انسان در چند دهه اخير به پيشرفت هاي بزرگي در زمينه شيرين سازي آب دريا و تهيه آب خالص و فوق خالص دست پيداكرده است و همه اين دستاوردها مديون تفكر ساده ايجاد شيب غلظت نمك در دو سمت يك ممبران (غشاي نيمه تراوا) بود كه اولين بار در دهه 1960 براي جداسازي مواد از آب به كار گرفته شد. امروزه تكنولوژي قدرتمند اسمز معكوس (RO) به راحتي در كوچكترين دستگاه هاي تصفيه آب خانگي به ما كمك مي كند تا از بهترين نوع آب تصفيه شده بهره مند باشيم.

در تكنولوژي اسمز معكوس جداسازي انواع مواد محلول و نامحلول بسيار بسيار ريز از آب، متكي بر استفاده از فشار هيدروليك است كه نيروي عبور مولكولهاي آب از ممبران را ايجاد مي كند. اين فشار توسط پمپ هايي تامين مي شود كه با برق كار مي كنند و بنابراين به ناچار با افزايش ردپاي كربن در محيط زيست و صرف هزينه بالاي انرژي همراه است. همين تفكر باعث ظهور زمينه جديدي در صنعت ممبران و اسمز معكوس با عنوان “اسمز مستقيم” (FO) شده است كه در حال حاضر به عنوان كانديد مناسبي براي خالص سازي آب، شيرين سازي آب دريا، پيش تصفيه فاضلاب، غليظ و رقيق سازي محلول ها، صنايع دارويي و غذايي و توليد برق مطرح است.

اسمز مستقيم (FO) در مقايسه با اسمز معكوس (RO)

ممكن است در ابتدا درك مقايسه اسمز مستقيم و معكوس كمي گيج كننده باشد. فرض كنيد يك ممبران يا همان غشاي نيمه تراوا داريم كه مثل يك سد در بين دو محلول آبي با غلظت متفاوت قرار مي گيرد و در اثر فشار اسمزي (كه به طور طبيعي به دليل غلظت نابرابر محلول در دو سمت ممبران وجود دارد ) مولكول هاي آب مي توانند از ممبران عبور كنند و از سمت رقيق تر به سمتي كه غلظت مواد محلول در آب بيشتر است بروند؛ تا در نهايت هر دو طرف به تعادل برسند. اين همان پديده اسمز است كه در طبيعت و بدن ما هر روز ميليون ها ميليون بار تكرار مي شود و در واقع همان پديده اسمز مستقيم نيز هست.

در تكنولوژي اسمز معكوس هم همين سد يا ممبران نيمه تراوا استفاده مي شود؛ اما زماني كه درباره RO صحبت مي كنيم نياز به پمپ فشارقوي، پرشروسل، ميزان زيادي انرژي و …….داريم؛ چون با نيروي فشار هيدروليك كه توسط پمپ ايجاد مي شود، بر فشار اسمزي كه به طور طبيعي وجود دارد غلبه مي كنيم تا بتوانيم جريان آب را از سمت غليظ تر به سمت رقيق تر هدايت كنيم. در صورتي كه در فرايند شيرين سازي آب با تكنولوژي اسمز مستقيم آب از يك غشا يا همان ممبران نيمه تراوا با نيروي فشار اسمزي طبيعي ايجاد شده بين دو دو سمت ممبران عبور مي كند و براي جداسازي نمك هاي محلول از آب به ايجاد فشار هيدروليك توسط پمپ احتياج نيست.

