فشار اسمزی چیست و چگونه به تصفیه آب کمک می‌کند؟

فشار اسمزی به فشاری اطلاق می‌شود که در آن مولکول‌های حلال در تلاش برای عبور از یک غشای نیمه تراوا برای یکسان کردن غلظت املاح در دو طرف غشاء هستند. به عبارت ساده‌تر، این نیرویی است که مولکول‌های حلال (مانند آب) را به حرکت از ناحیه‌ای با غلظت املاح کمتر به ناحیه‌ای با غلظت املاح بالاتر از طریق یک غشای نیمه تراوا هدایت می‌کند. 

در تصفیه آب از مفهوم فشار اسمزی در فرآیندهایی مانند اسمز معکوس (RO) استفاده می‌شود. در روش RO، آب از یک غشای نیمه تراوا عبور می‌کند و آلاینده‌هایی مانند نمک‌ها، مواد معدنی و سایر ناخالصی‌ها را پشت سر می‌گذارد.

درواقع، غشاء به مولکول‌های آب اجازه عبور می‌دهد و در عین حال مانع از عبور مولکول‌ها و یون‌های بزرگ‌تر می‌شود. گرادیان فشار اسمزی که با اعمال فشار به یک طرف غشاء ایجاد می‌شود، مولکول‌های آب را مجبور می‌کند از محلول غلیظ (آب آلوده) به محلول با غلظت کمتر (آب تصفیه شده) حرکت کنند و آلاینده‌ها را پشت سر بگذارند. این روند منجر به جمع شدن آب تصفیه شده در یک طرف غشا و آب نمک غلیظ یا پساب در طرف دیگر می‌شود.

فشار اسمزی و روش محاسبه آن 

فرآیندهای غشایی در سیستم تصفیه آب از جمله اسمز معکوس (RO) و نانوفیلتراسیون (NF)، از فشار اسمزی برای جداسازی آلاینده‌ها از آب استفاده می‌کنند. در این فرآیندها، آبی که باید تصفیه شود در محفظه‌ای و تحت فشاری بیشتر از فشار اسمزی آب و املاح حل شده در آن قرار می‌گیرد. درنهایت، آب از غشای نیمه تراوا یا فیلتر ممبران RO عبور کرده و ذرات ناخالصی از آب جدا می‌شوند. 

فشار اسمزی را می‌توان با استفاده از معادله یاکوبوس هنریکوس وانت‌هوف (Jacobus Henricus van"t Hoff)، شیمیدان و فیزیکدان هلندی و کاشف قوانین دینامیک شیمیایی و فشار اسمزی در محلول‌ها، محاسبه کرد. این رابطه، فشار اسمزی را به غلظت ذرات املاح و دمای محلول مرتبط می‌کند. معادله وانت‌هاف به شکل زیر است:

π=i×c×R×T
در این معادله فشار اسمزی با نماد π نمایش داده شده که برحسب پاسکال محاسبه شده و سایر پارامترها شامل موارد زیر می‌شوند:

• پارامتر i: فاکتور van't Hoff است که نشان دهنده تعداد ذرات یا املاح قابل تجزیه در یک محلول است (مثلاً برای NaCl که به طور کامل به یون‌های Na+ و Cl- تجزیه می‌شود، دارای i=2 است).
   
• پارامتر C: غلظت مولی ماده حل شده (برحسب مول در لیتر، مول/لیتر یا M) است.
   
• پارامتر R: R ثابت گاز ایده آل است (معادل 8.314 J/(mol·K))
   
• پارامتر T: T دمای محلول است (بر حسب کلوین، K)

انواع فشار اسمزی 

در تصفیه آب، انواع مختلفی از فشارهای اسمزی وجود دارند که هر کدام در فرآیندها و کاربردهای متفاوتی نقش دارند. در ادامه انواع فشار اسمزی را بررسی می‌کنیم:

1. فشار اسمزی: فشاری است که توسط حرکت مولکول‌های آب در یک غشای نیمه تراوا از ناحیه‌ای با غلظت املاح کمتر به ناحیه‌ای با غلظت املاح بالاتر وارد می‌شود. این فشار یک اصل اساسی در فرآیندهایی مانند اسمز معکوس (RO)، اسمز رو به جلو (FO) و نمک‌زدایی مبتنی بر اسمز است.
    
2. فشار اسمز معکوس: در اسمز معکوس (RO)، فشار به سمت محلول با غلظت املاح بالاتر اعمال می‌شود تا بر فشار اسمزی غلبه کند و مولکول‌های آب را مجبور به عبور از یک غشای نیمه تراوا کند. این امر منجر به جداسازی آب خالص از محلول غلیظ شده و آن را به یک نیروی محرکه کلیدی در سیستم‌های تصفیه آب RO تبدیل می‌کند.
    
