اسمز معکوس

اسمز معکوس چیست؟

این مقاله کوتاه به استفاده از اسمز معکوس (Reverse Osmosis – RO) در فرآیندهای تصفیه آب، استفاده از غشاهای اسمز معکوس (ممبران) و عوامل مؤثر بر کیفیت آب و عملکرد دستگاه می پردازد.

اسمز معکوس (RO )  فرآیندی است که درصنعت از آن برای تصفیه آب ، مصارف فرآیندهای صنعتی ، شیرین کردن آب شور ( آب شیرین کن ) ، تصفیه فاضلاب ، بازیافت نمک از فرآیندهای صنعتی و … استفاده می کنند.

اسمز معکوس (RO )   می تواند در از بین بردن کلیه جامدات محلول در آب ( TDS ) و همچنین تری هالومتان ها (THM’s) ، برخی از سموم دفع آفات ، حلال ها و سایر ترکیبات آلی فرار (VOC’s) بسیار مؤثر باشد. لیکن اسمز معکوس (دستگاه RO ) همه آلاینده ها را از آب خارج نمی کند زیرا گازهای محلول مانند اکسیژن محلول و دی اکسید کربن را نمی تواند حذف نماید.

لازم به ذکر است که به سبب این که از این نوع تکنولوژی اولین بار و عموما برای تصفیه آب شور چاه یا دریا برای خوراک بشر استفاده شده است و در این فرایند شوری آب گرفته شده و به نحوی آب شور به آب شیرین تبدیل می شود ، در اصطلاح عمومی به این دستگاه ها ، آب شیرین کن نیز می گویند.

فرایند اسمز معکوس ( Reverse Osmosis – RO )

در فرآیند اسمز معکوس (RO )  غشاهای سلولزی مانند ( ممبران )، آب خالص شده را از آب آلوده جدا می کنند (تصفیه آب) اسمز معکوس (RO ) با ایجاد فشار لازم به سمت غلیظ غشای ممبران ( آّب شور ) ، آب تصفیه شده یا خالص شده را به طرف رقیق هدایت می کند و ناخالصی های آب نیز از طرف غلیظ  آب در غشا رد و دور ریز می شوند.

به عبارتی تنها آب تصفیه شده خالص از لایه های غشا عبور می کند و مابقی تنها از روی غشای ممبران عبور می کنند.

اسمز معکوس (RO )  همچنین به عنوان یک فیلتر با عملکرد فوق العاده بالا ، اجازه عبور ذرات بی نهایت ریز مانند برخی از میکروارگانیسم ها را نیز از منافذ غشای ممبران نمی دهد.

در مقایسه با سایر فرآیندها، اسمز معکوس (RO) یک فرآیند نسبتا جدید است که برای نمک زدایی استفاده می شود. اصل کار در این فرآیند RO این است که از فشار به عنوان نیروی محرکه برای فشار دادن آب تغذیه از طریق یک غشای نیمه تراوا به یک جریان آب محصول و یک جریان آب نمک متمرکز استفاده می کند.
اسمز (osmosis) یک پدیده طبیعی است که در آن آب از محلول های نمک با غلظت کم از طریق غشای نیمه تراوا به محلول غلیظ¬تر جریان می یابد. هنگامی که به محلول محلول نمک با غلظت بالاتر فشار وارد می شود، آب در جهت معکوس از طریق غشای نیمه تراوا شروع به جریان می¬کند و نمک را پشت سر می¬گذارد. این به عنوان فرآیند اسمز معکوس یا فرآیند RO شناخته می¬شود.
اسمز معکوس زمانی ایجاد می شود که فشار کافی به محلول غلیظ برای غلبه بر فشار اسمزی وارد شود. این فشار توسط پمپ های آب تغذیه تامین می شود. فشارهای عملیاتی برای اسمز معکوس و نانو فیلتراسیون بین 50 تا 1000psig است. آلاینده های غلیظ (آب نمک) از سمت پرفشار غشاء RO کاهش می یابد و آب فیلتر شده (تراوا) از سمت کم فشار کاهش می یابد. ماژول‌های غشایی ممکن است در پیکربندی‌های مختلف طراحی شوند و با کمترین مقدار ضایعات، با بالاترین کیفیت نفوذ کنند.

