سیستم اسمز معکوس

تصفیه آب به روش اسمزمعکوس

روش اسمزمعکوس

  • معرفی تکنولوژی اسمز معکوس(RO)

اسمز معکوس، تکنولوژی نوینی برای جداسازی یونها، مولکولها و ذرات آلاینده از آب و تصفیه­ ی آن می باشد سیستم های RO امروزه مصارف بسیار زیاد و متفاوتی دارد.

از جمله این کاربردها:

  • نمک زدایی و شیرین سازی آب بسیار شور دریاها و یا آب های لب شور (desalination)

اگرچه بخش بسیار زیادی از کره ی زمین از آب پوشیده شده است اما شوری بخش اعظمی از این آب باعث می شود نتوان از آن در صنایع مختلف و یا برای مصرف شرب استفاده کرد. قابل ذکر است که در برخی از نواحی کره زمین تنها منابع موجود آب، آب های لب شور و یا بسیار شور دریا می باشد. سیستم های اسمز معکوس میتوانند میزان مواد محلول  موجود در آب های لب شور (۲۰۰۰ الی ۱۰۰۰۰ میلی گرم در لیتر) و آب دریاها (۳۰۰۰۰ الی ۴۰۰۰۰ میلی گرم در لیتر) را به میزان استاندارد آب آشامیدنی برسانند و یا حتی آب هایی با خلوص بالا تولید کنند.

تصفیه آب به روش اسمز معکوس

تصفیه آب به روش اسمز معکوس

  • تصفیه آب شرب خانگی
  • تهیه ی آب مورد استفاده در :بویلرها، صنایع میکروالکترونیک، صنایع غذایی، نوشیدنی و در بیوتکنولوژی و همچنین تهیه آب مورد نیاز تمام صنایع دیگری که به آب بسیار خالص نیاز دارند مانند داروسازی و آزمایشگاهها

تهیه آب ورودی بویلرها (boiler feed water): آب ورودی به صنایعی که از بخار به عنوان نیروی محرک استفاده میکنند، باید عاری از مواد معلق و محلول باشد در غیر اینصورت باعث ایجاد رسوبات و خرابی در لوله ها و هم چنین باعث کاهش کیفیت و خلوص بخار    می شود. استفاده از سیستم های اسمز معکوس برای تصفیه آب  make upبویلرها، به جای و یا به عنوان پیش تصفیه سیستم های تعویض یونی هزینه های تعمیرات و نگهداری را به طور قابل توجهی کاهش می دهد.

تصفیه آب به روش اسمز معکوس

اسمز معکوس

تولید آب بسیار خالص (Ultrapure Water)

محصولات صنایع میکروالکترونیک و دارویی به آبی عاری از میکروارگانیسم ها، مواد آلی و مواد محلول دارد.

تصفیه آب به روش اسمز معکوس

اسمز معکوس

  • استفاده مجدد از آب و بازیافت آن (water reuse and recycle)

از آنجایی که آب خام موجود مورد استفاده در صنایع محدود است تولید کنندگان به دنبال منابع آب جایگزین برای کاهش مصرف آب (potable water) هستند. فاضلاب خروجی واحد صنعتی به عنوان منبع آب قابل استفاده در نظر گرفته می شوند سیستم های اسمز معکوس تکنولوژی مهمی در کاهش میزان  مواد محلول آب و تبدیل این آبها برای استفاده مجدد در واحد صنعتی هستند.

تصفیه آب به روش اسمز معکوس

اسمز معکوس

        امروزه سیستم های RO با ظرفیت های مختلف موجود است و از طرفی جداسازی نمک های محلول در آب حتی تا بیشتر از ۹۰ درصد هم ممکن می باشد که این درصد حذف به نوع غشا، دما، فشار، ترکیبات آب ورودی و طراحی سیستم بستگی دارد.

