اسمز و اسمز معکوس

اسمز معکوس چیست؟

اسمز معكوس (RO): یك فرایند فیزیكی است كه می توان از محلولی (حلال + ناخالصی) به كمك یك غشاء نیمه تراوا، حلال تقریبا خالص تهیه كرد. بعنوان مثال به كمك این روش می توان از آب شور، آب آشامیدنی مطلوب تهیه كرد.

اسمز معكوس می تواند تا ۹۸% مواد معدنی حل شده و مواد آلی و كلوئیدی آب را حذف كند.

 تكنولوژی اسمز معكوس در دهه های اخیر با به بازار آمدن انواع جدیدی از غشاها، بطور قابل توجهی گسترش یافته است. اسمز معكوس با ظرفیت ۱۰ لیتر در روز الی ۴۰ متر مكعب در دقیقه را می توان از بازارهای جهانی تهیه كرد. جالب است بدانید كه در ریاض، پایتخت عربستان، دستگاه اسمز معكوسی با ظرفیت ۳۱ متر مكعب در دقیقه (۳۱ هزار لیتر در دقیقه)، برای تهیه آب آشامیدنی وجود دارد.

اساس كار اسمز معکوس

اگر یك غشاء نیمه تراوا (Semi-Permeable Membrane) بین دو محلول با غلظت های متفاوت قرار گیرد، مقداری از حلال (رقیق) از یك طرف غشاء به طرف دیگر منتقل می شود. غشاء معمولا از جنس استات سلولوز و یا پلی آمید است. البته امروزه غشاء را از مخلوط استات سلولوز و تری استات سلولوز می سازند. جهت طبیعی حركت حلال به گونه ای است كه محلول غلیظ تر، رقیق می شود.

در شكل زیر آب خالص از غشاء عبور كرده و وارد آب ناخالص می شود. اگر به سیستم اجازه رسیدن به تعادل داده شود، در آن صورت سطح آب نمك (آب حاوی ناخالصی) از سطح آب خالص بالاتر خواهد رفت. این اختلاف سطح در دو طرف غشاء را فشار اسمزی می گویند. در واقع تنها مولكولهای آب قادر به عبور از غشاء نیمه تراوا هستند.

با توجه به شكل:
سمت چپ: مولكول های آب در قسمت آب خالص، به خاطر پدیده طبیعی اسمز وارد محفظه آب ناخالص می شوند.

سمت راست: می توان با اعمال فشار P (به میزان بالاتر از فشار اسمزی) مولكول های آب را وادار كرد كه از محفظه آب شور وارد محفظه آب خالص شوند. این همان مفهوم اسمز معكوس است و راهی است برای تهیه آب شیرین از آب شور

بنابراین با اعمال فشار مكانیكی به آب شور، مولكول‌های آب از مولكولهای نمك (ناخالصی) جدا می شوند. این فرایند را اسمز معكوس می گویند.

تكنولوژی اسمز معكوس در دستگاه های تصفیه آب خانگی

هر دستگاه تصفیه آب اسمز معكوس (اعم از خانگی و یا صنعتی) به صورت ساده شامل قسمتهای زیر است:

•  غشاء نیمه تراوا (ممبرین)
•  پمپی كه بتواند فشار لازم آب ورودی به سیستم را تامین كند.
•  خروجی پساب (فاضلاب)

در دستگاه‌های اسمز معكوس خانگی، آب خام (تصفیه نشده) پس از عبور از سه فیلتر اولیه (پیش فیلترها) و انجام تصفیه اولیه، با فشار پمپ (ماكزیمم فشار ۱۰۰ PSI) وارد محفظه (هوزینگ) ای كه حاوی ممبرین RO است می‌شود. ممبرین از چندین لایه غشاء نیمه تراوا كه به دور یك لوله مركزی پیچیده شده اند تشكیل شده است.

چون ناخالصی ها قادر به عبور از غشاء نیستند از این رو در یك طرف غشاء آب تقریبا خالص وجود خواهد داشت كه راهی لوله مركزی شده و به سمت خروجی آب تصفیه شده هدایت می شود. در طرف دیگر لایه های غشاء، آب تغلیظ شده از ناخالصی ها وجود خواهد داشت كه به سمت مجرای فاضلاب هدایت می شود. شكل زیر برشی از یك محفظه RO كه ممبرین در آن قرار گرفته است را نشان می دهد.