3. فشار اسمز رو به جلو: اسمز جلو (FO) از اختلاف فشار اسمزی بین دو محلول برای القای حرکت آب در یک غشای نیمه تراوا استفاده می‌کند. نیروی محرکه در FO، گرادیان فشار اسمزی بین محلول "کشش" با غلظت املاح بالاتر و محلول "تغذیه" با غلظت املاح کمتر است. فرآیند اسمز رو به جلو در تصفیه آب یک فرآیند طبیعی برای آب بسیار غلیظ جهت برداشتن مولکول‌های آب از آب شور است.   
    
4. اثر دونان: در فرآیندهای تبادل یونی مانند الکترودیالیز یا کروماتوگرافی تبادل یونی، اثر دونان به تفاوت فشار اسمزی در یک غشای نیمه تراوا به دلیل توزیع نابرابر یون‌ها در هر دو اشاره دارد. سمت. این اثر بر حرکت یون‌ها تأثیر می‌گذارد و به فرآیند جداسازی کلی کمک می‌کند. DMP یک فناوری حذف، بازیافت و بازیافت است که معمولاً برای جداسازی، خالص‌سازی و تغلیظ فلزات در جریان‌های مختلف آب و زباله استفاده می‌شود.
    
5. فشار بک‌واش اسمزی: در سیستم‌های فیلتراسیون غشایی مانند اولترافیلتراسیون (UF) و میکروفیلتراسیون (MF)، فشار بک‌واش اسمزی زمانی رخ می‌دهد که غلظت املاح در پساب از غلظت محلول ورودی بیشتر شود. این فشار می‌تواند بر کارایی فرآیند فیلتراسیون تأثیر بگذارد و ممکن است به اقدامات اضافی برای حفظ عملکرد سیستم نیاز داشته باشد.

تفاوت فشار اسمز با اسمز معکوس 

فشار اسمزی، فشار مورد نیاز برای جلوگیری از حرکت مولکول‌های حلال در یک غشای نیمه تراوا است که به دلیل گرادیان غلظت ایجاد می‌شود. در فرآیند اسمز طبیعی، مولکول‌های حلال از ناحیه‌ای با غلظت املاح کمتر به ناحیه‌ای با غلظت املاح بالاتر حرکت کرده و غلظت‌های دو طرف غشاء را برابر می‌کنند. در این حالت، فشار اسمزی نیرویی است که این جریان را به حرکت در می‌آورد و با اختلاف غلظت بین دو محلول افزایش می‌یابد.

اسمز معکوس (RO) فرآیندی است که از فشار خارجی برای معکوس کردن جریان اسمز طبیعی آب استفاده می‌کند. در RO، آب از طریق یک غشای نیمه تراوا از ناحیه‌ای با غلظت املاح بالاتر (آب خام ورودی به سیستم) به ناحیه‌ای با غلظت املاح کمتر (جریان تراوا یا آب خروجی) منتقل می‌شود. فشار خارجی اعمال شده در RO معمولاً بالاتر از فشار اسمزی است که به مولکول‌های آب اجازه می‌دهد بر فشار اسمزی غلبه کنند و بر خلاف گرادیان غلظت جریان پیدا کنند.

کاربردهای فشار اسمزی در صنایع مختلف

فشار اسمزی به دلیل توانایی آن در هدایت فرآیندهای مربوط به حرکت مولکول‌های حلال در سراسر غشاهای نیمه تراوا در صنایع مختلف از جمله موارد زیر کاربرد دارد:
 

• در داروسازی، جهت کنترل سرعت انتشار داروها از قرص‌ها یا کپسول‌های اسمزی از این فشار استفاده می‌شود که انتشار پایدار و کنترل‌شده دارو در بدن را تضمین می‌کند. 
   
• در صنایع غذایی، فشار اسمزی در فرآیندهایی که به حذف آب از میوه‌ها و سبزیجات و حفظ بافت، طعم و محتوای غذایی آنها کمک می‌کند، مورد استفاده قرار می‌گیرد.
   
• در کشاورزی، فشار اسمزی در تکنیک‌هایی مانند آبیاری قطره‌ای مهار می‌شود که جریان آب و مواد مغذی را به ریشه گیاهان تنظیم کرده و مصرف آب و عملکرد محصول را بهینه می‌کند. 
   
• در بخش‌های بیوتکنولوژی و بیوشیمیایی، فشار اسمزی در تکنیک‌های کشت سلولی نقش مهمی دارد. استفاده از فشار اسمزی در این صنایع، به حفظ تعادل اسمزی و زنده ماندن سلول در کاربردهای مختلف زیستی کمک می‌کند.

