اسمز معکوس

اسمز معکوس(به انگلیسی: Reverse osmosis) فرایندی است که در آن از فشار برای معکوس نمودن جریان اسمزی آب از درون یک غشای نیمه‌تراوا استفاده می‌شود. اگر یک غشای نیمه‌تراوا بین دو محلول آب خالص و آب ناخالص قرار گیرد آب به گونه‌ی طبیعی و تحت خاصیت اسمزی از غلظت پایین تر 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 را فیلتر می‌کند. نیم تا دو سوم آب پشت این غشا باقی می‌ماند که به عنوان آب پسمانده دور ریخته می‌شود. سیستم‌های اسمز معکوس با کارآیی بالا از فشارهای در حد یک میلیون پاسکال استفاده می‌کنند.

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

صنایع امروز برای تصفیه آب مورد استفاده در بخشهای تولید بخار و فرایند خود از سیستم اسمز معکوس استفاده فراوانی می‌برند. اساس کار این دستگاهها بر عبور ملکولهای غیر یونی مثل آب از یک غشاء با روزنه‌های بسیار ریز بنا شده است. این غشاءها به صورتی ساخته شده‌اند که ملکولهای خنثی را براحتی 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 (Reject) یا (Brine) تبدیل می‌شود.

اساس کار اسمز معکوس

فرض کنید دو ظرف، یکی حاوی آب نمک (۱) ودیگری حاوی آب خالص (۲) توسط یک لوله به یکدیگر متصل بوده وهر 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 می گویند و طبق قانون Vant Hoff تابعی است از غلظت نمک در هر دو ظرف غشاء.
انتخاب غشاء

در سیستم اسمز معکوس غشاء مهمترین و حساسترین قسمت دستگاه می‌باشد. زیرا فشار عملیاتی مورد نیاز ارتباط مستقیم با ضخامت غشاء و قطر سوراخهای آن دارد. همچنین غشاء به علت تماس مداوم با مواد شیمیایی افزوده شده به آب، بایستی مقاوم بوده و با مواد بازدارنده و ضد رسوب گذار و زیست کشها (Biocides) واکنش ندهد.

عوامل مؤثر در مقایسه غشاءها عبارتند از:

    قطر سوراخ‌ها
    ضخامت
    مقاومت در مقابل مواد شیمیایی
    قیمت
    افت فشار
    شرکت سازنده

سعی می‌شود آب قبل از ورود به دستگاه اسمز معکوس، حتماً تصفیه مقدماتی گردد. ولی با این حال لازم است پیش از انتخاب غشاء عملیت پایلوتی صورت پذیرد. به علت کیفیت بسیار عالی آب خروجی از سیستم اسمز معکوس امروزه بیشتر صنایع از این روش، بجای بکارگیری سیتمهای تعویض یونی استفاده می‌کنند. زیرا مبادله کننده‌های یونی به علت مصرف زیاد مواد شیمیایی و رزین، دارای هزینه راهبری و نگهداری زیادی می‌باشند.

اسمز معکوس (RO) یک فن آوری تصفیه آب که با استفاده از یک غشاء نیمه تراوا برای حذف ذرات بزرگتر از آب آشامیدنی است. در اسمز معکوس، فشار به کار رفته است استفاده می شود برای غلبه بر فشار اسمزی، ملک colligative، است که توسط پتانسیل شیمیایی، یک پارامتر ترمودینامیکی هدایت می شود. اسمز معکوس می تواند بسیاری از انواع مولکول ها و یون از راه حل، از جمله باکتری را حذف، و در هر دو پروسه های صنعتی و تولید آب آشامیدنی استفاده می شود. نتیجه این است که از املاح است که در سمت تحت فشار از غشا و حلال خالص اجازه عبور به طرف دیگر. به "انتخابی"، این غشا باید مولکول های بزرگ و یا یون ها از طریق منافذ (سوراخ) اجازه نمی دهد، اما باید اجازه می دهد قسمت های کوچکتر از راه حل (مانند حلال) به تصویب آزادانه.

در فرآیند اسمز نرمال، حلال به طور طبیعی از یک منطقه از غلظت املاح کم (پتانسیل آب بالا) حرکت می کند، از طریق یک غشاء، به یک منطقه از غلظت املاح بالا (پتانسیل آب کم). حرکت یک حلال خالص است به کاهش انرژی آزاد از سیستم های حقوق برابر غلظت املاح در هر طرف از یک غشاء، تولید فشار اسمزی. اعمال فشار خارجی به معکوس جریان طبیعی از حلال خالص، در نتیجه، است اسمز معکوس. این فرایند شبیه به دیگر برنامه های کاربردی غشاء و فرآیندهای غشایی است. با این حال، تفاوت های کلیدی بین اسمز معکوس و تصفیه شده است. مکانیسم از بین بردن غالب در فیلتراسیون غشایی زورزدن، و یا محرومیت اندازه، به طوری که روند لحاظ نظری می تواند دستیابی به بهره وری مناسب بدون در نظر گرفتن پارامترهایی مانند فشار و غلظت محلول است. اسمز معکوس نیز شامل انتشار، و روند وابسته به فشار، سرعت جریان، و شرایط دیگر. [1] روش اسمز معکوس است که اغلب برای استفاده از آن در تصفیه آب آشامیدنی از آب دریا، از بین بردن نمک و دیگر مواد پساب از مولکول های آب شناخته شده .

