आरओ रिवर्स ऑस्मोसिस झिल्ली से कौन से आयन गुजर सकते हैं?

आरओ रिवर्स ऑस्मोसिस झिल्ली से गुजरने वाले आयन

1. आरओ रिवर्स ऑस्मोसिस झिल्ली का मूल सिद्धांत

1.1 अर्ध-पारगम्य झिल्लियों की चयनात्मक पारगम्यता

एक अर्ध-पारगम्य झिल्ली के रूप में, एक आरओ रिवर्स ऑस्मोसिस झिल्ली का प्राथमिक कार्य अन्य विलेय से पानी के अणुओं को चयनात्मक रूप से अलग करने की क्षमता है। एक आरओ झिल्ली का छिद्र आकार आमतौर पर 0.1 एनएम से 2 एनएम तक होता है, जो अधिकांश आयनों और अणुओं के आकार से काफी छोटा होता है, जिससे उनके मार्ग को प्रभावी ढंग से रोका जा सकता है। व्यवहार में, आरओ झिल्लियाँ लगभग पूरी तरह से घुले हुए लवण, कोलाइड्स, सूक्ष्मजीवों और कार्बनिक पदार्थों को अवरुद्ध कर सकती हैं, जिससे केवल पानी के अणुओं को गुजरने की अनुमति मिलती है।

यह उच्च चयनात्मकता आरओ झिल्ली की पॉलीमाइड श्रृंखला के भीतर उप-नैनोमीटर छिद्रों के कारण है, जो बहुत छोटे पानी के अणुओं की तुलना में आयन परिवहन में बाधा डालते हैं। यह आकार-आधारित चयनात्मक पारगम्यता जल उपचार अनुप्रयोगों, विशेष रूप से समुद्री जल विलवणीकरण और शुद्ध जल उत्पादन में महत्वपूर्ण है।

डेटा से पता चलता है कि आरओ झिल्लियों की नमक अस्वीकृति दर आम तौर पर 90% से अधिक पर स्थिर होती है, जबकि दो-चरण आरओ सिस्टम 98% या उससे अधिक प्राप्त कर सकते हैं। यह उच्च विलवणीकरण प्रदर्शन आरओ झिल्लियों की चयनात्मक पारगम्यता की पुष्टि करता है। इसके अतिरिक्त, आरओ झिल्लियाँ बैक्टीरिया, सूक्ष्मजीवों, कार्बनिक पदार्थों और अकार्बनिक धातुओं को प्रभावी ढंग से हटाती हैं, जिससे अन्य उपचार विधियों की तुलना में बेहतर जल गुणवत्ता प्राप्त होती है।

1.2 ड्राइविंग फोर्स के रूप में दबाव अंतर

आरओ झिल्लियों का संचालन ड्राइविंग फोर्स के रूप में दबाव अंतर पर निर्भर करता है। प्राकृतिक परासरण में, पानी के अणु स्वाभाविक रूप से एक अर्ध-पारगम्य झिल्ली से कम सांद्रता वाले क्षेत्र से उच्च सांद्रता वाले क्षेत्र में तब तक गुजरते हैं जब तक कि संतुलन प्राप्त नहीं हो जाता। रिवर्स ऑस्मोसिस में, उच्च सांद्रता वाले पक्ष पर परासरणी दबाव से अधिक दबाव लगाकर, पानी के अणुओं को झिल्ली के माध्यम से विपरीत दिशा में जाने के लिए मजबूर किया जाता है, जिससे शुद्ध पानी को केंद्रित विलेय से अलग किया जाता है।

विशेष रूप से, जब झिल्ली के एक तरफ दबाव लगाया जाता है जो घोल के परासरणी दबाव से अधिक होता है, तो विलायक (आमतौर पर पानी) रिवर्स ऑस्मोसिस में चला जाता है। कम दबाव वाला पक्ष पारगम्य विलायक (पारगम्य) एकत्र करता है, जबकि उच्च दबाव वाला पक्ष केंद्रित घोल (केंद्रित) को बनाए रखता है। यह दबाव-संचालित प्रक्रिया आरओ तकनीक को उच्च-लवणता वाले घोलों, जैसे समुद्री जल विलवणीकरण और अपशिष्ट जल उपचार के लिए अत्यधिक प्रभावी बनाती है।

