اسمز معکوس

پردیس فناوری کیش_طرح مشاوره متخصصین صنعت و مدیریت_گروه مهندسی شیمی

مقدمه

اسمز معکوس(RO) روش جداسازی مواد معدنی بر مبنای ممبرین می باشد که برای جداسازی جامدات حل شده مانند آهن ها،از محلول مورد استفاده قرار می گیرد.

در طی سال‌های 1950 و اوایل دهه 1960 پدیده اسمز معکوس به عنوان روشی علمی برای شیرین کردن آب توسعه یافت.

پیشرفت‌های اخیر صورت گرفته در زمینه فناوری غشایی و همچنین کارایی بالای این فناوری، منجر به کاربرد وسیع آن شده است به طوری که این روش بیش از 50 درصد ظرفیت آب شیرین کن های دنیا را تحت پوشش قرار می‌دهد. اسمز معکوس می‌تواند 99 درصد مواد معدنی حل شده و 97درصد مواد آلی و کلوییدی آب را حذف کند.

اسمز معکوس چیست؟

اسمز معکوس Reverse Osmosis فرآیندی است فیزیکی که قادر است 99درصد جامدات محلول موجود در آب و کلوئیدی مواد آلی  محلول و غیر محلول ،اندوتوکسیون ها،ویروس ها،باکتری ها ،آلاینده های میکروبیولوژی را به کمک غشا نیمه تراوا حذف نمایند.

اسمز معکوس تکونولوژی مدرنی است که آب را برای مصارف متعددی از جمله نیمه رساناها،خوراک پزی،تکنولوژی زیستی ، داروها ، تولید برق،نمک زدایی آب دریا و آب خوردنی شهری تصفیه می نماید.

یکی از ویژگی های مهم تصفیه آب صنعتی به روش اسمز معکوس،طول عمر و افزایش راندمان در عملکرد دستگاه های تصفیه آب صنعتی می باشد. بکارگیری اصول سیستم پیش تصفیه آب مناسب در روش تصفیه آب صنعتی Industrial water treatment، نحوه بازدهی دستگاه تصفیه آب صنعتی، طول عمر ممبرین را زیاد می کند؛زیرا عواملی از قبیل رسوب گرفتگی ،تخریب ممبرین را به حداقل می رساند و منجر به کیفیت محصول، کاهش هزینه های عملیاتی و نگه داری تجهیزات صنعتی تصفیه آب ،شدت جریان محصول و بازیافت محصول ناشی از سیستم تصفیه  آب صنعتی خواهد بود.

اساس کار اسمز معکوس

اسمز معکوس یک فرآیند جداسازی است .در این فرآیند از یک پمپ ویک غشاءنیمه تراوا استفاده می کنند.پمپ ،نیروی رانش رامهیا می کند.غشاي نیمه تراوا بین آب وماده حل شده ،تمایل دارد که آب را از خود عبور دهد. بنابراین جریان آب به دو جریان آب محصول وجریان تغلیظ شده تقسیم می شود.
در سیستم هاي اسمز معکوس ، مواد محلول با استفاده از یک غشاي نیمه تراوا از آن جدا می شوند. به طوري که عبور اب از غشاءدر مقایسه با مواد محلول ،در الویت است.غشاي اسمزمعکوس بسیار آبدوست است؛ بدین معنا که ،آب جذب ساختمان شیمیائی اش می شود.آب می تواند با حلقه هاي انتهایی پلیمر پیوند برقرار کند که
این کار ،موجب سهولت نفوذ آب در ساختمان پلیمري غشاء وسپس خروج از آن می شود.درصد نفوذ پذیري غشاء براي تمام نمک ها یکسان نیست.در صد عبور یونهاي کوچکتر یا یونهاي داراي بار الکتریکی کمتر از غشاء،نسبتاً بیشتر از یونهاي بزرگتر یا یونهاي داراي بار الکتریکی بیشتر است.معمولاً کاتیونها یا آنیونها با ظرفیت بالاتر ،بهتر از کاتیون وآنیون با ظرفیت پائین تر دور ریز می شوند.

روش اسمز معکوس

پردیس فناوری کیش_طرح مشاوره متخصصین صنعت و مدیریت_گروه مهندسی شیمی

اسمز معکوس (به انگلیسی: Reverse Osmosis) فرایند تصفیه آبی است که در آن از فشار برای معکوس نمودن جریان اسمزی آب از درون یک غشای نیمه‌تراوا برای تولید آب خالص و حذف یون‌ها، مولکول‌ها و ذرات بزرگتر حل شده در آب استفاده می‌شود.

اگر یک غشای نیمه‌تراوا بین دو محلول آب خالص و آب ناخالص قرار گیرد آب به صورت طبیعی و تحت خاصیت اسمزی از غلظت پایین‌تر به غلظت بالاتر جریان می‌یابد.

