اسمز معکوس چیست و چه کاربردی در دستگاه تصفیه آب دارد؟

اسمز معکوس (به انگلیسی: Reverse Osmosis) که به اختصار به آن RO گفته می‌شود، فرآیندی است که طی آن یون‌های مضر، نمک و املاح از آب، حذف می‌شود و به اصطلاح “آب دیونیزه” بجا می‌ماند. تصفیه آب در این فرآیند توسط یک غشاء نیمه تراوا تحت فشار حاصل می‌شود. اسمز معکوس از روش‌های مهم و پرکاربرد برای شیرین سازی آب است و در صنایع تصفیه فاضلاب و پساب نیز استفاده‌های زیادی دارد. این فرآیند، یک روش تصفیه آب است که در تصفیه آب آشامیدنی، صنایع، کشاورزی و حتی نمک‌زدایی آب‌های شور کاربرد دارد.

اسمز چیست؟

به طور کلی فرآیند اسمز، بدون نیاز به انرژی، در طبیعت و در بدن انسان اتفاق می‌افتد. در این فرآیند، آب از طریق غشاء نیمه تراوا، از ناحیه ای با غلظت کمتر به ناحیه‌ای با غلظت بیشتر حرکت می‌کند. این پدیده، بدون نیاز به انرژی اتفاق می‌افتد و نقش مهمی در زیست شناسی و شیمی دارد و از آن در زمینه تصفیه آب بکار استفاده می‌شود.

به طور مثال:‌ سلول‌های بدن انسان از اسمز برای تنظیم میزان آب استفاده می‌کنند. اگر سلول در محیطی با غلظت بالای نمک قرار بگیرد، آب از سلول خارج شده و باعث چروکیدگی آن می‌شود. در سیستم‌های تصفیه آب، از اسمز معکوس برای حذف ناخالصی‌ها استفاده می‌شود. در این فرآیند، آب با فشار از میان غشای نیمه‌تراوا عبور می‌کند و آلاینده‌ها را پشت سر می‌گذارد.

غشای نیمه تراوا

غشاء نیمه تراوا (semi-permeable membrane)‌، نوعی غشاء است که به برخی از اتم‌ها و مولکول‌ها اجازه عبور می‌دهد، اما مانع از عبور سایر مواد می‌شود. این ویژگی باعث می‌شود که در فرآیندهای زیستی، تصفیه آب و صنایع مختلف کاربرد داشته باشد. در زیست‌شناسی، غشای نیمه‌تراوا در سلول‌ها نقش مهمی ایفا می‌کند، زیرا اجازه می‌دهد مواد مغذی وارد سلول شوند و مواد زائد خارج شوند. در تصفیه آب، این غشاء در سیستم‌های اسمز معکوس استفاده می‌شود تا ناخالصی‌ها و آلاینده‌ها را از آب حذف کند.

اسمز معکوس

اسمز به طور طبیعی بدون نیاز به انرژی اتفاق می‌افتد. در فرآیند اسمز معکوس، با استفاده از انرژی، آب با شوری زیاد را به محلول شیرین و بدون یون و نمک تبدیل می‌کنند. غشای اسمز معکوس، غشایی نیمه تراوا است که پس از ایجاد فشار و جریان، اجازه‌ی عبور به مولکول‌های آب را می‌دهد، اما امکان عبور بیشتر نمک‌های محلول، مواد آلی، باکتری‌ها و pyrogen وجود ندارد و اجازه عبور به آلاینده‌ها را نمی‌دهد. بدین ترتیب، آب تازه و دیونیزه از این فیلتر عبور می‌کند و به سایر فیلترهای تصفیه آب می‌رسد.

فیلتر اصلی دستگاه تصفیه آب

اسمز معکوس چگونه کار می‌کند؟

اسمز معکوس با استفاده از پمپ فشار بالا، نیرویی را به آب برای عبور از غشاء نیمه تراوا وارد می‌نماید و فقط مولکول‌های آب از غشاء عبور می‌کنند، در حالی که آلاینده‌ها و نمک‌ها پشت غشاء باقی می‌مانند. سپس آب خالص در مخزن دستگاه تصفیه ذخیره می‌شود و آلاینده‌های باقی‌مانده به عنوان پساب از سیستم خارج می‌شوند.

در دستگاه تصفیه آب، ابتدا آب از پیش تصفیه‌ها عبور داده می‌شود تا شن، ماسه و گل و لای آب گرفته شود و آب زلال شود. در ادامه، آب با فشار وارد فیلتر اسمز معکوس یا فیلتر ممبران شده و سپس از غشاء نیمه تراوای چند لایه با منافذ بسیار ریز عبور می‌کند. به طوری که هر ذره بزرگتر از ۱/۱۰ ام میکرون باشد را از آب می‌گیرد و به فاضلاب می‌ریزد. در واقع فیلتر ممبران، همانند یک صافی ریز عمل می‌کند و ناخالصی‌های ریز را فیلتر می‌کند.