व्यवहार में, आरओ झिल्लियाँ आमतौर पर लगभग 9–12 kg/cm² के दबाव पर काम करती हैं, और झिल्ली से पहले और बाद में दबाव अंतर आमतौर पर 1 kg/cm² से अधिक नहीं होता है। एक बड़ा अंतर फाउलिंग या सफाई की आवश्यकता का संकेत दे सकता है। उचित आरओ संचालन और झिल्ली दीर्घायु के लिए उचित दबाव अंतर बनाए रखना आवश्यक है।

2. आरओ झिल्लियों से गुजरने वाले आयन

2.1 जल अणु पारगम्यता

आरओ झिल्लियाँ विशेष रूप से पानी के अणुओं को कुशलता से गुजरने की अनुमति देने के लिए डिज़ाइन की गई हैं, जबकि बड़े विलेय अणुओं और आयनों को अवरुद्ध करती हैं। एक जल अणु लगभग 0.324 एनएम मापता है, जबकि आरओ झिल्ली के छिद्र 0.1 एनएम से 2 एनएम तक होते हैं, जिससे पानी अपेक्षाकृत आसानी से गुजर सकता है। पानी के लिए पारगम्यता काफी अधिक है, जो लागू दबाव अंतर से संचालित होती है, जिससे पानी के अणु प्राकृतिक परासरण की विपरीत दिशा में प्रवाहित हो सकते हैं।

डेटा से पता चलता है कि एक आरओ झिल्ली की पानी उत्पादन दर उसके छिद्र आकार और हाइड्रोफिलिक गुणों पर निर्भर करती है। मानक परिचालन स्थितियों के तहत, एक आरओ झिल्ली प्रति घंटे प्रति वर्ग सेंटीमीटर कई लीटर पानी का उत्पादन कर सकती है, जो परिचालन दबाव और विशिष्ट झिल्ली विशेषताओं पर निर्भर करता है। उदाहरण के लिए, एक 8040 आरओ झिल्ली मॉडल सामान्य दबाव स्थितियों में 1 टन/घंटा तक उत्पादन कर सकता है। यह उच्च जल पारगम्यता जल उपचार में आरओ तकनीक के व्यापक अनुप्रयोग की कुंजी है।

2.2 कुछ खनिज आयनों की आंशिक पारगम्यता

हालांकि आरओ झिल्लियाँ आयनों को अवरुद्ध करने के लिए डिज़ाइन की गई हैं, लेकिन सभी आयन पूरी तरह से नहीं हटाए जाते हैं। कुछ मामलों में, कुछ खनिज आयनों का एक छोटा सा अंश गुजर सकता है, हालांकि पानी के अणुओं की तुलना में बहुत कम दर पर। जो आयन अधिक आसानी से गुजर सकते हैं वे आमतौर पर छोटे होते हैं और उनमें कम जलयोजन ऊर्जा होती है।

अध्ययनों से पता चला है कि आरओ झिल्लियों में द्विध्रुवीय आयनों (जैसे सोडियम Na⁺) की तुलना में मोनोवैलेंट आयनों (जैसे कैल्शियम Ca²⁺) के लिए थोड़ा अधिक संचरण दर होती है। उदाहरण के लिए, सोडियम आयनों को उनके छोटे जलयोजन खोल और उच्च गतिशीलता के कारण अधिक आसानी से गुजरते हुए देखा गया है। जबकि आरओ कुल घुले हुए ठोस पदार्थों (टीडीएस) को प्रभावी ढंग से कम करता है, विशिष्ट अनुप्रयोगों के लिए कुछ आयनों को पूरी तरह से हटाने के लिए आगे के उपचार की आवश्यकता हो सकती है।

