. دبی جریان سیستم‌های اسمز معکوس را می‌توان با پمپ‌های فشار بالا کنترل کرد. بازیابی آب خالص بستگی به عوامل مختلفی، از جمله اندازه غشاء، اندازه سوراخ‌های غشاء، دما، فشار عملیاتی و مساحت جانبی غشاء دارد.
اجزای سیستم اسمز معکوس
سیستم اسمز معکوس شامل اجزای اصلی زیر است:
- بخش پیش تصفیه
- پمپ فشار بالا
- غشاها
- بخش شست‌و شوی خودکار
- واحد پیش تصفیه
در این بخش برای حذف آلودگی‌های میکروبی و جداسازی ذرات بزرگتر معمولا از فیلترهای کربنی و شنی استفاده می‌شود.
پمپ
در اسمز معکوس از یک پمپ به منظور خنثی سازی فشار اسمزی و جبران افت فشار ناشی از وجود غشاها و سایر تجهیزات در مسیر استفاده می‌شود.
مجموعه غشاها
کار اصلی تصفیه آب توسط این بخش انجام می‌شود، که شامل پوسته و ممبران‌هایی از جنس پلی‌آمید و پلی‌استر می‌باشد.
واحد شست و شوی خودکار
این سیستم به عمل پاک کردن ممبران‌ها سهولت می‌بخشد که یک ورودی برای آب خوراک و دو خروجی برای آب نفوذ کرده (شیرین شده) و محلول غلیظ شده (پساب) در سیستم اسمز معکوس می‌باشد.
مشکلات موجود در بهره‌برداری از سیستم اسمز معکوس در تصفیه آب
رسوب‌گذاری: غشاهای اسمز معکوس مانع عبور نمک‌ها می‌شود و غلظت نمک در سمتی از غشا که منبع تغذیه وجود دارد افزایش یافته و در زمانی‌که غلظت نمک از حد انحلال آن‌ها بیشتر شود، رسوب می‌نماید.
گرفتگی و رسوب کلوییدی: عمده‌ترین مشکل آب تغذیه‌کننده ناشی از حضور جامدات معلق است. این جامدات بر اساس اندازه و قابلیت ته‌نشین شدن آن‌ها به دو دسته جامدات کلوییدی و غیرکلوییدی دسته‌بندی می‌شوند. این جامدات به راحتی ته‌نشین نمی‌شوند.
گرفتگی بیولوژیکی: یکی از مهم‌ترین مشکلاتی که در سیستم اسمز معکوس وجود دارد رشد میکروب‌ها و گرفتگی بیولوژیکی است.
گرفتگی اسیدی: ترکیبات آهن منگنز و سولفور اکسید شده و در صورت حضور اکسیژن در PH بالا به صورت غیرمحلول و به شکل ماده ژلاتینی در می‌آیند و در غشا رسوب می‌کنند.
شبکه عرضه و تقاضای آب – شفا، سعی دارد تا با ایجاد یک شبکه از فناوری‌های موجود و در حال توسعه در کشور، مسیر آشنایی با انواع روش‌های تصفیه آب و فاضلاب را هموار کند.
اسمز معکوس ، روند معکوس اسمز طبیعی است
اسمز یک فرآیند طبیعی است که در آن آب بدون انرژی جریان می یابد. اما برای ایجاد جریان در جهت مخالف ، لازم است آب نمک را فشرده کنید. غشا os اسمز معکوس غشایی نیمه نفوذ پذیر است که به مولکول های آب اجازه عبور می دهد ، اما از عبور موادی مانند نمک های محلول ، مواد آلی ، باکتری و ... جلوگیری می کند. برای عبور آب از این غشا، ، ایجاد فشار بیشتر از فشار اسمزی ناشی از اختلاف غلظت محلول ها در ضخیم تر محلول ، ضروری است. با این فشار ، آب از غشا passes عبور می کند و نمک ها و یون های محلول در آن از غشا عبور نمی کنند. به این ترتیب فرایندهای تصفیه آب ، نمک زدایی و حذف بسیاری از آلاینده های آب انجام می شود.
شکل زیر روند اسمز معکوس را نشان می دهد. وقتی آب نمک فشرده می شود ، مولکول های آب از غشا os اسمز معکوس عبور می کنند و سایر محتویات آب را جدا می کنند.
اسمز معکوس
در این مقاله ، با مفهوم اسمز معکوس آشنا می شویم. در مقالات بعدی ، به این سوال پاسخ خواهیم داد که اسمز معکوس چگونه کار می کند و چه آلاینده هایی را در تصفیه آب از بین می برد.
منبع مقاله : abpaksazan