احتمالا اگر در حال جستجوی سیستم های تصفیه آب باشید، با کلمه اسمز معکوس زیاد مواجه شده اید. عبارتی که به عنوان یک مزیت و فناوری در سیستم های تصفیه آب مطرح میشود. در این مطلب، قصد داریم به صورت کامل به معرفی و تشریح اسمز معکوس بپردازیم. با ما همراه باشید!
فرآیند اسمز میلیون‌ها سال است که در طبیعت و هر روز در بدن ما اتفاق می‌افتد. بطورکلی اسمز به معنای حرکت مولکول‌های آب از یک محلول رقیق به یک محلول غلیظ از طریق غشای تا حدی نفوذپذیر است. غشای نیمه نفوذپذیر (که گاهی اوقات غشای نفوذپذیر انتخابی نامیده می شود) فقط به مولکول ها یا یون های خاصی اجازه عبور می دهد.
در این مطلب می خوانید:
نمونه های اسمز در بدن انسان و طبیعت
اسمز معکوس چیست؟
تاریخچه اسمز معکوس
اجزای سیستم اسمز معکوس در تصفیه آب
اسمز معکوس چگونه کار می‌کند؟
مزایای سیستم اسمز معکوس
نمونه های اسمز در طبیعت و بدن انسان
اسمز در تمام سیستم های بیولوژیکی رخ می دهد، زیرا غشاهای بیولوژیکی نیمه تراوا هستند. همه موجودات زنده توسط سلول هایی تشکیل شده اند و غشای سلولی معمولاً غشاهای نیمه تراوا هستند که در هنگام عبور آب در برابر مولکول های بزرگ (مانند پروتئین ها و قندها) نفوذناپذیر هستند.
به عنوان مثال، اگر سلولی را در آب خالص بیندازیم، مولکول‌های آب به داخل سلول حرکت می‌کنند و سلول متورم میشود. اگر سلولی را در آب دریا که غلظت املاح بسیار بالایی دارد بیندازیم، مولکول‌های آب از سلول خارج شده و سلول کوچک میشود. به همین دلیل است که اگر گیاه را با آب دریا آبیاری کنیم بیشتر گیاهان می میرند: آب به جای حرکت به داخل از سلول های ریشه گیاه خارج می شود.
ریشه گیاهان با اسمز، آب را جذب می کنند. همچنین به همین دلیل است که درک غلظت املاح در محلول غذایی در هیدروپونیک یا آب کشت بسیار مهم است. ما می توانیم این اطلاعات را با اندازه گیری هدایت الکتریکی محلول غذایی بدست آوریم.
متفاوت از انتشار، که هیچ غشایی درگیر نیست، اسمز برای رخ دادن نیاز به نیرو دارد. این نیرو از برهمکنش املاح با غشاء ناشی می شود. بنابراین، برای معکوس کردن فرآیند اسمز، باید فشاری را اعمال کنیم تا مولکول‌های آب را در مقابل تمایل طبیعی حرکتی آنها «فشار دهیم». هر چه غلظت محلول آب بیشتر باشد، فشار بیشتری برای غلبه بر نیروی اسمز مورد نیاز است.
امروزه اسمز معکوس و مکانیزم های فیلتراسیون غشایی برای هزاران فرآیند و کاربرد مختلف در سرتاسر جهان مورد استفاده قرار می‌گیرند. خصوصا اینکه با کمیاب شدن منابع آب پاک طبیعی و روند مستمر بیابان زایی جهان، آب پاک به یکی از ارزشمندترین منابع روی کره زمین تبدیل شده است، و همین ضرورت موجب شده است تا فناوری اسمز معکوس در واقع به یکی از بزرگترین دستاوردهای علمی در تاریخ بشر تبدیل شود.
اسمز معکوس چیست؟
اسمز معکوس یکی از فرآیندهای تصفیه آب است که از یک غشای نیمه تراوا (پوشش مصنوعی با نفوذپذیری انتخابی) برای فیلتر کردن مولکول‌های ناخواسته و ذرات بزرگ آلاینده‌ها و رسوبات مانند کلر، نمک و کثیفی آب آشامیدنی استفاده می‌کند. علاوه بر حذف آلاینده ها و رسوبات، اسمز معکوس می تواند میکروارگانیسم ها را نیز از بین ببرد، آب را تا سطح مولکولی تمیز می‌کند و تنها H2O خالص را پشت سر می‌گذارد.
به طور کلی اسمز معکوس یک فرآیند بسیار کارآمد است که امکان تفکیک و خالص سازی همزمان محصول را فراهم می کند، PH یا تغییرات شیمیایی در محصول ایجاد نمی کند و از آنجایی که حرارت قابل توجهی لازم نیست، تخریب حرارتی محصول وجود ندارد.
بنابراین، اسمز معکوس تأثیر حداقلی بر ویژگی‌های کیفی و ارزش غذایی محصول نهایی دارد، به‌ویژه زمانی که با غلظت تبخیری مقایسه میشود به طور اجتناب‌ناپذیری تخریب گرما و همچنین تلفات طعم و مواد غذایی وجود دارد.