وجود پمپ به این دلیل است كه آب جهت عبور از چشمه‌های غشاء كه قطر آنها ۰/۰۰۰۱ میكرون است، نیاز به فشار دارد، لذا وجود پمپ در سیستم ضروری است. خروجی پساب در سیستم های اسمز معكوس، به منظور دفع ناخالصی هایی كه توسط غشاء از آب جدا شده است، تعبیه شده و در واقع آب غلیظ شده و سرشار از ناخالصی ها از طریق خروجی پساب وارد فاضلاب می شود. همچنین عبور آب از روی سطح غشاء و جاری شدن آن به مجرای فاضلاب باعث می شود كه ناخالصی های جدا شده از آب روی سطح غشاء رسوب گذاری نكنند و باعث كاهش عمر غشاء نشوند.

در صورتی كه مجرای خروجی پساب بنا به هر دلیلی بسته شود، غشاء در مدت زمان كوتاهی كاملا كیپ شده و می‌بایست تعویض شود.

با توجه به اینكه غشاء اسمز معكوس از قیمت نسبتا بالایی برخوردار است، در نظر گرفتن خروجی پساب جهت افزایش عمر غشاء مقرون به صرفه خواهد بود.

میزان فاضلاب در سیستم های مختلف متفاوت است. اما معمولا نسبت پساب سیستم به تولید آن، سه به یك است. به عبارتی در بدو راه اندازی سیستم، به ازای هر یك واحد آب تصفیه شده، سه واحد آب وارد فاضلاب خواهد شد. در دستگاه های اسمز معكوس خانگی، در خروجی فاضلاب یك محدود كننده جریان تعبیه شده است. این محدود كننده باعث می شود كه حداكثر جریان خروجی فاضلاب، ۴۲۰ میلی لیتر در دقیقه باشد. البته خروجی فاضلاب تنها زمانی جاری خواهد بود كه پمپ دستگاه روشن و دستگاه در حال تولید آب تصفیه شده باشد.

پیشنهاد می‌شود در صورت امكان، آب خروجی پساب دستگاه را در یك منبع ذخیره كرده و جهت مصارفی چون: آبیاری باغچه ها، شستشوی اتومبیل، شستشوی حیاط و … استفاده كنید.

اسمز معكوس می تواند املاح آب را ۹۰ تا ۹۸ درصد كاهش دهد. حذف باكتری ها و ویروس ها و دیگر میكروبها با اسمز معكوس تقریبا صد در صد است، اما بعلت عدم آب بندی كامل سیستم اسمزمعكوس مقدار كمی از این ناخالصی ها ممكن است از غشاء عبور كرده و در آب تصفیه شده دیده می شوند.

جدول ذیل میزان حذف عناصر موجود در آب را توسط ممبرین های TFC نشان می دهد. ممبرین های (TFC (Thin Film Composite بهترین نوع ممبرین هستند كه در دستگاه‌های تصفیه آب آكواجوی استفاده می‌شوند.

در خصوص جدول فوق ذكر چند نكته ضروری است:
این جدول بیناگر میزان اسمی (Nominal) حذف عناصر توسط ممبرین های بكار رفته در دستگاه‌های اسمز معكوس خانگی است كه در شرایط نرمال كار می كنند. شرایط نرمال عبارتست از:

• فشار آب ورودی به محفظه RO حداقل ۶۰ PSI باشد.
• دمای آب ورودی ۲۵ درجه سانتیگراد باشد.
• TDS آب ورودی زیر ۱۰۰۰ PPM باشد.

میزان واقعی (Actual) حذف عناصر، ممكن است با تغییر فشار آب ورودی، درجه حرارت آب ورودی، كیفیت شیمیایی آب ورودی و تغییر میزان آلاینده ها، تغییر كند. مادامی‌كه آهن و منگنز به نحو موثر و مطلوب توسط ممبرین RO از آب حذف می شوند، همزمان می توانند به راحتی روی سطح ممبرین رسوب گذاری كرده و عمر آن را كاهش دهند. حتی در غلظت های پایین آهن و منگنز نیز وقوع این امر دور از ذهن نیست. به طور كلی جهت مقابله با این مشكل بهتر است آهن و منگنز توسط یك سیستم پیش تصفیه مناسب، قبل از ورود به سیستم اسمز معكوس از آب ورودی حذف شوند. میزان حذف نیترات توسط ممبرین به فاكتورهایی نظیر: PH آب ورودی، درجه حرارت آب ورودی، فشار آب ورودی و میزان سایر آلاینده ها در آب ورودی بستگی دارد.

امروزه روش اسمز معكوس اقتصادی ترین فرایند برای تهیه آب آشامیدنی از آب‌های شور مناطق كم آب می باشد.

در میان محصولات آكواجوی، دستگاه‌های تصفیه آب ۵ مرحله ای (اعم از لجند، رز، تولیپ، لیلیوم، لوتوس، بلوم) مجهز به سیستم اسمز معكوس بوده و قادر به حذف ناخالصی‌های محلول در آب با استفاده از تكنولوژی غشائی هستند.