تصفیه آب به روش اسمز معکوس

به طور کلی اسمز معکوس (به انگلیسی reverse osmosis)  یک روش تصفیه آب فیزیکی است که به‌منظور شیرین‌کردن آب‌های شور نیز از آن استفاده می‌شود. امروزه بیش از هر زمانی اهمیت آب در رشد و توسعه درک می‌شود. تغییرات آب و هوایی کره زمین نگرانی‌های زیادی برای بسیاری از محققین و دانشمندان ایجاد کرده است. یکی از این تغییرات آب‌ و هوایی، افزایش گرمایش زمین است. افزایش گرمای کره زمین منجر به توزیع نامتوازن بارش باران در زمین می‌شود؛ بدین معنا که مناطقی که خشک بودند و بارش در آن کم بود، خشک‌تر می‌شوند.

محققین پیش‌بینی می‌کنند که با افزایش گرمای ‌زمین برخی مناطق در زمین در نتیجه کاهش باران و خشکسالی‌های پی‌درپی غیرقابل سکونت شوند. 70 درصد سطح کره زمین را آب‌های شور تشکیل می‌دهد و یکی از راه‌حل‌های مناسب برای مقابله با بحران آب تصفیه و شیرین کردن آب‌های شور است؛ به همین منظور امروزه در برخی کشورها از اسمز معکوس استفاده می‌شود.

تعریف اسمز و اسمز معکوس

اگر مطابق شکل زیر دو محلول با غلظت‌های متفاوت را توسط یک غشای نیمه‌تراوا از هم جدا کنیم، به طور خودبه‌خودی حلال از محلول رقیق‌تر به محلول غلیظ‌تر منتقل می‌شود که به این فرایند اسمز گفته می‌شود. اسمز به سبب خاصیت ذاتی مواد بوده و یک عمل فیزیکی است و نیاز به مصرف انرژی ندارد.

اگر بر روی محلول غلیظ‌تر با مصرف انرژی فشار خارجی اعمال کنیم، حلال بر خلاف فرایند اسمز از سمت محلول غلیظ‌تر به رقیق‌تر منتقل می‌شود به این فرایند اسمز معکوس گفته می‌شود. حال تصور کنید که به‌جای محلول رقیق، آب مقطر قرار دهیم. حلال آب به سمت آب مقطر منتقل می‌شود و به این طریق می‌توان آب مقطر تولید کرد.

تفاوت اسمز و اسمز معکوس

اساس هر دو فرایند حرکت سیال بین دو محلول با غلظت متفاوت است. از اسمز مستقیم نیز می‌توان برای تصفیه آب استفاده کرد. در تصفیه آب به روش اسمز مستقیم از سیال سوم (draw solution) استفاده می‌کنند؛ ولی روش استفاده از سیال سوم نیاز به مصرف انرژی بیشتری دارد. برتری این روش نسبت به RO به بازدهی بیشتر آن برمی‌گردد. در کل تصفیه به روش اسمز مستقیم، هنوز روش تأیید شده‌ای از منظر اقتصادی و فنی به حساب نمی آید.

فرایند اسمز معکوس

در اسمز معکوس محلول رقیق و غلیظ در دو طرف فیلتر ممبران قرار می‌گیرد. فیلتر ممبران از چندین لایه غشا تشکیل شده است که دور یک لوله پلاستیکی پیچیده می‌شوند و تنها اجازه ورود آب را می‌دهند.  هر فیلتر ممبران از یک غشای نیمه‌تراوا، مجرای فاضلاب و مجرای آب تشکیل شده است. غشای نیمه‌تراوا دور یک لوله پلاستیکی پیچیده می‌شود.

فرایند RO به این شکل است که محلول ناخالص با فشار توسط پمپ به دستگاه تصفیه آب پمپاژ می‌شود. ذرات ناخالصی با اندازه بزرگ‌تر از 0.0001 میکرون از غشای نیمه‌تراوا عبور نکرده، پشت فیلتر گیر می‌کنند و وارد مجرای فاضلاب می‌شوند. آب بدون آلودگی نیز وارد مجرای آب می‌شود تا از دستگاه خارج شود.

کاربرد اسمز معکوس

با استفاده از روش اسمز معکوس آب فاضلاب، آب شور و آب‌های زیرزمینی را تصفیه می‌کنند. برخی از مواردی که سیستم RO در آن‌ها به کار می‌رود عبارت‌اند از تصفیه آب به روش بویلر، غذاها، تولید نوشیدنی‌ها، پرداخت فلزات و تولید نیمه‌رسانا‌ها. همچنین با استفاده از این روش‌ آکواریوم‌ها را نیز تمیز نگه می‌دارند.

• استفاده صنعتی: استفاده صنعتی از این روش به‌منظور حذف آلاینده‌هایی که در دستگاه‌ها رسوب می‌کنند و خرابی به بار می‌آورند، است. همچنین برخی آلاینده‌ها منجر به خوردگی و هوازدگی وسایل می‌شوند.
• تصفیه آب به روش بویلر: گاهی اوقات به‌منظور تصفیه بهتر، روش بویلر و روش RO را ترکیب می‌کنند. معمولاً RO را قبل از بویلر به کار می‌برند.

تصفیه آب به روش اسمز معکوس

همان‌طور که پیش‌تر اشاره کردیم این روش حدوداً 98% ذرات و نمک‌های محلول را حذف می‌کند. برای بهبود طعم و مزه‌ی آب و حذف باکتری‌ها و عوامل بیماری‌زا، تصفیه و فیلتراسیون چندباره انجام می‌شود. این کار می‌تواند قبل و بعد از عبور محلول از فیلتر ممبران یا فیلتر اصلی، انجام شود.

