به کار گیری فرآیند اسمز معکوس در تصفیه آب
در ﺑﺴﯿﺎري از ﻣﻨﺎﻃﻖ دﻧﯿﺎ ﮐﻪ ﺟﻮاﻣﻊ ﺑﻪ ﺳﺮﻋﺖ در ﮐﻨﺎر ﻣﻨﺎﺑﻊ ﻣﺤﺪود آب ﺷﯿﺮﯾﻦ رﺷﺪ ﻣﯽﮐﻨﻨﺪ، ﻧﯿـﺎز ﺑـﻪ ﺷـﯿﺮﯾﻦ ﺳـﺎزي ﻣﻨـﺎﺑﻊ آب داﺧﻠﯽ در دﺳﺘﺮس، امری ﺣﺴﺎس و ﺑﺤﺮاﻧﯽ ﻣﯽﺑﺎﺷﺪ. ﺗﺨﻤﯿﻦ زده می‌شود ﺗﺎ ﺳﺎل 2050 ﯾﮏ ﻧﻔﺮ از ﻫﺮ ﭼﻬﺎر ﻧﻔﺮ در ﮐﺸﻮري زﻧﺪﮔﯽ ﺧﻮاﻫﺪ ﮐﺮد ﮐﻪ ﮐﻤﺒﻮد ﻣﻨﺎﺑﻊ آب ﺷﯿﺮﯾﻦ را ﺑﻪ ﺻﻮرت داﺋﻢ ﺗﺠﺮبه ﻣﯽﮐﻨﻨد. ﻟﺰوم ﺑﺮﻧﺎﻣﻪرﯾﺰي و ﻣﺪﯾﺮﯾﺖ ﺗﺄﻣﯿﻦ منابع آب از ﯾـکسو و ﻣﺤﺪودﯾﺖ ﻣﻨﺎﺑﻊ آب ﺷﯿﺮﯾﻦ در دﺳﺘﺮس از سوی دﯾﮕﺮ، ﺑﻬﺮهﮔﯿﺮي از ﻣﻨﺎﺑﻊ ﻏﯿﺮﻣﺘﻌﺎرف ﻣﻮﺟﻮد ﻫﻤﭽﻮن ﻣﻨﺎﺑﻊ آبﻫﺎي ﺷﻮر را ﺿﺮوري ﻣﯽﺳﺎزد.
در اﯾﻦ راﺳﺘﺎ ﺷﻬﺮﻫﺎ و ﻣﻨﺎﻃﻘﯽ که ﺑـﺎ ﮐﻤﺒـﻮد ﻣﻨﺎﺑﻊ آب ﺷﯿﺮﯾﻦ ﺳﻄﺤﯽ و زﯾﺮزﻣﯿﻨﯽ ﻣﻮاﺟﻪ ﺑﻮده و ﻋﻤﺪﺗﺎً در ﮐﻨﺎر درﯾﺎﻫﺎ و ﯾﺎ روي ﺳﻔﺮهﻫﺎي آب ﺷﻮر ﻗـﺮار دارﻧـﺪ، ﺑﺎﯾﺴﺘﯽ ﺟﻬﺖ ﺗـﺄﻣﯿﻦ آب ﻣـﻮرد ﻧﯿﺎز از ﻣﻨـﺎﺑﻊ محدود و در دسترس خود ﺣـﺪاﮐﺜﺮ اﺳﺘﻔﺎده را ﻧﻤﺎﯾﻨد. شکل (1) نشان دهنده محدودیت‌ها و توزیع منابع آب در سراسر جهان است.
شکل (1): محدودیت‌ها و توزیع منابع آب در سراسر جهان
هر چند تا کنون در منابع مختلف پژوهش‌های گسترده‌ای به منظور تعیین راهکاری عملیاتی جهت تأمین آب شیرین و با کیفیت مناسب ارائه شده‌است اما یکی از ﻓﻨﺎوريﻫـﺎی نوین و راﻫﮑﺎرﻫـﺎي کارآمد، که نسبت به سایر روش‌های دیگر مزایای بسیاری داشته و منجر به تولید آب با کیفیت مطلوب می‌گردد، استفاده از ﻓﺮآﯾﻨﺪﻫﺎي ﻏﺸﺎﺋﯽ در تصفیه آب و پساب است.
در این دسته از روش‌های جداسازی، عملیات انتقال جرم در داخل فاز اولیه و با استفاده از یک مانع انجام می‌شود. انتقال اجزاء در طول مانع با شدت‌های مختلف صورت می‌گیرد. اختلاف در شدت انتقال اساس جداسازی‌های غشایی می‌باشد. نیروی محرکه لازم برای جداسازی غشایی از گرادیان یا اختلاف در یک یا بیش از یکی از چهار متغیر ترمودینامیکی فشار، غلظت، پتانسیل الکتریکی و دما صورت می‌گیرد. این گرادیان‌ها باید بین دو فاز که توسط غشا از یکدیگر جدا شده‌اند ایجاد گردد. عمده‌ترین مزایای فرآیندهای غشایی را می‌توان در موارد زیر خلاصه کرد:
- مصرف انرژی کم‌تر برای انجام جداسازی
- امکان انجام عملیات جداسازی در دمای محیط
- سهولت دست‌یابی به کلیه فازهای جداسازی شده
- انجام عملیات جداسازی توسط تجهیزاتی با وزن و حجم پایین
- نصب و راه‌اندازی آسان
- عدم نیاز به استفاده از مواد شیمیایی برای جداسازی و به دنبال آن از بین رفتن مسائل زیست محیطی ناشی از استفاده مواد شیمیایی
فرآیند اسمز معکوس از جمله فرآیندهای غشایی است که تنها آب از خلال سوراخ‌های آن عبور می‌کند. مکانیسم جداسازی در این غشاها، مکانیسم انحلال- نفوذ است. بر حسب این مدل، حل شونده ابتدا در ماده غشا حل می‌شود و سپس در اثر اختلاف غلظت در آن نفوذ می‌کند. در واقع جداسازی به علت اختلاف در حلالیت و تحرک پذیری حل شونده های مختلف در غشا اتفاق می افتد. کاربرد اسمز معکوس در نمک زدایی از آب های شور زیرزمینی و یا آب دریاست.
اگرچه اسمز معکوس، الترافیلتراسیون و میکروفیلتراسیون اساساً فرآیندهای شبیه به هم هستند، لذا تفاوت در قطر حفرات اختلاف بارزی در راهی که غشا استفاده می شود ایجاد می کند. شکل (2) نشان دهنده شمایی ساده فرآیند اسمز معکوس است.
شکل (2): شمایی ساده فرآیند اسمز معکوس
در چند دهه اخیر، رشد چشمگیر تکنولوژی غشایی در تصفیه آب باعث شده که این روش نسبت به روش های متداول مقرون به صرفه تر گردد. در این میان روش اسمز معکوس با توجه به کیفیت بالای آب تولیدی و هزینه های سرمایه گذاری و عملیاتی پایین تر، کاربرد وسیع تری پیدا کرده است. فرآیند اسمز معکوس (Reverse Osmosis) در تصفیه آب، با استفاده از غشای نیمه تراوا (Semi-Permeable Membrane) مواد محلول در آب را به دو جریان آب تصفیه شده (Permeate) و جریان پساب شور (Concentrate) که شامل نمک‌های غلیظ و ذرات معلق است، تقسیم می‌کند.