ההבדל העיקרי בין חילופי יונים לאוסמוזה הפוכה הוא שחילופי יונים היא שיטה פיזיו-כימית שמסירה באופן סלקטיבי מזהמים על ידי החלפת יונים של מטענים חשמליים דומים, בעוד אוסמוזה הפוכה היא שיטה פיזיקלית שבה מים מועברים על פני קרום חדיר למחצה כנגד שיפוע ריכוז, הפעלת לחץ.
טיהור מים הוא תהליך חשוב באספקת מים נקיים לקהילה. ישנם שלבים רבים המעורבים בתהליך טיהור המים, הכוללים פרוצדורות ביולוגיות, כימיות ופיזיות. חילופי יונים ואוסמוזה הפוכה הם שני תהליכים המשמשים לטיהור מים.שניהם מסירים מוצקים מומסים מהמים. תהליכי טיהור מים מסוימים משתמשים בשילוב של שתי השיטות. יתר על כן, שניהם נמצאים בשימוש נפוץ במגוון תעשיות.
מה זה חילופי יונים?
חילופי יונים היא טכניקה המשמשת לדה-מינרליזציה של שפכים וריכוך מים ביתיים. בטכניקה זו, יונים מוסרים מהתמיסה המימית על ידי החלפתם במין יוני אחר. בדרך זו, יונים הקשורים חלש יכולים להיות נעקרים על ידי מין יוני מקשר חזק. אנו קוראים לעקרון ההשפעה הזה של סלקטיביות. באמצעות עיקרון זה, יונים לא רצויים במים מוחלפים ביונים אחרים במהלך טכניקת החלפת היונים.
ניתן לבצע טכניקת החלפת יונים במצב אצווה או רציף. הוא מיושם בטיהור שפכים להסרת חנקן, זרחן ומתכות כבדות. יתר על כן, הוא משמש להסרת זיהומים ספציפיים באופן סלקטיבי ולשחזור מתכות קורט יקרות ערך כמו כרום, ניקל, נחושת, עופרת וקדמיום מהפרשות פסולת תעשייתית.
איור 01: חילופי יונים
שרפים לחילופי יונים עשויים מחרוזים נקבוביים קטנים שאינם מסיסים במים ובממיסים אורגניים. חומרי הבסיס הנפוצים ביותר הם פוליסטירן ופוליאקרילט. יתר על כן, למינרלים רבים המתרחשים באופן טבעי, במיוחד מינרלים סיליקט אלומיניום, יש תכונה זו של החלפת יונים.
מהי אוסמוזה הפוכה?
אוסמוזה הפוכה היא התהליך שבו מופעל על המערכת לחץ גדול מהלחץ ההידראולי על מנת לאפשר תנועה של מים דרך קרום חדיר למחצה. התנועה מתרחשת כנגד שיפוע ריכוז. הממברנות המשמשות באוסמוזה הפוכה נקראות ממברנות אוסמוזה הפוכה (RO). החומרים המשמשים בדרך כלל להכנת ממברנות RO מסחריות הם חומרים מרוכבים של סרט דק פוליאמיד (TFC), אצטט תאית (CA) וטריאצטט תאית (CTA).בהתאם לסוג חומר הממברנה, היעילות והמהירות של הטכניקה שונות.
מערך האוסמוזה ההפוכה מורכב מסיב חלול כאשר חומר הממברנה כרוך בספירלה סביב הסיב. סיבים אלו נקשרים יחד כדי להגדיל את שטח הפנים לאוסמוזה הפוכה. ברגע שהמים הזורמים נתונים ללחץ גבוה, המים והמולקולות הקטנות עוברים דרך הממברנה החדירה למחצה. זה שומר על החלקיקים הגדולים ושאר החלקיקים הלא רצויים. המים המסוננים מועברים לאחר מכן לעיבוד במורד הזרם.
איור 02: אוסמוזה הפוכה (A – לחץ מופעל B – מי ים ב-C – מזהמים D – קרום חדיר למחצה E – מים לשתיה החוצה F – הפצה)
ממברנות RO יכולות לסנן כמעט את כל החלקיקים כולל חיידקים, חומרים אורגניים, יונים ושאר חלקיקים. סינון של מולקולות גדולות עד למשקל מולקולרי של >300 Da אפשרי בטכניקת אוסמוזה הפוכה.
היתרונות של אוסמוזה הפוכה בטיהור מים
- עלות יעילות
- יכול לסנן כמעט את כל החלקיקים כולל יונים ומתכות כבדות
- ניתן להשתמש כדי לחסל חלקיקים רדיואקטיביים מדגימות מים
- השימוש בכימיקלים ממוזער
מהם הדמיון בין החלפת יונים לאוסמוזה הפוכה?
- חילופי יונים ואוסמוזה הפוכה הם שני תהליכים הנפוצים בתהליכי טיהור מים.
- שילוב של שתי השיטות מספק טיהור באיכות גבוהה.
- ניתן להתקין שרפים לחילופי יונים מול יחידת אוסמוזה הפוכה.
- השימוש בשתי השיטות תלוי בחומרים הספציפיים הקיימים וכן בטוהר היעד של הזרם המטופל.
מה ההבדל בין החלפת יונים לאוסמוזה הפוכה?
חילופי יונים היא שיטה פיזיו-כימית המחליפה יונים בין שלב נוזלי לשרף מחליף יונים. מצד שני, אוסמוזה הפוכה היא התהליך שבו מים מועברים על פני קרום חדיר למחצה כנגד שיפוע הריכוז, אשר מקל על ידי לחץ גבוה. אז זה ההבדל העיקרי בין חילופי יונים לאוסמוזה הפוכה. החלפת יונים היא שיטה פיזיו-כימית, בעוד אוסמוזה הפוכה היא שיטה פיזיקלית. יתר על כן, תהליך חילופי יונים משתמש בשרף חילופי יונים בעוד אוסמוזה הפוכה משתמשת בממברנות אוסמוזה הפוכה.
האינפוגרפיקה למטה מציגה את ההבדל בין חילופי יונים לאוסמוזה הפוכה.
סיכום – החלפת יונים לעומת אוסמוזה הפוכה
חילופי יונים ואוסמוזה הפוכה הן שתי טכניקות המשמשות בתהליך טיהור המים.שיטת החלפת יונים היא תהליך פיזיו-כימי המחליף יונים (מזהמים) במים עם שרף מחליף יונים. לעומת זאת, אוסמוזה הפוכה היא שיטה פיזיקלית המסננת את כל המזהמים על סמך הגודל. באוסמוזה הפוכה, המים מועברים דרך קרום חדיר למחצה. אוסמוזה הפוכה משתמשת בלחץ כדי לכפות מים על פני הממברנה. חילופי יונים מסירים חומרים ספציפיים המבוססים על המטענים היוניים בעוד אוסמוזה הפוכה משתמשת בתהליך אי הכללה יונית.
