اسمز (Osmosis) فرآیندی است که طی آن مولکول های حلال از محلولی با غلظت کمتر به محلولی با غلظت بالاتر از یک غشای نیمه تراوا عبور می کنند. این یک فرآیند غیرفعال است که بدون هیچ گونه مصرف انرژی صورت می گیرد. درواقع تمایل طبیعی آب برای عبور خود به خود از یک غشای نیمه تراوا است که دو محلول با غلظت های مختلف را از هم جدا می کند. در ادامه تاریخچه و انواع روش های اسمز و کاربرد آن در تصفیه آب را برایتان شرح می دهیم. با ما همراه باشید.
تاریخچه فرایند اسمز
فرآیند اسمز برای اولین بار در سال 1748 توسط یک فیزیکدان فرانسوی ژان آنتوان نولت کشف شد که خارج شدن خودکار آب از مثانه یک خوک را مشاهده کرد. سال ها بعد یک دانشمند بریتانیایی به نام توماس گراهام در سال 1854 اصطلاح اسمز را ابداع کرد.
اسمز (Osmosis) چیست؟
درکل اسمز به حرکت آب (مولکول های حلال)، از جایی که دارای غلظت پایین املاح است به طرف ناحیه ای که دارای غلظت املاح بالاتری است، از طریق غشا با تراوایی نسبی (نیمه تراوا) می گویند. در نهایت غلظت املاح موجود در دو طرف غشا نیمه تراوا با یکدیگر برابر می شود.
هنگامی که دو محلول با مقادیر مختلف املاح توسط یک غشای تراوا انتخابی از هم جدا می شوند، اسمز اتفاق می افتد. از محلول با غلظت کم تا محلول با افزایش غلظت املاح، مولکول های حلال ترجیحاً از غشا عبور می کنند. حرکت مولکول های حلال تا رسیدن به تعادل ادامه خواهد داشت.
اجزاء پدیده اسمز:
1- مولکول های حلال (آب): که از غلظت زیاد به سمت محلول با غلظت کم حرکت می کنند.
2- محیط انتشار غشا نیمه تراوا (فقط مولکول های حلال امکان عبور را دارند و ذرات امکان عبور ندارند).
فشار اسمزی چیست؟
فشار اسمزی حداقل فشار مورد نیاز برای جلوگیری از ایجاد جریان داخلی حلال خالص یک محلول در یک سد نیمه تراوا است. همچنین می توان آن را به عنوان اندازه گیری تمایل یک محلول برای جذب یک حلال خالص از طریق اسمز توصیف کرد. بالاترین فشار اسمزی که می تواند در یک محلول ایجاد شود، اگر آن را از حلال خالص آن توسط یک غشای نیمه تراوا حذف کنیم، به عنوان فشار اسمزی پتانسیل شناخته می شود.
غشای نیمه تراوا (Semipermeable Membrane) چیست؟
این یک مانع نازک بین دو محلول است که به اجزای خاصی از محلول ها، به طور کلی حلال، اجازه عبور می دهد. غشای نیمه تراوا مانعی است که به مولکول های خاصی اجازه عبور می دهد اما دیگران را از انجام این کار باز می دارد. یک مانع نیمه تراوا در اصل به عنوان یک فیلتر عمل می کند.
این غشاها دارای انواع مختلفی هستند که هرکدام از آن ها می توانند راه را برای مولکول، با اندازه های مشخصی مسدود کنند.
جهت ایجاد یک غشای نیمه تراوا می توان از مواد بیولوژیکی یا مصنوعی استفاده کرد.
اسمز در گیاهان:
اسمز نقش مهمی در انتقال آب در گیاهان دارد. غلظت املاح با حرکت از خاک به سلول های ریشه و سپس به سلول های برگ افزایش می یابد. اختلاف فشار به حرکت آب به سمت بالا کمک می کند. اسمز همچنین تبخیر آب از برگ ها را با تنظیم اندازه روزنه های روی سطح برگ کنترل می کند.
