اسمز معکوس یکی از فرآیندهای نمک زدایی (یا حذف نمک از آب دریا) در کارخانه های آب شیرین کن صنعتی شناخته می‌شود.
فراتر از آن ، اسمز معکوس برای بازیافت ، تصفیه فاضلاب نیز استفاده می شود و حتی می تواند انرژی تولید کند.
پس از گذشت بیش از ۴۰ سال از توسعه‌ی کارخانه های آب شیرین کن صنعتی ، نمک زدایی غشای اسمز معکوس یک فناوری کاملاً ثابت است و سهم بازار مشابهی با فناوری های حرارتی معمولی دارد.
با این حال ، رسوب گذاری غشاء ، به ویژه رسوب زیستی ، هنوز یک چالش برای آب شیرین کن صنعتی با اسمز معکوس است.
مقدمه
مسائل مربوط به آب شیرین به یک تهدید جهانی بسیار فوری تبدیل شده است. با تغییرات آب و هوایی ، تاثیرات بی سابقه ای بر محیط زیست وارد می شود:
جاری شدن سیل در برخی مناطق ، خشکسالی در برخی مناطق ، بالا و پایین آمدن آب سطح دریا ، تهدید بیش از حد جمعیت – و تقاضا و آلودگی ناشی از افزایش جمعیت – را اضافه کنید که باعث شده آب به یکی از مهمترین مسائل زیست محیطی تبدیل شود و در نسل آینده باید بیشتر مورد توجه قرار گیرد.
به گفته انجمن بین المللی نمک زدایی ، در حال حاضر در سراسر جهان بیش از ۱۳۰۰۰ کارخانه آب شیرین کن صنعتی وجود دارد.
اینکه فرآیند اسمز معکوس می تواند آب دریا را به آب آشامیدنی تبدیل کند مفید است ، اما آنچه ما واقعاً باید بدانیم این است که چگونه این فرایند اتفاق می افتد.
با فرض اینکه درک کاملی از تعریف “معکوس” دارید ، بهتر است قبل از اینکه این دو را کنار هم قرار دهیم ، نگاهی به نحوه عملکرد اسمز بیندازیم.
به هر حال اسمز چیست؟
اسمز عبارت است از عبور یا انتشار آب یا سایر حلال‌ها از طریق غشای نیمه تراوا که مانع عبور املاح محلول می شود.
فرآیند اسمز زمانی اتفاق می افتد که یک حلال از محلول با غلظت کم در یک غشا حرکت کرده و به محلول غلیظ تر برسد و در نتیجه آن را تضعیف می کند.
Osmosis Down ، آن را برگردانید و معکوس کنید
فردی مرکوری و دیوید بووی هر دو کشف کردند که تحت فشار بودن می تواند یک ساختمان را ویران کند ، یک خانواده را به دو قسمت تقسیم کند ، مردم را در خیابان قرار دهد و همچنین آهنگی بسیار جذاب ایجاد کند.
اما این فشار همچنین باعث می شود که اسمز معکوس کار کند.
ما می‌دانیم که در فرآیند اسمز ، یک محلول با غلظت کمتر حلال خود را به محلول کنسانتره بالاتر فیلتر می کند. در اسمز معکوس ، ما فقط با تبدیل فیلتر حلال از غلظت بالای خود به محلول کنسانتره پایین ، این روند را برعکس می کنیم.
بنابراین به جای ایجاد تعادل مساوی حلال و املاح در هر دو محلول ، محلول را از حلال جدا می کند.
برای آشنایی بیشتر با اسمز معکوس کلیک کنید
اسمز معکوس در کجا استفاده می شود؟
برخلاف اسمز ، ما نمی توانیم به سادگی شاهد اسمز معکوس در بسیاری از شرایط روزمره باشیم.
تنها در دهه ۱۹۵۰ بود که محققان شروع به بررسی چگونگی نمک زدایی از آب اقیانوس کردند ، اسمز معکوس به عنوان یک احتمال مطرح شد.
