شرکت مهاب

با گروه صنعتی و مهندسی مهاب بهترین باشید

مبانی و سازوکار سیستم اسمز معکوس

مبانی و سازوکار سیستم اسمز معکوس

اسمز پدیده‌ای است که در آن آب خالص از طریق یک غشای نیمه تراوا از یک محلول رقیق به یک محلول با غلظت بالاتر جریان می‌یابد. نیمه تراوا بدان معنی است که غشا به مولکول‌ها و یون‌های کوچک اجازه می‌دهد تا از میان آن عبور کند اما به عنوان یک مانع برای مولکول‌های بزرگ تر یا مواد حل شده عمل می‌کند. برای نشان دادن این قضیه، فرض کنید که یک غشای نیمه تراوا، بین دو بخش یک مخزن قرار دارد. فرض کنید که غشا برای آب، تراوا (نفوذپذیر) است. اما برای نمک نه. اگر ما یک محلول نمک را در یک قسمت و آب خالص را در قسمت دیگر بریزیم، سیستم سعی می‌کند تا به تعادل برسد با داشتن غلظت یکسان در دو طرف غشا. تنها راه ممکن برای انجام این کار این  است که آب را از قسمت آب خالص به قسمت آب شور منتقل کند.
همچنانکه آب از طریق غشا به محلول نمک منتقل می شود، سطح مایع در محفظه آب شور افزایش می‌یابد تا فشار کافی ایجاد شده توسط اختلاف سطوح بین دو بخش ایجاد شود تا اسمز را متوقف کند. این فشار، معادل نیرویی است که به نظر می‌رسد اسمز در تلاش برای متعادل کردن غلظت‌ها در هر دو طرف غشا به کار می‌برد که فشار اسمزی نامیده می‌شود.

اسمز معکوس (Reverse Osmosis)

اگر فشار بیشتری نسبت به فشار اسمزی به غلظت بالا اعمال شود، جهت جریان آب از میان غشا می تواند معکوس شود. این پدیده، اسمز معکوس (به اختصار RO) نامیده می شود. توجه داشته باشید که این جریان معکوس، از محلول نمک، آب خالص تولید می‌کند، زیرا غشا برای نمک نفوذپذیر نیست.

روش‌های مختلف شیرین‌سازی آب به دو دسته تکنولوژی حرارتی و تکنولوژی غشایی تقسیم‌بندی می‌شوند. اسمز معکوس، یکی از پرطرفدارترین روش‌های نمک‌زدایی و جزو روش‌های تکنولوژی غشایی است.

مزایای سیستم اسمز معکوس (RO) شرکت مهندسی مهاب:

  •  مصرف انرژی پایین
  • قابلیت طراحی و بهره‌برداری به طور اتوماتیک و نیاز کمتر به اپراتور
  • عدم نیاز به توقف کامل سیستم برای تعمیر و یا شستشوی دوره‌ای
  • نیاز به فضای کم
  • اقتصادی بودن نسبت به روش‌های دیگر
  • قابلیت طراحی و بهره‌برداری در محدوده‌های متغیر از چند لیتر تا میلیون متر مکعب در روز

کاربرد سیستم‌های اسمزمعکوس:

  1. نمک‌زدایی آّب دریا
  2. نمک‌زدایی از آب دریا و آب لب شور برای تولید آب آشامیدنی
  3. تولید آب فوق خالص برای صنایع میکروالکترونیک
  4. تولید آب با خلوص بالا جهت صنایع داروسازی
  5. تولید آب فرآیندی برای صنایع نوشابه‌سازی (آب میوه ، آب بطری، آب جو)
  6. فرایند محصولات لبنی
  7. تغلیظ مواد شیرین‌کننده‌ی غلات
  8. تصفیه‌ی پساب برای بازیافت مواد مصرفی در فرآیند ، مانند فلزات در صنایع فلزکاری و رنگ‌های استفاده شده در فرآیند پارچه بافی .
  9. بازیافت آب از فاضلاب شهری و صنعتی
  10. تهیه آب موردمصرف درصنایع نفت،گاز،پتروشیمی

اجزا مختلف یک سیستم اسمز معکوس:

دستگاه اسمز معکوس شامل اجزای زیر است. مشخصات این اجزا با توجه به کاربرد وکیفیت آب ورودی به دستگاه وکیفیت آب خروجی متفاوت است .

1- سیستم پیش تصفیه (تصفیه مقدماتی- Pre-Treatment)

با انجام پیش تصفیه در یک سیستم Ro، کیفیت آب به حد قابل قبولی برای ورود به ممبرانها رسانده می‌شود. با این عمل، استهلاک ممبران ها کاهش یافته و راندمان و طول عمر آن ها افزایش می یابد. عواملی مانند ذرات معلق موجود در آب، موجب گرفتگی ممبران ها می شوند. با انجام درست و مناسب پیش تصفیه، دفعات مورد نیاز برای شست و شوی ممبران ها کاهش یافته که این امر، موجب کاهش هزینه تأمین مواد شیمیایی مورد نیاز برای شست وشو نیز می شود.

