اسمز معکوس چیست ؟ ما می خواهیم آب قابل نوشیدن را از دریاچه یا جریان آبی مثل آب دریا تولید کنیم. اما می‌دانیم که این آب حاوی غلظت بالایی از آلاینده‌ها مانند نمک، مواد معدنی و باکتری ها است. که باعث غیر قابل شرب بودن آن می شود. با اعمال فشار به آب غیر قابل شرب آن را از میان غشای اسمز معکوس عبور می‌دهیم.
یک پمپ به خوبی می‌تواند این فشار را برای ما ایجاد کند تا نیرو محرکه لازم برای عبور آب از میان غشا فراهم شود. غشای اسمز معکوس فقط اجازه عبور آب از میان خود را می‌دهد و مانند یک فیلتر ذرات دیگر موجود در آب (چیزهایی مانند مواد معدنی، نمک و باکتری)، که باعث آلودگی آن شده‌اند، را از بین می‌برد. برای توضیح و شرح بیشتر معنا و اسمز معکوس چیست با ثمین آب همراه باشید.
فهرست مطلب
اسمز معکوس چیست
اسمز معکوس چیست (به انگلیسی: Reverse Osmosis) فرایند تصفیه آبی است که در آن از فشار برای معکوس نمودن جریان اسمزی آب از درون یک غشای نیمه‌تراوا است. برای تولید آب خالص و حذف یون‌ها، مولکول‌ها و ذرات بزرگتر حل شده اند، 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.
نحوه اسمز معکوس
در این روش آب با فشار از میان غشایی گذرانده می‌شود. که نیترات و سایر مواد معدن و بسیاری از مواد شیمیایی و میکروارگانیسم‌ها (عمدتاً باکتری‌ها) را حذف می‌کند. نیم تا دو سوم آب پشت این غشا باقی می‌ماند . 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 . با توجه به توسعه روش‌های پیشرفته تولید غشاهای پلیمری، به‌کارگیری این روش، توجیه بیشتری دارد که ثمین آب با بکار گیری این روش آبی گوارا را برای شما عزیزان به ارمغان آورده است.
کاربرد اسمز معکوس
نمک زدایی مهمترین کاربرد فرایند اسمز معکوس در دنیای امروز است. نمک زدایی یا شیرین سازی آبهای شور در صنعت به چند بخش تقسیم بندی می شود. که ۵۰ % شامل شیرین سازی آب دریا و آب لب شور. ۴۰ % تولید آب با خلوص بالا برای استفاده است. در بخش های (دارویی-الکترونیکی و صنایع تولید انرژی) و ۱۰ % سیستم ضد عفونی آب های شهری و صنعتی است.
۱-شیرین سازی آب لب شور
مهمترین کاربرد اسمز معکوس در دستگاه های تصفیه آب صنعتی برای کاهش شوری آب است. میزان شوری آب های لب شور در حدود ۲۰۰۰ – ۱۰۰۰۰ میلی گرم بر لیتر است. که بیان کننده مقدار مواد جامد حل شده در آب (TDS) می باشد. در تصفیه به روش اسمز معکوس فشاری در محدوده( ۱۴ – ۲۱ bar ) برای رسیدن به مقدار ۹۰ درصد دور ریز (Reject) و تولید آب با کمترین میزان شوری است. در حدود ۵۰۰ میلی گرم بر لیتر مواد جامد حل شده مورد نیاز می باشد. که این میزان TDS آب شرب توسط سازمان جهانی WHO پیشنهاد شده است.
۲- شیرین سازی آب دریا
با بررسی و آزمایش بر روی نمونه آب دریاها در مناطق مختلف مشخص شده است که میزان شوری آب دریا از لحاظ جغرافیا بنا یافته تاثیر پذیر می باشد . این میزان در محدوده ۳۰۰۰۰ – ۵۰۰۰۰ میلی گرم بر لیتر متفاوت است . برای دست یابی به آب آشامیدنی با کیفیت مناسب از ممبران های مخصوص تصفیه آب دریا با مقدار دور ریز ۹۹٫۳ % با فشار کاری( ۵۰ – ۷۰ bar) استفاده می کنند.
مقدار هزینه عملیاتی در حدود (۱ – ۱٫۵ دلار آمریکا برای هر مترمکعب تولیدی) در تصفیه روزانه تخمین زده شده است . این بدان معنی است که در صورت نیاز به آب بیش از ۴۰۰۰۰ متر مکعب آب در روز ، این سیستم تصفیه در مقایسه با سایر سیستمها مانند فرآیندهای تبخیر چند مرحله ای قابل رقابت نیست.
