اسمز و اسمز معکوس

اسمز معکوس چیست؟

اسمز معکوس (RO): یک فرایند فیزیکی است که می توان از محلولی (حلال + ناخالصی) به کمک یک غشاء نیمه تراوا، حلال تقریبا خالص تهیه کرد. بعنوان مثال به کمک این روش می توان از آب شور، آب آشامیدنی مطلوب تهیه کرد.

اسمز معکوس می تواند تا ۹۸% مواد معدنی حل شده و مواد آلی و کلوئیدی آب را حذف کند.

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

اساس کار اسمز معکوس

اگر یک غشاء نیمه تراوا (Semi-Permeable Membrane) بین دو محلول با غلظت های متفاوت قرار گیرد، مقداری از حلال (رقیق) از یک 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 حرکت حلال به گونه ای است که محلول غلیظ تر، رقیق می شود.

در شکل زیر آب خالص از غشاء عبور کرده و وارد آب ناخالص می شود. اگر به سیستم اجازه رسیدن به تعادل داده شود، در آن صورت سطح آب نمک (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 مولکولهای آب قادر به عبور از غشاء نیمه تراوا هستند.

با توجه به شکل:
سمت چپ: مولکول 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) مولکول های آب را وادار کرد که از محفظه آب شور وارد محفظه آب خالص شوند. این همان مفهوم اسمز معکوس است و راهی است برای تهیه آب شیرین از آب شور

بنابراین با اعمال فشار مکانیکی به آب شور، مولکول‌های آب از مولکولهای نمک (ناخالصی) جدا می شوند. این فرایند را اسمز معکوس می گویند.

تکنولوژی اسمز معکوس در دستگاه های تصفیه آب خانگی

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

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

در دستگاه‌های اسمز معکوس خانگی، آب خام (تصفیه نشده) پس از عبور از سه فیلتر اولیه (پیش فیلترها) و انجام تصفیه اولیه، با فشار پمپ (ماکزیمم فشار ۱۰۰ PSI) وارد محفظه (هوزینگ) ای که حاوی ممبرین RO است می‌شود. ممبرین از چندین لایه غشاء نیمه تراوا که به دور یک لوله مرکزی پیچیده شده اند تشکیل شده است.

چون ناخالصی ها قادر به عبور از غشاء نیستند از این رو در یک طرف غشاء آب تقریبا خالص وجود خواهد داشت که راهی لوله مرکزی 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 که به سمت مجرای فاضلاب هدایت می شود. شکل زیر برشی از یک محفظه RO که ممبرین در آن قرار گرفته است را نشان می دهد.

وجود پمپ به این دلیل است که آب جهت عبور از چشمه‌های غشاء که قطر آنها ۰/۰۰۰۱ میکرون است، نیاز به فشار دارد، لذا وجود پمپ در سیستم ضروری است. خروجی پساب در سیستم های اسمز معکوس، به منظور دفع ناخالصی هایی که 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 که ناخالصی های جدا شده از آب روی سطح غشاء رسوب گذاری نکنند و باعث کاهش عمر غشاء نشوند.

در صورتی که مجرای خروجی پساب بنا به هر دلیلی بسته شود، غشاء در مدت زمان کوتاهی کاملا کیپ شده و می‌بایست تعویض شود.

با توجه به اینکه غشاء اسمز معکوس 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 یک است. به عبارتی در بدو راه اندازی سیستم، به ازای هر یک واحد آب تصفیه شده، سه واحد آب وارد فاضلاب خواهد شد. در دستگاه های اسمز معکوس خانگی، در خروجی فاضلاب یک محدود کننده جریان تعبیه شده است. این محدود کننده باعث می شود که حداکثر جریان خروجی فاضلاب، ۴۲۰ میلی لیتر در دقیقه باشد. البته خروجی فاضلاب تنها زمانی جاری خواهد بود که پمپ دستگاه روشن و دستگاه در حال تولید آب تصفیه شده باشد.

پیشنهاد می‌شود در صورت امکان، آب خروجی پساب دستگاه را در یک منبع ذخیره کرده و جهت مصارفی چون: آبیاری باغچه ها، شستشوی اتومبیل، شستشوی حیاط و … استفاده کنید.

اسمز معکوس می تواند املاح آب را ۹۰ تا ۹۸ درصد کاهش دهد. حذف باکتری ها و ویروس ها و دیگر میکروبها با اسمز معکوس تقریبا صد در صد است، اما بعلت عدم آب بندی کامل سیستم اسمزمعکوس مقدار کمی از این ناخالصی ها ممکن است از غشاء عبور کرده 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 که در دستگاه‌های تصفیه آب آکواجوی استفاده می‌شوند.

در خصوص جدول فوق ذکر چند نکته ضروری است:
این جدول بیناگر میزان اسمی (Nominal) حذف عناصر توسط ممبرین های بکار رفته در دستگاه‌های اسمز معکوس خانگی است که در شرایط نرمال کار می کنند. 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، ممکن است با تغییر فشار آب ورودی، درجه حرارت آب ورودی، کیفیت شیمیایی آب ورودی و تغییر میزان آلاینده ها، تغییر کند. مادامی‌که 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 کرده و عمر آن را کاهش دهند. حتی در غلظت های پایین آهن و منگنز نیز وقوع این امر دور از ذهن نیست. به طور کلی جهت مقابله با این مشکل بهتر است آهن و منگنز توسط یک سیستم پیش تصفیه مناسب، قبل از ورود به سیستم اسمز معکوس از آب ورودی حذف شوند. میزان حذف نیترات توسط ممبرین به فاکتورهایی نظیر: PH آب ورودی، درجه حرارت آب ورودی، فشار آب ورودی و میزان سایر آلاینده ها در آب ورودی بستگی دارد.

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

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