روش اسمز معکوس RO در تصفیه آب | شرکت شاران صنعت

روش اسمز معکوس RO بر اساس تئوری اسمز معکوس و عبور آب از داخل یک غشا نیمه تراوا عمل می نماید.با عبور آب از داخل ممبران املاح به عنوان آلاینده در پشت غشا باقی مانده و آب عبور می کند و به این ترتیب عملیات جداسازی املاح از آب توسط فرایند اسمز معکوس یا روش RO انجام می شود.

مبانی روش اسمز معکوس – فرایند اسمز معکوس

تئوری و تعریف اسمز : اسمز به حرکت خود به خودی مولکول های حلال از میان یک غشای نیمه تراوا به سمت محلول با غلظت بالاتر در جهتی که تمایل دارد غلظت ماده حل شده در دو طرف برابر باشد گفته می شود.
تئوری و تعریف فشار اسمزی : فشار اسمزی حداقل فشار لازم برای جلوگیری از حرکت یک مایع حلال از میان غشا نیمه تراوا می باشد. مولکول‌های آب یا همان حلال در فرآیند اسمز همواره از نواحی رقیق تر یا همان حل شونده کمتر به نواحی که غلظت بیشتری دارند نفوذ می‌کنند.
تئوری و تعریف اسمز معکوس : اسمز معکوس عکس فرآیند اسمز می باشد که در آن فشاری بیش از فشار اسمزی به محلول غلیظ  تر وارد می شود و در نتیجه محلول حاوی غلظت بالای نمک با عبور از غشای نیمه تراوا تصفیه شده و نمک ها و آلاینده ها پشت غشا می مانند. در فرآیند غشایی اسمز معکوس، محلول غلیظی که حاوی ماده ای است که از غشا عبور نکرده، پساب (Reject Water) و یا تغلیظ شده (Concentrate) نامیده می شود.

اجزا مختلف سیستم تصفیه آب به روش اسمز معکوس RO

در روش اسمز معکوس از اجزا زیر استفاده می شود که مشخصات این اجزا با توجه به کاربرد و کیفیت آب ورودی  و کیفیت آب خروجی مشخص می گردد.
تصفیه مقدماتی : قبل از ورود آب به ممبران در فرایند اسمز معکوس RO برای جلوگیری ازگرفتگی فیلترها با استفاده از فیلترهای شنی ، فیلترهای کربنی و میکرو فیلترها آب ورودی را پیش تصفیه می کنند.
فیلترهای شنی : فیلتر شنی به منظور حذف مواد نعلق و کاهش کدورت و مواد جامد معلق قبل از ورود به اسمز معکوس استفاده می شود.
فیلتر های کربنی : کربن فعال از طریق پدیده ی جذب مواد آلاینده آب را حذف میکند که این مواد آلاینده در داخل حفره های بسیار ریز روی سطح این فیلتر ها گیر کرده و حذف می شوند. این روش برای حذف مواد شیمیایی آلی ، مواد آلی فرار ، حشره کش ها ، علف کش ها و کلر و محصولات جانبی آن از آب ، مناسب است. همچنین بو و طعم را نیز بهبود می بخشد.
میکرو فیلتر ها : در این نوع فیلتر ها ذرات معلق و کلویید های بزرگ مانند جلبک ها ، پروتوزا و باکتری های بزرگ حذف می شوند. اما ذراتی مانند یون های تک ظرفیتی مانند یون های سدیم وکلر ، مواد آلی محلول ، کلویید ها و ویروس های ریز از فیلتر عبور می کنند و حذف نمیشوند.
غشا یا ممبران : به عنوان قلب روش اسمز معکوس میباشد که آلودگی های آب در آنجا گرفته می شوند و آب خالص تولید میشود.
محفظه تحت فشار یا پرشروسل : یک لوله توخالی می باشد که به عنوان محفظه ای برای ممبران های RO میباشد.
پمپ ها : برای مکش آب ورودی و افزایش فشار آب برای گذر از فیلتر های پیش تصفیه و ممبران استفاده میشوند که باید بر اساس فشار و دبی سیستم انتخاب شوند.
لوله کشی و شیرها : شیرها برای کنترل فشار و دبی سیستم استفاده میشوند تا عملیات تصفیه آب توسط روش اسمز معکوس RO به صورت صحیح و بهینه کار کند.
تانک ها : برای ذخیره ی آب تصفیه شده و یا آب ورودی استفاده میشوند.
خط زهکشی : پساب تولید شده توسط خط زهکشی از سیستم خارج میشود.

معیارهای انتخاب غشا در روش اسمز معکوس

غشاها باید ارزان قیمت ، دارای طول عمر بالا و مفید باشند و همچنین به راحتی تولید و راندمان حذف نمک بالایی داشته باشند. در روش اسمز معکوس RO همچنین ممبران ها باید دارای فلاکس بالای آب و تمایل کم به رسوب‌گذاری داشته باشند. همچنین آن‌ ها باید اجازه عبور جریان بسیار زیاد آب از طریق غشا ها را متناسب با حجم اشغالی بدهند. غشا ها باید از نظر شیمیایی ، فیزیکی و دمایی در آب‌ های شور پایدار باشند. همچنین باید به قدری مقاوم باشند تا در برابر فشارهای بالا و کیفیت‌های متفاوت آب ورودی مقاوم باشند.

انواع غشا یا ممبران روش اسمز معکوس از نظر جنس

انواع جنس غشا در روش اسمز معکوس شامل استات سلولزی ، پلی آمید و سرامیکی می باشد.

انواع غشا یا ممبران فرایند اسمز معکوس از نظر ساختار

انواع ساختار غشا در روش RO شامل Spiral Wound و غیره می باشد.

