İçeriğe atla

Ters osmoz

Kontrol Edilmiş
Vikipedi, özgür ansiklopedi


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 yarı (seçici) geçirgen membran aracılığı ile gerçekleştirilen 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 olarak, çözünen molekül zarın basınçlı tarafında tutulur ve saf çözücünün diğer tarafa geçmesine izin verilir. "Seçici" olması için bu zarın gözenekler (por) yoluyla büyük moleküllere veya iyonlara izin vermemesi, ancak çözeltinin çözücü molekülleri yani su (H2O) gibi daha küçük bileşenlerine serbestçe geçmeleri için izin vermesi gerekir.[1]

Osmoz

[değiştir | kaynağı değiştir]

İleriye doğru osmozda çözücü, bir zardan geçerek az çözücü yoğun (yüksek su potansiyelli) alandan, çok çözücü yoğun (az su potansiyelli) alana doğru hareket eder. Çözücünün hareketini sağlayan itici kuvvet, zarın iki tarafı arasındaki çözücü konsantrasyon farkının azalmasıyla sistemin Gibbs serbest enerjisindeki azalmadır. Buna osmotik basınç denir. Çözücü daha yoğun çözeltiye doğru hareket ettikçe ozmotik basınç azalır. Saf çözücünün doğal akışını tersine çevirmek için dışarıdan basınç uygulanmasına ters ozmoz denir. Bu işlem, diğer membran teknolojisi uygulamalarına benzer.

Ters osmoz (RO), çözücünün zardan (membran) geçerken çözünen maddeyi geride bırakılıp sıvı akış mekanizmasının tersine çevrilmesiyle filtrelemeden farklıdır. Membran filtrelemesinde baskın uzaklaştırma mekanizması, gözeneklerin 0,01 mikrometre veya daha fazla olduğu süzme yöntemidir. Bu nedenle işlem, çözeltinin basıncı ve konsantrasyonu gibi parametrelerden bağımsız olarak teorik mükemmel verimliliğe ulaşabilir.

Ters ozmoz, gözeneksiz veya 0,001 mikrometre boyutunda gözenekli nanofiltreleme yapan membranla çözücü difüzyonu gerektirir. Baskın ayırma mekanizması çözünürlük veya difüzyon farklılıklarından kaynaklanır ve süreç basınca, çözünen madde konsantrasyonuna ve diğer koşullara bağlıdır.[2]

RO, tatlı ve acı su için 2–17 bar (30–250 psi) ve deniz suyu için 40–82 bar (600–1200 psi) arasında basınca gerek duyar.[3]

Deniz suyunun üstesinden gelinmesi gereken yaklaşık 27 bar (390 psi)[11] doğal osmotik basıncı vardır.

Enerji tüketimleri, genellikle deniz suyu RO sistemleri için 2,9-5,5 kWh/m3,[4] ancak en gelişmiş sistemler için ise yaklaşık 2,3 kWh/m3 civarındadır.[5]

Membran gözenek boyutları 0,1 ile 5.000 nm arasındadır. Parçacık filtrasyonu 1 μm veya daha büyük parçacıkları, mikrofiltrasyon 50 nm veya daha büyük parçacıkları ve ultrafiltrasyon ise yaklaşık 3 nm veya daha büyük parçacıkları uzaklaştırır. Nanofiltrasyon 1 nm veya daha büyük parçacıkları uzaklaştırır. Ters osmoz, membran filtrelenin son kategorisi olan hiperfiltrasyondadır ve ~0,2 nm'den büyük parçacıkları uzaklaştırır.[6]

Tatlı su uygulamaları

[değiştir | kaynağı değiştir]
Tezgah üstü bir RO sistemi

Dünya genelinde, içme ve yemek yapma suyunu iyileştirmek için RO aşamasını da içeren ev tipi içme suyu arıtma sistemleri yaygın olarak kullanılır.