آنها دریافتند که اعمال فشار به طرف آب شور می تواند برای تولید آب شیرین بیشتر ، مفید باشد ، اما مقدار ایجاد شده آنها بسیار ناچیز بود و در هیچ مقیاس عملی مفید نبود.
امروزه چه چیزی تغییر کرده است؟
فیلترهای بسیار پیشرفته تری توسط دو دانشمند UCLA ایجاد شده است. غشاهای ریخته گری دست ساز از استات سلولی (پلیمری که در فیلم عکاسی استفاده می شود) به مقادیر بیشتری از آب اجازه می دهد بسیار سریعتر حرکت کنند.
اولین کارخانه آب شیرین کن با اسمز معکوس عملیات کوچکی را در Coalinga کالیفرنیا در سال ۱۹۶۵ آغاز کرد.
که ما را به یکی از رایج ترین کاربردهای اسمز معکوس که قبلاً در مورد آن بحث کردیم ، هدایت می کند: نمک زدایی آب.
اسمز معکوس یکی از معدود روش هایی است که ما می توانیم مواد معدنی یا مواد شیمیایی خاصی را از منبع آب خارج کنیم.
برخی از منابع آب دارای میزان فوق العاده بالایی از فلوریداسیون طبیعی هستند که می تواند منجر به فلوروز مینای دندان (لکه های دندان) یا فلوروز اسکلتی بسیار شدیدتر (خم شدن واقعی استخوان ها یا قاب اسکلتی فرد) شود.
اسمز معکوس می تواند فلوراید یا سایر ناخالصی ها را در مقیاس وسیع فیلتر کند به نحوی که فیلتر بر پایه زغال (مانند فیلتری که بیشتر در خانه ها یافت می شود) نمی تواند.
همچنین برای اهداف بازیافتی هم از اسمز معکوس استفاده می شود.
مواد شیمیایی مورد استفاده برای بازیافت فلزات باعث ایجاد فاضلاب مضر می شود و اسمز معکوس می تواند آب تمیز را برای دفع بهتر مواد شیمیایی بیرون بکشد.
تصفیه فاضلاب با روش اسمز معکوس ، که در آن فاضلاب این فرآیند را برای ایجاد آب آشامیدنی طی می کند.
اما اسمز معکوس در صنایع دیگر نیز استفاده می شود. در واقع شرکت های شربت سازی از اسمز برای جداسازی کنسانتره قندی از آب در شیره استفاده کردند.
صنایع لبنی از فیلتراسیون اسمز معکوس برای غلیظ کردن آب پنیر و شیر استفاده می کنند و صنعت شراب برای فیلتر کردن عناصر نامطلوب مانند برخی اسیدها ، دود یا کنترل محتوای الکل از آن استفاده کرده است.
اسمز معکوس برای ایجاد اتانول خالص و عاری از آلودگی استفاده می شود.
یک نکته جالب دیگر در مورد اسمز معکوس این است که فشار بالایی که را موثر می کند در واقع می تواند خود را نیز تصفیه کند.
پمپ های فشار قوی آب را مجبور می کنند تا آب شور باقی مانده با سرعت بسیار بالایی خارج شود.
اگر این خروجی از طریق توربین یا موتور قرار گیرد ، می توان فشار را مجدداً به پمپ هایی که در ابتدا آب را مجبور می کنند ، مجدداً مصرف کرد ، بنابراین انرژی را دوباره برداشت می کند.
معایب اسمز معکوس در نمک زدایی
بنابراین در حال حاضر ما برخی از راه هایی را که می توانیم از اسمز معکوس برای ما استفاده کنیم ، مشاهده کرده ایم. اما آیا درخواست از طبیعت برای برگشتن به خود لزوما ایده خوبی است؟
چند مشکل ناشی از استفاده از اسمز معکوس وجود دارد ، و ما با بررسی آنچه در اسمز معکوس نمک زدایی رخ می دهد ، شروع می کنیم.