व्यावहारिक अनुप्रयोगों में, खनिज आयनों की पारगम्यता झिल्ली सामग्री, परिचालन दबाव और फीड वाटर गुणवत्ता जैसे कारकों पर निर्भर करती है। विशिष्ट आयन हटाने को बढ़ाने के लिए, उन्नत झिल्ली तकनीकों या अतिरिक्त पूर्व/पश्च-उपचार चरणों को नियोजित किया जा सकता है। उदाहरण के लिए, कैल्शियम और मैग्नीशियम आयनों को हटाने के लिए आरओ के ऊपर सॉफ्टनिंग सिस्टम जोड़ा जा सकता है। प्रदर्शन बनाए रखने और आयन अस्वीकृति दरों में सुधार के लिए आरओ झिल्लियों की नियमित रासायनिक सफाई भी महत्वपूर्ण है।

3. आरओ झिल्ली आयन चयनात्मकता

3.1 आयन आकार और आवेश का प्रभाव

आरओ झिल्लियों की चयनात्मकता आयन आकार और आवेश से दृढ़ता से प्रभावित होती है। एक आरओ झिल्ली के छिद्र अधिकांश आयनों से काफी छोटे होते हैं, जो उनके मार्ग को प्रभावी ढंग से रोकते हैं। जलयोजन भी आयनों के प्रभावी आकार को बढ़ाता है, जिससे परिवहन में और बाधा आती है।

• आयन आकार: मोनोवैलेंट आयन जैसे सोडियम (Na⁺) और क्लोराइड (Cl⁻), द्विध्रुवीय आयनों जैसे कैल्शियम (Ca²⁺) और मैग्नीशियम (Mg²⁺) की तुलना में छोटे और कम हाइड्रेटेड होने के कारण, झिल्ली से गुजरने की थोड़ी अधिक संभावना होती है।

• आयन आवेश: द्विध्रुवीय आयनों (Ca²⁺, Mg²⁺) में मजबूत जलयोजन खोल और बड़े प्रभावी आकार होते हैं, जिससे उनके लिए झिल्ली को भेदना मुश्किल हो जाता है। प्रायोगिक डेटा से पता चलता है कि आरओ झिल्लियाँ इन गुणों के कारण मोनोवैलेंट आयनों की तुलना में द्विध्रुवीय आयनों को आम तौर पर अधिक प्रभावी ढंग से हटाती हैं।

3.2 आयन हटाने की दर में अंतर

आरओ झिल्लियाँ आकार, आवेश और जलयोजन प्रभावों में अंतर के कारण विभिन्न आयनों के लिए अलग-अलग हटाने की दर प्रदर्शित करती हैं:

• मोनोवैलेंट बनाम द्विध्रुवीय आयन: आरओ झिल्लियाँ आम तौर पर सोडियम जैसे मोनोवैलेंट आयनों को >90% हटाती हैं, लेकिन कैल्शियम जैसे द्विध्रुवीय आयनों के लिए थोड़ी कम दक्षता होती है।

• झिल्ली सामग्री: सामान्य पॉलीमाइड झिल्लियाँ आमतौर पर 90% से अधिक विलवणीकरण प्राप्त करती हैं, जबकि उन्नत समग्र झिल्लियाँ 98% या उससे अधिक तक पहुँच सकती हैं।

• परिचालन की स्थिति: उच्च दबाव पानी की पारगम्यता को बढ़ाता है लेकिन आयन मार्ग को थोड़ा बढ़ा सकता है। फीडवाटर में उच्च आयन सांद्रता स्केलिंग और फाउलिंग का कारण बन सकती है, जिससे अस्वीकृति दर कम हो जाती है।

• पूर्व- और पश्च-उपचार: पूर्व-सॉफ्टनिंग आरओ से पहले कैल्शियम और मैग्नीशियम को हटाता है, जबकि आयन एक्सचेंज पॉलिशिंग अंतिम जल गुणवत्ता में और सुधार कर सकता है।