یک سیستم آب شیرین کن RO عمدتاً از چهار سیستم اصلی تشکیل شده است:
• سیستم قبل از تصفیه
• پمپ های فشار قوی
• سیستم های غشایی
• بعد از تصفیه

تصفیه آب اسمز معکوس بهترین سطح فیلتراسیون را فراهم می کند. غشای RO به عنوان یک مانع برای تمام نمک ها و مولکول های معدنی و همچنین مولکول های آلی با وزن مولکولی بیشتر از 100 عمل می کند. بنابراین این یک فرآیند بسیار موثر برای حذف آلاینده هایی مانند: اندوتوکسین ها، پیروژن ها، حشره کش ها، آفت کش ها, علفکش ها، آنتی بیوتیک-ها، نیترات ها، قندها، نمک های محلول و یون های فلزی.
دو غشا RO که در تصفیه آب صنعتی مورد استفاده قرار می گیرند عبارتند از: استات سلولز (CA) و کامپوزیت پلی آمید (PA). در حال حاضر، اکثر غشاها زخم مارپیچی هستند. با این حال، تنظیمات فیبر توخالی در دسترس هستند. در پیکربندی زخم مارپیچی، یک غشای ورقه‌ای مسطح و اسپیسرها در اطراف لوله جمع‌آوری تراوش پیچیده می‌شوند تا کانال‌های جریان برای آب نفوذی و تغذیه تولید کنند. این طراحی جریان را به حداکثر می رساند در حالی که اندازه ماژول غشاء را به حداقل می رساند.

 قابلیت های دستگاه RO  – آب شیرین کن

• بهبود رنگ ، طعم و مزه  
• حذف آلاینده های میکروبیولوژی از قبیل ویروس ها ،  باکتری ها ، انگل ها و ….
• حذف املاح ،نمک های معدنی ، ناخالصی های آلی محلول و غیرمحلول در آب 
• تولید آب شرب و آب نرم صنعتی

 مزایای دستگاه RO  – آب شیرین کن

• صرفه اقتصادی و مصرف کم انرژی 
• هزینه های کمتر سرمایه گذاری نصب و راه اندازی
• عدم آلوده سازي محيط زيست (هيچگونه ناخالصي جز املاح خود آب به محیط زیست باز نمی گردد) 
• ايمن بودن آن براي اپراتور سيستم
• سیستم پیوسته و مداوم
• نیاز به حداقل شستشو 
• ظرفیت های تولید متعدد و دلخواه ، میزان بازدهی بالا در کل سیستم 
• قابلیت دریافت ورودی آب خام با  TDS  یا  EC  بالا ( هر مقدار دلخواه) 
• استفاده ازحداقل مواد شیمیایی در سیستم 
• عدم بکارگرفتن مواد زیان بخش برای انسان در این سیستم 
• سهولت در بهره برداری و کاهش هزینه های تعمیراتی و نگهداری ، اپراتوری ساده و آسان 
• اشغال فضای کم 
• قابلیت پورتابل یا جابجائی کل دستگاه از محلی به محل دیگر 
• در دسترس بودن قطعات یدکی و …

غشاهای اسمز معکوس –  RO Membrane – ممبران RO

مواد تشکیل دهنده ممبران ها عموما شامل کامپوزیت های فیلم نازک پلی آمید (TFC) ، استات سلولز (CA) و تری استات سلولز (CTA) هستند که بصورت غشایی به دور یک لوله دارای سوراخ پیچیده می شوند و یا با الیاف توخالی به هم وصل می شوند.

