شرکت مهندسی ایمن آب زیست
طراح و مجری سیستم های تصفیه آب و تصفیه فاضلاب
02632719530

مبانی اسمز معکوس (Reverse Osmosis)

اسمز معکوس از جمله شیوه هایی است که امروزه بطور گسترده در شیرین سازی آب دریا، جداسازی مواد آلی و سمی از پسابهای صنعتی بکار برده می­شود. بطور کلی این روش بر پایه انتقال جرم حلال با استفاده از غشای نیمه تراوا و نیز فشار هیدرواستاتیک استوار است. جهت آشنایی با فرآیند اسمز معکوس، شناخت پدیده اسمز از اهمیت بالایی برخوردار است.

         اُسمز پدیده‌ای است که به طور طبیعی در فرآیندهای بیولوژیکی متفاوت رخ می‌دهد. دیواره‌های سلول، اجازه عبور مواد غذایی و بازمانده محصولات را داده، در حالیکه سایر مواد را از خود دفع می‌کنند. در این حالت، دیواره‌های سلول به عنوان یک غشای نیمه تراوا عمل می­کند.

         در رابطه با غشاء نیمه تراوای مورد استفاده در اسمز معکوس، آب در رقابت با نمک، ذرات معلق و مواد آلی با وزن مولکولی بالا در اولویت قرار داشته و از غشا عبور می­کند. اسمز معکوس، یک حرکت وارونه نسبت به اسمز استاندارد است به نحوی که در آن حلال از سمت غلیظتر به سمت رقیقتر حرکت می‌کند.

         چنانچه یک محلول آب نمک در یک ظرف ریخته شود و توسط غشای نیمه تراوا از آب خالص جدا شود، یک تغییر حجم در هر یک از دو سمت ظرف مشاهده می‌شود. آب خالص از میان غشا به سمت محلول آب نمک جریان خواهد یافت. در نتیجه ارتفاع آب ظرف در سمت آب نمک افزایش یافته در حالی که در بخش آب خالص ارتفاع آب کاهش پیدا می‌کند. این عبور جریان از سمت خالص به طرف محلول آب نمک اُسمز نامیده می‌شود . اختلاف ارتفاع مایع بین آب خالص و آب نمک، موجب اختلاف فشار خالص در دو طرف غشا می‌شود. این اختلاف فشار، فشار اُسمزی محلول آب نمک نامیده شده که تابعی از خصوصیات نمکها و غلظت آنها می­باشد.

         در اصطلاح فیزیک، آب موجب رقیق شدن آب نمک می‌شود و این به معنای افزایش آنتروپی سیستم است. بر طبق قانون آنتروپی، هر فرآیندی که به طور خود به خود در طبیعت اتفاق افتد، موجب افزایش بی‌نظمی می‌شود، مگر آنکه انرژی صرف شود تا از جهات مختلف جلوی انجام فرآیند گرفته شود.

         چنانچه با اعمال فشار فیزیکی یا افزایش ارتفاع محلول آب نمک، تعادل بین آب خالص و آب نمک به هم خورد، آب خالص از طریق غشا از قسمت آب نمک به قسمت آب خالص نفوذ می‌کند و نفوذ تا زمانی ادامه می‌یابد که تعادل مجدداً برقرار شود، به طوری که فشار اُسمزی محلول آب نمک با فشار محلول آب نمک بر روی غشای نیمه تراوا برابر شود که این نیز بستگی به فشار آب خالص برروی غشا دارد. به عنوان مثال، اگر مقداری آب نمک به ظرف محتوی آن اضافه شود، مقداری آب از غشا عبور خواهد کرد. اگر غلظت آب نمک اضافه شده با غلظت آب نمک اولیه برابر باشد، آب تا زمانی از غشا عبور خواهد کرد که اختلاف ارتفاع بین دو طرف به اختلاف ارتفاع اولیه برسد. (شکل۱)

         اعمال فشار به قسمت آب نمک می‌تواند توسط یک پمپ صورت گیرد. در این حالت، پمپ نیروی مورد نیاز جهت راندن مولکولهای آب از میان غشا را تأمین می‌کند. عبور جریان آب از بخش آب نمک به بخش آب خالص، اُسمز معکوس نامیده می‌شود.

