I. مقدمه ای بر غشای اسمز معکوس
RO مخفف استغشای اسمز معکوسبشر به طور معمول ، آب از غلظت کم به غلظت زیاد جریان می یابد. با این حال ، تحت فشار ، جریان از غلظت بالا به غلظت کم معکوس می شود. این به عنوان اصل اسمز معکوس شناخته می شود.
اندازه منافذ غشاهای RO در مورد 0. {5 {}} 1 میکرون-دور 1/5000 اندازه باکتری ها یا ویروس ها-بنابراین فقط به مولکول های آب و برخی از یونهای معدنی مفید اجازه می دهد تا از آن عبور کنند. ناخالصی های دیگر و فلزات سنگین از طریق خروجی فاضلاب تخلیه می شوند. غشاهای RO به طور گسترده ای در آب شیرین کن آب دریا و بازیافت فاضلاب فضا مورد استفاده قرار می گیرند و بنابراین اغلب به کلیه های مصنوعی با تکنولوژی بالا گفته می شود.
غشاهای RO غشاهای نیمه نفوذ یافته مصنوعی هستند که برای تقلید از غشاهای بیولوژیکی طراحی شده اند. آنها معمولاً از مواد پلیمری مانند سلولز استات ، پلی هیدرازید معطر یا پلی آمید معطر ساخته شده اند. منافذ موجود در سطح غشای به طور معمول از 5 {1}} 5 تا 10 نانومتر متغیر است و نفوذپذیری آنها به ساختار شیمیایی غشای بستگی دارد. برخی از مواد نمکی را به خوبی رد می کنند اما از نفوذپذیری کندتر آب برخوردار هستند ، در حالی که برخی دیگر با گروه های آبگریز بیشتر اجازه جریان سریعتر آب را می دهند.
1. اصل اسمز معکوس
برای درک RO ، ابتدا باید بدانیم که "اسمز" چیست: وقتی دو راه حل با غلظت نمک مختلف توسط یک غشای نیمه نفوذ پذیر از هم جدا می شوند ، آب به طور طبیعی از طرف با غلظت نمک پایین به طرف با غلظت نمک بالاتر جریان می یابد. خود نمک ها از آن عبور نمی کنند. این فرآیند تا رسیدن به تعادل ادامه می یابد و با فشار اسمزی هدایت می شود.
اگر فشار بیشتر از فشار اسمزی در سمت بالایی اعمال شود ، جریان آب را می توان معکوس کرد-این اسمز معکوس است. به این ترتیب ، مولکول های آب از طریق غشاء به طرف دیگر مجبور می شوند و نمک و ناخالصی ها را پشت سر می گذارند و به طور موثری آب را تصفیه می کنند.
2. منشأ فناوری RO
در دهه 1950 ، دانشمند آمریکایی دکتر S. Sorirajan یک غشای نازک را در بدن یک مرغ دریایی کشف کرد که می تواند آب شیرین را از آب دریا در داخل بدن پرنده با استفاده از فشار جدا کند. این مفهوم پایه و اساس تئوری RO را ایجاد کرد.
در سال 1953 ، دانشگاه فلوریدا از این فناوری برای تجهیزات آب شیرین کن استفاده کرد. در سال 1960 ، دولت آمریكا تحقیقاتی را در دانشکده پزشکی UCLA به سرپرستی دکتر سیدنی لود و دکتر سوریراجان برای توسعه غشاهای RO برای برنامه های فضایی تأمین كرد. هدف کاهش نیاز به حمل مقادیر زیادی آب به فضا بود. با گذشت زمان ، محققان بیشتری درگیر شدند ، و کیفیت و کمیت فناوری غشای RO را بسیار پیش بینی کردند و چالش های کلیدی تصفیه آب را برای بشریت حل کردند.
ii. مقدمه ای بر غشای اولترافیلتراسیون
غشاهای Ultrafiltration (UF) دارای اندازه منافذ یکنواخت از {{0}}. 001 تا 0.02 میکرون. تحت فشار ، این غشاها مولکول های بزرگتر از اندازه منافذ را فیلتر می کنند ، و به طور موثری ذرات را با وزن مولکولی بیش از 500 دالتون یا اندازه بیشتر از 10 نانومتر از هم جدا می کنند. غشاهای UF یکی از اولین غشاهای جداسازی پلیمری بودند که از دهه 1960 به صورت صنعتی مورد استفاده قرار گرفتند.
تصفیه UF به اختلاف فشار برای جدا کردن املاح و تمرکز مواد متکی است. این غشاها معمولاً از استات سلولز یا مواد پلیمری مشابه ساخته می شوند. آنها به ویژه برای جدا کردن سیستم تعلیق کلوئیدی که با سایر روشها دشوار است ، مفید هستند. برنامه های غشای UF همچنان گسترش می یابد.
تصفیه غشای فشار محور شامل سه نوع اصلی است:
میکروفیلتراسیون (MF): 0.02–10 μm
Ultrafiltration (UF): 0.001–0.02 μm
اسمز معکوس (RO): 0.0001–0.001 μm
iii ویژگی های غشاهای RO
نرخ آب شیرین کن بالا حتی با نرخ جریان بالا
قدرت مکانیکی قوی و عمر طولانی
عملکرد مؤثر تحت فشار کم کار
مقاوم در برابر واکنشهای شیمیایی و بیوشیمیایی
تأثیر حداقل از pH ، دما و سایر عوامل
مواد اولیه آسان برای منبع ، تولید ساده و کم هزینه
IV ویژگی های غشاهای UF
بدون تغییر فاز در طی فرآیند UF ؛ عملیات پایدار در دمای اتاق
طراحی تجهیزات جمع و جور ، ردپای کوچک و کار با آن آسان است
فرآیند جداسازی ساده با سطح بالایی از اتوماسیون
قادر به جدا کردن مواد بر اساس وزن مولکولی
سازگاری گسترده با ویژگی های مختلف آب و طیف گسترده ای از برنامه ها
V. برنامه های غشاهای RO
غشاهای RO در صنایع مختلف استفاده می شود ، از جمله:
نیروگاه
پتروشیمی
تولید فولادی
الکترونیک
داروهای دارویی
غذا و نوشیدنی
تصفیه آب شهرداری و حفاظت از محیط زیست
آنها نقش های کلیدی در:
آب نمک زدایی آب دریا و آب شکننده
تولید آب خوراک دیگ بخار
ایجاد آب خالص صنعتی و آب فوق العاده برای الکترونیک
تهیه آب آشامیدنی
تصفیه فاضلاب
فرآیندهای تخصصی جدایی و تصفیه