غشاهای فیبر توخالی از سطح بیشتری نسبت به غشاهای مارپیچ پیچیده شده برخوردار است و از این رو ظرفیت بیشتری نیز دارند اما در عوض بسیار سریع تر نیز مسدود می شوند.

غشاهای RO (ممبران ها ) با توجه به میزان توانایی خود در عدم عبور انواع ترکیبات آلودگی در آب رده بندی می شوند. نرخ ریجکشن (درصد عدم عبور) بر اساس توانایی عدم عبور هر یک از انواع  یون های خاص یا آلاینده ها وهمچنین میزان توان کاهش  کل مواد جامد محلول (TDS) در آب محاسبه می شود.

غشاهای ( ممبران های ) TFC از استحکام و دوام بالاتری نسبت به ممبران های CA / CTA برخوردار هستند و همچنین نرخ ریجکشن آنها نیز بالاتر است. آنها همچنین در برابر آلودگی های میکروبی ، pH بالا و TDS بالا  بسیار مقاوم تر هستند.

البته مهم است که بدانیم ممبران های  CA / CTA توانایی بهتری در تحمل کلر دارند.

لازم به ذکر است که غشا یا ممبران سولفون شده پلی سولفون (SPS) دارای مقاومت در برابر کلر هستند و ضمنا می توانند pH بالاتر را نیز تحمل کنند و در مواردیکه  که آب خوراک نرم و pH بالا باشد و یا در جایی که نیتراتهای زیاد نگران کننده هستند استفاده شود.

عوامل مؤثر بر عملکرد و فرآیند دستگاه RO ( آب شیرین کن )

عملکرد یک سیستم RO   یا آب شیرین کن به عواملی مانند نوع غشاء یا ممبران ، کنترل جریان ، کیفیت آب خوراک یا آب خام ، دما و فشار بستگی دارد.

همچنین تنها بخشی از آب ورودی به واحد قابل استحصال است که به این مقدار درصد بازیابی یا ریکاوری گفته می شود و تحت تأثیر عوامل ذکر شده در بالا می باشد.

به عنوان مثال ، مقدار آب تصفیه شده یا تولید شده برای هر 1 درجه سانتیگراد کمتر از دمای مطلوب می تواند حدود 1-2  درصد کاهش یابد.

کارکرد بهینه دستگاه ro

برای بهینه کار کردن اسمز معکوس با دستگاه RO یا آب شیرین کن و داشتن حداکثر راندمان و تولید بهینه ، لازم است سرویس و نگهداری مناسبی برای آن انجام شود و از رسوب گذاری نیز با انجام شستشوی شیمیایی ( CIP یا در محاوره اسید شویی) مناسب و به موقع تا حد امکان جلوگیری شود.

غالبا شستشوی شیمیایی CIPبوسیله مواد شیمیایی مخصوص شستشوی ممبران که عموما پایه اسیدی و پایه قلیایی (باز) با افزودنی های مناسب جهت رسوب برداری هستند ، صورت می پذیرد .

گاهی با توجه به مشخصات آب خام ممکن است بایوساید مورد نیاز باشد و انتخاب بایوساید مناسب نیز به نوع غشا یا ممبران بستگی دارد .

اگر در آب ورودی کلر آزاد ( کلرین ) وجود داشته باشد لازم است بوسیله فیلتر های مناسب که عموما از جنس کربن فعال گیاهی ، ذغال سنگ یا آنتراسیت هستند یا تزریق مواد شیمیائی مثل SMBS یا سدیم متا بی سولفید قبل از ورود به دستگاه RO ( آب شیرین کن ) حذف شود تا از آسیب رسیدن به غشای ممبران ها جلوگیری شود و سبب حفاظت و افزایش عمر آنها گردد.