تاریخچه اسمز معکوس
از دیدگاه تاریخچه ای، اولین بار در سال 1748 توسط ژان آنتوان نولت، فیزیکدان فرانسوی کشف شد. او توانست فرآیند اسمزی را با استفاده از مثانه خوک به عنوان غشاء آزمایش کند و ثابت کرد که یک حلال می‌تواند به طور انتخابی از یک غشای نیمه تراوا (غشا با نفوذپذیری انتخابی) عبور کند.
همزمان با جنگ جهانی دوم، فیلتر کردن یا نمک زدایی آب دریا، هدفی بود که توسط دولت کندی برای کمک به توسعه راه حل های کمبود آب برای ایالات متحده تعیین شد. در آزمایشات آنها، با تحت فشار قرار دادن غشا و مسیر آب، نمک و سختی آب دفع و به مولکول های آب اجازه عبور می داد. از آنجایی که این فناوری جدید برعکس فرآیند اسمزی طبیعی عمل می کرد، به اسمز معکوس (reverse osmosis) معروف شد. خروجی اسمز معکوس (RO)، آب تصفیه شده است که مکانیزم فیلتراسیون در اغلب سیستمهای تصفیه آب استفاده میشود.
اجزای سیستم اسمز معکوس در تصفیه آب
معمولا برای ایجاد سیستم اسمز معکوس از فیلترهای ممبران اسمز معکوس یا فیلتر ممبران RO استفاده میشود. اگرچه فیلتر ممبران RO، بخش کلیدی و کانونی در سیستم اسمز معکوس است اما این سیستم فیلتراسیون دارای اجزای دیگری است که مراحل مختلف فیلتراسیون را شکل میدهد. معمولا سیستم های RO از 3 الی 6 مرحله فیلتراسیون تشکیل شده است.
علاوه بر ممبران RO از فیلتر الیافی و فیلترهای کربنی در این شش مرحله فیلتراسیون استفاده میشود. فیلترها بسته به اینکه آب قبل یا بعد از ممبران قرار میگیرد، پیش فیلتر یا پس فیلتر نامیده می‌شوند.
در مطالب جداگانه ای به کارکردهای هریک از این مراحل فیلتراسیون پرداخته ایم اما به طور کلی کارکردهای این مراحل به شرح زیر است:
فیلتر الیافی: ذرات مانند کثیفی، گرد و غبار و زنگ را کاهش می دهد
فیلتر کربن: ترکیبات آلی فرا ، کلر و سایر آلاینده هایی که به آب طعم یا بوی بد می‌دهند، را کاهش میدهد.
فیلتر ممبران: تا 98 درصد(مقدار درصدها می‌تواند بر حسب نوع غشا، فشار آب، درجه حرارت و TDS آب، تغییر کنند)
از کل جامدات محلول را حذف می کند. آلاینده های موجود در آب از جمله نمک های محلول، سرب، مس، باریم، محصولات جانبی باکتری و ... را حذف می‌کند.
سیستم اسمز معکوس چگونه کار می‌کند؟
هنگامی که آب برای اولین بار وارد یک سیستم RO میشود، ابتدا از پیش فیلتراسیون می‌گذرد، پیش فیلتراسیون معمولا شامل یک فیلتر کربن و یک فیلتر الیافی برای حذف رسوبات و کلر است. وجود این ناخالصی‌ها در آب برای ممبران RO مضر است یا آن را مسدود می‌سازد.
پس از پیش فیلتراسیون، آب از ممبران اسمز معکوس عبور می‌کند. جای که ذرات محلول، حتی بسیار کوچکتر از که با میکروسکوپ الکترونی دیده می‌شوند، حذف می‌گردند.
پس از فیلتراسیون، آب به مخزن ذخیره جریان می‌یابد و تا زمانی که نیاز باشد، در آنجا نگهداری میشود. سیستم اسمز معکوس به فیلتر کردن آب تا زمانی که مخزن پر شود، ادامه میدهد و سپس خاموش میشود.
مزایای سیستم اسمز معکوس
سیستم اسمز معکوس یکی از گسترده ترین روش های فیلتراسیون است. 98 درصد مواد جامد محلول را حذف و نوشیدن آن را سالم تر می‌کند.
دستگاه تقطیر آب تنها سیستم آب آشامیدنی دیگری است که TDS را نیز کاهش میدهد، اما نسبت به سیستم RO کارایی کمتری دارد.
از دیگر مزایای دیگر اسمز معکوس می‌توان گفت:
آلاینده های مضر محلول را کاهش میدهد
سدیم را کاهش میدهد
طعم و بوی بد آب را کاهش میدهد
دوستدار محیط زیست تر از آب بطری است
نگه داری و نصب آسان
برای نوشتن دیدگاه باید وارد حساب کاربری خود شوید.