اسمز معکوس

بهترين روش نمك زدائي از آبهاي لب شور استفاده از فرآيند اسمز معكوس ميباشد، زيرا سيستم پيچيدهاي نداشته و راهبري آن قابل كنترل تر از ديگر روشها مي باشد و با توجه به توسعه روشهاي پيشرفته توليد غشاهاي پليمري، به كارگيري اين روش توجيه بيشتري دارد.

صنایع امروز برای تصفیه آب مورد استفاده در بخشهای تولید و فرآیند خود از سیستم اسمز معکوس استفاده فراوانی می برند. اساس کار این دستگاهها بر عبور ملکولهای غیریونی مثل آب از یک غشاء با روزنه های بسیار ریز بنا شده است. این غشاءها به صورتی ساخته شده اند که ملکولهای خنثی را براحتی از خود عبور می دهند. به همین دلیل آب ورودی به سیستم، که دارای املاح مختلف است به آب تقریبا خالص تبدیل می گردد. در سیستم اسمز معکوس، جریان ورودی یا خوراک (Feed) به دو جریان آب تصفیه شده (Permeate) و پساب غلیظ (Reject) یا (Brine) تبدیل می شود.

اساس کار اسمز معکوس فرض کنید دو ظرف، یکی حاوی آب نمک (1) ودیگری حاوی آب خالص (2) توسط یک لوله به یکدیگر متصل بوده وهر دو دارای ارتفاع مساوی از آب و در یک سطح قرار داشته باشند. جهت برقراری تعادل در غلظت یونهای سدیم و کلراید از ظرف آب نمک، یونهای نمک به صورت نفوذ مولکولی به ظرف آب خالص انتقال یافته تا تعادل غلظت بین هر دو ظرف برقرار گردد. اما اگر بین این دو ظرف و در مسیر جریان آب یک غشاء قرار گیرد که فقط اجازه دهد مولکولهای آب از آن عبور کنند، یونهای نمک اجازه عبور نخواهند داشت. لذا برای برقراری تعادل در غلظت، آب خالص از ظرف شماره (2) به ظرف شماره (1) انتقال می یابد و این عمل تا آنجا ادامه می یابد که افزایش ارتفاع حاصله در ظرف آب نمک، فشار مضاعف ایجاد کرده و اجازه انتقال آب از ظرف شماره (2) به ظرف شماره (1) را ندهد. این فشار را فشار اسمزی می گویند و طبق قانون Vant Hoff تابعی است از غلظت نمک در هر دو ظرف غشاء.

اسمز معکوس ( Reverse Osmosis ) یا به طور اختصار RO ، یک تکنولوژی است که تقریباًٌ در هر صنعتی که احتیاج به تفکیک مواد حل شده از حلال باشد ( معمولاٌ حلال آب است ) عمومیت پیدا کرده است . متداولترین مورد مصرف RO در تهیه آب خالص است . در صنعت ، جهت تهیه آب DM و تصفیه فاضلاب بهداشتی استفاده زیادی از RO می شود. فرآیند RO در تهیه آب آشامیدنی از طریق نمک زدایی آب دریا و حتی بهبود مزه ی آب از طریق حذف آلودگی های مضر ، مورد استفاده قرار می گیرد .

فشار اسمزی : اسمز، پدیده ای است که بطور طبیعی در فرایند های بیولوژیکی متفاوت رخ می دهد. دیواره های سلول، سایر سلولهای مغذی را از خود عبور می دهد و سایر مواد را از خود دفع می کند. در این حالت، دیواره های سلول به عنوان یک غشای نیمه تراوا در نظر گرفته می شود. عبور آب از غشای نیمه تراوا که به عنوان حلال در اسمز معکوس به کار گرفته می شود، نسبت به عبور نمکها، جامدات معلق و مواد آلی سنگین در اولویت قرار دارد. در اسمز معکوس، عبور مواد بر خلاف پدیده اسمز است، به طوری که جریان از سمت غلیظ تر به سمت رقیق تر عبور می کند. اگر محلول آب نمک در داخل یک ظرف ریخته شود و توسط غشای نیمه تراوا از آب خالص جدا شود، تغییر در حجم هر یک از دو قسمت ظرف مشاهده می شود. آب خالص از میان غشا به سمت محلول آب نمک حرکت می کند در نتیجه، در سمت آب نمک، ارتفاع آب بالاتر می رود، در حالی که در بخش آب خالص ارتفاع آب، کاهش پیدا می کند. این عبور جریان آب از غشا به طرف محلول آب نمک، اسمز نامیده می شود. اگر با اعمال فشار فیزیکی یا افزایش ارتفاع محلول آب نمک، تعادل بین آب خالص و آب نمک به هم بخورد، آب خالص از طریق غشا از قسمت آب نمک به قسمت آب خالص نفوذ می کند و نفوذ تا زمانی ادامه می یابد که تعادل، مجدداٌ برقرار شود، به طوری که فشار اسمزی محلول آب نمک با فشار محلول آب نمک بروی غشای نیمه تراوا برابر شود که این نیز بستگی به فشار آب خالص بر روی غشا دارد. اعمال فشار به قسمت آب نمک را می توان توسط یک پمپ اعمال نمود. در این حالت، پمپ نیروی مورد نیاز جهت راندن مولکولهای آب از میان غشا را تامین می کند. عبور جریان آب از بخش آب نمک به بخش آب خالص، اسمز معکوس نامیده می شود.
اسمز معکوس فرآیندی است که در آن از فشار برای معکوس نمودن جریان اسمزی آب از درون یک غشای نیمه‌تراوا استفاده می‌شود. اگر یک غشای نیمه‌تراوا بین دو محلول آب خالص و آب ناخالص قرار گیرد آب بطور طبیعی و تحت خاصیت اسمزی از غلظت بالاتر به غلظت پائین‌تر جریان می‌یابد. این پدیده تا زمانی که پتانسیل‌های شیمیایی دو طرف برابر گردند ادامه خواهد یافت. در حالت تعادل اختلاف فشار بین دو طرف غشا برابر اختلاف فشار اسمزی است. اگر فشاری برابر با اختلاف فشار اسمزی به محلول غلیظ‌تر اعمال گردد جریان آب قطع خواهد شد. در صورتیکه فشار اعمال شده بیشتر از فشار اسمزی باشد جهت جریان طبیعی آب معکوس خواهد گردید.