برای رسیدن به این هدف ، یعنی یک دستگاه RO ( آب شیرین کن ) با میزان تولید و کیفیت تصفیه خوب ،  دانش ، آگاهی و استفاده از مواد شیمیایی ، آنتی اسکالانت و تمیز کننده های مرغوب ، مناسب  و بهینه ، بسیار لازم و ضروری می باشد.

انواع آسیب به دستگاه آب شیرین کن

حمله شیمیایی

غشاهای کامپوزیت مدرن با پرده نازک تحمل کلر و کلرامین ندارند. اکسید کننده هایی مانند کلرˏ سوراخ های موجود در منافذ غشاء فیلتر ممبران را می سوزانند و می توانند صدمات جبران ناپذیری ایجاد کنند. نتیجه حمله شیمیایی به غشای ممبران دستگاه آب شیرین کن جریان آب بیشتر و دفع نمک بالاتر است (کیفیت آب ضعیف تر از آب خام).

به همین دلیل رشد میکروارگانیسم بر روی غشاهای ممبران RO تمایل دارد تا به راحتی غشاهای فیلتر ممبران RO را از بین ببرد زیرا هیچ بایوسایدی برای جلوگیری از رشد آن وجود ندارد.

صدمه مکانیکی

بخشی از طرح پیش تصفیه باید پیش و پس از لوله کشی و کنترل سیستم دستگاه RO باشد. اگر “شروع سخت” شود ، می تواند آسیب مکانیکی به غشاها ایجاد کند. به همین ترتیب ، اگر فشار بیش از حد در سیستم RO وجود داشته باشد، می تواند آسیب مکانیکی به غشاهای RO نیز وارد کند.

این موارد را می توان با استفاده از موتورهای محرک فرکانس متغیر ( درایو –  سافت استارت ) برای شروع بکار پمپ های فشار قوی برای سیستم های RO و با نصب شیرهای یک طرفه و  یا شیرهای فشار شکن ، از فشار بیش از حد روی RO  که می تواند باعث آسیب دائمی غشاها شود ، جلوگیری کرد.

راه حل های پیش تصفیه آب برای سیستم اسمز معکوس

در زیر چند راه حل پیش تصفیه برای سیستم های دستگاه RO یا آب شیرین کن ها  ارائه شده است که می تواند در به حداقل رساندن رسوب گذاری، پوسته پوسته شدن و حمله شیمیایی کمک زیادی کند.

تصفیه یا فیلتر مالتی مدیا (MMF)

یک فیلتر مالتی مدیا برای کمک به جلوگیری از رسوب سیستم RO استفاده می شود. یک فیلتر مالتی مدیا به طور معمول شامل سه لایه است که از ذغال سنگ آنتراسیت یا کربن فعال یا کربن اکتیو ، شن و سیلیس دانه بندی شده و گارنت تشکیل شده و یک لایه ماسه سنگی یا سیلیس در قسمت زیرین دارد که از نظر اندازه و تراکم متفاوت هستند.

ذغال سنگ بزرگتر (اما سبک تر) آنتراسیت در بالا قرار خواهد گرفت و گارنت سنگین تر (اما کوچکتر) در پایین باقی می ماند. چیدمان فیلتر اجازه می دهد تا بزرگترین ذرات در نزدیکی بالای بستر رسانه جدا شود و ذرات کوچکتر در عمق حفظ شوند. این بستر اجازه می دهد تا به عنوان یک فیلتر عمل کند تا زمان اجرای فیلتر بین شستشوی معکوس و تصفیه کارآمدتر طولانی تر بشود.

اندازه ذرات عبور کننده از فیلتر

یک فیلتر مالتی مدیا زمانی که به خوبی عمل کند می تواند ذرات را تا 15-20 میکرون از بین ببرد. یک فیلترمالتی مدیا که از افزودنی منعقد کننده استفاده می کند (که باعث می شود ذرات ریز به یکدیگر بپیوندند تا ذرات زیادی به اندازه کافی فیلتر شوند) می توانند ذرات را تا 5-10 میکرون از بین ببرند. عرض موی انسان حدود 50 میکرون است.

