امروزه در صنايع براي تأمين آب مورد نياز از دستگاههاي تصفيه آب به روش اسمز معكوس بطور گستردهاي استفاده مي شود . اساس كار اين دستگاهها بر عبور ملكولهاي غير يوني مثل آب ، از يك غشاء نيمه تراوا با روزنه هاي بسيار ريز بناشده است . اين غشاء هاي نيمه تراوا طوري ساخته شده اند كه مولكولهاي خنثي را به راحتي از خود عبور مي دهند و آب خام ورودي كه داراي املاح مختلف مي باشد به آب تقريباً خالص مبدل مي گردد .در اين روش ، جريان آب ورودي يا خوراك ( Feed ) به دو جريان خروجي تبديل مي شود :
1. آب تصفيه شده ( Permeate ) .
2. آب تغليظ شده كه املاح آن افزايش يافته است بنام دور ريز ( Reject يا Brine ) .
اساس كار دستگاه اسمز معكوس : براي تشريح تصفيه آب با اين روش لازم است ابتدا قانون اسمز شرح داده شود .
تعريف كلي :
طبق قانون اسمز در صورتيكه دو محلول با غلظت هاي مختلف به وسيله يك غشاء نيمه تراوا از هم جدا گردند ، ملكولهاي محلول رقيق تر ، از طريق منفذهاي غشاء نيمه تراوا به طرف محلول غليظ تر حركت مي كنند . عاملي را كه توسط آن اين حركت انجام مي پذيرد ، فشار اسمز مي نامند . اين جريان ادامه پيدا مي كند تا اينكه فشار اسمزي خنثي شود . اگر از طرف محلول غليظ فشاري بيشتر از فشار اسمزي اعمال گردد ، حركت معكوس ميشود و ملكولهاي آب از محلول غليظ به طرف محلول رقيق جريان پيدا مي نمايد . و موجب باقي ماندن املاح در طرف غليظ مي گردد . براي درك بهتر اين پديده فرض نمائيد ، دو ظرف مطابق شكل الف
يكي محتوي آب نمك (A) و دومي محتوي آب خالص (B) باشد و اين دو ظرف توسط يك لوله به هم وصل شده باشند و ارتفاع آب داخل دو ظرف مساوي و هم سطح باشند ، در اين صورت براي ايجاد تعادل در غلظت ، يونهاي سديم و كلرايد از ظرف حاوي آب نمك به صورت نفوذ ملكولي به طرف ظرف آب خالص منتقل مي شوند تا تعادل غلظت بين دو ظرف برقرار گردد . حال اگر در مسير جريان آب بين دو طرف يك غشاء نيمه تراوا قرار دهيم كه فقط اجازه دهد ملكولهاي آب از آن عبور نمايد ، ( شكل ب ) متوجه مي شويم كه يونهاي نمك اجازه عبور نخواهند يافت . لذا جهت برقراري تعادل در غلظت ، آب خالص از ظرف (B ) به طرف ظرف آب غليظ (A ) منتقل مي گردد . و اين عمل تا حدي ادامه پيدا مي كند كه افزايش ارتقاع آب در ظرف آب نمك ( A ) فشار مضاعف پيدا مي كند و ديگر اجازه انتقال آب از ظرف B به ظرف A را نمي دهد ، اين فشار را فشار اسمزي ميگويند ، كه طبق قانون وانت هف ( Vant Hoff ) فشار اسمزي تابعي از غلظت در دو طرف غشاء مي باشد .