بيشتر: انواع مواد منعقد كننده

تكنولوژي اسمز مستقيم (FO)
FO به تكنولوژي اسمزي گفته مي شود كه در آن آب آشاميدني به عنوان محصول اوليه است. در اين نوع اسمز، آب شور در يك سمت ممبران و محلول كشنده يا جاذب در سمت ديگر قرار دارد. جداسازي اسموتيك به طور خودبخود و همزمان با جريان آب از سمت رقيق تر به سمت غليظ تر ممبران (محلول كشنده) انجام مي شود. ممبران به كار گرفته شده خاصيت نيمه تراوايي دارد (مولكولهاي آب اجازه عبور دارند ولي مولكولهاي مواد محلول مانند نمك ها و مواد الاينده ديگر نمي توانند عبور كنند). بنابراين ما مي توانيم نمك هاي محلول را بدون مصرف هيچ نوع انرژي از آب حذف كنيم و فقط بايد آب خوراك با فشار پايين به ممبران وارد شود. در مرحله بعد محلول كشنده رقيق شده به يك فرايند خالص سازي ديگر وارد مي شود كه به طور خاص براي محلول كشنده طراحي شده است كه در اكثر آن ها مواد محلول فرار به راحتي از آب خارج مي شوند و يا با استفاده از يك فرايند ممبران ثانويه قابل جداسازي هستند.

در اسمز مستقيم محلول آب خوراك در يك سمت ممبران غليظ تر شده و محلول كشنده در سمت ديگر در اثر تراوش آب از ممبران رقيق تر مي شود و همين باعث كاهش موثر اختلاف فشار اسمزي و بنابراين جريان محلول مي شود. مقدار اين تاثير به ماهيت غشا و جنس آن بستگي دارد.

مزاياي اسمز مستقيم
مزيت استفاده از اسمز مستقيم به نوع محلول كشنده و سيستم مورد استفاده براي بازيافت آن بستگي دارد. برخي از انواع خاص اسمز مستقيم مصرف انرژي كمتري را نسبت به اسمز معكوس دارند. محلول كشنده مورد استفاده بايد طوري انتخاب شود كه انرژي اسمزي مورد نياز تكنيك را فراهم كند و از انرژي و هزينه مورد نياز براي بازيافت آب توسط فرايند RO بيشتر باشد. در مورد آب هايي كه فولينگ بالايي را در ممبران ايجاد مي كنند، مثل بيوراكتورهاي ممبران (MBR تلفيقي از تكنولوژي ممبران و روش هاي بيولوژيكي) يا تصفيه ي آب هايي كه پتانسيل رسوب گذاري بالا بر روي ممبران دارند، FO گزينه مناسبي به شمار مي رود.

محلول كشنده (جاذب)
يكي از مسائل مهم در تكنولوژي اسمز مستقيم انتخاب محلول كشنده مناسب است. اين محلول نه تنها بايد باعث انتقال قوي آب از ممبران شود؛ بلكه بايد قابليت بازيافت مجدد با هزينه كم و يا دورريزي در طبيعت بدون آلودگي محيط زيست داشته باشد. محلول كشنده براي اين كه فشار اسمزي موثري را ايجاد كند، بايد حلاليت بالا و وزن مولكولي پايين داشته (در عين حال از ممبران عبور نكند) و از نظر شيميايي هم خنثي باشد. اين محلول مي تواند از نمك ها و يا مواد آلي و غير آلي فرار تشكيل شده باشد.

اسمز مستقيم هنوز در بوته آزمايش محققان است
عليرغم تحقيقات گسترده اي كه در دهه اخير در رابطه با اسمز مستقيم انجام گرفته است؛ هنوز سوالات و چالش هايي در مورد بهره وري انرژي و وضعيت فعلي اين تكنولوژي مطرح است. هزينه حذف مواد زائد از محلول كشنده از مواردي است كه بايد از نظر صرفه ي اقتصادي مورد توجه قرار بگيرد و انتخاب محلول كشنده مناسب براي اين فرايند همچنان نياز به بررسي هاي بيشتري دارد. هر چند امروزه در مجامع علمي مربوط به صنعت تصفيه آب، بحث بهينه سازي ممبران هاي پليمري اسمز معكوس در مركز توجه قرار دارد؛ اما از ظهور فن آوري نوين اسمز مستقيم با هيجاني خاص نام برده مي شود كه در عين نوآورانه بودن، بسترمناسبي براي تجاري سازي دارد.