غشا اسمز معکوس و یا ممبران اسمز معکوس سدی است که دو فاز را از هم جدا کرده و انتقال انواع اجزای شیمیایی را به شیوه خاصی تفتیش می کند.
در دستگاه اسمز معکوس RO آب با فشار از میان غشایی گذرانده می‌شود. در این روش نیترات، مواد معدنی، بسیاری از مواد شیمیایی و میکروارگانیسم ها حذف می شوند. نیم تا دو سوم آب پشت غشااسمز معکوس باقی می ماند که به عنوان آب پسمانده دور ریخته می شود.
اسمز معکوس یا Reverse Osmosis
اسمز معکوس Reverse Osmosis تصفیه آبی است که در آن از فشار برای معکوس کردن جریان اسمزی آب از درون یک غشای نیمه تراوا برای تولید آب خالص و حذف یون‌ها، ذرات بزرگ تر حل شده در آب و مولکول‌ها مورد استفاده قرار می گیرد. اگر یک غشای نیمه تراوا بین دو محلول آب نا خالص و آب خالص قرار گیرد آب به صورت طبیعی و تحت خاصیت اسمزی از غلظت پایین تر به غلظت بالاتر جریان پیدا می کند. این واقعه تا زمانی که پتانسیل‌های شیمیایی دو طرف برابر شد ادامه خواهد داشت. در حالت تعادل اختلاف فشار بین دو طرف لایه غشا برابر اختلاف فشار اسمزی است.
غشا نیمه تراوای اسمز معکوس RO
لایه ی نیمه تراوا، اجازه می دهد که گونه خاصی از مولکول ها از بین آن عبور کنند در حالی که باقی گونه ها در پشت آن می مانند. غشای اسمز معکوس، یک غشای مصنوعی است که برای جداسازی استفاده می شود. جداسازی فرآیند، به خصوصیات شیمیایی و فیزیکی غشا بستگی دارد. غشاهای اسمز معکوس باید از یک ماده ی قابل نفوذ اما متراکم ساخته شود تا بتواند مواد حل شده را در هنگام عبور آب، دفع کند و اجازه عبور به آنها ندهد. متداول ترین مواد برای ساخت غشاهای اسمز معکوس، استات سلولز CA و پلی آمید PA می باشند.
انواع ممبران اسمز معکوس از نظر جنس
غشاهای استات سلولزی اسمز معکوس از ترکیب تری استات سلولز ساخته می شوند. این لایه ها دارای پایداری شیمیایی کم و میل شدید به هیدرولیز شدن در شرایط دمایی و PH های خاص دارند. در دمای ۰ تا ۳۰ درجه سانتیگراد و PH بین ۴ تا ۶/۵ می توان از این لایه ها استفاده کرد. این غشاها در مقایسه با سایر غشاها به صرفه تر و در مقابل گرفتگی مقاوم ترهستند.
انواع غشا اسمز معکوس از نظر ساختار
مهمترین و متداول ترین ساختار غشا اسمز معکوس Spiral Wound می باشد.
خصوصیات ممبران های اسمز معکوس
یک ممبران اسمز معکوس ایده آل باید دارای خصوصیات زیر باشد.
- فلاکس آب زیاد
- برگشت نمک زیاد
- مقاوم بودن در برابر کلر و سایر اکسید کننده ها
- مقاوم بودن در برابر آلودگی بیولوژیکی
- مقاوم بودن در برابر گرفتگی های کلوئیدی و سوسپانسیونی
- ارزان بودن
- مقاومت مکانیکی زیاد در برابر فشارهای بالا
- پایداری شیمیایی
- قابل استفاده در دماهای مختلف
ممبران هایی که در سیستم های اسمز معکوس مود استفاده قرار می گیرند؟
برای تهیه آب خالص، عموماً از دو غشای سلولز استات CA و پلی آمید PA استفاده می‌شود که هر دو پلیمری می باشند. نوع سوم غشاء ، پلی سولفان باردار PS می باشد.
