مقاله تصفیه آب به روش سیستم اسمز معکوس ( RO )

بخشی از مقاله

چکیده

در این تحقیق ، نحوه شیرین کردن آب دریاي خزر و دریاي خلیج فارس با یکدیگر مقایسه شده است که به روش اسمز معکوس انجام می گیرد.طراحی آب شیرین کن ها توسط برنامه هکهط که خاص طراحی بر پایه ممبران هاي طکصعئطس است انجام می شود.بخشی از نتایج مقایسه در جداول مربوطه آمده است. از اولین آزمایشاتی که در سال 1950 انجام شد طی آن هر ساعت چند قطره آب تولید می شد، امروزه نتیجه صنعت اسمز معکوس در تولید مشترك جهانی به بیشتر از 1/7 میلیون گالن در هر روز رسیده است.با افزایش روز افزون تقاضاها براي آب خالص - تصفیه شده - ، رشد صنعت اسمز معکوس در قرن اینده با افزایش روبه رو خواهد شد.

پیشینه تاریخی

تحقیق در مورد اسمز معکوس در سال 1950 در دانشگاه فلوریدا، جائیکهروید و بوتون که توانستند خاصیت نمک زدایی ممبرین استات سلولز را شرح دهند،آغازشد. لوب و سوریرجان، گسترش تکنولوژي اسمز معکوس را با ایجاد نخستین ممبرین استات سلولز نا متقارن ادامهدادند. تحقیق در مورد این پیشرفت خوب و امیدوار کننده منجر به ایجاد پیکربندي بهتر و جدیدتر اجزاي اسمز معکوس شد، به امروزه با معرفی ESPA3 توسط هیدراناتیک ها، این صنعت با ترتیب کاهش بزرگی در مسیر نمک، به افزایش 20 دفعه اي در جریان هر فشار بر روي ممبرین هاي سلولزیک اصلی رسیده است.

نیمه تراوا به ممبرینی اشاره می کند که به طور انتخابی به اقسام خاصی اجازه عبور می دهد در حالیکه الباقی گونه ها باقی می مانند. در واقع بیشتر گونه ها از ممبرین خواهند گذشت اما با سرعت متفاوت و قابل توجهدر اسمز معکوس، محلول - آب - با سرعت بیشتري نسبت به ذرات نامحلول - نمکها - از ممبرین ها عبور می کنند، با توجه به اینکه آب خالص تولید می شود، پیامد نهایی این است که تفکیک حلال حل شده روي می دهد. در برخی موارد عدم آبیاري باعث غلیظ شدن نمک می شود.
اسمز یک روش و شیوه نرمال - طبیعی - شامل عبور یک محلول غیلظ از میان مانع ممبرین نیمه تراوا می باشد. یک مخزن آب خالص را با ممبرین نیمه تراوا که به دو قسمت تقسیم شده، تصور کنید. آب خالص در مقایسه با دو قسمت یک ممبرین نیمه تراوا ایده آل در فشار و دما برابر از میان ممبرین ها عبور نمی کند، زیرا اختلاف سطح شیمیایی دو قسمت برابر است. اگر نمک قابل حل به یک قسمت اضافه شود، اختلاف سطح شیمیایی این محلول نمک کاهش پیدا می کند. استمراراً قسمت آب خالص از میان ممبرین به سمت قسمت محلول نمک حرکت می کند تا تعادل اختلاف سطح شیمیایی احیاء گردد.   

در شرایط علمی، دو قسمت مخزن از لحاظ اختلاف سطح شیمیایی شان تفاوت دارند و محلول، از طرف اسمز، اختلاف سطح شیمیایی اش را در کل سیستم همسان می سازد . تعادل زمانی برقرار می شود که ناهمسانی و تفاوت فشار هیدرواستاتیک ناشی از تغییرات گنجایش حجم در قسمت، با فشار اسمزي برابر می شود. فشار اسمزي، یک تناسب خاصیت محلول به غلظت نمک و استقلال ممبرین است. در مخزن، آب به سمت قسمت نمک دار ممبرین حرکت می کند تا تعادل برقرار شود. به کارگیري فشار خارجی براي همسان سازي قسمت محلول نمک با فشار اسمزي همچنین باعث برقراري تعادل خواهد شد.