مراحل آن به شرح زیر است.

1-ابتدا آب وارد یک فیلتر می‌شود. در این فیلتر که معمولاً از جنس کربن است رسوبات و کلر و آلودگی‌هایی که منجر به تخریب ممبران یا غشای اصلی اسمز می‌شود گرفته می‌شود.

2-در مرحله بعد آب از ممبران اصلی رد می‌شود تا ذرات بسیار ریز که با میکروسکوپ الکترونی قابل مشاهده هستند حذف شوند.

3- در مرحله بعد آب در تانکر‌هایی، تا زمانی که دوباره به آن احتیاج داشته باشیم ذخیره می‌شود.

4- هنگام خروج آب از تانکر، یک‌بار دیگر عمل فیلتراسیون انجام می‌شود تا آب قابل‌آشامیدن شود.

بنابراین، آب در این روش تصفیه، حداقل 3 بار فیلتر می‌شود. به‌منظور محافظت از ممبران از آنتی اسکالانت‌ نیز می‌توان استفاده کرد. آنتی اسکالانت‌ محلولی است که به آب افزوده می‌شود و باعث محافظت از غشا در برابر رسوبات می‌شود.

عملکرد

فیلتر ممبران در تصفیه آب  RO، نقطه مرکزی سیستم است. دستگاه RO معمولاً دارای 4،3 یا 5 مرحله تصفیه است و فیلترهای موجود در آن فیلتر رسوب، فیلتر کربن و فیلتر ممبران است. کاربرد این فیلترها پیش از اسمز و یا پس از اسمز است.

• فیلتر رسوب: ذرات آلاینده مانند گردوغبار را می‌گیرد.
• فیلتر کربن: از ترکیبات آلاینده فرار، کلرین و سایر آلاینده‌های آلی که منجر به مزه یا بوی بد آب می‌شود، می‌کاهد.
• غشای نیمه‌تراوای ممبران: این غشا حدوداً 98% نمک‌های محلول در آب را حذف می‌کند.

تجهیزات

دستگاه RO به دو شکل خانگی و صنعتی در بازار وجود دارد. این دستگاه اسمز معکوس خانگی بسیار کوچک‌تر بوده و ممبران تصفیه آب خانگی بسیار کوچک‌تر از فیلتر ممبران تصفیه آب صنعتی است. دستگاه خانگی آن داخل آکواریوم، داخل یخچال و زیر سینک برای ایجاد آب آشامیدنی نصب می‌شود.

اگر این دستگاه را برای خانه خریداری کنید احتمالاً داخل جعبه آن موارد زیر را مشاهده می‌کنید.

• دستگاه اصلی
• فیلتر الیافی
• فیلتر کربن پودری
• فیلتر کربن بلاک
• غشای ممبران بسته‌بندی‌شده
• سه عدد شلنگ با رنگ‌های مختلف
• بست فاضلاب
• شیر بک واش
• شیر مخزن
• شیر ورودی

حتماً بعد از باز کردن بسته دقت کنید که تمامی این موارد موجود باشند. برای نصب‌کردن می‌توانید از دفترچه راهنمای موجود در بسته استفاده کنید و یا از یک نصاب کمک بگیرید.

کاربرد در تصفیه آب آشامیدنی

اسمز معکوس در تصفیه آب کاربرد دارد. برخلاف آنچه که گفته می‌شود، RO علاوه بر استفاده در تصفیه آب  صنعتی در تهیه آب آشامیدنی نیز به کار می‌رود و آب به‌دست‌آمده کاملاً برای آشامیدن بی‌خطر است. خالص‌سازی آب از بیماری‌های احتمالی نیز جلوگیری می‌کند.

مزایا و معایب:

جمع‌بندی

در کل می‌توان گفت که اسمز معکوس روشی است که از آن به‌منظور حذف ناخالصی‌ها از یک محلول استفاده می‌شود. از این روش در تصفیه آب استفاده می‌شود و با صرف انرژی ناخالصی‌های موجود در آب را حذف می‌کند. داخل هر دستگاه RO یک فیلتر ممبران وجود دارد که بین محلول نهایی و محلول اولیه قرار می‌گیرد. مکانیسم کار این دستگاه این گونه است که با اعمال فشار بر روی محلول اولیه، حلال از محلول غلیظ به رقیق منتقل می‌شود.

سوالات متداول

1-شیرین‌سازی آب دریا به روش اسمز معکوس چگونه است؟

شیرین‌سازی آب دریا به روش RO بسیار مناسب بوده و تقریباً حدود 98% نمک‌های موجود در آب را حذف می‌کند.

2-دستگاه تصفیه آب اسمز معکوس چگونه کار می‌کند؟

به‌منظور شیرین‌سازی آب دریا در RO، آب شور را با اعمال فشار از غشای ممبران رد می‌کنند. آب تصفیه شده به‌دست‌آمده شیرین است.

3-اسمز معکوس کدام ناخالصی‌ها را از آب آشامیدنی حذف می‌کند؟

این روش ناخالصی‌های شیمیایی متداول (یون‌های فلزی و نمک‌های آبی) مانند یون سدیم، کلرید‌ها، مس، کروم و سرب را حذف می‌کند. همچنین در مواردی، برخی آلاینده‌ها مانند آرسنیک، فلوئورید، سولفات‌ها، منیزیم، پتاسیم، فسفر و نیترات‌ها را از آب آلوده می‌گیرد.