امروزه از فرآیند اسمز معکوس (RO) به عنوان یک فرآیند جداسازي در بسیاري از صنایع تولید آب شیرین ، تصفیه پسابها ، صنایع غذایی و داروسازي و … استفاده می شود. استفاده از این روش با تولید غشاهاي جدید که می توانستند در محدوده وسیعی از pH و دماهاي مختلف عمل کنند و نسبت به بسیاري از مواد شیمیایی و بیولوژیکی موجود در آب مقاومت داشته باشند توسعه چشمگیري یافته است. روش RO نسبت به بسیاري از فرآیندهاي جداسازي دیگر ، همانند تقطیر ، استخراج ، تعویض یونی و جذب داراي مزایاي فراوانی می باشد. در این روش به هیچ گونه تغییرات فازي شدید انرژي و یا استفاده از محلولهاي گرانقیمت جاذب نیازي نیست. طراحی و عملکرد این روش در مقایسه با بسیاري از روشهاي قدیمی جداسازي راحت تر می باشد. در صنایع تولیدي آب شیرین ، روش RO در مقایسه با روشهاي دیگر داراي مزایاي زیر می باشند:
- مصرف پایین انرژي (نسبت به روشهاي تقطیري)
- هزینه نگهداري پایین
- حجم و سایز کوچک سیستم
- راهبري آسان
- نصب و راه اندازي در کوتاهترین زمان
- مصرف پایین مواد شیمیایی در مقایسه با روش تعویض یونی
در سیستمهاي RO نسبت به سیستمهاي گرمایی مصرف انرژي پایین می باشد و بسیاري از مشکلات همانند خوردگی که در سیستمهاي گرمایی به دلیل عملکرد در دماهاي بالا وجود دارد ، در این سیستم دیده نمی شود. از نقطه نظر آلودگی نیز روش اسمز معکوس به روش تبادل یونی ارجحیت دارد ، زیرا هیچگونه ناخالصی به جز آنجه قبلاً در آب وجود داشته است ، به محیط زیست اضافه نمی کند. برخلاف سیستمهاي تقطیري و تعویض یونی به دلیل آنکه قسمت اصلی تصفیه ي آب در سیستمهاي RO توسط غشاها انجام می شود ، در صورتیکه اشکالی در سیستم به دلیل خرابی یکی از آنها اتفاق افتاد ، نیازي به متوقف کردن کامل سیستم نیست ، غشاء خراب را می توان به سادگی از سیستم خارج و تعویض یا تغییر داد. در مقایسه با سیستمهاي تعویض یونی ، هزینه یک سیستم RO ، نسبت به تغییرات ناخالصیهاي آب وابستگی کمی دارد ، بنابراین در صورت تغییر خلوص آب ورودي تغییرات زیادي در هزینه هاي تمام شده آب نهایی داده نمی شود.
تشریح فرآیند اسمز معکوس :
در صورتیکه یک غشاء نیمه تراوا بین دو محلول با غلظت هاي متفاوت قرار گیرد ، مقداري از حلال از یک طرف محلول رقیق به سمت دیگر غشاء می رود. این پدیده که به نام اسمز معروف است ، تا زمانی ادامه پیدا می کند که سیستم به حالت تعادل برسد. در حالت تعادل بین دو طرف غشاء اختلاف فشاري متناسب با غلظت مـواد حـل شده در محـلول وجـود دارد که به آن فشار اسمزي می گویند. هر چه اندازه مولکولهاي ناخالصی درشت تر و درجه یونیزاسیون آنها کمتر باشد ، فشار اسمزي کمتر است . فرآیند اسمزمعکوس همانگونه که از نام آن نیز مشخص است ، عکس فرآیند طبیعی اسمز می باشد ، که امروزه جزء یکی از جدیدترین و متداول ترین روشهاي جداسازي به خصوص در تصفیه آبهاي شور محسوب می شود. در این فرآیند با قرار دادن فشاري بیشتر از فشار اسمزي در سمت محلول غلیظ تر ( آب شور ) ، جهت حرکت حلال ( آب خالص ) عکس شده و به این ترتیب می توان آب را از ناخالصی هاي درون آن جدا کرد. 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.
