همه چیز درباره اسمز مستقیم - Forward Osmosis system

کمبود آب یک مشکل اساسی است که در کشورهای مختلف وجود دارد. این وضعیت به دلیل انفجار جمعیتی، استفاده  بیش از حد از سوخت های فسیلی و آلودگی منابع آب شیرین به شدت افزایش می یابد. احیا مجدد آبهای سطحی، حفظ آب‌های زیرزمینی و شیرین‌سازی آب‌دریا، از جمله استراتژی‌های مهم در مدیریت منابع آب است. از این رو، سراسر جهان در تلاش برای توسعه فن‌آوری های​ جدید برای تصفیه آب با بهره‌وری و اثربخشی بالاتر هستند.

فرآیند اسمز  پدیده‌ای فیزیکی است که در آن به علت خواص و ساختار غشا و وجود گرادیان غلظت مواد حل شونده، جریان آب در غشاء برقرار می‌شود. اسمز مستقیم (اسمز رو به جلو، اسمز پیشرو یا اسمز پیش‌رونده) یکی از فرایندهای اسمزی است که در سال‌های اخیر توجه بیشتری را جلب کرده است.

 

 بااینکه هنوز برای تجاری‌سازی و صنعتی شدن این فرایند، به علت برخی محدودیت‌ها مانند دستیابی به محلول کشنده مناسب و ساختار غشایی بهینه، مشکلاتی وجود دارد، ولی بر اساس مطالعات انجام‌شده، می‌توان از این روش در صنایع مختلفی ازجمله: صنایع غذایی، نمک‌زدایی آب، تصفیه فاضلاب‌ها، صنایع دارویی و تولید برق استفاده کرد.

سامانه اسمز مستقیم دارای سه جزء عمده است:

1.   آب خوراک که طی فرایند اسمز مستقیم میزان آب آن کاهش میابد و غلیظ می‌شود.

2.  محلول کشنده که میزان شوری یا فشار اسمزی آن بیشتر از محلول آب خوراک است و باعث می‌شود به علت اختلاف فشار اسمزی، آب از درون غشا و از سمت محلول آب خوراک به سمت محلول کشنده تراوش کند.

3.  غشای اسمز مستقیم که خود از دو قسمت لایه فعال و لایه پشتیبان تشکیل‌شده است. کار اصلی غشاء، عبور دادن حداکثری آب از سمت محلول آب خوراک به سمت محلول کشنده و جلوگیری از عبور یا عبور حداقلی مواد حل شونده در محلول‌های دو طرف غشا به سمت مخالف است.

محلول غلیظ شده در سمت تراوشی غشاء عامل نیروی محرک در فرآیند اسمز مستقیم می‌باشد. عناوین مختلفی در تحقیقات برای نامیدن این محلول ازجمله محلول کشش، عامل اسمزی، واسطه اسمزی، محلول محرک، موتور اسمزی، محلول نمونه و یا تنها آب‌شور بکار برده شده است. زمانی که محلول کشش انتخاب می‌شود، مهم‌ترین ملاک این است که این ماده فشار اسمزی بیشتری از محلول خوراک داشته باشد. فشارهای اسمزی محلول‌های مختلف به‌منظور استفاده به‌عنوان محلول کشش مورد ارزیابی قرارگرفته و نتایج آن در شکل زیر آورده شده است.

ملاک مهم دیگر در برخی کاربردهای اسمز مستقیم انتخاب فرآیند مناسب به‌منظور غلیظ سازی مجدد محلول کشش بعد از رقیق شدن آن در فرآیند می‌باشد. اغلب موارد محلول سدیم کلرید به علت قابلیت حل شدن بالا و نسبتاً غلیظ شدن آسان آن مورداستفاده قرار می‌گیرد. تراوش ماده حل‌شده در محلول کشش از میان غشاء نیز باید موردتوجه قرار گیرد. در کاربردهای ویژه که حذف مواد در سطح بالا مدنظر می‌باشد ترجیحاً چندین یون محلول مورداستفاده قرار می‌گیرد. درگذشته آب دریا و دریاچه شور به‌عنوان ماده کشش در تحقیقات مختلف توسط اسمز مستقیم استفاده می‌شد.

در مقایسه با روش‌های سنتی فشار محور، اسمز مستقیم دارای برتری‌های ویژه‌ای ازجمله: پس‌زنی بالای مواد محلول، رسوب‌گیری کمتر غشا و مصرف انرژی کمتر است. به همین دلیل، غشای اسمز مستقیم، توانایی بالایی برای جایگزینی با غشاهای فراصافش دارد که در حال حاضر در راکتورهای زیستی غشایی به کار گرفته می‌شود.

توجه فزاینده به اسمز مستقیم از میان زمینه‌های تحقیقاتی متعدد به این دلیل هست که این سیستم می‌تواند در بسیاری زمینه‌های علوم و مهندسی مانند تصفیه آب و فاضلاب، نمک‌زدایی آب دریا، تهیه و عمل‌آوری غذا، آزادسازی کنترل‌شده دارو در بدن و تولید نیروی برق مورداستفاده قرار گیرد.

 

کپی‌برداری با ذکر منبع مجاز است.