Ters osmoz

Ters osmoz şematik gösterimi

Ters osmoz (RO) iyonları, istenmeyen molekülleri ve içme suyundan daha büyük parçacıkları gidermek için kullanılan hücre zarı olarak görev yapan bir su arıtma işlemidir.

Ters osmozda termodinamik bir parametre olan çözücünün kimyasal potansiyel farklılıkları sayesinde sürülen birleşik özellik osmotik basıncın üstesinden gelmek için basınç uygulanır. Ters osmoz suda çözünmüş ve askıda kalmış pek çok kimyasal türünü ve biyolojik olanları (esas olarak bakterileri) sudan alır ve hem sanayi işlemlerde hem de içme suyu üretiminde kullanılır. Sonuç, çözünen zarın basınçlı tarafında tutulur ve saf çözücünün diğer tarafa geçmesine izin verilir. "Seçici" olması için bu zarın gözenekler (delikler) yoluyla büyük moleküllere veya iyonlara izin vermemesi ancak çözeltinin çözücü molekülleri yani su (H₂O) gibi daha küçük bileşenlerine serbestçe geçmeleri için izin vermesi gerekir.

Normal osmoz işleminde, çözücü doğal olarak düşük çözünen konsantrasyonlu bir alandan (yüksek su potansiyeli) membran yoluyla yüksek çözünen konsantrasyonlu bir alana (düşük su potansiyeli) hareket eder. Çözücünün hareketi için itici güç, zarın her iki yanındaki çözücü konsantrasyonundaki fark azaldığında sistemin Gibbs serbest enerjisi'ndeki azalmadır ve çözücünün daha fazla konsantre çözeltiye geçmesi nedeniyle ozmotik basınç oluşturur. Dolayısıyla saf çözücünün doğal akışını tersine çevirmek için harici bir basınç uygulamak ters osmozdur. Süreç diğer membran teknolojisi uygulamalarına benzer.

Ters osmoz, sıvı akış mekanizmasının bir membran boyunca osmoz olması nedeniyle filtrasyondan farklıdır. Membranlı filtrasyonunda baskın ayırma mekanizması gözeneklerin 0,01 mikrometre veya daha büyük olduğu yerlerde süzmedir bu nedenle işlem teorik olarak çözeltinin basıncı ve konsantrasyonu gibi parametrelerden bağımsız olarak mükemmel verimlilik elde edebilir. Ters osmoz bunun yerine gözeneksiz olan veya 0,001 mikrometre gözenekli nanofiltrasyon kullanan bir membranda çözücü difüzyonunu içerir. Baskın ayırma mekanizması çözünürlük veya yayılma farklılıklarından kaynaklanır ve işlem basınca, çözünen konsantrasyona ve diğer koşullara bağlıdır. Ters osmoz, en yaygın olarak, deniz suyundan içme suyu arıtmada, tuz ve diğer atık materyalleri su moleküllerinden uzaklaştırmada kullanılmasıyla bilinir.

Ters osmoz ile su arıtmada temel olarak iki aşama bulunuyor: İlk aşamada arıtılacak su, çeşitli filtrelerden geçirilerek tortu, partikül, kireç ve mikroplardan arındırılmaktadır. Böylece sistemin ana ekipmanı olan membranlar üzerindeki kirlilik yükü hafifletilmektedir. İkinci aşamada ise su, pompalanarak yüksek basınçlara ulaştırılmakta ve yarı geçirgen membranlara iletilmektedir. Membranlarda çapraz akış prensibi sayesinde suda bulunan tuz, ağır metal, bakteri, tortu, çözünmüş iyonlar dahil tüm safsızlıklar %95-%99,8 oranında arıtılmaktadır.

Arıtma ve temizleme farklı manalarda kullanılır. Arıtılmış sular içme suyu olarak veya sanayide kullanılmak amacıyla üretildiğinden birbirinden farklı özellikler içerebilir. Örneğin içme suyu üretmek amacıyla tasarlanmış ters osmoz makineleri yaklaşık mikrosiemens/cm iletkenlikte su üretirken, sanayi modeli osmoz makineleri bu değerin çok altında üretim yapabilir (1µ). Ters osmoz sayesinde içme, sanayi, tarım suyu ve şebeke suyu gibi kullanımlar için uygun kalitede su üretilebiliyor.

Sistemde kullanılan ana bakım elemanı olan membranlar zamanla yıpranır ve yenisiyle değiştirilmesi veya yıkanması gerekir. Gelişen teknoloji membran bakım-işletme giderlerini son derece düşürmüştür. Ortalama değişim süreleri neredeyse 3 yıl olup m³ üretim başına maliyeti 0,05 USD civarındadır.