تئوری اسمز معکوس

تئوری اسمز معکوس :

اسمز معکوس از جمله شیوه هایی است که امروزه بطور گسترده در شیرین سازی آب دریا، جداسازی مواد آلی و سمی از پسابهای صنعتی بکار برده می‌شود. بطور کلی این روش بر پایه انتقال جرم حلال با استفاده از غشای نیمه تراوا و نیز فشار هیدرواستاتیک استوار است. در اسمز معکوس، آب خام توسط پمپ به داخل محفظه‌ای که دارای غشاء نیمه تراوا می‌باشد رانده می‌شود. لازم به توضیح است که فرایند اسمز معکوس می‌تواند  TDS آب خام را تا ۹۹% کاهش دهد. در عمل کاهش TDS تا ۹۵% طبیعی است. همچنین حذف باکتریها، ویروسها و دیگر میکروبها با اسمز معکوس ۱۰۰% است. این فرآیند برای تهیه آب آشامیدنی از آبهایی که حاوی املاح معدنی زیاد و ناخالصی های آلی می‌باشد، بسیار مفید می‌باشد. اسمز معکوس را می‌توان در داروسازی و پزشکی جایگزین روش تقطیر، برای تولید آب خالص و عاری از میکروارگانیسم ها نمود. امروزه روش اسمز معکوس اقتصادی ترین فرایند برای تهیه آب آشامیدنی از آبهای شور مناطق کم آب می‌باشد.

سیستم‌های RO می توانند به صورت یک مرحله اي و یا دو مرحله اي(doubel RO) طراحی شوند. انتخاب هر یک از حالات بستگی به کیفیت مطلوب آب تصفیه شده دارد.در سیستم‌ هاي تک مرحله اي آب تصفیه شده خروجی از یک مجموعه از ممبرین ها به عنوان محصول نهایی از سیستم خارج می شود و آب شور باقیمانده دور ریخته می شود. اما در سیستمهاي دو مرحله اي با توجه به نوع آب ورودي و کیفیت محصول مورد نظر (آب تصفیه شده) (آب تصفیه شده از یک مجموعه از ممبرین ها وارد مجموعه بعدي شود. از سیستم هاي دو مرحله اي نیز در تصفیه آب‌هاي نیمه شور ( TDS =1000 -5000 ppm)و براي افزایش درصد بازیابی استفاده می شود.

مقدار درصد بازیابی با توجه به نوع غشاء ، کیفیت و کمیت آب تصفیه شده و مقدار هزینه هاي عملیاتی ، تعیین خواهد شد. بالا رفتن بیش از اندازه درصد بازیابی ، باعث افزایش املاح و در نتیجه فشار اسمزي در آب پشت غشاها می شود ، که این امر باعث افزایش انرژي عملیاتی لازم ، کاهش دبی و افزایش درصد عبور املاح از میان غشاها می شود .

بخش‌های اصلی سیستم اسمز معکوس

  1. واحد پیش تصفیه  ( Pretreatment unit)
  2. واحد تزریقات مواد شیمیایی
  3. واحد اسمز معکوس
  4. واحد کنترل
  5. سیستم شستشوی دوره‌ای

 

 

اسمز معکوس یک روش نسبتا مقبول تصفیه در همه صنایعی است که نیاز به جدا سازی ذرات محلول از حلال دارند . حلال معمولا آب است . از متداول ترین کاربرد های اسمز معکوس تخلیص آب ، یعنی جداسازی مواد محلول از آن می باشد . فرآیند اسمز معکوس برای تولید آب آشامیدنی بوسیله نمک زدایی از آب دریا و حتی در منازل برای تأمین آب آشامیدنی با طعم بهتر و دفع عوامل بیماری زا از آب بکار می رود .

با افزایش پذیرش استفاده خانگی از اسمز معکوس بعنوان یک وسیله خانگی زندگی روزمره مطرح شده است . در این مورد و بسیاری کاربرد های دیگر یک فیلتر بسیار ریز است که قطر منافذ آن ریزتر از میکرون می باشد . این منافذ را قادر می سازد تا مواد جامد معلق ، ذرات ، باکتری ها و …. را از آب جدا نمایند.

آب شیرین کن (Desalination Systems):

یکی از اقتصادی ترین و بهینه ترین روش های تولید آب شیرین از آبهای لب شور و شور (آب دریا) و همچنین آب با خلوص بالا استفاده از مکانیزم اسمز معکوس (RO) می باشد. در این روش آب با فشاری بیشتر از فشار اسمزی از غشاء نیمه تراوا (ممبرین) عبور کرده و به دو قسمت آب تصفیه شده و آب شور تبدیل می گردد.

موارد کاربرد آب شیرین کن های RO :

– تصفیه و تولید آب سالم آشامیدنی از آب های شور و لب شور
– تهیه و تصفیه آب صنعتی با خلوص بالا جهت مصرف در بویلرها ، برج خنک کن و سیستم های حرارتی و برودتی
– تهیه آب USP جهت مصارف پزشکی و صنایع داروسازی
– تهیه آب مورد مصرف در صنایع شیمیایی، نفت، گاز، پتروشیمی، نیروگاه ها، کارخانجات فولاد و سیمان
تصفیه آب صنایع غذایی، نوشیدنی، آرایشی و بهداشتی، دامداری ها، مرغداری ها، کشاورزی و گلخانه ها
– تصفیه نهایی پساب های صنعتی
– تامین و تولید آب دستگاه های دیالیز بیمارستان ها

مزایای استفاده از آب شیرین کن های RO:

