تاریخچه غشاهای اسمز معکوس، نحوه عملکرد آنها و نحوه انتخاب غشاهای مناسب.

اسمز معکوس (RO) یک فناوری جداسازی غشایی است که می تواند نمک و سایر مواد محلول در آب را با اعمال فشار حذف کند. RO به طور گسترده ای برای نمک زدایی آب دریا، نمک زدایی آب شور، تصفیه آب آشامیدنی و استفاده مجدد از فاضلاب استفاده شده است.

داستان پشت غشای اسمز معکوس

آیا تا به حال از خود پرسیده اید که غشای اسمز معکوس چگونه کار می کند؟ چگونه می‌تواند نمک و سایر ناخالصی‌های آب را فیلتر کند و نوشیدنی آن را ایمن و تمیز کند؟ خب، داستان پشت این اختراع شگفت انگیز بسیار جذاب است و شامل چند مرغ دریایی کنجکاو می شود.

همه چیز در دهه 1950 شروع شد، زمانی که دانشمندی به نام سیدنی لوب در دانشگاه کالیفرنیا، لس آنجلس مشغول به کار بود. او علاقه مند به مطالعه فرآیند اسمز بود که حرکت طبیعی آب در یک غشای نیمه تراوا از ناحیه ای با غلظت املاح کم به ناحیه ای با غلظت املاح زیاد است. او می خواست راهی برای معکوس کردن این فرآیند بیابد و آب را با استفاده از فشار خارجی از غلظت املاح بالا به غلظت املاح کم منتقل کند. این به او این امکان را می دهد که آب دریا را نمک زدایی کند و آب شیرین برای مصرف انسان تولید کند.

با این حال، او با یک چالش بزرگ روبرو شد: یافتن غشایی مناسب که بتواند در برابر فشار بالا مقاومت کند و در برابر رسوب نمک و سایر آلاینده ها مقاومت کند. او مواد مختلفی مانند استات سلولز و پلی اتیلن را امتحان کرد، اما هیچ کدام به اندازه کافی خوب کار نکردند. نزدیک بود تسلیم شود که متوجه چیز عجیبی شد.

یک روز او در کنار ساحل قدم می‌زد، دسته‌ای از مرغ‌های دریایی را دید که بر فراز اقیانوس پرواز می‌کنند. او مشاهده کرد که آنها در آب شیرجه می زنند، ماهی می گیرند و سپس به ساحل پرواز می کنند. او تعجب کرد که چگونه می توانند آب دریا را بنوشند بدون اینکه بیمار یا کم آب شوند. او تصمیم گرفت بیشتر تحقیق کند و متوجه شد که مرغ های دریایی غده خاصی در نزدیکی چشمان خود دارند که به آن غده نمک می گویند. این غده نمک اضافی را از خون آنها از طریق سوراخ های بینی به شکل محلول نمکی ترشح می کند. به این ترتیب می توانند تعادل آب خود را حفظ کرده و از مسمومیت با نمک جلوگیری کنند.

از آن زمان، فناوری RO وارد یک دوره توسعه سریع شد و به تدریج به سمت تجاری سازی حرکت کرد. در سال 1965، اولین سیستم تجاری RO در کوالینگا، کالیفرنیا ساخته شد که روزانه 5000 گالن آب تولید می کرد. در سال 1967، Cadotte غشای کامپوزیت لایه نازک را با استفاده از روش پلیمریزاسیون سطحی اختراع کرد که عملکرد و پایداری غشاهای RO را بهبود بخشید. در سال 1977، شرکت FilmTec شروع به فروش عناصر غشایی نوع خشک کرد، که زمان ذخیره‌سازی طولانی‌تر و حمل و نقل آسان‌تری داشتند.

امروزه ممبران های RO در انواع و اندازه های مختلف بسته به کیفیت آب خوراک و نیازهای کاربرد در دسترس هستند. به طور کلی، دو نوع اصلی غشاهای RO وجود دارد: مارپیچی و فیبر توخالی. غشاهای مارپیچی از ورقه های مسطح ساخته شده اند که به دور یک لوله سوراخ شده می چرخند و یک عنصر استوانه ای را تشکیل می دهند. غشاهای فیبر توخالی از لوله های نازک با هسته های توخالی ساخته شده اند که یک عنصر بسته نرم افزاری را تشکیل می دهند. غشاهای مارپیچی بیشتر برای نمک زدایی آب دریا و آب شور استفاده می شوند، در حالی که غشاهای فیبر توخالی برای کاربردهای کم فشار مانند تصفیه آب آشامیدنی مناسب تر هستند.

برای انتخاب غشای RO مناسب برای یک کاربرد خاص، چندین فاکتور باید در نظر گرفته شود، مانند:

- دفع نمک: درصد نمکی که توسط غشاء خارج می شود. دفع بیشتر نمک به معنای کیفیت بالاتر آب است.

- شار آب: مقدار آبی که در واحد سطح و زمان از غشا عبور می کند. شار آب بیشتر به معنای بهره وری بالاتر و مصرف انرژی کمتر است.

- مقاومت در برابر رسوب: توانایی غشاء در برابر رسوب گیری توسط مواد آلی، کلوئیدها، میکروارگانیسم ها و مواد معدنی پوسته پوسته شدن مقاومت می کند. مقاومت در برابر رسوب بالاتر به معنای عمر طولانی تر غشاء و هزینه نگهداری کمتر است.

- فشار عملیاتی: فشار مورد نیاز برای هدایت آب از طریق غشا. فشار عملیاتی کمتر به معنای مصرف انرژی و هزینه تجهیزات کمتر است.

- PH عملیاتی: محدوده PH که غشا می تواند بدون آسیب تحمل کند. PH عملیاتی بیشتر به معنای انعطاف پذیری و سازگاری بیشتر با منابع مختلف آب خوراک است.

غشاهای RO مختلف ممکن است مبادلات متفاوتی بین این عوامل داشته باشند، بنابراین مقایسه داده‌های عملکرد آنها و انتخاب مناسب‌ترین آنها با توجه به شرایط کاربرد خاص مهم است.