نرخ نفوذ آب از غشا توسط رابطه‌ زیر بیان می‌شود.

(فشار اسمزی – فشار غشا) KT= شار نفوذ

در این رابطه:

- شار نفوذ عبارت است از نرخ جریان عبوری از غشا تقسیم بر واحد سطح

- KTضریب ثابتی است که با توجه به نوع غشا تعیین می­شود و تابعی از درجه حرارت و اختلاف فشار غشا برحسب psi می­باشد.

- فشار غشا (برحسب Psi): اختلاف فشار بین دو طرف غشا (به عنوان مثال اختلاف فشار ناشی از وجود اختلاف ارتفاع)

-  فشار اُسمزی (برحسب Psi): اختلاف فشار اُسمزی سیال در دو طرف غشا (وقتی که غلظت ماده محلول در سمت آب خالص غشا ناچیز باشد، فقط فشار اُسمزی محلول در بخش غلیظ در نظر گرفته می‌شود)

         تمام آب موجود در محلول آب نمک قادر به عبور از غشا نیست. همچنان که آب از محلول آب نمک خارج می‌شود، محلول غلیظتر می­گردد و برای غلبه بر افزایش فشار اُسمزی آن نیاز به افزایش فشار هیدرولیکی خواهد بود. به عبارت دیگر، عبور جریان آب زمانی متوقف خواهد شد که فشار اعمال شده، برابر با فشار اُسمزی محلول غلیظ گردد.

          اُسمز معکوس تنها قادر به تقسیم جریان خوراک به دو جریان آب خالص و جریان غلیظ یا آب نمک
می­باشد. به جریان غلیظتر، آب شور و یا دور ریز گفته می‌شود. معمولاً مقدار جریان دورریز، توسط حلالیت نمکها و یا فشار اُسمزی جریان غلیظ تعیین می‌شود.

          اگر چه برای غشا نیمه تراوای مورد استفاده در فرآیند اسمز معکوس عبور آب برتری دارد، اما مقدار مشخصی از نمکهای محلول نیز از غشا عبور خواهند کرد. میزان نفوذ نمکها متناسب با شیب غلظت در دو طرف غشا خواهد بود. (بدین معنی که اختلاف غلظت بین قسمت خوراک و سمت جریان محصول غشا چقدر باشد).

(غلظت نمک در ماده محصول- غلظت نمک در ماده محلول (خوراک) × K  = جریان نمک

به طوری که:

- K ، ضریب ثابتی است که با توجه به نوع غشا و ضخامت آن تعیین می­شود.

- غلظت نمک یا نمکها در جریان خوراک و محصول برحسب ppm  می­باشد.

مفهوم دو عبارت آخر در این است که میزان عبور نمک از غشا تابعی از فشار نیست، بلکه در حقیقت، تابعی از دبی آب است. بنابراین، اگر فشار بیشتری در قسمت آب غلیظ شده به آن وارد شود، نتیجه آن، اثری در غلظت نمک در بخش آب خالص نخواهد داشت.

مطالب دیگر اخبار و مقالات محیط زیستی
آلودگی آب شرب و اهمیت تصفیه آبفاضلابفناوری نانوآب شیرین کن roکلر زنی آب آشامیدنی

دفتر کرج: چهارراه هفت تیر ، بلوار دانش آموز ، بلوار علامه جعفری ، جنب قنادی پامچال ، پلاک 45 ، طبقه اول و طبقه دوم .

تلفن: 02632719530       همراه: 09124637566      کدپستی: 3133833115       تلفکس: 32719530 (026)