اسمز معکوس بر اساس پدیده طبیعی اسمز عمل می‌کند، اما با اعمال فشار خارجی به سمت معکوس، جریان طبیعی اسمز را تغییر می‌دهد. در این بخش به توضیح دقیق‌تر این فرآیند و جزئیات عملکرد آن می‌پردازیم.

مفهوم اسمز

برای درک بهتر اسمز معکوس، ابتدا باید مفهوم اسمز را بدانیم. اسمز فرآیندی طبیعی است که در آن، آب به طور خودبخود از محلولی با غلظت کم‌تر (کم‌تر از مواد حل‌شده) به محلولی با غلظت بیشتر از طریق یک غشای نیمه‌تراوا (غشایی که تنها به مولکول‌های خاصی اجازه عبور می‌دهد) حرکت می‌کند. هدف این حرکت، برقراری تعادل در غلظت مواد حل‌شده در دو طرف غشا است.

به عنوان مثال، اگر یک غشا بین دو محلول آب خالص و آب شور قرار داده شود، آب خالص به طور طبیعی به سمت آب شور حرکت می‌کند تا غلظت نمک در هر دو طرف غشا به تعادل برسد. این حرکت تا زمانی ادامه پیدا می‌کند که تفاوت فشار (فشار اسمزی) بین دو طرف غشا مانع از حرکت بیشتر آب شود.

اسمز معکوس

اسمز معکوس (RO) همان‌طور که از نامش پیداست، فرآیند طبیعی اسمز را معکوس می‌کند. در این حالت، با اعمال فشار خارجی بیشتر از فشار اسمزی به سمت محلول با غلظت بیشتر (معمولاً آب شور یا آلوده)، آب را مجبور می‌کنیم تا از سمت محلول غلیظ‌تر به سمت محلول رقیق‌تر (آب خالص) حرکت کند. این فرآیند بر خلاف جهت طبیعی اسمز است و نیاز به انرژی دارد.

در این فرآیند:

1. غشای نیمه‌تراوا: غشای نیمه‌تراوا کلیدی‌ترین بخش سیستم اسمز معکوس است. این غشا به طور ویژه طراحی شده تا به مولکول‌های آب اجازه عبور دهد، اما مانع عبور ذرات بزرگتر و مواد حل‌شده مانند نمک‌ها، ویروس‌ها، باکتری‌ها و مواد آلی می‌شود. مواد سازنده غشا معمولاً از پلیمرهای خاصی مانند پلی‌آمید هستند که مقاومت شیمیایی و مکانیکی بالایی دارند.

2. اعمال فشار: برای معکوس کردن فرآیند اسمز، فشار زیادی به آب شور یا آلوده اعمال می‌شود. این فشار باید از فشار اسمزی محلول بیشتر باشد تا مولکول‌های آب بتوانند از غشا عبور کنند و به سمت آب خالص حرکت کنند. میزان فشار مورد نیاز بستگی به غلظت نمک‌ها و مواد حل‌شده در آب دارد؛ به عنوان مثال، برای تصفیه آب دریا، نیاز به فشار بسیار بالاتری نسبت به آب‌های شیرین وجود دارد.

3. فرآیند جداسازی: در اثر فشار اعمال‌شده، مولکول‌های آب خالص از غشا عبور کرده و در طرف دیگر غشا جمع می‌شوند. در این حالت، مواد حل‌شده و آلاینده‌ها که نمی‌توانند از غشا عبور کنند، در سمت دیگر غشا باقی می‌مانند و به عنوان پساب دفع می‌شوند. این پساب معمولاً حاوی غلظت بالایی از نمک‌ها و مواد آلوده است.

4. انتخاب‌پذیری غشا: غشای اسمز معکوس به گونه‌ای طراحی شده است که دارای منافذ بسیار ریز (معمولاً در حد نانومتر) باشد. این منافذ به آب اجازه عبور می‌دهند اما جلوی عبور مواد حل‌شده و ذرات بزرگتر را می‌گیرند. در نتیجه، آب خالصی که از غشا عبور می‌کند، عاری از اکثر آلاینده‌ها و نمک‌ها است.

5. تولید آب خالص و پساب: سیستم‌های اسمز معکوس معمولاً دو جریان خروجی دارند؛ یکی جریان آب خالص که از غشا عبور کرده و به عنوان محصول نهایی استفاده می‌شود، و دیگری جریان پساب که حاوی غلظت بالایی از مواد حل‌شده است و به عنوان دورریز دفع می‌شود. بسته به طراحی سیستم، میزان بازیابی آب خالص می‌تواند متفاوت باشد، اما معمولاً بین 50 تا 75 درصد است.