انواع روش های اسمز
اندوسموز
اگر یک سلول در محلول هیپوتونیک قرار گیرد، آب در داخل سلول حرکت می کند و باعث متورم شدن یا پلاسمولیز شدن آن می شود. این به این دلیل است که غلظت املاح محلول کمتر از غلظت داخل سلول است. زمانی اتفاق می افتد که پتانسیل آب در خارج از سلول بیشتر از پتانسیل آب در داخل سلول باشد.
مثال: کشمش وقتی در آب معمولی قرار می گیرد متورم می شود.
اگزوموز
اگر یک سلول در محلول هیپرتونیک قرار گیرد، آب داخل سلول به بیرون حرکت می کند و در نتیجه پلاسمولیز سلولی (شل می شود). زمانی اتفاق می افتد که پتانسیل آب در خارج از سلول کمتر از پتانسیل آب در داخل سلول باشد. در نتیجه، غلظت املاح محلول اطراف بیشتر از سیتوپلاسم است. اگزوموز حرکت مولکول های آب به خارج از سلول در سراسر غشای سلولی است. مهاجرت آب به خارج از سلول ها باعث کوچک شدن سلول ها می شود.
مثال: کشمش هایی که در محلول نمک غلیظ قرار می گیرند و چروک می شوند.
اسمز معکوس (Reverse Osmosis)
می توان آن را به عنوان یک فرآیند جداسازی تعریف کرد که از فشار استفاده می کند تا حلال را از طریق یک غشای نیمه تراوا وارد کند، املاح را در یک طرف نگه می دارد و باعث می شود حلال از طرف دیگر عبور کند. از فشار استفاده می کند تا حلال را مجبور کند از ناحیه ای با غلظت زیاد املاح به ناحیه ای با غلظت املاح کم حرکت کند.
در مقالات بعدی به صورت اختصاصی به این موضوع می پردازیم.
کاربرد اسمز معکوس (RO):
برای حذف آلاینده های اصلی از آب با وارد کردن فشار به آب از طریق یک غشای نیمه تراوا تحت فشار استفاده می شود.
اسمز مستقیم:
این یک پدیده طبیعی است که از یک غشای نیمه تراوا برای جداسازی املاح محلول از آب استفاده می کند. روش اسمز فوروارد برای انواع کاربردهای تصفیه آب صنعتی، از جمله مدیریت فاضلاب، غلظت محصول و بازیافت آب، به دلیل فرآیند فیلتراسیون بسیار موثر آن، که تضمین می‌کند تنها آب خالص از محلول خوراک بازیافت می‌شود، سودمند است. انرژی کمتری نسبت به سایر سیستم‌های تصفیه آب مبتنی بر فشار هیدرولیک مصرف می‌کند زیرا بر انرژی طبیعی فشار اسمزی متکی است.
کاربرد اسمز مستقیم:
نمک زدایی آب، تصفیه فاضلاب، تولید برق اسمزی.
شرکت پیشگامان تجارت، نماینده رسمی و واردکننده تجهیزات تصفیه فاضلاب و آب صنعتی از شرکت Hycor در ایران می باشد. فناوری های ارائه شده توسط این شرکت در ایران، اسمز معکوس (Reverse Osmosis)، تصفیه فاضلاب (Sewage Treatment)، آب شیرین کن های کانتینری – موبایل (Containerized – Mobile)، تصفیه فاضلاب صنعتی (Industrial Wastewater) می باشد.
از ددیگر فعالیت های این مجموعه می توان به ساخت پیست یخ ایرانمال، اولین پیست هاکی روی یخ استاندارد در ایران پس از انقلاب اشاره داشت.
همچنین پیست یخ ایرانمال، اولین پیست هاکی روی یخ استاندارد در ایران پس از انقلاب توسط این شرکت ساخته شده است.