آب خام پس از یک سري مراحل پیش تصفیه ، به سمت یک غشاء نیمه تراوا پمپ می شود و قسمتی از آن از میان غشاء عبور کرده و به این ترتیب در باقیمانده خوراك غلظت نمک ها افزایش خواهد یافت. در همین زمان قسمتی از این آب بدون عبور از میان غشاء از سیستم خارج می شود ( به دلیل افزایش فشار اسمزي در پشت غشاء ، فشار عملیاتی اعمالی از طرف پمپ ها براي عبور آب از میان غشاء کافی نیست و در صورت عدم خروج آب شور از سیستم ، آب تصفیه شده عبوري از میان غشاء به عقب برگشت خواهد کرد ) ، که مقدار این آب با توجه به کیفیت آب ورودي و نوع غشاء بین 20 % تا 70 % متغیر است.
سیستمهاي RO می توانند به صورت تک مرحله اي و یا دو مرحله اي طراحی شوند. انتخاب هر یک از حالات بالا بستگی به کیفیت مطلوب آب تصفیه شده دارد.در سیستمهاي تک مرحله اي آب تصفیه شده خروجی از یک مجموعه از ماژولها 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 خوراك ورودي و کیفیت محصول مورد نظر آب تصفیه شده ( در صورتیکه آب تصفیه شده از یک مجموعه از ماژولها وارد مجموعه بعدي شود ، این سیستم را Two pass می گویند. و یا آب خروجی (در صورتیکه آب شور خروجی از یک مجموعه از ماژولها وارد مجموعه بعدي شود ، این سیستم را Two stage می گویند. از یک مجموعه از ماژولها وارد مرحله دوم تصفیه می 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.
پارامترهاي مؤثر درکیفیت آب تولیدي:
عاملهاي مؤثرعبارتند از: درجه حرارت، فشار ومیزان شوري
جدول زیر چگونگی تغییرات کیفی وکمی آب تولیدي توسط سیستم RO را با تغییرات ناشی ازدرجه حرارت، فشار وشوري بیان میکند.
متغیرهاي ثابت | متغیرهاي درحال افزایش | آب تولیدي | |
TDS | ظرفیت | ||
فشار و میزان شوري | دما | افزایش | افزایش |
دما و فشار | شوري | افزایش | کاهش |
دما و میزان شوري | فشار | کاهش | افزایش |
دماي آب خام کمتر از 25 درجه سانتیگراد منجر به کاهش دبی آب تولیدي نسبت به دبی طراحی شده خواهد شد، اگرچه این تغییرات همراه با کاهش میزان TDS آب تولید می باشد. ازطرف دیگر افزایش دماي آب خام منجربه افزایش دبی تولید نسبت به دبی طراحی شده و افزایش میزان TDS میشود.
اخطار:
عملکرد بیش ازحد ظرفیت دستگاه درآبهاي با شوري زیاد میتواند به ممبرین ها آسیب برساند. هرگونه تغییر در پارامترهایی که توسط شرکت درنظرگرفته شده و هرگونه تغییر دردستورالعمل هاي بیان شده ازسوي شرکت باعث خارج شدن سیستم از گارانتی میشود.
نکات مهم قبل از نصب و راه اندازي
- کنترل مسیر آبهاي ورودي ، خروجی و لوله کشی مسیر دستگاه و کنترل آب بندي سیستم بطور کامل
- کنترل مشخصات برق ورودي به سیستم و تطبیق با شرایط دستگاه و اجزاء آن
- کنترل این سیستم بطور اتوماتیک انجام می پذیرد . از تغییر در وضعیت کار و تنظیم دستگاه توسط اشخاص غیر متخصص خودداري شود
المانها و قطعات آب شیرین کن
شماره المان | نام و شرح قطعه یا المان |
1 | نشانگر فشار آب خام ورودي |
2 | نشانگر فشار آب تصفیه خروجی |
3 | شیر تنظیم فشار فاضلاب خروجی |
4 | شیر برقی (سولونوئید ) اتوماتیک قطع و وصل |
5 | فلومتر آب شیرین |
A5 | خروجی آب شیرین |
6 | فلومتر آب غلیظ (فاضلاب ) |
A6 | خروجی فاضلاب |
7 | جعبه کنترل اتوماتیک و نشانگر TDS |
8 | سوئیچ فشار پائین (براي جلوگیري از کارکردن پمپ بدون آب ) |
9 | سوئیچ مگنیتک |
10 | شیر سولونیوئیدي آب خام ورودي |
11 | سیستم پیش تصفیه (فیلتراسیون ) آب خام |
12 | محفظه ممبراین و ممبراین دستگاه |
13 | پمپ فشار قوي |
14 | الکتروموتور |
15 | سوئیچ فشار بالا (فلوتر کنترل سطح برقی ) |