به طور کلی می توان اهداف پیش تصفیه را به طور خلاصه به صورت زیر بیان کرد:

  • ایجاد سازگاری بین کیفیت آب خوراک با غشاء سیستم RO
  • حذف یا کاهش احتمال ترسیب نمک های فوق اشباع روی سطح غشاء
  • افزایش فواصل بین دفعات شست و شوی شیمیایی با کاهش احتمال ایجاد فولینگ (رسوب)

شرکت مهندسی مهاب، بدین منظور از تجهیزاتی شامل مخزن ذخیره آب خام، ایستگاه پمپاژ، فیلتر شنی، فیلتر کربن اکتیو و فیلتر کارتریج به کارگیری می‌کند.

 

1-1- ایستگاه پمپاژ (پمپ آب خام)

این پمپ در ابتدای پیش تصفیه نصب می گردد و فشار مورد نیاز آب خام را جهت عبور از پیش تصفیه تامین می کند.

2-1- فیلتر شنی تحت فشار

این فیلترها به طور معمول به عنوان اولین مرحله تصفیه در سیستم‌های تصفیه آب متعارف مورد استفاده قرار می‌گیرند و جهت جداسازی ناخالصی‌های معلق موجود در آب کاربرد دارند. این فیلترها بصورت استوانه‌های تحت فشار طراحی شده و بدنه آنها عموماً از جنس FRP می‌باشد. داخل ستون‌ها بوسیله شن سیلیسی و آنتراسیت پر می‌گردد که معمولایک لایه ذرات درشت روی نازل‌ها جهت جلوگیری از گرفتگی و سپس یک لایه ذرات ریز بر روی آنها و ذرات درشت‌تر در بالا ریخته می‌شود. آب از قسمت فوقانی ستون وارد شده و پس از گذشتن از بستر فیلتر، از قسمت تحتانی خارج می‌گردد.

3-1- فیلترکربن اکتیو

کربن اکتیو در دو نوع پودری و گرانولی جهت حذف بو، رنگ، مزه، مواد آلی و هالو فرم‌ها، مواد فنلی و کلر موجود در آب مصرفی مورد استفاده قرار می‌گیرد. مخازن FRP فیلترهای تحت فشار کربنی همانند فیلترهای تحت فشار شنی می‌باشد، با این تفاوت که در این مخازن کربن اکتیو جایگزین سیلیس می‌شود. فیلترهای کربنی به عنوان پیش تصفیه‌هایRO، آب‌های معدنی، تصفیه نهایی آب شرب، صنایع غذایی، جذب رنگ پساب‌های رنگرزی و جذب مواد آلی تجزیه‌ناپذیر پساب‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد. این فیلترها به دلیل وجود تخلخل موجود در ساختارکریستالی خود قادر به ایجاد پیوندهای بین مولکولی میان میکروارگانیزم‌ها و کربن فعال بوده که این امر باعث حذف این مواد از آب خروجی می‌شود.

4-1- فیلتر کارتریج

در این فرآیند جهت تکمیل فرآیند فیلتراسیون و حذف مواد فیزیکی معلق در آب تا حد میکرون از فیلترهای ویژه که دارای ساختمانی الیافی و از جنس پلی‌پروپیلن (PP) می‌باشد و درhousing های از جنس پلی‌اتیلن یا استیل ضد زنگ قرار گرفته است، استفاده می‌گردد. این فیلترها ذرات بزرگتر از 5 میکرون را جدا کرده و از صدمه دیدن غشاها جلوگیری می‌کنند.

2- سیستم تصفیه (Treatment)

اسمز معکوس یک فرآیند فیزیکی جداسازی است که در این فرآیند، جریان آب خام به دو جریان آب محصول و جریان آب تغلیظ شده تقسیم می‌شود. به جریان غلیظ‌تر، آب شور و یا دورریز هم گفته می‌شود. در این فرآیند، آب خام (تصفیه نشده) توسط پمپ به داخل محفظه‌ای که حاوی غشای نیمه تراوا (ممبران) می‌باشد، هدایت می‌شود. از آنجاییکه تقریبا فقط آب خالص می‌تواند از غشاء عبور کند لذا آب تقریبا خالص در یک طرف غشاء و آب تغلیظ شده از ناخالصی‌ها در طرف دیگر آن وجود دارد.

1-2- پمپ فشار قوی (High Pressure Pump)

پمپ فشار قوی جهت تأمین فشار مورد نیاز پیش از ممبران‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد. آب خام ورودی به سیستم که از قسمت پیش تصفیه عبور کرده است و فشار آن کاهش یافته است، توسط این پمپ که از نوع طبقاتی می‌باشد، با فشار به داخل مخازن تحت فشار محتوی ممبران رانده می‌شود.