مشخصات عملکردی روش اسمز معکوس

درصد حذف نمک : این معادله نشان می‌دهد غشاهای RO تا چه اندازه در حذف آلاینده‌ها موثر هستند. در یک طراحی خوب روش اسمز معکوس با عملکرد خوب غشاها باید در حدود ۹۵ تا ۹۹ درصد از آلاینده‌های آب ورودی را حذف کند. می‌توان میزان حذف آلاینده از طریق غشا را با رابطه زیر به دست آورد. حذف بالاتر نمک عملکرد بهتر سیستم و عدم نیاز به تعویض یا تمیز کردن غشا را نشان می‌دهد.

درصد عبور نمک : درصد عبور نمک به صورت ساده مقدار معکوس درصد حذف نمک در معادله قبل می‌باشد. این مقدار نمکی است که بر حسب درصد از ممبران در روش RO عبور می‌کند. عبور کمتر نمک عملکرد بهتر سیستم و عبور غلظت بالای نمک نیاز به تعویض و یا تمیز کردن غشا را نشان می‌دهد.
درصد بازیابی : درصد بازیابی مقدار آبی است که بازیابی می‌شود و به آب تصفیه شده تبدیل می‌شود. به عبارت دیگر آبی است که به زهکش‌ها فرستاده نمی‌شود. درصد بالای بازیابی به منظور فرستادن مقدار کمتر آب به زهکش‌ها و ذخیره مقدار بیشترآب تصفیه شده می‌باشد. با این حال اگر درصد بازیابی در طراحی سیستم اسمز معکوس زیاد باشد، می‌تواند منجر به مشکلات بزرگ‌تری نظیر رسوب‌گذاری و گرفتگی شود. درصد بازیابی برای روش اسمز معکوس RO با استفاده ار نرم‌افزارها با در نظر گرفتن پارامترهای زیادی نظیر میزان مواد شیمیایی آب ورودی و پیش تصفیه قبل از فرآیند اسمز معکوس به دست می‌آید. بنابراین درصد مناسب بازیابی و مقداری که سیستم باید با آن کار کند بستگی به میزان طراحی شده برای آن دارد. میزان درصد بازیابی با رابطه زیر محاسبه می‌شود.
فاکتور غلظت : فاکتور غلظت مرتبط با بازیابی روش اسمز معکوس می‌باشد و یک رابطه مهم برای طراحی فرایند اسمز معکوس است. هرچه میزان آب بیشتر باشد، به عنوان آب permeate بازیابی شود (درصد بالاتری از بازیابی) غلظت بالاتری از نمک و آلاینده‌ها در جریان غلیظ نگهداری می‌شوند. در نتیجه زمانی که فاکتور غلظت بسیار بالا در سیستم طراحی شود، می‌تواند منجر به رسوب‌گذاری بر روی غشای اسمز معکوس شود.
(Concentration Factor = 1/ (1-Recovery%
فلاکس جریان (Gfd): به میزان دبی آب که از واحد سطح غشای اسمز معکوس عبور می‌کند.
تعادل جرمی : معادله توازن جرمی به منظور اندازه گیری جریان و کیفیت ابزارها می‌باشد و نیاز به انجام کالیبراسیون را مشخص می نماید. تفاوتی در حدود %۵± بسیار مناسب است. میزان تفاوت در بازه ۵± تا ۱۰± درصد نیز قابل قبول می‌باشد و میزان بالای ۱۰± درصد غیر قابل قبول می‌باشد و سیستم تصفیه به روش اسمز معکوس RO نیاز به کالیبراسیون جهت اطمینان از داده‌ها می‌باشد. به منظور محاسبه توازن جرمی سیستم اسمز معکوس نیاز به داشتن اطلاعات زیر است.
شدت جریان ورودی (gpm)
شدت جریان تصفیه شده (gpm)
شدت جریان پساب (gpm)
هدایت الکتریکی ورودی (μS)
هدایت الکتریکی آب تصفیه شده (μS)
هدایت الکتریکی جریان غلیظ (μS)
تفاوت میان سیستم ۱ و ۲ Stage در روش اسمز معکوس : در سیستم تک مرحله‌ای آب ورودی با یک جریان وارد و سپس توسط دو جریان غلیظ و permeate خارج می‌شود. در سیستم دو مرحله ای آب غلیظ خروجی از مرحله اول سپس به عنوان آب ورودی در مرحله دوم مورد استفاده قرار می‌گیرد. در نهایت نیز  آب permeate از مرحله اول با آب permeate از مرحله دوم ترکیب می‌شود.
Array : در روش اسمز معکوس array به معنی ترتیب فیزیکی محفظه های تحت فشار در سیستم ۲stages است. محفظه های تحت فشار شامل غشاهای RO می‌باشند. معمولا یک تا ۶ غشا اسمز معکوس در هر محفظه تحت فشار وجود دارد. هر مرحله می‌تواند مقدار مشخصی محفظه تحت فشار داشته باشد. خروجی هر مرحله می‌تواند به عنوان ورودی برای مراحل بعدی مورد استفاده قرار گیرد. روش دو مرحله‌ای اسمز معکوس که در شکل بالا نشان داده شده است دارای آرایه ۲:۱ می باشد و این بدین معنی است که آب غلیظ از ۲ مجرای اولیه به عنوان ورودی مجرای بعدی استفاده شده اند.

کاربرد روش RO اسمز معکوس

روش اسمز معکوس جهت تصفیه منابع آب شامل موارد زیر مورذ استفاده قرار می گیرد :
آب دریا
آب های لب شور
آب شرب خانگی
فرایند اسمز معکوس RO جهت تصفیه آب برای مصارف زیر است :
آب آشامیدنی
آب صنعتی
آب کشاورزی