-
غشا سلولز استات
لایه های سلولز استات، اولین نوع غشائی است که به شکل گسترده ای در آرایش حلزونی مورد بهره گیری قرار گرفت. این لایه مقاومت بالایی به کلر آزاد از خود نشان می دهد و تا زمان دستیابی به غشاء فیلم نازک پلی آمیدی تنها لایه انتخابی برای کاربردهای مختلف RO بود. غشای سلولز استات بدون بار می باشد.
مهم ترین فاکتور کنترلی برای غشای سلولزاستات، PH می باشد. غشای سلولزاستات با گذر زمان، هیدرولیز می شود و این گونه، لایه خاصیت دفع نمک را از دستمی دهد.
این پوسته، غشاء به داخل بافتار پرمنفذ محافظ لایه شاخه شاخه می شود. به نظر می‌رسد که سطح نرم و صاف لایه های این پوسته به مقاومت غشاء CA در مقابل گرفتگی کمک می کنند.
لایه های سلولز استات توانائی بیشتری در تحمل مواد اکسید کننده مانند کلروآمینهاو کلر آزاد نسبت به بقیه غشاءها دارا می باشد. در آخر انتخاب یک سیستم غشائی با لایه سلولز استات برای بهره گیری در جاهایی که پتانسیل بالائی بیوفولینگ گرفتگی بیولوژیکی دارد، مناسب می باشد. در این موارد امکان تزریق کلر تا غلظت ppm1 به آب خوراکی RO به منظور پایین آمدن رشد مواد بیولوژیکی بدون هیچ گونه تغییر در عمر مورد نظر لایه امکان پذیر می باشد.
کارآیی لایه سلولز استات اسمز معکوس
کارآیی لایه سلولز استات به مقدار زیادی وابسته به شیوه ساخت غشاء است. لایه سلولز استات به منظور دفع نمک بالاتر ساخته می شوند، عموما مقدار نرخ جریان محصول کمتری دارد.
دو نوع از متداول ترین غشاهای سلولز استات در حالت استاندارد قابلیت دور ریز 90% از کلراید کلسیم و در حالت ماکزیمم قابلیت دور ریز 97% تا 98% آن را دارا هستند. غشاهای با میزان دفع بالا، با تعویض ساختمان و حرارت دادن جهت به وجود آوردن فرمول ساختمان جدید ساخته می شوند.
-
غشا پلی اَمیدی فیلم نازک
مقبولیت بهره گیری از لایه های پلی آمید به علت فشار بالای محصول عبور کردن از آنها را آسان تر می کند. لایه پلی آمید ابتدا با آرایش الیاف توخالی غشاء مورد بهره گیری قرار گرفت. ساختمان شیمیایی آن از پلی‌امید آروماتیک خطی است که می تواند به شکل تارهای پوک خیلی ریز، قالب پذیرد.
غشا پلی آمید اسمز معکوس با آرایش حلزونی مورد بهره گیری قرار می‌گیرد از لایه نازک پلی امید آروماتیک ساخته می شود و به شکل فرعی پلی سولفان با جرم کم درآمده است. این نوع خاص از غشاء را، لایه نازک می نامند. ساختمان شیمیایی این لایه، چلیپایی است که در مقابل عامل های اکسید کننده مقاومت بیشتری دارد.
لایه پلی آمید لایه نازک، دارای فشار بیشتری نسبت به سلولزاستات است. این امر باعث می شود تا فشار راهبری سیستم اسمز معکوس برای غشای پلی امید نیمی از فشار غشای سلولزاستات باشد و دفع نمک بهتر انجام شود. به این معنی است که یک سیستم اسمز معکوس RO با بهره گیری از غشای لایه نازک نیمی از انرژی خود را با غشای سلولز استات را مصرف می‌کند.
-
غشای پلی اَمید برای آب دریا
کاربرد لایه ی پلی آمید برای آب دریا مزیت هایی دارد و برای کاربردهایی غیر از آب دریا مناسب می باشد. افزایش دور ریز املاح باعث بهبود کیفیت آب محصول می‌شود کاهش فشار محصول می‌تواند به کاهش پتانسیل گرفتگی لایه کمک کند.
