اسمز مستقیم در مقایسه با اسمز معکوس

اسمز مستقیم

تفاوت اسمز مستقیم یا اسمز طبیعی با اسمز معکوس، جهت حرکت سیال میان دو محلول با غلظتهای متفاوت است. در اسمز مستقیم، حلال از محلول با غلظت بالاترِ حلال به صورت طبیعی و خودبخودی به سمت محلول با غلظت پایین ترِ حلال حرکت می کند. ولی در فرایند اسمز معکوس، جهت حرکت حلال با اعمال فشار، به سمت محلول با غلظت پایینِ حلال معکوس می شود.

اسمز مستقیم از بسیاری جهات شبیه فرایند اسمز معکوس است. وجه تشابه هر دو فرایند، حرکت سیال میان دو محلول با غلظتهای متفاوت است. نیروی محرک در این فرایند، گرادیان فشار اسمزی است. سالهای متمادی است که از فرایند اسمز معکوس برای شیرین سازی آبهای شور استفاده می شود. لیکن مطالعات بسیاری نیز در زمینه امکان شیرین سازی آب دریا و آبهای شور با فرایند اسمز مستقیم انجام شده است. یکی از روشهای بهره گیری از فرایند اسمز مستقیم در شیرین سازی آب دریا استفاده از سیال سوم است. در این فرایند از یک سیال بسیار غلیظ(draw solution) به عنوان آغاز کننده جریان خالص آب استفاده می شود. این روش دقیقا بر خلاف فرایند اسمز معکوس است که در ان از یک نیروی هیدرولیکی به منظور غلبه بر گرادیان فشار اسمزی استفاده می شود. در نتیجه انرژی بیشتری در فرایند اسمز معکوس مورد نیاز است.

در فرایند اسمز مستقیم ممکن است جداسازی ذرات محلول در هر دو جهت بسته به میزان شوری اب ورودی و نوع draw solution یا محلول سوم(واسط) رخ دهد. بدینگونه که ممکن است draw solution به سمت اب ورودی نفوذ کند و یا اب ورودی به سمت draw solution نفوذ کند. در صورتی که غلظت محلول سوم از آب شور ورودی به فرایند اسمز مستقیم بیشتر باشد، آب به عنوان حلال به شکل طبیعی از آب شور ورودی به سمت محلول سوم(draw solution) نفوذ می کند و در نهایت شوری آب دریا در خروجی فرایند اسمز مستقیم بیشتر می شود. از طرف دیگر با نفوذ آب از طرف آب شور به محلول سوم، غلظت محلول سوم کمتر می شود.در مرحله بعد برای استحصال آب شیرین از محلول سوم، ضروری است که محلول سوم از آب شیرین جداسازی شود که این فرایند احیا(Regeneration) نامیده می شود. البته این فرایند بسته به نوع draw solution مضراتی هم دارد از جمله: نشت این محلول شیمیایی به اب خام ورودی و خطر آلوده ساختن آن و همچنین محیط اطراف ان از جمله مضرات این سیستم است. از دیگر تفاوت های این فرایند و اسمز معکوس این است که اب تولیدی در اسمز معکوس مناسب برای شرب می باشد اما کیفیت اب تصفیه شده در روش اسمز مستقیم بستگی به کیفیت اب ورودی و محلول استفاده شده در draw solution دارد.

 

اسمز مستقیم مقایسه با اسمز معکوس

هزینه مصرف انرژی حدود %۲۵ تا ۴۰% هزینه کلی در تصفیه آب دریا به روش اسمز معکوس را در بر می گیرد و در صورتی که قیمت انرژی در محل نصب تصفیه خانه بالاتر باشد به تبع این اعداد بالاتر خواهند بود. در این مطالعه روش تصفیه آب دریا با سیستم اسمز مستقیم (سیستمی که ویژگی تصفیه آب در فشاری پائین تر را دارا می باشد)، به عنوان یک جایگزین احتمالی در برابر تصفیه آب به روش اسمز مستقیم در نظر گرفته شده و ارزیابی گشته است. همچنین مقایسه ای از نقطه نظر مصرف انرژی بین دو روش تصفیه آب دریا با سیستم های اسمز معکوس (به عنوان پر بازده ترین و اقتصادی ترین روش تصفیه آب) و اسمز مستقیم (به عنوان گزینه تصفیه آب غیر مستقیم که شامل دو مرحله رقیق سازی و سپس بازیابی است)، صورت گرفته است.

با بررسی میزان مصرف انرژی واقعی مرحله مکش آب رقیق شده در سیستم تصفیه آب به روش اسمز مستقیم می توان بازدهی این سیستم را ارزیابی نموده و میزان بازدهی قابل رقابت و بالقوه ممکن در سیستم اسمز مستقیم در قیاس با سیستم اسمز معکوس را برآورد کرد.

مقدار بازذهی در سیستم اسمز مستقیم

برای مثال تصفیه آب دریا به روش اسمز مستقیم تک مرحله ای با غلظت شوری آب ورودی ۳۵۰۰۰ میلیگرم بر لیتر و ریکاوری ۵۰% نیازمند کمینه انرژی تئوریک ۱٫۰۵ کیلو وات بر متر مکعب داشته که در عمل این میزان برابر ۲٫۵ کیلو وات ساعت بر متر مکعب می شود (با فرض نادیده گرفتن پیش تصفیه). در حالی که برای تصفیه آب با همین مشخصات نیازمندی انرژی تئوریک سیستم اسمز مستقیم برابر ۲٫۵ کیلو وات ساعت بر متر مکعب (برابر مصرف انرژی واقعی سیستم اسمز معکوس) است. بنابراین برای رقابت پذیری سیستم اسمز مستقیم با روش اسمز معکوس می بایست نسبت فشار اسمزیک در مرحله مکش آب رقیق شده کم باشد.

در دو نمودار زیر مقایسه ای بین مصرف انرژی تئوریک و مصرف انرژی واقعی دو سیستم تصفیه آب به روش های اسمز مستقیم و اسمز معکوس صورت گرفته است:

مقایسه ای بین مصرف انرژی تئوریک و مصرف انرژی واقعی دو سیستم تصفیه آب به روش های اسمز مستقیم و اسمز معکوس

اسمز مستقیم اگرچه از نقطه نظراتی به اسمز معکوس برتری دارد ولی تا کنون به عنوان فرایند مورد تأیید از منظر فنی و اقتصادی تولید آب شیرین در آب شیرین کن های صنعتی شناخته نمی شود. در زمینه مصرف انرژی نیز هنوز اسمز معکوس نسبت به اسمز مستقیم برتری دارد. جدول زیر نیز نشان می دهد که سیستم اسمز معکوس همچنان در عمل از لحاظ مصرف انرژی بهینه تر می باشد:

 

برتری اسمز معکوس نسبت به اسمز مستقیم

منبع:

On the potential of forward osmosis to energetically outperform reverse osmosis desalination