           اگر یک غشای نیمه تراوا بین دو محلول آب خالص و آب ناخالص قرار گیرد، بنابر فرآیند طبیعی اسمزمستقیم، محلول رقیق تر با عبور ازاین غشا به سمت محلول غلیظ تر حرکت می کند و تا زمانی که غلظت و یا پتانسیل شیمیایی دو طرف غشاء یکسان شود و سیستم به تعادل برسد، این پدیده ادامه میابد.

همانطور که شکل زیر نشان می دهد، پدیده ی اسمزی باعث افزایش ارتفاع مایع در محلول غلیظتر میشود و این افزایش تا جایی ادامه دارد که فشار حاصل از این ارتفاع، مانع از ادامه ی حرکت جریان آب شود که به این فشار، فشار اسمزی می گویند. در تکنولوژی RO، فشاری بیشتر از فشار اسمزی، به محلول غلیظ وارد می شود و باعث حرکت آب در جهت عکس و عبور آن از غشاء نیمه تراوا می گردد.

تصفیه آب به روش اسمز معکوس

شکل۱-پدیده ی اسمز مستقیم و اسمز معکوس

  • مزایا سیستم های اسمز معکوس:
  • این سیستم ها تقریبا میتواند تمام آلودگی های آب را حذف کنند (ذرات معلق، میکرو ارگانیسمها،کلوییدها و مواد معدنی محلول و…)
  • این سیستم ها در آب هایی باTDS بالا عملکرد خیلی خوبی دارند.
  • این سیستم ها مواد سمی مانند سرب، جیوه، فلوراید، آرسنیک، کلر و غیره که باعث ایجاد بیماری درانسان می شوند را از بین می برند.
  • به حداقل نگهداری و تعمیرات نیاز دارند.
  • سیستم هایRO نسبت به سایر سیستم های نمک زدایی مانند سیستم های تقطیری جای کمتری اشغال می کنند.
  • استفاده ازسیستم های RO قبل از سیستم های تبادل یونی هزینه های اجرایی را کمتر می کند.
  • و…
تصفیه آب به روش اسمز معکوس

شکل۲-مقایسه غشا اسمز معکوس با دیگر روش های غشایی

  • مشکلات ناشی از عدم پیش تصفیه مناسب در سیستم های اسمز معکوس:
  • گرفتگی(Fouling): گرفتگی در سیستم های اسمز معکوس به علت های زیر ممکن است رخ دهد:

۱-مواد کلوئیدی و ذراتی مانند گل و لای، رس و…

۲-مواد آلی (هیومیک اسید و فولویک اسید (humic/fulvic acid))

۳-میکروارگانیسم ها (باکتری ها و…): میکروارگانیسم ها می توانند سبب ایجاد بیوفیلم در سطح ممبران ها و در نتیجه گرفتگی شدید شوند.

  • رسوب گذاری (Scaling)

هرچه غلظت برخی از مواد غیر آلی محلول در آب بیشتر شود و مقدار این مواد از میزان انحلال آنها بیشتر شود، ته نشینی به صورت رسوبگذاری روی ممبران ها رخ می دهد  نتیجه ی این رسوب گذاری افت فشار بیشتر، عبور نمک های بیشتر، میزان جریان آب خروجی (permeate) کمتر و کیفیت پایین تر آب خروجی می باشد. در سیستم های RO، نمک هایی که انحلال آنها بسیار کم است کلسیم سولفات (CaSO4)، کلسیم کربنات (CaSO4) و سیلیکا (SiO2) هستند. نمک های دیگری که باعث تشکیل رسوب می شوند عبارتند از  CaF2، BaSO4 وSrSO4

  • حمله مواد شیمیایی(chemical attack):

ممبران های TFC  در حضور کلر و ترکیبات آن آسیب می بینند پس این مواد باید قبل از ورود بهRO  باید حذف شوند.

 

دستگاه اسمز معکوس از اجزا زیر تشکیل شده است که مشخصات این اجزا با توجه به کاربرد وکیفیت آب ورودی به دستگاه وکیفیت آب خروجی متفاوت است .

۱_تصفیه مقدماتی:  قبل از ورود آب به سیستم RO، برای جلوگیری از بروز مشکلاتی نظیر گرفتگی و رسوب گذاری، آب ورودی را پیش تصفیه می کنند.