۳-تولید آب با خلوص بالا
تولید آب با خلوص بالا یکی از کاربردهای اسمز معکوس در صنایع است. در فرایند تولید آب با خلوص بالا، املاح محلول آب به میزان ۱۰ میلی گرم بر لیتر برای استفاده در بخش های الکترونیکی و دارویی کاهش پیدا می کند. مشکل اصلی در این نوع تصفیه ایجاد آلودگی های بیولوژیکی بر روی ممبران می باشد. که علت ایجاد مرحله ضدعفونی با استفاده از نور فرابنفش قبل از سیستم اسمز معکوس برای مقابله و جلوگیری از این مشکل می باشد.
۴-تصفیه فاضلاب
استفاده از سیستم اسمز معکوس در تصفیه فاضلاب همراه با محدودیت هایی است. از قبیل بالا بودن هزینه عملیاتی و همچنین گرفتگی یا فولینگ بر روی سطح ممبران است. اگرچه امروزه تولید کنندگان معتبر غشاهای اسمز معکوس، ممبرانهای مخصوصی برای تصفیه پساب با مقاومت در برابر فولینگ تولید کرده اند.
اگرچه فرایند اسمز معکوس تنها فرایند موجود برای بازچرخانی فاضلاب تصفیه شده است. ولی برای مصارف شرب است. در مورد فاضلاب صنعتی، از اسمز معکوس در آن دسته از صنایعی استفاده می شود که، می توان با پردازش اجزای ارزشمندی که در فرایند تولید قابل بازیافت هستند، کارآیی فرایند را بهبود بخشید. برای مثال در صنایع گالوانوپلاستی و رنگ آمیزی برای سازه های فلزی، استفاده ار فرایند اسمز معکوس کاهش مهمی در مصرف آب را نشان می دهد.
۵-تغلیظ آب میوه
یکی از کاربرد های فرایند اسمز معکوس افزایش غلظت برخی از محلولهای موجود در صنایع غذایی مانند آب میوه است. افزایش غلظت آب میوه به طور سنتی از ۴۰ سال پیش با فرایندهای حرارتی انجام میشده است. با توجه به عملکرد فرایند اسمز معکوس در دمای پایین، مزیتهای متعددی دارد. از قبیل جلوگیری از آسیب به مولفه های حساس به دما در آب میوه، کاهش مصرف انرژی و هزینه پایینتر سرمایه گذاری وجود دارد. علاوه بر این ممبران های اسمز معکوس توانایی حفظ طعم و بو در تولید آب میوه با کیفیت بالا را دارا می باشد .که در این زمینه، تحقیقات مبنی بر این موضوع می باشد که فرایند اسمز معکوس یک روش بالقوه برای بهبود خاصیت آنتی اکسیدان آب میوه تغلیظ شده می باشد.
مطالعات اولیه بر روی کاربرد فرایند اسمز معکوس در زمینه تغلیظ آب میوه های مختلف مانند (پرتغال–سیب–گلابی–انگور) به سمت ارزیابی بر عملکرد اسمز معکوس است. فاکتور های موثر بر این فرایند هدایت شده است. مطالعات نشان می دهد که ممبران های اسمز معکوس ترکیبات آروماتیک آب میوه را حفظ می کند. غشاهای پلی آمیدی شار بالاتر و میزان طعم و مواد مختلفی را در قسمت ( REJECT ) ایجاد می کنند.
کاربرد اسمز معکوس در فرایند تغلیظ آب میوه
این پارامتر به شرایط عملیاتی و نوع ممبران های مورد استفاده وابسته است. کاربرد اسمز معکوس در فرایند تغلیظ آب میوه قبل از بهره برداری از آن بر اساس میزان مصرف انرژی مورد ارزیابی قرار گرفته . میزان مصرف انرژی سیستم های اسمز معکوس–تبخیرکننده ( RO–evaporator ) و (Conventional Evaporator) مورد مقایسه قرار گرفته است.
نتایج نشان می دهد که سیستم RO–evaporator نسبت به conventional evaporator به میزان ۳۳ % انرژی کمتری مصرف می کند. فرایند RO قادر به تغلیظ آب میوه در ۲ مرحله می باشد. که بسته به نحوه پیکربندی ممبران ها امکان پذیر می باشد. با وجود کارایی خوب فرایند اسمز معکوس در صنایع غذایی اما این فرایند دارای محدودیت هایی از قبیل ایجاد فولینگ بر روی ممبران ها، نیازمندی به فشار بالا جهت غلبه بر فشار اسمزی، غیر فعال سازی آنزیم ها در مرحله پیش تصفیه، محدودیت فشار اسمزی ایجاد شده در فرایند تغلیظ و هزینه های عملیاتی جهت جایگزینی ممبران می باشد.
