آشنایی با مبانی فرایند اسمز معکوس

روش های تصفیه

روش های تصفیه پیشرفته معطوف به متدهایی هستند که از آب طبیعی یا فاضلاب های پیش تصفیه شده، آب خالص یا فوق خالص تولید میکنند که در پزشکی، صنایع غذایی، صنایع شیمیایی و سلولزی، تولیـد نیـروی محرکـه بخـار و دیگر زمینههای صنعتی موارد مصرف دارند.

از اصلی ترین روش های تصفیه پیشرفته آب میتوان به بسترهای تبادل یونی، تقطیر یا تبخیر، اسمز معکوس، الکترو دیالیز، الترافیلتراسیون اشاره نمود که به سه روش آخر اصطلاحاً روشهای غشایی اطلاق میگردد. فرآیندهای غشایی از روشهای نوین جداسازی هستند که بـدون اسـتفاده از تغییـرفـاز، اجـزاء مـورد نظـر را از سیال جدا مینمایند. . عدم تغییر فاز در طول فرایند جداساز ی موجب میشود تـا عملیـات جداسـازی بـا صـرف انـرژی کمتری صورت پذیرد.

امروزه فرایندهای غشایی در تمامی شاخه ها از جمله تصفیه آب، تصفیه انواع پساب های خـانگی و صنعتی، پزشکی، پتروشیمی، داروسازی، صنایع غذائی، بیوتکنولوژی و … بکار گرفته شـده و رانـدمان بـالایی را از خود نشان دادهاند.

مبانی فرایند اسمز معکوس

 اسمز معکوس از جمله شیوه هایی است که امروزه بطور گسترده در بطور کلی این روش بر پایه انتقال جرم حلال با استفاده از غـشای نیمه تراوا، جداسـازی مـواد آلی و سمی از پسابهای صنعتی بکار برده میشود. بطور کلی این روش بر پایه انتقال جرم حلال با استفاده از غـشای نیمه تراوا و نیز فشار هیدرواستاتیک استوار است. جهت آشنایی با فرایند اسـمز معکـوس، شـناخت پدیـده اسـمز از اهمیت بالایی برخوردار است

اُسمز پدیدهای است که به طور طبیعی در فرآیندهای بیولوژیکی متفاوت رخ مـیدهـد . دیـواره هـای سـلول، اجازه عبور مواد غذایی و بازمانده محصولات را داده، در حالیکه سایر مواد را از خود دفـع مـیکننـد. در ایـن حالـت، دیوارههای سلول به عنوان یک غشای نیمه تراوا عمل میکند.

در رابطه با غشاء نیمه تراوای مورد استفاده در اسمز معکوس، آب در رقابت با نمک، ذرات معلق و مواد آلی با وزن مولکولی بالا در اولویت قرار داشته و از غشا عبور میکند. اسمز معکوس، یک حرکـت وارونـه نـسبت بـه اسـمز استاندارد است به نحوی که در آن حلال از سمت غلیظتر به سمت رقیقتر حرکت میکند.

چنانچه یک محلول آب نمک در یک ظرف ریخته شود و توسط غشای نیمه تراوا از آب خالص جدا شود، یک تغییر حجم در هر یک از دو سمت ظرف مشاهده میشود. آب خالص از میان غشا به سمت محلول آب نمک جریـان خواهد یافت. در نتیجه ارتفاع آب ظرف در سمت آب نمک افزایش یافته در حالی که در بخش آب خالص ارتفاع آب کاهش پیدا میکند.

این عبور جریان از سمت خالص به طرف محلول آب نمک اُسمز نامیده مـیشـودشـکل (a 1) اختلاف ارتفاع مایع بین آب خالص و آب نمک، موجب اختلاف فشار خالص در دو طرف غشا میشود. ایـن اخـتلاف فشار، فشار اُسمزی محلول آب نمک نامیده شده که تابعی از خصوصیات نمکها و غلظت آنها میباشد.

در اصطلاح فیزیک، آب موجب رقیق شدن آب نمک میشود و این به معنای افزایش آنتروپی سیستم اسـت. بر طبق قانون آنتروپی، هر فرآیندی که به طور خود به خود در طبیعت اتفاق افتد، موجب افزایش بینظمی میشود، مگر آنکه انرژی صرف شود تا از جهات مختلف جلوی انجام فرآیند گرفته شود.

چنانچه با اعمال فشار فیزیکی یا افزایش ارتفاع محلول آب نمک، تعادل بین آب خالص و آب نمـک بـه هـم خورد، آب خالص از طریق غشا از قسمت آب نمک به قسمت آب خالص نفوذ میکند و نفوذ تا زمانی ادامه مـییابـد که تعادل مجدداً برقرار شود، به طوری که فشار اُسمزی محلول آب نمک با فشار محلـول آب نمـک بـر روی غـشای نیمه تراوا برابر شود.

که این نیز بستگی به فشار آب خالص برروی غشا دارد. به عنوان مثال، اگر مقداری آب نمک به ظرف محتوی آن اضافه شود، مقداری آب از غشا عبور خواهد کرد. اگر غلظت آب نمـک اضـافه شـده بـا غلظـت آب نمک اولیه برابر باشد، آب تا زمانی از غشا عبور خواهد کرد که اختلاف ارتفاع بین دو طرف به اختلاف ارتفـاع اولیـه برسد. (شکل b( . 1 اعمال فشار به قسمت آب نمک میتواند توسط یک پمپ صورت گیرد. در این حالت، پمپ نیروی مورد نیـاز جهت راندن مولکولهای آب از میان غشا را تأمین میکند . عبور جریان آب از بخش آب نمک بـه بخـش آب خـالص، اُسمز معکوس نامیده میشود.