فیلتر مالتی مدیا هنگامی پیشنهاد می شود که مقدار شاخص چگالی Silt (SDI) از 3 یا بیشتر از کدورت 0.2 NTU باشد. هیچ قانون دقیقی وجود ندارد ، اما برای جلوگیری از رسوب زودرس غشاهای فیلتر ممبران RO باید دستورالعمل فوق رعایت شود.

داشتن یک فیلتر کارتریج 5 میکرونی مستقیماً بعد از واحد MMF در صورت عدم خرابی زیر زهکشی MMF مهم است. این امر باعث می شود تا رسانه های MMF از آسیب رساندن به پمپ های پایین دست و از کار افتادن سیستم RO جلوگیری کنند.داشتن یک فیلتر کارتریج 5 میکرونی مستقیماً بعد از واحد MMF در صورت عدم خرابی زیر زهکشی MMF مهم است. این امر باعث می شود تا رسانه های MMF از آسیب رساندن به پمپ های پایین دست و از کار افتادن سیستم RO جلوگیری کنند.

میکروفیلتراسیون (MF)

میکروفیلتراسیون (MF) در از بین بردن ذرات کلوئیدی و باکتریها بسیار مؤثر است و اندازه منافذ آن تنها 1 / 0 –  10  میکرومتر یا میکرون است. میکروفیلتراسیون در کاهش پتانسیل رسوب یک آب شیرین کن یا دستگاه RO کمک کننده است. پیکربندی غشاء فیلتر می تواند بین تولید کنندگان متفاوت باشد ، اما نوع “فیبر توخالی” متداول ترین است.

به طور معمول ، آب از قسمت خارج الیاف پمپ می شود و آب تمیز از داخل الیاف جمع می شود. غشاهای میکروفیلتراسیون مورد استفاده در کاربردهای آب ورودی معمولاً در جریان “بن بست” قرار دارند.

در جریان بن بست ، تمام آبهای ورودی به غشاء از طریق ممبران فیلتر می شوند. کیک صافی که باید بطور دوره ای از اشکال سطح غشایی شسته شود. میزان بازیافت به طور معمول بیشتراز 90 درصد در منابع آب ورودی که دارای کیفیت نسبتاً بالا و کدورت کم هستند می باشد.

بهبود عملکرد سیستم با استفاده از مواد شیمیایی مخصوص RO

با انتخاب دقیق و صحیح و استفاده از مواد شیمیایی تصفیه پیشرفته که به طور خاص برای چنین دستگاه های تصفیه آب ( دستگاه RO – آب شیرین کن ) و ممبران های حساس آنها طراحی شده است ، می توان عملکرد ممبران RO ، کیفیت آب تصفیه شده و عملکرد دستگاه RO  ( آب شیرین کن )  را افزایش داد.

طیف وسیعی از مواد شیمیایی اسمز معکوس ( RO ) پیشرفته برای کمک به بهینه سازی نرخ ریکاوری اسمز معکوس ( ریکاوری دستگاه RO ) ، بهبود عملکرد دستگاه RO و حفاظت از ممبران RO  ( ممبران آب شیرین کن ) فرموله شده است.

این طیف از مواد شیمیایی مشکلات مربوط به رسوب گذاری روی ممبران ها و خوردگی یا زنگ زدگی را کاهش می دهد.

برخی از این مواد شیمیایی آب شیرین کن  ( مواد شیمیایی RO ) عبارتند از :

• انواع آنتی اسکالانت ها –  Antiscalant
• انواع بایوساید ها – Biocide
• انواع محلول شستشوی ممبران ( پایه اسید و باز ) – RO Cleaner
• سدیم متابی سولفیت – SMBS
• کلر ، دترجنت ها و …

درک اسمز معکوس

اسمز معکوس (  Reverse Osmosis) که معمولاً به آن RO یا دستگاه RO  گفته می شود ، فرایندی است که در آن با ایجاد فشار بر آب آن را از یک غشای نیمه نفوذ پذیر یا نیمه تراوا که اصطلاحا به آن ممبران می گویند ، عبور می دهیم و در نتیجه  آب را عاری از شوری ( شیرین ) یا دیونیزه می کنیم.