کلرزنی: برای جلوگیری از ایجاد رسوبات بیولوژیکی (معمولا در آب های سطحی)، قبل ازRO  کلر زنی انجام می شود.

تزریق متا بی سولفیت سدیم(SMBS) : به منظور جلوگیری از اکسیداسیون و آسیب به غشاها، کلر موجود در آب ورودی به سیستم اسمز معکوس باید حذف شود در واقع کلرزدایی آب قبل از برخورد با ممبران های پلی آمیدی ضروری می باشدکه این کار با تزریق متا بی سولفیت سدیم ممکن است.

متا بی سولفیت سدیم  (Sodium metabisulfite)و یا پیرو سولفید سدیم یک ترکیب جامد غیر آلی با فرمول شیمیایی Na2S2O5 می باشد.

مقدار SMBS باید در حد کیفیت استاندارد مواد غذایی و هم چنین عاری از ناخالصی باشد اگرچه کلر زدایی سریع انجام می شود اما برای اطمینان از اجرا، اختلاط مناسب و خوب نیاز است. نقطه ی تزریق متا بی سولفیت سدیم ترجیحا قبل از فیلتر کارتریج (در جریان پایین دست فیلترکارتریج) می باشد عدم وجود کلر باید توسط الکترودهای ORP متر چک شود.

آنتی اسکالنت: آنتی اسکالنت ها و یا ضد رسوب ها همانطور که از اسمشان پیداست، مواد شیمیایی هستند که  قبل از واحد اسمز معکوس برای کاهش پتانسیل رسوب گذاری آب اضافه می شوند آنتی اسکالنت ها میزان انحلال ترکیبات غیر آلی را افزایش می دهند.

فیلتر شنی: فیلتر شنی تحت فشار (Pressure Sand Filters=PSF) برای حذف ذرات معلق و ناخالصی هایی مانند ماسه، ذرات گرد و غبار و فلزات سنگین و … استفاده می شود.

فیلتر های کربنی: کربن فعال ذغالی است که با اکسیژن عمل آوری شده به همین علت میلیون ها حفره ی بسیار ریز روی سطح آن وجود دارد و از طریق پدیده ی جذب، مواد آلاینده آب را حذف می کند در واقع این مواد، در داخل این حفره های بسیار ریز گیر کرده و حذف          می شوند. لازم به ذکر است زمانی که سطح این فیلترها پر شد باید تعویض و یا احیا شوند،کربن فعال عموما برای تصفیه آب، هوا و یا گازهای صنعتی استفاده شده که در مقوله ی تصفیه ی آب برای حذف مواد آلی فرار، حشره کش ها، علف کش ها و کلر و محصولات جانبی کلر از آن مناسب است همچنین بو و طعم را نیز بهبود می بخشد.

میکرو فیلتر ها: برای تمامی سیستم هایRO ، کارتریج فیلترهایی با منافذی به قطر کمتر از ۱۰ میکرون نیاز است. این میکرو فیلتر ها از پمپ فشار قوی و ممبران ها در مقابل ذرات معلق محافظت میکند. میکرو فیلتر ها معمولا آخرین مرحله از پیش تصفیه اسمز معکوس هستند و معمولا کارتریج فیلتر هایی به قطر ۵ میکرون برای اینکار توصیه می شوند لازم به ذکر است اگر امکان رسوب سیلیکا کلوئیدی وجود داشته باشد قطر منافذ این فیلتر ها باید کمتر انتخاب شود. این فیلتر ها باید از مواد مصنوعی غیر قابل تجزیه مانند (پلی پروپیلن) ساخته شود.

اولترا فیلتراسیون: ممبران های اولترا فیلتراسیون قبل از سیستم های اسمز معکوس برای حذف ناخالصی های فیزیکی موجود در آب خام استفاده میشوند و عملکرد سیستم های اسمز معکوس را بهبود می بخشند.

