اسمز چیست؟

برای درک هدف و فرایند اسمز معکوس ابتدا باید به طور طبیعی فرایند ایجاد اسمز را درک کنید. اسمز یک پدیده‌ی طبیعی و یکی از مهم‌ترین فرایندهای طبیعت است. فرایندی که در آن آب از محلول رقیق تمایل به مهاجرت به سمت محلول غلیظ دارد. نمونه‌های اسمز شامل جذب آب توسط ریشه‌های گیاهان از خاک و جذب آب از خون توسط شش‌ها هستند.

شکل زیر دیاگرام روش کار کردن اسمز را نمایش می‌دهد. محلول با غلظت کم به طور طبیعی تمایل به مهاجرت به سمت محلول با غلظت بیشتر دارد. به عنوان مثال، یک ظرف پر از آب با یک غلظت کم‌ نمک و یک ظرف دیگر پر از آب با غلظت نمک بالا را در نظر بگیرید. این دو ظرف توسط یک غشای نیمه‌تراوا از هم جدا شده‌اند. مشاهده می‌شود آب در محلوا با غلظت کم نمک شروع به مهاجرت به سمت مخزن با غلظت بالای نمک می‌کند.

«غشای نیمه‌تراوا» (semi-permeable membrane) غشایی است که فقط به بعضی اتم‌ها یا مولکول‌ها اجازه‌ی عبور می‌دهد. یک مثال ساده برای غشای نیمه‌تراوا درهای توری هستند. این درها فقط اجازه‌ی عبور مولکول‌های هوا را می‌دهند و آفات یا هر چیزی بزرگ‌تر از روزنه‌های موجود روی درب را عبور نمی‌دهند. مثال دیگری از این مورد پارچه‌ی گورتکس دارای یک فیلم پلاستیکی بسیار نازک با میلیاردها حفره‌ی کوچک است. منافذ به اندازه‌ی کافی بزرگ است تا بخار آب از طریق آن عبور کنند. از طرفی قطر منافذ به اندازه‌ای کوچک است که از عبور آب مایع جلوگیری می‌کند.

اسمز معکوس یک فرآیند اسمز به صورت معکوس است. در حالی که اسمز به طور طبیعی بدون نیاز به انرژی اتفاق می‌افتد، برای معکوس کردن فرایند اسمز نیاز به استفاده از انرژی برای محلول با شوری زیاد است. یک غشای اسمز معکوس، غشایی نیمه‌تراوا است که اجازه‌ی عبور به مولکول‌های آب را می‌دهد. این امکان برای مهاجرت نمک‌های محلول، مواد آلی، باکتری‌ها و pyrogenها وجود ندارد. با این وجود، باید آب را از طریق غشای نیمه‌تراوا با به کارگیری فشار به سمت جلو فشار دهید. این فشار به طور طبیعی از فشار اسمزی جهت نمک‌زدایی (یونیزه کردن) آب در فرایند بیشتر است.

شکل زیر دیاگرام نشان دهنده‌ی فرایند اسمز معکوس است. هنگام اعمال فشار به محلول غلیظ، به مولکول‌های آب نیرویی برای عبور از غشای نیمه‌تراوا وارد می‌شود. ولی آلاینده‌ها مجاز به عبور نیستند.