این روش برای حذف مواد معلق ، کدورت ، رنگ ، بو ، طعم ، کلرمازاد ، باکتری ها ، ویروس ها ، میکروب ها و در نهایت املاح محلول در داخل آب به کار می رود. تمامی این موارد توسط دو واحد پیش تصفیه فیزیکی و اسمز معکوس از داخل آب تا درصد زیادی حذف می شوند.

دستگاه های تصفیه فیزیکی آب به روش اسمز معکوس امروزه در صنایع بسیار زیادی از جمله نفت ، گاز ، پتروشیمی ، آب و فاضلاب ، صنایع دارویی ، بهداشتی ، غذایی ، الکترونیک و ... کاربرد فراوانی دارند همچنین این دستگاهها می توانند کل مواد جامد محلول در آب را از مقدار مجاز برای آبیاری و آشامیدن و خط فرآیند تا حد صفر نیز پایین بیاورند.

راهبري آن قابل كنترلتر از ديگر روشها ميباشد و با توجه به توسعه روشهاي پيشرفته توليد غشاهاي پليمري، به كارگيري اين روش توجيه بيشتري دارد.


انتخاب غشاء (Membrane Selection) در سیستم اسمز معکوس غشاء مهمترین و حساسترین قسمت دستگاه می باشد. زیرا فشار عملیاتی مورد نیاز ارتباط مستقیم با ضخامت غشاء و قطر سوراخهای آن دارد. همچنین غشاء به علت تماس مداوم با مواد شیمیایی افزوده شده به آب، بایستی مقاوم بوده و با مواد بازدارنده و ضد زسوب گذار و زیست کشها (Biocides) واکنش ندهد.

عوامل مؤثر در مقایسه غشاءها عبارتند از: 1. قطر سوراخها 2. ضخامت 3. مقاومت در مقابل مواد شیمیایی 4. قیمت 5. افت فشار 6. شرکت سازنده

سعی می شود آب قبل از ورود به دستگاه اسمز معکوس، حتما تصفیه مقدماتی گردد. ولی با این حال لازم است پیش از انتخاب غشاء عملیت پایلوتی صورت پذیرد. به علت کیفیت بسیار عالی آب خروجی از سیستم اسمز معکوس امروزه بیشتر صنایع از این روش، بجای بکارگیری سیتمهای تعویض یونی استفاده می کنند. زیرا مبادله کننده های یونی به علت مصرف زیاد مواد شیمیایی و رزین، دارای هزینه راهبری و نگهداری زیادی می باشند.

اسمز معكوس می تواند املاح آب را 90 تا 98 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.

مشکلات سیستم های RO :

1. گران بودن دستگاه
2. ایجاد خوردگی به دلیل پایین آمدن میزان قلیائیت آب تولیدی و افزایش میزان اسید محلول در آب
3. مقداربالای پساب

خوردگي داخلي

سرعت جريان، درجه حرارت و PH آب، غلظت املاح محلول و اكسيژن محلول از عوامل مؤثر در سرعت خوردگي لوله هاي فلزي نظير لوله هاي فولادي و چدني است. از نقطه توقف خورندگي آبها، درجه پايداري آن كه با اشباع آب به كربنات كلسيم تعيين مي شود، قابل قبول ترين معيار طبقه بندي آبها ازلحاظ خورندگي است. اندكس لانگلير و اندكس ريزنر اغلب به عنوان شاخص تعيين درجه پايداري آب به كار برده مي شوند.

خورندگي داخلي در لوله هاي آزبست سيمان و لوله هاي بتني انتقال آب كه ممكن است از رسوبات جدار آنها سولفيد هيدروژن آزاد شود، مي تواند رخ دهد. سولفات موجود در آب نيز مي تواند به توسط باكتريهاي تغيير دهنده سولفات به سولفيد هيدروژن تبديل شود.و هيدروژن سولفوره به وجود آمده بعدا" به اسيد سولفوريك تبديل شده كه مي تواند در نقاطي از لوله كه حفاظت نشده باشند ايجاد خوردگي كند.