پس از تصفیه آب ، نوشیدنی دوست داشتنی برای شما باقی می ماند. اما از طرف دیگر ، یک نمک کامل هم برای شما باقی مانده است.
- با آب نمکی که معمولاً دو برابر نمک آب دریا دارد چه می کنید؟
- آیا ریختن این نمک در اقیانوس مشکلی ندارد؟
طبق تحقیقات مرکز استرالیا برای آب ، به نظر می رسد شوری در حدود ۵۰۰ متر (حدود ۱۶۰۰ پا) از منبع به حالت عادی باز می گردد .
با این حال ، هنوز هیچ کس پاسخ روشنی در مورد اینکه آیا فلزات و مواد شیمیایی به دام افتاده در آب نمک می تواند تأثیر زیست محیطی ایجاد کند ، دریافت نکرده است.
به طور کلی سیستم های اسمز معکوس نیز کاملاً خود پایدار نیستند.
به عنوان مثال ، آب باید با مواد شیمیایی پیش تصفیه شود ، بنابراین هیچ چیزی غشای خوب را مسدود نمی کند. و برخورد با غشاء به خودی خود کاملاً آسان نیست.
باید اغلب تمیز شود و می تواند باکتری ها را به دام بیندازد. یک نگرانی منحصر به فرد دیگر برای آب شیرین کن صنعتی این است که ماهی های کوچک یا جانوران دریایی را می توان در سیستم مکش کرد. تنظیم فشار و سرعت ورودی معمولاً می تواند از آسیب جلوگیری کند.
بزرگترین مانع سیستم های فیلتراسیون اسمز معکوس هزینه آن است.
برای یک کشور در حال توسعه ، نصب سیستم های اسمز معکوس یک امکان نسبتاً غیر عملی است. سازمان هایی مانند WHO و یونیسف برنامه های تصفیه آب RO – برای حذف سموم یا تامین آب پاک – را بخشی از ماموریت خود می دانند.
اسمز معکوس در برابر اسمز رو به جلو
ذرات exopolymer شفاف ، اخیراً به عنوان یک عنصر رسوب غشایی کلیدی گزارش شده است. اگر با سایر فن آوری های جداسازی همراه باشد ، می توان برای نمک زدایی از اسمز رو به جلو FO استفاده کرد.
سیستم ترکیبی FO-RO کمی بیشتر از واحد RO معمولی انرژی مصرف می کند. اما به دلیل کاهش رسوب غشای RO می توان عمر آن را افزایش داد.
بر اساس اعلام موسسه ، این مطالعه که توسط محققان موسسه فناوری ماساچوست انجام شده و در مجله علم ممبران منتشر شده است ، نشان می دهد که “برخلاف حمایت عمومی ، آب شیرین کن آب دریا به روش اسمز معکوس در مقایسه با اسمز ترکیبی از نظر مصرف انرژی کمتر است.”
دانشمندان با مقایسه انرژی دو فناوری برای شناسایی مصرف انرژی مربوطه دریافتند. که حتی اگر مرحله دوم بازسازی که در آن محلول نمک غلیظ آبگیری می‌شود و آب شیرین تولید می کند.می تواند به همان میزان کارایی دست یابد.
بر اساس گزارش انجمن بین المللی آب ، فرآیند RO ، مصرف واقعی انرژی FO به طور مداوم از مصرف RO بیشتر خواهد بود.
به گفته دانشمندان، اسمز جلو برای برنامه‌های متناوب، مانند تولید نوشیدنی‌های هیدراتاسیون، مناسب‌تر است.
در چنین مواردی، تنها اولین مرحله از فرآیند اسمز پیشین مورد نیاز است. جایی که شربت غلیظ قند در حد مطلوب رقیق می‌شود. اسمز رو به جلو را دارای مزیت نسبت به RO قرار می‌دهد.”
منبع: How Tuff Work