4. आयन अस्वीकृति को प्रभावित करने वाले कारक

4.1 झिल्ली सामग्री और संरचना

आरओ झिल्ली की सामग्री और संरचना आयन चयनात्मकता को महत्वपूर्ण रूप से प्रभावित करती है:

• सामग्री: पॉलीमाइड झिल्लियाँ उनकी रासायनिक स्थिरता और उच्च जल प्रवाह के कारण सबसे आम हैं, जो आमतौर पर >90% विलवणीकरण प्राप्त करती हैं। उन्नत समग्र झिल्लियाँ 98% तक विलवणीकरण तक पहुँचने के लिए कई सामग्रियों को जोड़ती हैं।

• संरचना: विशिष्ट आरओ झिल्लियों में 0.1–2 एनएम का छिद्र आकार होता है, जो अधिकांश आयनों से बहुत छोटा होता है। वे तीन परतों में संरचित होते हैं: आधार परत (गैर-बुना हुआ कपड़ा), समर्थन परत (पॉलीसुल्फोन), और विलवणीकरण परत (पॉलीमाइड), प्रत्येक को आयन अस्वीकृति को बढ़ाने के लिए निर्माण के दौरान अनुकूलित किया जाता है।

4.2 परिचालन की स्थिति (दबाव और सांद्रता)

परिचालन दबाव और फीडवाटर सांद्रता सीधे आरओ प्रदर्शन को प्रभावित करते हैं:

• दबाव: उच्च दबाव रैखिक रूप से जल प्रवाह को बढ़ाता है लेकिन केवल एक निश्चित बिंदु तक नमक अस्वीकृति में सुधार करता है। इस सीमा से परे, आगे दबाव बढ़ने से अस्वीकृति में वृद्धि नहीं होती है।

• सांद्रता: उच्च लवणता परासरणी दबाव को बढ़ाती है, जिसके लिए उच्च लागू दबाव की आवश्यकता होती है। यदि परिचालन दबाव स्थिर रहता है, तो प्रवाह कम हो जाता है, और नमक मार्ग बढ़ जाता है, जिससे अस्वीकृति दक्षता कम हो जाती है।

5. सारांश

इस खंड में, हमने आरओ झिल्लियों की आयन चयनात्मकता का पता लगाया, जिसमें उनके सिद्धांत, पानी और आयन पारगम्यता, और प्रदर्शन को प्रभावित करने वाले कारक शामिल हैं:

• आयन चयनात्मकता: आरओ झिल्लियाँ अधिकांश आयनों को प्रभावी ढंग से अवरुद्ध करती हैं, जिससे मुख्य रूप से पानी के अणुओं को गुजरने की अनुमति मिलती है। विशिष्ट नमक अस्वीकृति दरें >90% हैं, और दो-चरण सिस्टम 98% या उससे अधिक तक पहुँच सकते हैं।

• पानी बनाम आयन: पानी दबाव-संचालित परिवहन के कारण कुशलता से प्रवेश करता है, जबकि कुछ छोटे मोनोवैलेंट आयनों की केवल थोड़ी मात्रा ही गुजर सकती है।

• अस्वीकृति को प्रभावित करने वाले कारक: झिल्ली सामग्री और संरचना, परिचालन स्थितियों (दबाव, सांद्रता) के साथ, आयन चयनात्मकता निर्धारित करते हैं। इन कारकों को अनुकूलित करने से विशिष्ट अनुप्रयोगों के लिए प्रदर्शन में वृद्धि होती है।

कुल मिलाकर, आरओ झिल्लियों की आयन अस्वीकृति क्षमता जल उपचार में उनके व्यापक उपयोग में एक प्रमुख कारक है। सामग्रियों, संरचना और परिचालन सेटिंग्स में सुधार करके, आरओ झिल्लियाँ विविध अनुप्रयोग आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए और भी अधिक आयन चयनात्मकता प्राप्त कर सकती हैं।