فشار مضاعف باعث افزایش اختلاف سطح شیمیایی آب موجود در محلول نمک می شود و سبب عبور حلال به سمت قسمت آب خالص می گردد. زیرا در آن حالت داراي اختلاف سطح شیمیایی پائین تري می باشد. این پدیده اسمز معکوس نامیده می شود. نیروي محرك شیوه اسمز معکوس، فشار کاربردي است. مقدار انرژي مورد نیاز براي تفکیک اسمزي مستقیماً به میزان شوري حلال مربوط می شود. بنابراین، انرژي بیشتري براي تولید مقدار یکسان آب از حلال با غلظت بالاي نمک لازم است.

نحوه عملکرد اسمز معکوس
براي درك اسمز معکوس بهتر است با اسمز نرمال شروع کنیم. بر طبق دیکشنري وبستر هریام، اسمز به معناي حرکت و جنبش حلال از ممبرین نیمه تراوا - مثل سلول زنده - به داخل محلول بسیار غلیظ شده اي است که تمایل به همسان سازي غلظت حل شده روي دو طرف ممبرین دارند. این یک تعریف صحیح محسوب می شود. در سمت چپ، بشر پر از آب قرار دارد و مخزنی که در آب نیمه غوطه ور است .همانطور که انتظار دارید سطح آب در مخزن به اندازه سطح آب در بشر است. در آنجا، انتهاي مخزن به ممبرین نیمه تراوا چسبیده است و مخزن با محلول نمکی نیمه پر است و در آن غوطه ور است.
در ابتدا سطح محلول نمک و آب برابر است اما با گذشت زمان، وقایع غیر منتظره اي روي می دهد. آب داخل مخزن افزایش می یابد. این افزایش را به فشار اسمزي نسبت می دهند. ممبرین نیمه تراوا ممبرینی است که برخی از اتم ها یا مولکول ها را عبور می دهد، اما مانع عبور بقیهمیگردد ممبرین است .اما تقریبا براي هر چیزي که ما معمولاً از آن عبور می دهیم، ناتراوا می باشد. مثال ممبرین نا تراوا، آستر روده هاي شما یا دیوار سلول استgore‐texاز یک ممبرین نیمه تراوا معمول دیگر است.

ساختارgore‐texشامل لایه نسبتاً نازك پلاستیکی است که در داخل آن میلیون ها روزنه کوچک ایجاد کرده اند. روزنه ها براي عبور بخار آب از آن به اندازه کافی بزرگ هستند اما براي جلوگیري از عبور آب مایع به اندازه کافی کوچکند. ممبرین به غیر از مولکول هاي نمک به مولکول هاي آب اجازه عبور میدهد. یک روش براي درك فشار اسمزي این است که مولکول هاي آب را بر روي دو طرف ممبرین تصور کنید. این تصور در تضاد با Brownian  motion  است. بر روي قسمت نمکی، بعضی از روزنه ها با اتم هاي نمک مسدود شده اند اما در قسمت آب خالص چنین چیزي وجود ندارد. هم اندیشان انرژي کیمیا بنابراین آب بیشتري از قسمت آب خالص عبور می کند، چون روزنه هاي بیشتري براي عبور آب خالص در قسمت آب خالص وجود دارد. آب موجود در قسمت نمکی افزایش می یابد تا یکی از این دو حالت روي دهد:

-1غلظت نمک در دو طرف ممبرین مساوي شود، البته در این مورد این حالت روي نمی دهد، چون آب خالص در یک قسمت و آب شور در طرف دیگر وجود دارد. به هر حال، اسمز دلیل این مسئله است که نوشیدن آب شور - مثل آب اقیانوس - شما را خواهد کشت. زمانی که آب شور  وارد معده تان می شود، فشار اسمزي، آب را به بیرون بدنتان هدایت می کند، تا نمک در داخل معده شما رقیق شود، بنابراین شما آب بدنتان را از دست می دهید - آب بدنتان خشک می شود - و می میرید. در اسمز معکوس، هدف این است که از ممبرین به گونه اي استفاده شود که شبیه فیلتري براي تولید آب قابل نوشیدنی آب شور - یا آب آلوده دیگر - عمل نماید. آب شور روي یک طرف ممبرین گذاشته می شود و فشار براي متوقف کردن اعمال می شود. سپس وارونه می شود، یعنی جریان اسمزي روي می دهد، در مجموع این کار فشار زیادي می گیرد و نسبتاً کند پیش می رود اما به هر حال این کار انجام می شود.