اسمز

برای درک هدف و روند اسمز معکوس ابتدا باید روند طبیعی اسمز را درک کنید.

اسمز یک پدیده طبیعی  و یکی از مهمترین فرایندهای طبیعت است.

این فرایندی است که یک محلول نمکی ضعیف تر تمایل حرکت به سمت محلول نمکی قوی را دارد.

نمونه هایی از اسمز در مواردی است که ریشه های گیاهان آب را از خاک جذب می کنند و یا کلیه های ما که آب بدن را جذب می کنند.

در زیر نموداری وجود دارد که نشان می دهد پدیده های  اسمزی چگونه کار می کنند.

محلول با غلظت کمتر تمایل طبیعی به حرکت  بسمت محلول با غلظت بالاتر خواهد داشت.

به عنوان مثال ، اگر آب با غلظت نمک کم در یک طرف ظرف و در طرف دیگر آب با غلظت نمک زیاد داشته باشید و آنها توسط یک غشای نیمه نفوذ پذیر یا نیمه تراوا از هم جدا شوند ، در این صورت آب با غلظت نمک پایین تر شروع به حرکت به سمت آب با نمک بالاتر می کند .

ممبران

ممبران یا غشای نیمه نفوذ پذیر ، ممبران یا غشایی است که به برخی از اتم ها یا مولکول ها اجازه می دهد تا از آن عبور کنند اما برخی دیگر  را از خود عبور نمی دهد.

پرده یا درب توری یک مثال ساده از آن است که اجازه می دهد تا مولکول های هوا از آن عبور کنند اما حشرات یا هر چیزی بزرگتر از سوراخ هایش ، نمی توانند عبور کنند.

نمونه دیگر پارچه لباس گورتکس Gore – tex  می باشد که شامل یک فیلم پلاستیکی بسیار نازک است که در آن میلیاردها منفذ کوچک قرار دارد. این منافذ به اندازه کافی بزرگ هستند که بخار آب را بین آن ها عبور کنند ، اما به اندازه کافی کوچک نیز هستند که از عبور آب مایع یا باران جلوگیری کنند.

تصفیه آب به روش اسمز معکوس یا دستگاه RO

اسمز معکوس روند معکوس اسمز است. در حالی که اسمز به طور طبیعی و بدون نیاز به انرژی رخ می دهد ، برای معکوس کردن روند اسمز باید انرژی لازم را برای محلول نمکی بیشتر بکار گرفت.

غشای اسمز معکوس یک غشای نیمه نفوذ پذیر است که امکان عبور مولکول های آب را فراهم می کند اما اجازه عبور بیشتر نمک های محلول ، ارگانیسم ها ، باکتری ها و پیروژن ها را نمی دهد. با این حال ، لازم است که با اعمال فشار بیشتر از فشار اسمزی که به طور طبیعی اتفاق می افتد ، آب را از طریق غشای اسمز معکوس ( فیلتر ممبران ) عبور داد تا املاح آن حذف شده و آب دیونیزه حاصل گردد .

هنگامی که فشار به محلول غلیظ اعمال می شود ، مولکول های آب از میان غشای ممبران عبور می کنند  ولی ناخالصی ها و آلاینده ها نمی توانند عبور کنند.

 اسمز معکوس چگونه کار می کند؟

در پدیده تصفیه آب اسمز معکوس دستگاه RO با استفاده از پمپ فشار قوی برای افزایش فشار در سمت آب شور یا غلیظ در RO و مجبور کردن آب به عبور ازغشای نیمه نفوذ پذیر RO یا فیلتر ممبران، تقریباً همه ی (حدود 95٪ تا 99٪) نمک های محلول در آب را حذف می کنیم.