در این فرآیند، آب یونیزه شده محصول را آب پرمیت (permeate water) و جریان آب حاوی آلاینده‌های غلیظ را جریان ریجکت (reject stream) می‌نامند. همچنین آب ریجکت می‌تواند وارد زهکش یا به آب خوراک اضافه شود. در شرایط خاص، این آب به سیستم اسمز معکوس برگشت داده می‌شود تا در مصرف آب صرفه‌جویی شود.

فیلتر اسمز معکوس دارای دو خروجی است؛ آب فیلتر شده از یک مسیر و آب حاوی آلاینده از مسیر دیگر خارج می‌شود. برای جلوگیری از ایجاد آلاینده، فیلتراسیون جریان متقابل به آب اجازه می‌دهد تا آلودگی را از بین ببرد.

اسمز معکوس چه نوع آلاینده‌هایی را حذف می‌کند؟

اسمز معکوس قادر است، طیف گسترده‌ای از آلاینده‌ها (تا ۹۹٪) را از آب حذف کند و آب را به سطحی از خلوص بسیار بالا برساند. این آلاینده‌ها عبارتند از:

• نمک‌ها و مواد معدنی: حذف یون‌های سدیم، کلرید، کلسیم، منیزیم و سایر مواد معدنی محلول
• فلزات سنگین: مانند سرب، جیوه، آرسنیک و کادمیوم که می‌توانند برای سلامتی مضر باشند
• مواد شیمیایی و آلاینده‌های آلی: شامل کلر، فلوراید، نیترات، سولفات و ترکیبات آلی فرار (VOC)
• باکتری‌ها و ویروس‌ها: اسمز معکوس می‌تواند بسیاری از میکروارگانیسم‌ها را حذف کند، اما برای حذف کامل ویروس‌ها و باکتری‌ها معمولاً نیاز به مراحل اضافی مانند ضدعفونی با UV یا کلر وجود دارد.
• ذرات معلق و کلوئیدها: مانند گل و لای، تشکیل رسوب و سایر ذرات جامد که باعث کدورت آب می‌شوند.

کاربرد اسمز معکوس چیست؟

تکنولوژی‌های اسمز معکوس برای تصفیه آب شهری در انواع مختلفی طراحی و تولید شده است. مهمترین کاربرد این فناوری در زمینه تصفیه آب آشامیدنی و تصفیه آب صنعتی است. مثال: تامین آب دستگاه‌های دیالیز، آب مورد نیاز دیگ‌های بخار، تامین آب کارخانه‌های داروسازی و لوازم بهداشتی، صنایع غذایی و نوشیدنی، صنایع دارویی و پزشکی، صنایع فولاد.

چگونگی عملکرد اسمز معکوس

معایب روش اسمز معکوس

• سیستم‌های اسمز معکوس به مقدار قابل توجهی انرژی نیاز دارند.
• هزینه اولیه نصب یک سیستم اسمز معکوس مستلزم سرمایه‌گذاری اولیه قابل توجهی است.
• رسوب مواد معدنی بر روی سطح ممبران، منجر به کاهش عملکرد آن می‌شود.
• مقادیر بالای جامدات معلق، کلر، یا آلاینده‌های خاص ممکن است بر عملکرد و طول عمر ممبران تاثیر منفی بگذارد.
• تغییرات شدید در مقادیر pH آب خوراک ممکن است پایداری و عملکرد ممبران‌های RO را تحت تاثیر قرار و در نتیجه آب قلیایی یا اسیدی را خروجی دهد.
• تحت شرایط خاص، میکروارگانیسم‌ها ممکن است روی سطح ممبران تکثیر شوند و منجر به گرفتگی و فولینگ غشاء شوند.

نتیجه گیری

اسمز معکوس یک فناوری قدرتمند برای تصفیه آب است که با اعمال فشار، جریان طبیعی اسمز را معکوس کرده و آب را از طریق غشای نیمه‌تراوا عبور می‌دهد. این فرآیند می‌تواند تا ۹۹٪ آلاینده‌ها از جمله نمک‌ها، فلزات سنگین، باکتری‌ها و مواد شیمیایی را حذف کند. کاربردهای آن از تصفیه آب آشامیدنی گرفته تا نمک‌زدایی، صنایع دارویی، غذایی و صنعتی گسترده است. این فناوری به بهبود کیفیت آب، افزایش بهره‌وری صنعتی و حفظ محیط زیست کمک می‌کند. با این حال، استفاده از آن نیازمند مدیریت صحیح پساب و نگهداری منظم غشاها است تا بهره‌وری آن حفظ شود.