Bu tür sistemler genellikle şu adımları içerir:

  • pas ve kalsiyum karbonat dahil olmak üzere parçacıkları yakalamak için bir tortu filtresi
  • daha küçük gözenekli ikinci bir tortu filtresi
  • belirli türde ince film kompozit membranı bozan organik kimyasalları ve klor'u yakalamak için bir aktif karbon filtresi
  • RO ince film kompozit membran
  • RO'da hayatta kalan herhangi bir mikrobu sterilize etmek için ultraviyole bir lamba
  • RO'dan kurtulan kimyasalları yakalamak için ikinci bir karbon filtre.
  • bazı sistemlerde karbon önfiltre, selüloz triasetat (CTA) membranı ile değiştirilir. CTA, sudaki klor ile temasa izin veren sentetik tabakaya yapıştırılmış kağıt yan ürün membrandır. Bunlar, üzerinde bakteri oluşumunu önlemek için su kaynağında az miktarda klor gerektirir. CTA membranları için tipik reddetme oranı %85-95'tir.

Selüloz triasetat membran, klorlu su ile korunmadığı takdirde çürür; ince film kompozit membran ise klor olursa bozulur. İnce film kompozit (TFC) membran sentetik malzemeden yapılmıştır ve suyun membrana girmeden önce klorun uzaklaştırılması gerekir. TFC membran elemanlarını klor hasarından korumak için ön işlem olarak karbon filtreler kullanılır. TFC membranlar, CTA membranlara göre %95-98 daha yüksek reddetme oranına ve daha uzun ömre sahiptir. Bu ünitelerin etkili bir şekilde çalışabilmesi için, bunlara beslenen suyun 280 kPa (40 psi) veya daha yüksek basınçta olması gerekir.[7]

Taşınabilir ters osmoz (RO) su arıtma cihazları ticari olarak mevcut olup temiz içme suyu bulunmayan bölgelerde yaygın olarak kullanılsa da, Avrupa'da doğal maden suyu'nun (Avrupa direktifiyle tanımlandığı gibi)[8] bu şekilde işlenmesine izin verilmemektedir. Uygulamada, canlı bakterilerin bir kısmı membran kusurları yoluyla RO'dan geçer veya contalardaki sızıntılar yoluyla membranı tamamen atlar.

Ters osmoz, en yaygın olarak, deniz suyundan içme suyu arıtmada, tuz ve diğer atık malzemeleri su moleküllerinden uzaklaştırmada kullanılır.[9]

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

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.

Kaynakça

[değiştir | kaynağı değiştir]
  1. ^ John H. Lienhard V (1 Aralık 2016). "Energy efficiency of batch and semi-batch (CCRO) reverse osmosis desalination". Science Direct. 13 Şubat 2022 tarihinde kaynağından arşivlendi. 
  2. ^ Crittenden, John; Trussell, Rhodes; Hand, David; Howe, Kerry and Tchobanoglous, George (2005). Water Treatment Principles and Design, 2. baskı John Wiley and Sons. New Jersey. 0-471-11018-3
  3. ^ Lachish, Uri. "Optimizing the Efficiency of Reverse Osmosis Seawater Desalination". guma science. 
  4. ^ Alnajdi, Sultan; Naderi Beni, Ali; Alsaati, Albraa A.; Luhar, Mitul; Childress, Amy E.; Warsinger, David M. (2024). "Practical minimum energy use of seawater reverse osmosis". Joule. 8 (11). ss. 3088-3105. doi:10.1016/j.joule.2024.08.005 Özgürce erişilebilir. 
  5. ^ "Lowest energy consumption for a water desalination plant". Guinness World Records. 16 Mart 2021. Erişim tarihi: 24 Aralık 2024. 
  6. ^ "Purification of Contaminated Water with Reverse Osmosis" ISSN 2250-2459, ISO 9001:2008 Onaylı Dergi, Cilt 3, Sayı 12, Aralık 2013
  7. ^ Knorr, Erik Voigt, Henry Jaeger, Dietrich (2012). Securing Safe Water Supplies: comparison of applicable technologies (Online-Ausg. bas.). Oxford: Academic Press. s. 33. ISBN 978-0-12-405886-6. 
  8. ^ Council Directive of 15 July 1980 on the approximation of the laws of the Member States relating to the exploitation and marketing of natural mineral waters. eur-lex.europa.eu
  9. ^ Panagopoulos, Argyris; Haralambous, Katherine-Joanne; Loizidou, Maria (25 Kasım 2019). "Desalination brine disposal methods and treatment technologies - A review". Science of the Total Environment. 693: 133545. Bibcode:2019ScTEn.693m3545P. doi:10.1016/j.scitotenv.2019.07.351. ISSN 0048-9697. PMID 31374511. 
"https://tr.wikipedia.org/w/index.php?title=Ters_osmoz&oldid=36614923" sayfasından alınmıştır