2-2- غشاء نیمه تراوا (ممبران)

غشاء اسمز معکوس همچون یک فیلتر عمل می‌کند و از چند لایه غشاء نیمه تراوا که به دور یک لوله مرکزی پیچیده شده‌اند تشکیل شده است. مولکول‌های حلال از آن عبور کرده ولی مولکول‌های ناخالصی قادر به عبور از غشاء نیستند. بنابراین غشاء برای مولکول‌های حلال، تراوا و برای مولکول‌های ناخالص، ناتراوا می‌باشد.

امروزه فیلترهای غشایی از فیلم نازک ترکیبی ساخته می‌شود. یکی از مزیت های فیلترهای امروزی دفع زیاد نمک و پایداری آن برای مدت زمان طولانی است. همچنین جریان عبوری بالا در فشار پایین تر از مزایای دیگر آن است. تعداد فیلترهای غشایی و نحوه ارایش آن ها (موازی و سری) با توجه به دبی، میزان املاح آب ورودی، میزان تولید، املاح آب خروجی و درصد بازیافت تعیین می شود.

اصولا برای بالا بردن ریکاوری و کاهش پساب، از دو یا چند مرحله فیلتر غشایی به صورت سری استفاده می‌شود، به این شکل که پساب خروجی مرحله اول به عنوان آب خوراک مرحله دوم استفاده می‌شود.
آب خروجی از فیلترهای غشایی اغلب دارای درجه خلوص بالایی هستند (مخصوصا آب های لب شور) و در جاهایی که به عنوان آب آشامیدنی استفاده می‌شود، باید درصدی از آب پیش تصفیه شده را به آب تولیدی اضافه کرد و یا اینکه با اضافه کردن املاح مناسب در سیستم پس تصفیه، آب خروجی را به آب آشامیدنی تبدیل کرد. میزان اسیدی یا قلیایی بودن آب، و میزان املاح باقی مانده مانند فلوراید و کلسیم و غیره در این مرحله کنترل می‌شود.

غشاء را معمولا از استات سلولز، پلی آمید، پلی فنل اکسید و غیره تهیه می‌کنند. غشاء مناسب برای اسمز معکوس باید ویژگی‌های خاصی داشته باشد. مثلا در برابر حمله مواد شیمیایی یا بیولوژیکی مقاوم بوده و قدرت تحمل فشار اعمال شده را داشته باشد و از همه مهمتر در برابر تغییرات pH مقاوم باشد.

3-2- محفظه‌های تحت فشار (پرشر وسل-Pressure vessel)

پرشر وسل، محفظه‌ای برای قرار گرفتن ممبران می‌باشد. در واقع به عنوان محافظ و نگهدارنده ممبران‌ها می‌باشند. که از جنس FRP یا استیل در قطرها و ارتفاع‌های مختلف بوده و قابلیت تحمل فشار بالا را دارا می‌باشند.

4-2- کنترل‌کننده RO

این دستگاه به منظور کنترل خودکار و مانیتور سیستم به صورت آنلاین در تابلو برق به کار می‌رود.

5-2- سیستم CIP

شست‌وشوی ممبران‌ها در در آب‌شیرین‌کن‌های اسمز معکوس، به اختصار CIP (Clean In Place) نامیده می‌شود. گرفتگی غشاء (ممبران) در سیستم‌های اسمز معکوس، یک پدیده طبیعی است. با شستشوی دوره‌ای مناسب، بیشتر این گرفتگی‌ها از سطح غشاء برطرف می‌شود. تجربه نشان داده است که اگر شستشوی سیستم در زمان لازم و به موقع انجام شود حتی از سیستم های اسمز معکوس که سرعت گرفتگی آنها زیاد است می‌توان انتظار عمر زیاد داشت. به منظور شستشوی ممبران‌ها از پکیج CIP استفاده شده و با استفاده از همان آب خروجی از سیستم که در یک تانک ذخیره می‌گردد ممبران‌ها در دوره‌های مختلف کاری مورد شستشو قرار می‌گیرند.

6-2- شاسی استقرار

این شاسی از جنس استیل و یا فولادی با پوشش اپوکسی برای نگهداری پکیج ساخته می‌شود.

7-2- تابلوی توزیع قدرت و مدار فرمان

تابلو برق با کلیه ورودی و خروجی‌های مورد نیاز و کلیه تجهیزات راه‌اندازی از قبیل کنتاکتور، بی متال و رله تایمر جهت کنترل عملکرد سیستم مورد استفاده قرار می‌گیرد.

3- پساب خروجی

آب تغلیظ شده خروجی از این سیستم دارای املاح زیادی بوده و لذا تخلیه آن به محیط، آسیب زیادی به محیط زیست می‌زند و بدتر اینکه در زمان شستشوی شیمیایی، به خاطر استفاده از دترجنت‌ها، این آسیب شدت می‌یابد.

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

نوشته های مرتبط

Enter your keyword