معایب

واحد اسمز معکوس خانگی استفاده از بسیاری از آب زیرا آنها فشار پایین. به عنوان یک نتیجه، آنها تنها 5 تا 15 درصد از ورود آب به سیستم بهبود می یابند. باقی مانده است به عنوان آب و فاضلاب تخلیه شده است. از آنجا که آب زباله حمل با آن آلودگی را رد کرد، روشهای بازیابی این آب عملی برای سیستم های خانگی نیست. فاضلاب به طور معمول به تخلیه خانه متصل شده و به بار بر روی سیستم سپتیک خانگی اضافه کنید. یک واحد اسمز معکوس ارائه پنج گالن آب تصفیه شده در روز ممکن است بین 20 تا 90 گالن آب زباله در روز خالی شود. [24]

صنعتی سیستم های بزرگ مقیاس / شهرداری بازیابی معمولا 75٪ تا 80٪ از آب خوراک، و یا به عنوان بالا به عنوان 90٪، چرا که آنها می توانید فشار بالا مورد نیاز برای بهبود بالاتر فیلتراسیون اسمز معکوس تولید کند. از سوی دیگر، به عنوان بهبود را افزایش می دهد فاضلاب در عملیات تجاری، نرخ حذف موثر آلاینده تمایل به تبدیل شدن کاهش می یابد، به عنوان کل آب محصول سطح مواد جامد محلول مشهود است.

با توجه به ساخت و ساز غشاء و فرآیندهای غشایی خوب آن، اسمز معکوس نه تنها حذف آلاینده های مضر موجود در آب، اما آن را نیز ممکن است حذف بسیاری از مواد معدنی مطلوب از آب است. تعدادی از مطالعات کارشناسی شده در مورد اثرات بهداشتی طولانی مدت از آب آشامیدنی معدنی بود. [25]
ملاحظات جریان زباله

بسته به محصول مورد نظر، یا جریان حلال و یا املاح اسمز معکوس خواهد زباله. برای برنامه های کاربردی غلظت غذا، جریان املاح متمرکز محصول است و جریان حلال زباله است. برای برنامه های کاربردی تصفیه آب، جریان حلال آب خالص است و جریان محلول زباله متمرکز است. ضایعات حلال از پردازش مواد غذایی ممکن است به عنوان از آب بازیافت شده استفاده می شود، اما ممکن است برای دفع یک جریان املاح زباله متمرکز است گزینه های کمتری وجود دارد . کشتی ممکن است استفاده از گیاهان آب شیرین کن دریایی و ساحلی دامپینگ به طور معمول استفاده outfalls دریایی. گیاهان اسمز معکوس محصور در خشکی ممکن است و یا حوضچه های تبخیر حلقه چاه تزریق نیاز برای جلوگیری از آلوده زیرزمینی و یا سطح رواناب. [27]
تحولات جدید

از سال 1970s، prefiltration از آب بالا رسوب با یکی دیگر از غشاء بزرگتر منافذ، با انرژی مورد نیاز هیدرولیک کمتر، مورد مطالعه قرار گرفته و گاهی اوقات استفاده می شود. با این حال، این بدان معنی است که آب را از طریق دو غشاء عبور می کند و اغلب repressurized، که نیاز به انرژی بیشتری برای به سیستم قرار داده است، و در نتیجه افزایش هزینه.

دیگر کار توسعه های اخیر بر روی یکپارچه سازی به روش اسمز معکوس با الکترودیالیز برای بهبود بازیابی از محصولات مقطر با ارزش، و یا به حداقل رساندن حجم کنسانتره نیاز به تخلیه یا دفع متمرکز شده است.

در تولید آب آشامیدنی، آخرین تحولات عبارتند از غشاء در مقیاس نانو و گرافن.

بزرگترین کارخانه آب شیرین کن RO جهان در Sorek، اسرائیل در سال 2013. ساخته شده بود این خروجی از 624000 متر مکعب / روز. [29] همچنین ارزان ترین و آب را به مقامات برای U $ 0.58 فروش / [30] KL.