اسمز معکوس چیست و چه کاربردی دارد؟

در دنیای امروزی، فناوری های گوناگونی برای تصفیۀ آب و به دست آوردن آب آشامیدنی از منابع ناخالص آب وجود دارد. یکی از مهم ترین و پرکاربرد ترین شیوه هایی که می توان با استفاده از آن آب را تصفیه کرد، اسمز معکوس است. این تکنیک در ابعاد گوناگونی مورد استفاده قرار می گیرد.

همانطور که می دانید، ذرّات مضری از جمله ویروس ها، املاح خطرناک، قارچ ها و موارد دیگر در آب تصفیه نشده وجود دارند که ورود آن ها به بدن، سبب ایجاد بیماری های گوناگون و خطرساز می شود. بنابرین، تصفیه آب از اهمیت بسیاری بالایی برخوردار است و تضمین کنندۀ سلامت جسمانی افراد است. در این مطلب از گروه صنعتی ناب زیست، قصد داریم تا شما را با فرآیند ویژه و کاربردی اسمز معکوس که سبب تصفیۀ آب می شود، آشنا کنیم.

اسمز چیست؟

برای این که با روش اسمز معکوس آشنا شوید، باید ابتدا فرآیند اسمز را بشناسید. به فرآیند عبور آب از یک غشای نیمه تراوا برای متوازن ساختن میزان مولکول های آب در دو سمت غشا، اسمز گفته می شود. در حالت کلی، اگر در یک سمت از غشای نیمه تراوا، آب خالص و آشامیدنی را در نظر بگیریم و در سمت دیگر، آبی به همراه ناخالصی و به همان حجم آب خالص را داشته باشیم، به دلیل وجود مولکول های بیشتر آب در سمت آب خالص، بخشی از حجم این آب به سمت آب ناخالص روانه می شود. با عبور آب از غشای نیمه تراوا، حجم آب ناخالص بیشتر خواهد شد.

لازم به ذکر است که فرآیند اسمز ، بدون استفاده از انرژی انجام می شود و آب در جهت جریان طبیعی از غشا عبور می کند و به آب ناخالص افزوده می شود. در نتیجه، در پدیدۀ اسمز بخشی از آب سالم به آب ناخالص اضافه شد، امّا آیا می توان این فرآیند را وارونه کرد و از آب ناخالص، آب خالص و آشامیدنی به دست آورد؟ این پرسش، در نهایت سبب شد که بشر بتواند به فرآیندی دست یابد که امروزه آن را به عنوان اسمز معکوس می نامند، تکنیکی بسیار کاربردی که در ادامۀ مطلب، اطلاعات بیشتری را در مورد آن در اختیار شما قرار خواهیم داد.

اسمز معکوس چیست ؟

همانطور که از نام این فرآیند پیدا (Reverse Osmosis) است، اسمز معکوس فرآیندی است که برخلاف اسمز صورت می گیرد و در آن، مولکول های آب ناخالص از غشای نیمه تراوا عبور می کنند و به آب خالص و گوارا در سمت دیگر افزوده می شوند. امّا چگونه این اتفاق می افتد؟ همانطور که کمی قبل تر به آن اشاره کردیم، در فرآیند اسمز هیچگونه انرژی مصرف نمی شود. به عبارت دیگر، آب در جهت طبیعی خود از فیلتر عبور می کند. این یعنی در فرآیند اسمز معکوس، به انرژی نیاز است که بتوان به کمک آن، آب ناخالص را از فیلتر یا همان غشار نیمه تراوا عبور داد. اسمز معکوس را با نام  اسمز یا گذرندگی وارونه نیز می شناسند.

فیلتر هایی که برای شیوۀ اسمز معکوس به کار گرفته می شوند، فیلترهای مخصوصی هستند که با استفاده از فناوری های جدید ساخته شده اند و دارای منافذ بسیار ریزی هستند. این منافذ ، به شکلی طراحی شده اند که تنها مولکول آب را از خود عبور دهند و از عبور ذرات بزرگ تر مانند میکروب ها، میکروارگانیسم های زنده و… جلوگیری به عمل آورند. به عبارت دیگر، فیلتر اسمز معکوس می تواند ذراتی را که از   میکرون بزرگ تر هستند را در خود به دام بیندازد و از ورود آن ها به آب خالص و گوارا جلوگیری کند. فیلتر هایی که در فرآیند اسمز معکوس استفاده می شوند، با عنوان غشای ممبران نیز شناخته می شوند.

تاریخچۀ اسمز معکوس

لازم به ذکر است که فرآیند اسمز طبیعی در ابتدا توسط ژان آنتوان نولت مورد مشاهده قرار گرفت. پس از کشف فرآیند اسمز توسط این فرد، دانشمندان و استادان دانشگاه کالیفرنیای آمریکا در سال 1950 توانستند با استفاده از وارد آوردن نیروی خارجی به سیستم اسمز، فرآیند اسمز معکوس یا همان اسمز وارونه RO را ایجاد کنند.

این فرآیند در سال 1950 میلادی برای نخستین بار مورد استفاده قرار گرفت و دانشمندان توانستند که یون‌ های موجود در آب شور را جداسازی کنند و در سمت دیگر غشای نیمه تراوا، آب شیرین تهیه کنند. نکتۀ مهم دربارۀ روش اسمز معکوس، این است که در دوره های ابتدایی استفاده از این روش، میزان تهیه آب شیرین بر حسب هزینه و زمان مقرون به صرفه نبود و به این ترتیب، از همان ابتدای کشف فرآیند اسمز معکوس، در ابعاد بزرگ و صنعتی مورد استفاده قرار نگرفت.