P1 = ( CS1 – CS2 ) R.T
در اين فرمول :
P = فشار اسمزي
CS1 = غلظت نمك در ظرف A ( يا محلول خوراك دستگاه )
CS2 = غلظت نمك در ظرف B ( آب محصول تصفيه شده )
R = ثابت گازهاست
T = درجه حرارت ( درجه كلوين )
حال اگر بخواهيم جهت جريان را معكوس كنيم يعني اينكه مولكولهاي آب از ظرف نمك ( A ) به سمت ظرف آب خالص ( B ) جريان پيدا نمايد ( عكس حالت قبل ) ، لازم است ، فشاري بيشتر از فشار اسمزي به محلول ظرف آب نمك وارد نماييم ، اين فشار P2 و فشار عملياتي نام دارد . لذا مقدار فشار خالص كه باعث مي شود مولكولهاي آب از ظرف آب نمك به طرف ظرف آب خالص منتقل گردد برابر خواهد بود با :
D.P = P2 – P1
D.P = Driving pressure ( فشار عقب راندن )
مثال فوق فرآيند اسمز معكوس را به صورت يك مقدار كم ( Batch ) نشان مي دهد ، ولي در عمل اگر براي تصفيه آب به صورت دائم بخواهيم مطابق مثال عمل كنيم ، افزايش غلظت نمك در ظرف A باعث زياد شدن دائم فشار اسمزي مي شود . كه لازم است مدام فشار عملياتي را افزايش دهيم ، لذا براي جلوگيري از اين مشكل بطور دائم مقداري از محلول غليظ را از دستگاه خارج مي نمائيم ( تحت عنوان پس آب Reject يا آب نمك .Brine) تا غلظت ثابت بماند .
در اين سيستم آب توسط پمپ هاي فشار قوي به داخل غشاء هاي نيمه تراوا كه داراي منافذ بسيار ريزي به قطر تقريبي 42 ميكرون مي باشد تزريق مي گردد . اين منافذ از عبور ملكولهايي كه بزرگتر از مولكولهاي آب مي باشند جلوگيري مي نمايند و آب تقريباً خالص ( Permeate ) از يك سمت و آب تغليظ شده ( پر املاح يا آب نمك Brine ) از طرف ديگر جريان مي نمايد . اسمز معكوس مي تواند حدود 90 تا 99% كليه املاح آب ( T.D.S ) و كلوئيدي موجود در آب را حذف نمايد اين املاح شامل نمكهاي سديم ، پتاسيم ، سولفات ، بي كربنات و سليكات و باكتريها و ويروسها و ساير املاح محلول در آب مي باشند . مزيت استفاده از اين دستگاه نسبت به روشهاي ديگر ، صرفه اقتصادي ، مصرف انرژي كم – عدم آلوده سازي محيط زيست و سهولت كار با اين دستگاه و كاهش هزينه هاي تعميراتي و نگهداري مي باشد .
تصفيه آب به روش اسمز معكوس در محدوده بسيار زيادي از صنايع مختلف كاربرد فراوان دارد برخي از موارد به شرح زير مي باشد :
« تأمين آب آشاميدني شهرها و روستاها و صنايع
« تأمين آب تصفيه مورد نياز و مناسب صنايع مانند ديگهاي بخار ، صنايع دارو سازي و لاستيك سازي ، الكترونيك ، آزمايشگاهها و ...
« سيستمهاي حرارتي و برجهاي خنك كننده
« نمك زدايي از آب شور و آب دريا
« تغليظ آب ميوه ، شير ، محلول هاي شكر
« شيرين كردن آب شور صنايع غذايي و پليمري
غشاء ( Membrane )
اصلي ترين بخش يك سيستم اسمز معكوس غشاء آن مي باشد ، بطوريكه تمام نمكهاي موجود در آب مانند مواد آلي و غير آلي و ميكرو ارگانيسم ها توسط غشاء بطور كامل يا تا درصد بسيار بالايي حذف ميگردد . غشاء در اسمز معكوس در برابر مواد شيميائي و يا بيولوژيكي مقاوم بوده و همچنين تحمل فشار اعمال شده به آن را دارد و در برابر اسيديته آب ( PH ) نيز مقاوم مي باشد .
غشاء در انواع مدلهاي اسپيرالوند ( Spiral wound ) و هالوفايبر ( Halo faiber ) ساخته مي شوند كه قادر به حذف نمك ها و املاح محلول در آب ( اعم از آب دريا – آب شود و ... ) مي باشد .
با عرض سلام خدمت شما بازدیدکننده گرامی امیدوارم مطالب این وبلاگ برای شما مفید واقع شود.