این پدیده تا هنگامی که پتانسیل‌های شیمیایی دو طرف برابر گردند ادامه خواهد یافت. در حالت تعادل اختلاف فشار بین دو طرف غشا برابر اختلاف فشار اسمزی است. اگر فشاری برابر با اختلاف فشار اسمزی به محلول غلیظ‌تر اعمال گردد جریان آب قطع خواهد شد. در صورتی‌که فشار اعمال شده بیشتر از فشار اسمزی باشد، جهت جریان طبیعی آب، معکوس خواهد گردید.

در این روش آب با فشار از میان غشایی گذرانده می‌شود که نیترات و سایر مواد معدنی و بسیاری از مواد شیمیایی و میکروارگانیسم‌ها (عمدتاً باکتری‌ها) را حذف می‌کند. نیم تا دو سوم آب پشت این غشا باقی می‌ماند که به عنوان آب پسمانده (Concentrate) دور ریخته می‌شود.

می‌توان پسماند خروجی را مجدداً به سیستم بازگرداند تا در مصرف آب صرفه جویی به عمل آید. اگر پسآب خروجی که نیم تا دو سوم آب را تشکیل می‌دهد در یک سیکل چرخشی وارد شود می‌توان راندمان سیستم را افزایش داد.

همچنین بهترین روش نمک زدائی از آب‌های شور استفاده از فرایند اسمز معکوس می‌باشد، زیرا سیستم پیچیده‌ای نداشته و راهبری آن قابلیت کنترل بیشتری از دیگر روش‌ها دارا می‌باشد و با توجه به توسعه روش‌های پیشرفته تولید غشاهای پلیمری، به‌کارگیری این روش، توجیه بیشتری دارد.

اسمز معکوس در صنایع امروزی

صنایع امروز برای تصفیه آب مورد استفاده در بخش‌های تولید بخار و فرایند خود از سیستم اسمز معکوس به فراوانی استفاده می‌کنند. اساس کار این دستگاه‌ها بر عبور مولکول‌های غیر یونی مثل آب از یک غشاء با روزنه‌های بسیار ریز بنا شده‌است. این غشاءها به صورتی ساخته شده‌اند که مولکول‌های خنثی را به راحتی از خود عبور می‌دهند. به همین دلیل آب ورودی به سیستم، که دارای املاح مختلف است به آب تقریباً خالص تبدیل می‌گردد. در سیستم اسمز معکوس، جریان ورودی یا خوراک (Feed) به دو جریان آب تصفیه شده (Permeate) و پساب غلیظ (Concentrate) یا (Brine) تبدیل می‌شود

. سیستم اسمز معکوس که به واسطه فیلتری که به آن ممبران یا غشاء گفته می‌شود عملیات جداسازی مولکول را انجام می‌دهد. به این صورت که غشاء یا لایه‌های به هم تابیده شده به دور یک لوله استوانه ای که بیشتر از جنس پلاستیک است با روزنه‌هایی که اندازه آن‌ها از یک ده هزارم میکرون کوچکتر هستند آلاینده‌های آب را جداسازی می‌کند. این آلاینده‌های آب شامل نیترات، انگل، باکتری، قارچ، سموم کشاورزی، نمک و سایر املاح محلول آلوده‌کننده می‌باشند.

اساس کار اسمز معکوس

فرض کنید دو ظرف، یکی حاوی آب نمک (۱) و دیگری حاوی آب خالص (۲) توسط یک لوله به یکدیگر متصل بوده و هر دو دارای ارتفاع مساوی از آب و در یک سطح قرار داشته باشند. جهت برقراری تعادل در غلظت یون‌های سدیم و کلراید از ظرف آب نمک، یون‌های نمک به صورت نفوذ مولکولی به ظرف آب خالص انتقال یافته تا تعادل غلظت بین هر دو ظرف برقرار گردد.

اما اگر بین این دو ظرف و در مسیر جریان آب یک غشاء قرار گیرد که فقط اجازه دهد مولکول‌های آب از آن عبور کنند، یون‌های نمک اجازه عبور نخواهند داشت؛ لذا برای برقراری تعادل در غلظت، آب خالص از ظرف شماره (۲) به ظرف شماره (۱) انتقال می‌یابد و این عمل تا آنجا ادامه می‌یابد که افزایش ارتفاع حاصله در ظرف آب نمک، فشار مضاعف ایجاد کرده و اجازه انتقال آب از ظرف شماره (۲) به ظرف شماره (۱) را ندهد. این فشار را فشار اسمزی می‌گویند و تابعی از غلظت نمک در هر دو طرف غشاء می‌باشد.