فیلترهای ممبران و ویژگی های آن

فیلترهای ممبران که برای فرآیند اسمز معکوس مورد استفاده قرار می گیرند، در واقع از لایه های مختلفی از غشاهای نیمه تراوا تشکیل شده اند. غشاهای نیمه تراوا، لایه هایی هستند که تنها مواد خاصی را بر اساس اندازه از خود عبور می دهند و معمولا دارای منافذ بسیار ریزی هستند. منافذ موجود بر روی فیلترهای ممبران به اندازه ای ریز هستند که می توانند بسیاری از میکروب ها و حتی ویروس های ریز را به دام بیندازند و از سمت دیگر خود، آب آشامیدنی فراهم کنند. لازم به ذکر است که فیلترهای مذکور به علت دارا بودن منافذ بسیار ریز، سریع دچار گرفتگی می شوند و طول عمر محدودی دارند.

از جمله ویژگی های دیگر فیلترهای ممبران، این است که نه تنها می توانند ذرّات ریز مضر را از آب حذف کنند، بلکه در کنار آن ها، ذرّات مفید آب نیز حذف خواهند شد. علت این اتفاق ، شیوۀ کار این فیلترها است. منافذ ریز موجود بر روی فیلترهای ممبران، ذرّات را تنها بر اساس اندازه تفکیک می کنند و ذرّاتی که نمی توانند از منافذ لایه های مختلف فیلتر عبور کنند، به دام خواهند افتاد. لازم به ذکر است که این ذرّات ممکن است مفید باشند. در نتیجه، معمولاً نیاز است آبی که به وسیلۀ پدیدۀ اسمز معکوس تصفیه شده است، با املاح مفید از جمله کلسیم، پتاسیم، منیزیم و… غنی شود.

نحوۀ تصفیۀ آب با استفاده از اسمز معکوس

برای تصفیه کردن آب با استفاده از فرآیند اسمز معکوس، ابتدا نیاز است که ذرّات درشت موجود در آب جدا شوند. پیش تصفیه‌ها، فیلتر هایی هستند که ذرّات درشت و قابل مشاهدۀ آب را از آن جدا می‌کنند. سپس با استفاده از فیلتر‌ های مخصوص اسمز معکوس، سایر ذرّات ریزی که سبب ایجاد بیماری و مشکلات جدی برای انسان می‌شوند، از آب جدا خواهند شد. در نهایت، آب تصفیه شده با مواد و املاح مفید غنی می‌شود و برای مصرف مطلوب می‌ گردد. به طور کلی، شیوه‌ های گوناگونی برای تصفیۀ آب وجود دارد که اسمز معکوس، از جمله بهترین این روش ها برای تصفیۀ اصولی آب برای آشامیدن است. در واقع فیلتر‌ های اسمز معکوس، آخرین خط جلوگیری از ورود ذرّات مضر به آب سالم و گوارا هستند.

لازم به ذکر است که آب به آسانی از فیلتر اسمز معکوس که شامل غشاهایی متعدد با منافذ ریز است عبور نمی کند. به عبارت دیگر، برای عبور دادن آب از فیلتر اسمز معکوس، نیاز است که آب با استفاده از انرژی به سمت فیلتر رانده شود. آب با استفاده از نیروی ایجاد شده توسط پمپ به فیلتر برخورد می کند. فشار حاصل شده سبب می شود که مولکول های آب به سمت دیگر غشای نیمه تراوا بروند و آلاینده‌ هایی که در آب وجود دارند توسط غشا از آب حذف می شوند. تصفیۀ آب با استفاده از روش اسمز معکوس، در ابعاد گوناگونی انجام می شود و هر چه حجم آب تصفیه نشده بیشتر باشد، به سطح بیشتری از فیلتر اسمز معکوس و همچنین پمپ های قوی تر نیاز است.

کاربردهای اسمز معکوس

از روش اسمز معکوس برای تأمین آب سالم و فاقد آلاینده در صنایع و فرآیند‌های گوناگون استفاده می شود. اسمز معکوس نقش ویژه ای را در تأمین آب مناسب و مطلوب برای بسیاری از صنایع ایفا می کند. در ادامه به برخی از مهم ترین کاربرد های اسمز معکوس اشاره می کنیم:

مزایای استفاده از اسمز معکوس

روش اسمز معکوس، یکی از قابل اطمینان ترین روش ها برای تصفیۀ آب است که در بیشتر فرآیند های تصفیه ای مورد استفاده قرار می گیرد. با وجود اینکه اسمز معکوس یک شیوۀ نوآورانه برای تصفیۀ آب به حساب می آید و ذراتی را از آب جداسازی می کند که با چشم قابل دیدن نیستند، یک شیوۀ ساده است و سیستم پیچیده ای ندارد. از جمله مزایای دیگر اسمز معکوس، توانایی استفاده از آن در بسیاری از صنایع، ابزار ها و وسایل برای تصفیۀ آب است. به عبارت دیگر، روش اسمز معکوس را می توان هم در تصفیه خانه های بزرگ مشاهده کرد و هم در دستگاه های کوچک قابل استفاده است.

به طور کلی، اسمز معکوس کاربرد گسترده ای در زمینۀ تصفیه و تولید آب شیرین و آشامیدنی دارد. به جرأت می توان گفت که تمام دستگاه های آب شیرین کن حداقل در بخشی از طراحی خود، دارای فیلتر های اسمز معکوس برای عبور آب هستند. گروه صنعتی ناب زیست، در تولید انواع دستگاه های مربوط به تصفیۀ آب و تأمین آب خالص، از فیلتر های اسمز معکوس استفاده می کند تا بتواند بهترین کیفیت را برای مشتریان خود به ارمغان بیاورد.