فشار اسمزی

  📋 فشار اسمزی و فشار اسمزی معکوس چیست؟ 

اسمز در زبان یونانی به معنای فشار است.فشار اسمزی جزو خواص غلظتی محلولهای شیمیایی هستند.این امر ایجاب می کند که فشار اسمزی به  غلظت محلول ها بستگی داشته باشد و نه به ماهیت محلول ها .

🛢اسمز معکوس(به انگلیسی): Reverse osmosis فرآیندی است که در آن از فشار برای معکوس نمودن جریان اسمزی آب از درون یک غشای نیمه‌تراوا استفاده می‌شود........ به ادامه مطلب مراجعه نمابید.

 اگر یک غشای نیمه‌تراوا بین دو محلول آب خالص و آب ناخالص قرار گیرد آب بطور طبیعی و تحت خاصیت اسمزی از غلظت بالاتر به غلظت پائین‌تر جریان می‌یابد. این پدیده تا زمانی که پتانسیل‌های شیمیایی دو طرف برابر گردند ادامه خواهد یافت

اسمز در زبان یونانی به معنای فشار است.فشار اسمزی جزو خواص غلظتی محلولهای شیمیایی هستند.این امر ایجاب می کند که فشار اسمزی به غلظت محلول ها بستگی داشته باشد و نه به ماهیت محلول ها .

 اساس کار اسمز بر این اصل استوار است که در داخل لوله  U شکل دو  محلول مختلف نظیر آب خالص و محلول قند در آب در طرفین یک غشای نیمه تراوا از جنس مثلاً سلوفان ؛  قرار دارند.در ابتدا سطح آزاد مایعات هم سطح بودند.پس از مدتی مولکول های آب از غشای نیم تراوا از چپ به راست تردد می کنند ولی این غشاء اجازه عبور به مولکولهای قند را نمی دهد.با توجه به بالا بودن غلظت آب (در سمت چپ )از سمت چپ غشاء به سمت راست نفوذ می کند.در نتیجه سطح آب از A  به C  افت می کند و سطح محلول قند از  A به D  به اندازه h  افزایش می یابد.فشار اسمزی در اصل همان فشار هیدرواستاتیکی محلول قند است یعنی :

  🛢طبق قانون وانت هوف ؛ فشار اسمزی یک محلول در دمای مشخص ؛  فشاری است که همان جسم حل شونده به حالت گاز در همان دما ودر همان حجم می تواند داشته باشد. می توان با اندکی دستکاری رابطه قانون عمومی گازهای کامل ؛ فشار اسمزی را بر حسب غلظت معمولی بر حسب گرم بر  لیتر ؛ جرم مولکولی بر حسب گرم بر مول و دمای مطلق بر حسب کلوین بصورت زیر نوشت :

اسمز در فرایندهای فیزیولوژیکی گیاهی و جانوری نقش دارد عبور مواد از جدار نیمه تراوا سلول زنده ، کار کلیه ها و بالارفتن شیره گیاهی در درختان مهمترین نمونه های اسمز است. غشای گلبولهای قرمز از نوع نیمه تراوا است  اگر گلبولهای قرمز در آب خالص قرار گیرند،آب به درون آن نفوذ کرده و مایعات آن را رقیق می کند .در نتیجه گلبول متورم شده و جدار آن پاره می شود واگر گلبولهای قرمز در محلول غلیظ قند قرار گیرند ،آب درون گلبول ها از غشای آنها عبور کرده و محلول اطراف آنها را رقیق می کند .در نتیجه ،گلبولها چروکیده می شود. به منظور ممانعت از وقوع هر یک از حوادث در تزریقات وریدی ،محلولهای مورد استفاده باید ایزوتونیک با خو ن باشند یعنی فشار اسمزی این محلول ها باید برابر با فشار اسمزی خون باشد.

🛢اسمز معکوس چیست؟

اسمز معکوس به انگلیسی: (Reverse osmosis) فرآیندی است که در آن از فشار برای معکوس نمودن جریان اسمزی آب از درون یک غشای نیمه‌تراوا استفاده می‌شود. اگر یک غشای نیمه‌تراوا بین دو محلول آب خالص و آب ناخالص قرار گیرد آب بطور طبیعی و تحت خاصیت اسمزی از غلظت بالاتر به غلظت پائین‌تر جریان می‌یابد. این پدیده تا زمانی که پتانسیل‌های شیمیایی دو طرف برابر گردند ادامه خواهد یافت. در حالت تعادل اختلاف فشار بین دو طرف غشا برابر اختلاف فشار اسمزی است. اگر فشاری برابر با اختلاف فشار اسمزی به محلول غلیظ‌تر اعمال گردد جریان آب قطع خواهد شد. در صورتیکه فشار اعمال شده بیشتر از فشار اسمزی باشد جهت جریان طبیعی آب معکوس خواهد گردید.