۶-حذف الکل از نوشیدنی های تخمیر شده
با توجه به خاصیت انتخاب پذیری نفوذ ذرات با وزن مولکولی کم و توانایی حفظ بسیاری از مولکول ها حین فرایند در دمای پایین، فرایند اسمز معکوس است. که برای جایگزین سازی فرایندهای مختلف حذف الکل با روش های مبتنی بر حرارت ارایه شد. اتانول و آب تحت فشار عملیاتی از قسمت permeate سیستم اسمز معکوس عبور کرده است.
همچنین مواد نگهدارنده به ویژه طعم دهنده ها و مواد مغذی محصول را حفظ می کند. از مزایای فرایند اسمز معکوس نسبت به تقطیر سنتی کاهش مصرف انرژی، افزایش کیفیت حذف الکل در محصول تولیدی و ایجاد آسیب کمتر به ترکیبات حساس به دما می توان نام برد. لازم به ذکر است که این فرایند در دمای پایین رخ داده و تغییر فاز برای حذف الکل را شامل نمی شود.
غشای نیمه تراوا چیست
در هنگام خرید تصفیه آب یا فیلتر تصفیه آب شاید نام غشای نیمه تراوا را شنیده باشید. حال سوال اینجاست که این غشاهای نیمه تراوا چیست ؟ چه کاربردی دارند. غشا دارای نفوذ پذیری انتخابی است. مانند سد عمل می‌کند .یکی دیگر از کاربردهای آن رفع ابهام از فرایندهای غشایی است.در کل به هر نوع پوسته یا پرده نازک و تراوا یا نیمه تراوا گفته می‌شود.
غشای پلاسمایی در پزشکی، میکروبیولوژی، فیزیولوژی یاخته‌ای و زیست‌شیمی به پوسته نازک یاخته‌ها که یک دولایه فسفولیپیدی است . به عنوان مرز میان ساختارهای گوناگون یاخته‌ای عمل می‌کند، گفته می‌شود.غشاها برای جداسازی محلول‌ها و یا مخلوط گازها کاربرد دارند. بسته به خواص غشاء اعم از استحکام، محافظ تکیه‌گاه، مواد تشکیل دهنده می‌تواند کاربردهای گوناگونی داشته باشد.
کاربرد ممبران در اسمز معکوس چیست ؟
ممبران نامتقارن (Asymmertric) نسل قدیم ممبران های تصفیه آب است. از فیلم نازک استون بر پایه حل پذیری پلیمر سلولز استات(CA) تشکیل شده است. ممبران CA حاصل از ساختاری نامتقارن است. با یک لایه متراکم در حدود ۰٫۱ تا ۰٫۲ میکرومتر است . وظیفه آن جداسازی نمک از آب ورودی است. بقیه ممبران ها که ۱۰۰-۲۰۰ میکرون ضخامت دارند. از لایه های نازک سطحی مختلف تشکیل شده است. که دارای حالت اسفنجی و متخلخل بوده و از نفوذپذیری بالایی در آب برخوردار است. مقدار نمک دور ریز و شار آب ممبران CA می تواند با تغییر در دما کنترل شود.
امروزه ممبران تصفیه آب اسمز معکوس از جنس پلی آمید یا کامپوزیت فیلم نازک (TFC) کاربرد بیشتری دارند. به طور اقتصادی در مقیاس صنعتی در تصفیه آب صنعتی مورد استفاده قرار می گیرند. این ممبرانها از لایه های پلی استر، پلی سولفون و لایه نازک پلی آمید تشکیل شده اند. لایه متراکم فیلم نازک، یک پلی آمید آروماتیک است. از واکنش پلیمریزاسیون سطحی یک آمین مانند m-phenylenediamine با کلرید اسید مانند tri-mesoyl chloride ساخته شده است. ممبران TFC با مقدار شار آب و دفع نمک بالاتر از ممبران های استات سلولز مشخص و دسته بندی می شوند.
در طی سال های ۱۹۵۰ و اوایل دهه ۱۹۶۰ پدیده اسمز معکوس به عنوان روش علمی برای آب شیرین کن توسعه یافت. پیشرفت‌های اخیر که در زمینه فناوری غشایی صورت گرفته است . نیز میزان کارایی بالای آن به کاربرد وسیع آن منجر شده است .به طوری که این روش بیش از ۵۰ درصد ظرفیت آب شیرین کن دنیا را تحت پوشش قرار داده‌اند .همانطور که در توضیحات بالا اورده شده شرکت ثمین آب با بهره گیری از دستگاه هایی با سیستم اسمز معکوس آبی قابل شرب و گوارا برای شما عزیزان عرضه کرده .