کاربرد فشار اسمزی در تصفیه آب 

فشار اسمزی نقش مهمی در جنبه‌های مختلف تصفیه آب، از تصفیه و نمک‌زدایی گرفته تا بازیافت منابع و تصفیه فاضلاب دارد. در RO، فشار اسمزی به عنوان یک نیروی محرکه برای جدا کردن آلاینده‌ها از آب عمل می‌کند.

پمپ‌های RO برای غلبه بر فشار اسمزی محلول غلیظ (آب خوراک) به آب تغذیه فشار وارد می‌کنند و به مولکول‌های آب اجازه می‌دهند از غشای نیمه تراوا در برابر شیب اسمزی طبیعی خود عبور کنند. پمپ RO با اعمال فشار بالاتر از فشار اسمزی، جداسازی آب خالص از آلاینده‌ها مانند نمک‌ها، مواد معدنی محلول و سایر ناخالصی‌ها را تسهیل می‌کند.

از سوی دیگر،سیستم FO از اختلاف فشار اسمزی بین محلول آب خام ورودی و محلول پساب برای تسهیل تصفیه و غلظت آب استفاده می‌کند. فشار اسمزی در فرآیندهای نمک‌زدایی مانند فلاش چند مرحله‌ای (MSF) و تقطیر چند مرحله‌ای (MED) که در آن به جداسازی نمک‌ها از آب از طریق تبخیر و تقطیر کمک می‌کند، نقش بسزایی دارد. 

توجه داشته باشید که فشار اعمال شده توسط پمپ‌های RO در سیستم‌های تصفیه آب به طور مستقیم بر کارایی و عملکرد فرآیند اسمز معکوس در سیستم های تصفیه آب تأثیر می‌گذارد. بنابراین، حفظ سطوح فشار بهینه برای به حداکثر رساندن کارایی و طول عمر سیستم‌های RO در کاربردهای تصفیه آب بسیار مهم است.

فشار کمتر در پمپ‌های RO منجر به کاهش سرعت جریان نفوذ و کاهش تولید کلی آب می شود. این امر به این دلیل رخ می‌دهد که فشار کمتر نمی‌تواند بر فشار اسمزی محلول آب ورودی به سیستم غلبه کند و مانع حرکت مولکول‌های آب در سراسر غشای نیمه تراوا می‌شود.

همین امر می‌تواند منجر به اختلال در عملکرد سیستم فیلتراسیون و گرفتگی و آسیب به ممبران شود.همچنین فشار بیش از حد بالا می‌تواند منجر به آسیب غشا یا کاهش طول عمر غشا و همچنین افزایش مصرف انرژی و هزینه‌های عملیاتی شود. 

سیستم‌های تصفیه اسمز معکوس: روش پیشتاز در تصفیه آب

سیستم‌های اسمز معکوس (RO) به دلیل قابلیت استثنایی خود در حذف طیف وسیعی از آلاینده‌ها و تولید آب آشامیدنی با کیفیت بالا، نقش اساسی در تصفیه آب دارند. این سیستم‌ها در حذف نمک‌های محلول، مواد معدنی، ترکیبات آلی، میکروارگانیسم‌ها و سایر ناخالصی‌ها از آب بسیار مؤثر هستند و در مناطقی که کیفیت آب پایینی دارند یا دسترسی محدود به آب آشامیدنی تمیز دارند، بسیار ارزشمند هستند.

 
فناوری RO با امکان تصفیه آب شور، آب دریا و حتی فاضلاب به کاهش مشکلات کمبود آب کمک کرده و منبعی قابل اعتماد و پایداری از آب آشامیدنی را فراهم می‌کند. علاوه بر این، سیستم‌های RO با اطمینان از حذف آلاینده‌های مضر، از جمله فلزات سنگین و عوامل بیماری‌زا، تاثیر مثبتی در سلامت عمومی داشته و خطر بیماری‌های منتقله از آب را کاهش می‌دهند.

تطبیق پذیری، کارایی و توانایی آنها برای تولید مقادیر زیادی آب تصفیه شده، دستگاه تصفیه آب صنعتی اسمز معکوس (RO) را در کاربردهای مختلف تصفیه آب، از مصارف مسکونی و تجاری گرفته تا فرآیندهای صنعتی و سیستم‌های تامین آب شهری ضروری می‌سازد.

انتخاب فروشگاه معتبر جهت اطمینان از عملکرد دستگاه‌های تصفیه آب اسمز معکوس اهمیت زیادی داشته، زیرا تاثیر مستقیمی روی کیفیت محصول دارد. یکی از معتبرترین مراکز جهت خرید دستگاه تصفیه آب اسمز معکوس، فروشگاه اینترنتی آبین است که سابقه درخشانی در زمینه فروش تجهیزات تصفیه آب دارد. درصورتی که برای انتخاب محصول موردنظر نیاز به راهنمایی دارید، می‌توانید با کارشناسان این مجموعه در تماس باشید.