۲-غشا (ممبران): قلب سیستم اسمز معکوس می باشدکه آلودگی های آب در آنجا گرفته شده و آب خالص تولید می شود.

ممبران اسمز معکوس

شکل۳-ممبران های اسمز معکوس

انواع مختلف غشا ها:

رایج ترین غشاهای مورد استفاده در سیستم های RO ترکیبات پلی آمیدی (TFC=Thin Film Composites)  و یا انواع سلولزی (سلولز استات (CA)، سلولوز تری استات(CTA)  و یا مخلوط آنها) هستند، غشاهای CA و یا  CTAدر مصارف خانگی کاربرد دارند اما ممبران های TFC بهتر است برای تصفیه حجم بزرگی از آب استفاده شوند.

هر دو نوع غشا مزایا و معایب مربوط به خود را دارد ممبران های سلولز استات (Cellulose acetate membranes)، فلاکس (flux) بالاتری دارند همچنین در مقابل غلظت کمی از کلر آزاد مقاوم هستند اما باید کاملا جدا از باکتری ها نگه داشته شوند.

۲-ممبران های پلی آمیدی (Polyamide membranes) میتوانند دردماهای بالاتر و در رنج pH وسیع تری استفاده شوند و قابلیت تحمل کلر را ندارند.

مواد تشکیل دهنده ممبران ها میتوانند به صورت مارپیچ  (spiral wound)به دور یک لوله و یا به صورت مجموعه ای از  الیاف توخالی        (hollow fiber) باشند ممبران هایی که به صورت الیاف توخالی هستند سطح بیشتر و در نتیجه ظرفیت بیشتری دارند اما درآن ها گرفتگی بیشتری رخ می دهد.

تصفیه آب ro

شکل۴-ممبران با الیاف توخالی

تصفیه آب ro

شکل۵-ممبران های مارپیچ

۳_محفظه تحت فشار( پرشروسل): یک لوله توخالی است که به عنوان محفظه ای برای ممبران های RO می باشد.

۴-پمپ ها: برای مکش آب ورودی و افزایش فشار آب جهت گذر از ممبران ها استفاده می شوند که باید بر اساس فشار و دبی سیستم انتخاب شوند. در این سیستم ها از یک پمپ فشار قوی برای افزایش فشار در قسمتی از سیستم RO که غلظت بالاتر است و برای عبور آب از غشا نیمه تراوا استفاده می شود. هرچه غلظت آب ورودی بیشتر باشد فشار بیشتری برای غلبه به فشار اسمزی نیاز است.

۵-شیرها: شیرها برای کنترل فشار و دبی سیستم استفاده می شوند تا سیستم RO به صورت صحیح و بهینه کار کند.

۶-تانکها: برای ذخیره ی آب تصفیه شده و یا آب ورودی استفاده می شوند.

۷-خط زهکشی: پساب تولید شده، توسط خط زهکشی از سیستم خارج می شود

تصفیه آب ro

شکل۶-اجزا مختلف یک سیستم اسمز معکوسشکل۶-اجزا مختلف یک سیستم اسمز معکوس

واحد شستشو و فلاشینگ(CIP) : ممبران هایRO  به۱ الی ۴ بار شستشوی دوره ای در سال بسته به کیفیت آب ورودی نیاز دارند. به صورت یک قانون کلی اگر افت فشار و یا عبور نمک از ممبران ها حداکثر تا ۱۵ درصد افزایش پیدا کند و یا جریان آب خروجی (permeate) 15درصد کاهش یابد در این صورت  نیاز به شستشو دوره ای می باشد. مواد شستشو دهنده یRO  باpH  های کم و زیاد موجود می باشند رسوبات با شوینده هایی باpH  کم و گرفتگی های بیولوژیکی با شوینده هایی با pH بالا حذف می شوند بنابراین برای شستشوی ممبران ها باید از مواد شوینده مناسب استفاده کرد.

کلمات کلیدی

سیستم تصفیه آب

تصفیه آب roRO

تصفیه آب به روش اسمز معکوس

اسمز معکوس

 

دیدگاه ها بسته شده است