– اقتصادی بودن سیستم اسمز معکوس نسبت به روش های دیگر
– حذف جامدات محلول و فلزا ت سنگین از آب
– راهبری آسان و کاهش هزینه های تعمیرات و نگهداری
– امکان کار مداوم بدون نیاز به توقف های ادواری
– مصرف انرژی کم
– حذف تمامی آلاینده های آلی، غیرآلی و میکروبی از آب
– سازگار با محیط زیست

مشخصات دستگاه های آب شیرین کن:

-طراحی بهینه با کمترین فضای نصب و کمترین مصرف انرژی
-شاسی دستگاه از جنس استیل ضد زنگ یا کربن استیل با پوشش و رنگ مقاوم در برابر خوردگی
-قطع خودکار جریان در هنگام پر شدن تانک ذخیره آب تصفیه شده
– نمایشگرهای فشار آب ورودی و خروجی در نقاط مختلف سیستم
– سیستم شستشو با مواد شیمیایی (CIP) جهت افزایش عمر فیلترها
– استفاده از سیستم کنترل PLC یا ROC
– لوله کشی استیل ضد زنگ در بخش های تحت فشار و UPVC در بخش های فشار پایین
– شیر دور ریز اتوماتیک   (Auto Flush Valve)
– شیر میکس جهت تنظیم TDS آب خروجی
– نمایشگرهای دبی آب تصفیه شده و پساب و آب برگشتی
– نمایشگر TDS یا EC  و pH  یا  ORP
– فیلترهای پیش تصفیه مورد نیاز
– نصب و راه اندازی سریع و آسان
– بازیافت بهینه آب
– امکان ساخت بر روی ریموک یا درون کانتینر جهت سهولت در جابجایی

 

اسمز معکوس و اساس کار دستگاه های آب شیرین کن:

پدیده‌ی اسمز و اسمز معکوس (ممبرین دستگاه آب شیرین کن) در شکل زیر نشان داده شده است.
یک ممبرین نیمه تراوا ( ممبرین RO) بین دو قسمت قرار می‌گیرد. یک ممبرین RO دارای یک لایه‌ی محافظ با ضخامت 50 µm و دیواره‌ی با ضخامت 0.2 µm می‌باشد. پدیده‌ی اسمز وقتی اتفاق می‌افتد که آب خالص از یک محلول نمکی رقیق، پس از عبور از میان ممبرین RO، به سمت محلول نمکی با غلظت بالاتر در بخش دیگر جاری شود و سبب افزایش ارتفاع محلول نمکی در قسمت غلیظ‌تر می‌گردد. جریان آب وقتی قطع می‌شود که فشار ستون محلول نمکی با اختلاف پتانسیل شیمیایی بین دو محلول آبی برابر شود. نقطه تعادل برای ارتفاع ستون آب در غالب فشار آب وارد شده بر روی ممبرین، فشار اسمزی نامیده می‌شود.
اگر نیرویی به این ستون از آب وارد گردد، مسیر جریان آب از میان ممبرین می‌تواند برعکس شود. این پدیده اسمز‌معکوس نامیده می‌شود.
چنین جریان معکوسی سبب تولید آب خالص از محلول نمکی می‌شود، به علت این که ممبرین اجازه عبور به نمک را نمی‌دهد.

ro1

 

سیستم کامل تصفیه آب به روش اسمز معکوس (RO) شامل بخش پیش تصفیه ، بخش تامین فشار ، بخش المان ممبرین و بخش بعد از تصفیه می باشد . برای افزایش بازدهی و طول عمر سیستم های اسمز معکوس، وجود پیش تصفیه ای موثر برای آب خوراک ضروری می باشد . انتخاب پیش تصفیه مناسب ، بازدهی و طول عمر ممبرین را زیاد می کند زیرا عوامل زیر را به حداقل می رساند :
· جرم گرفتگی
· رسوب گرفتگی
· تخریب ممبرین
نتیجه نهایی موارد فوق ، بهینه سازی این موارد می باشد :
· شدت جریان محصول
· کیفیت محصول ( عدم رد شدن نمک )
· بازیافت محصول
· هزینه های عملیاتی و نگهداری
بخش بعد از تصفیه جهت نائل شدن به کیفیت آب مورد نیاز بکار برده می شود . در نمک زدایی از آب دریا ، این مرحله شامل تنظیم pH ، افزودن سختی مجدد و ضد عفونی کردن می باشد . در تولید آب بسیار خالص (UPW) ، معمولا آب نفوذ کرده ، در مرحله بعد از تصفیه ، توسط ستون های تبادل یونی به آب بدون یون تبدیل می شود .
در این بخش ، طرحی از یک سیستم اسمز معکوس قرار دارد . این سیستم شامل المان های ممبرینی است که در لوله های تحت فشار به ترتیب خاصی چیده شده اند . از یک پمپ فشار قوی برای وارد کردن آب ( خوراک ) به لوله های تحت فشار استفاده می شود . وسایل اندازه گیری ، لوازم یدکی و ابزار جهت سرویس نیز به آنها افزوده می گردد . سیستم شستشو در محل (CIP) عملیات پاک کردن ممبرین ها را آسان می کند . سیستم اسمز معکوس تاسیسات کاملی است با یک ورودی جهت آب خوراک و دو خروجی برای آب نفوذ کرده (شیرین شده) و محلول غلیظ شده (پساب). عملکرد سیستم RO نوعا توسط دو عامل طبقه بندی می شود : جریان آب نفوذ کرده ( تولیدی ) و کیفیت آن . این عوامل اغلب به آنالیز آب خوراک ، فشار آن و مقدار بازیافت مربوط می گردد . هدف طراح سیستم RO برای جریانی معین و لازم از آب نفوذ کرده ، به حداقل رساندن فشار خوراک و هزینه ممبرین جهت حداکثر نمودن کیفیت آب نفوذ کرده و مقدار بازیافت می باشد .

ro2 ro3 ro4