در این روش آب با فشار از میان غشایی گذرانده می‌شوند که نیترات و سایر مواد معدنی را فیلتر می کند. نیم تا دو سوم آب پشت این غشا باقی می ماند که به عنوان آب پسمانده دور ریخته می‌شود. سیستم‌های اسمز معکوس با کارآیی بالا از فشارهای در حد یک میلیون پاسکال استفاه می‌کنند.

همچنین بهترین روش نمک زدائی از آبهای لب شور استفاده از فرآینداسمز معکوس میباشد، زیرا سیستم پیچیدهای نداشته و راهبری آن قابل کنترلتر از دیگر روشها میباشد و با توجه به توسعه روشهای پیشرفته تولید غشاهای پلیمری، بهکارگیری این روش توجیه بیشتری دارد.

صنایع امروز برای تصفیه آب مورد استفاده در بخشهای تولید بخار و فرآیند خود از سیستم اسمز معکوس استفاده فراوانی می برند. اساس کار این دستگاهها بر عبور ملکولهای غیریونی مثل آب از یک غشاء با روزنه های بسیار ریز بنا شده است. این غشاءها به صورتی ساخته شده اند که ملکولهای خنثی را براحتی از خود عبور می دهند. به همین دلیل آب ورودی به سیستم، که دارای املاح مختلف است به آب تقریبا خالص تبدیل می گردد. در سیستم اسمز معکوس، جریان ورودی یا خوراک (Feed) به دو جریان آب تصفیه شده

(Permeate) و پساب غلیظ (Reject) یا (Brine) تبدیل می شود.

🛢اساس کار اسمز معکوس:

فرض کنید دو ظرف، یکی حاوی آب نمک (1) ودیگری حاوی آب خالص (2) توسط یک لوله به یکدیگر متصل بوده وهر دو دارای ارتفاع مساوی از آب و در یک سطح قرار داشته باشند. جهت برقراری تعادل در غلظت یونهای سدیم و کلراید از ظرف آب نمک، یونهای نمک به صورت نفوذ مولکولی به ظرف آب خالص انتقال یافته تا تعادل غلظت بین هر دو ظرف برقرار گردد. اما اگر بین این دو ظرف و در مسیر جریان آب یک غشاء قرار گیرد که فقط اجازه دهد مولکولهای آب از آن عبور کنند، یونهای نمک اجازه عبور نخواهند داشت. لذا برای برقراری تعادل در غلظت، آب خالص از ظرف شماره (2) به ظرف شماره (1) انتقال می یابد و این عمل تا آنجا ادامه می یابد که افزایش ارتفاع حاصله در ظرف آب نمک، فشار مضاعف ایجاد کرده و اجازه انتقال آب از ظرف شماره (2) به ظرف شماره (1) را ندهد. این فشار را فشار اسمزی می گویند و طبق قانون Vant Hoff تابعی است از غلظت نمک در هر دو ظرف غشاء.

🛢انتخاب غشاء:

در سیستم اسمز معکوس غشاء مهمترین و حساسترین قسمت دستگاه می باشد. زیرا فشار عملیاتی مورد نیاز ارتباط مستقیم با ضخامت غشاء و قطر سوراخهای آن دارد. همچنین غشاء به علت تماس مداوم با مواد شیمیایی افزوده شده به آب، بایستی مقاوم بوده و با مواد بازدارنده و ضد vسوب گذار و زیست کشها (Biocides) واکنش ندهد.

🛢عوامل مؤثر در مقایسه غشاءها عبارتند از:

1.      . قطر سوراخها

2.      . ضخامت

3.      . مقاومت در مقابل مواد شیمیایی

4.      . قیمت

5.      . افت فشار

6.      . شرکت سازنده

سعی می شود آب قبل از ورود به دستگاه اسمز معکوس، حتما تصفیه مقدماتی گردد. ولی با این حال لازم است پیش از انتخاب غشاء عملیت پایلوتی صورت پذیرد. به علت کیفیت بسیار عالی آب خروجی از سیستم اسمز معکوس امروزه بیشتر صنایع از این روش، بجای بکارگیری سیتمهای تعویض یونی استفاده می کنند. زیرا مبادله کننده های یونی به علت مصرف زیاد مواد شیمیایی و رزین، دارای هزینه راهبری و نگهداری زیادی می باشند.