اسمز معکوس چیست؟

(Reverse Osmosis)اسمز معکوس:

یک فرآیند فیزیكی است كه می توان از آب ناخالص به كمك یك ممبران، آب تقریبا خالص تهیه كرد. بعنوان مثال به كمک این روش می توان از آب شور، آب قابل شرب مطلوب تهیه كرد..

اسمز معکوس یکی از بهترین روش ها برای حذف ناخالصی های محلول در آب است. از آنجا که فقط مولکول های آب قادر به عبور از منافذ ممبران هستند ، در نتیجه تقریبا تمامی یون ها و مولکول های محلول ( از جمله نمک ، قند و املاح موجود در آب ) پشت ممبران باقی می مانند و از آب حذف می شوند.

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 ممبران ها، 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.

اسمز طبیعی چیست؟

اسمز طبیعی زمانی رخ می دهد که دو نمونه آب با غلظت های متفاوت توسط یک غشای نیمه تراوا از هم جدا شده باشند. فشار اسمزی آب خالص را از طریق منافذ غشاء به درون آب غلیظ تر هدایت می کند و این فرآیند تا آنجا ادامه میابد که غلظت هر دو نمونه آب برابر گردد.

اساس كار اسمز معكوس

اگر یک ممبران بین دو نمونه آب با غلظت های متفاوت قرار گیرد.

 مقداری از آب (خالص) از یك طرف ممبران به طرف دیگر منتقل می شود. ممبران معمولا از جنس استات سلولز و یا پلی آمید است. البته امروزه غشاء(ممبران) 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 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 مولكول های آب قادر به عبور از غشاء نیمه تراوا (ممبران) 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 فشارخارجی(به میزان بالاتر از فشار اسمزی ) مولكول های آب را وادار كرد كه از محفظه آب ناخالص وارد محفظه آب خالص شوند. این همان مفهوم اسمز معكوس است و راهی است برای تهیه آب شیرین از آب شور است.

بنابراین با اعمال فشار مكانیكی به آب شور ، مولكولهای آب از مولكولهای نمک ( ناخالصی ) جدا می شوند. این فرایند را اسمز معکوس(reverse osmosis) میگویند.

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 قسمت های زیر است:

1.پیش تصفیه

2.ایجاد فشار لازم توسط پمپ های آب

3.ممبران

4.خروجی آب خالص(آب شیرین)

5.خروجی پساب ( فاضلاب )

در دستگاه های تصفیه آب خانگی ، آب خام ( تصفیه نشده ) پس از عبور از سه فیلتر اولیه ( پیش فیلتر ها ) و انجام تصفیه اولیه وارد محفظه هوزینگ ممبران (با ماکزیمم فشار psi125 )که حاوی ممبران با چندین لایه غشاء نیمه تراوا که به دور یک لوله مرکزی پیچیده شده اند می شود.

آب خروجی از ممبران به دو بخش خالص و ناخالص تقسیم می شود که آب ناخالص از طریق مسیر فاضلاب دفع میشود و آب خالص برای مصرف و ذخیره در مخزن دستگاه هدایت میشود.

دستگاه تصفیه آب مجهز به اسمز معکوس ، مواد رادیواکتیو ازجمله: پلوتونیوم، رادیوکتیو و استرانسیوم موجود در آب آشامیدنی را از آب حذف می کند.

بنابراین اگر در نزدیکی نیروگاه های هسته ای زندگی می کنید ، برای اطمینان و محافظت از خانواده خود در برابر آلاینده های هسته ای موجود در آب شهری ، حتما از دستگاه های تصفیه آب استریم با روش اسمز معکوس استفاده کنید.

وجود پمپ به این دلیل است كه آب جهت عبور از چشمه های ممبران كه قطر آنها 0.0001 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 ممبران 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 ممبران 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 ممبران نشوند.

در صورتی كه لوله خروجی پساب بنا به هر دلیلی بسته شود، ممبران در مدت زمان كوتاهی كاملا دچار گرفتگی شده و باید تعویض شود.

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

میزان فاضلاب در سیستم های مختلف متفاوت است. اما معمولا نسبت آب ناخالص سیستم به آب خالص، سه به یک 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 یک 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 خالص باشد.

پیشنهاد می شود در صورت امكان، آب ناخالص خروجی  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 میكروب ها 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 ممبران های HIDROTEK  نشان می دهد. ممبران های(Hidrotek1812)بهترین نوع ممبران هستند كه در دستگاه های تصفیه آب استریم استفاده میشوند.

در خصوص جدول بالا ذكر چند نكته ضروری است: 

این جدول بینانگر میزان اسمی حذف عناصر توسط ممبران های بكار رفته در دستگاه های اسمز معكوس خانگی است كه در شرایط نرمال كار می كنند.

شرایط نرمال عبارتست از:

• فشار آب ورودی به محفظه) RO حداقل ۶۰ PSI )
• دمای آب ورودی ۲۵ درجه سانتیگراد باشد.
• (سختی)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 ممبران RO از آب حذف می شوند، همزمان می توانند به راحتی روی سطح ممبران رسوب كرده و عمر آن را كاهش دهند.

حتی در غلظت های پایین آهن و منگنز نیز وقوع این امر دور از تصور نیست. به طور كلی جهت مقابله با این مشكل بهتر است آهن و منگنز توسط یک سیستم پیش تصفیه مناسب، قبل از ورود به سیستم اسمز معكوس از آب ورودی حذف شوند. میزان حذف نیترات توسط ممبرین به فاكتورهایی نظیر:

آب ورودی.درجه حرارت آب ورودی.فشار آب ورودی ومیزان سایر آلاینده ها در آب ورودی PH بستگی دارد. 

امروزه روش اسمز معكوس اقتصادی ترین فرایند برای تهیه آب آشامیدنی از آب های نا خالص مناطق كم آب می باشد.