تعیین میزان فشار مورد نیاز برای اسمز معکوس ، بستگی به  میزان غلظت نمک آب خوراک دارد. هرچه آب خوراک غلیظ تر و شورتر باشد ، فشار بیشتری برای غلبه بر فشار اسمزی لازم است.

آب شور یا سنگینی که از ممبران ها عبور می کند را آب تصفیه شده یا تولید می نامند.

جریان آبی که آلاینده های غلیظ و نمکی را که از درون غشای RO  یا فیلتر ممبران عبور نمی کند را حمل می کند ، پساب یا آب دور ریز می نامند.

فرآیند

با ورود آب خوراک به غشای فیلتر ممبران RO تحت فشار (فشار کافی برای غلبه بر فشار اسمزی) مولکول های آب از درون غشای نیمه تراوای فیلتر ممبران عبور می کنند و نمک ها و سایر آلودگی ها مجاز به عبور نیستند و از طریق جریان پساب تخلیه می شوند (آب دور ریز یا غلیظ شده یا کانسنتریت)  و یا در برخی شرایط می تواند به منبع تغذیه خوراک نیز ریخته شود تا از طریق سیستم RO برای صرفه جویی در آب بازیافت شود (دوباره به عنوان بخشی آب خوراک استفاده شود).

آبی که از طریق عبور از غشای ممبران RO حاصل می شود ، به آب پرمییت یا تولید شناخته می شود و معمولاً حدود 95٪ تا 99٪ نمک های محلول از آن خارج می شود.

فیلتراسیون متقاطع

درک این نکته بسیار مهم است که یک سیستم RO از فیلتراسیون متقاطع استفاده می کند و نه تصفیه معمول یا استاندارد که در آن آلاینده ها در محیط فیلتر جمع می شوند. در فیلتراسیون متقاطع ، محلول در طول فیلتر حرکت می کند و تنها بخشی از محلول میتواند از غشای فیلتر ممبران عبور  کند و لذا دو خروجی داریم :

آب تصفیه شده به یک طرف می رود و آب تصفیه نشده به سمت دیگری می رود.

برای جلوگیری از ایجاد آلودگی و رسوبات در فیلتر ، فیلتراسیون جریان متقاطع ضمن این که الودگی ها و ناخالصی های آب را از بین می برد ،همچنین تلاطم کافی را برای تمیز نگه داشتن سطح غشاهای ممبران نیز فراهم می سازد.

 اسمز معکوس چه چیزی را از آب حذف می کند؟

اسمز معکوس قادر است تا بالای 99٪ +  نمک های محلول (یون ها) ، ذرات ، کلوئیدها ، ارگانیسم ها ، باکتری ها و پیروژن ها را از آب خوراک خارج کند (اگرچه برای حذف 100٪ باکتری ها و ویروس ها نباید به سیستم RO اعتماد کرد. )

غشای ممبران RO با توجه به اندازه و وزن آلاینده ها  ، آن ها را از خود عبور داده و یا دور ریز می کند.

هر آلاینده ای که وزن مولکولی بیش از 200 داشته باشد ، توسط یک سیستم RO مناسب دور ریز خواهد شد (برای تقریب به ذهن جالب است بدانید که یک مولکول آب دارای MW=18 است).

آلاینده های یونی

به همین ترتیب ، هر چه بار یونی آلاینده ها بیشتر باشد ، احتمال عبور از غشای ممبران RO نیز کمتر خواهد بود.

به عنوان مثال ، یک یون سدیم تنها یک بار (تک ظرفیتی یا تک قطبی) دارد ولی باز هم اجازه عبور از فیلتر ممبران RO را پیدا نمی کند و دور ریز خواهد شد.

همچنین یون های بزرگتر مثل یون کلسیم نیز که دو ظرفیتی یا دو قطبی هست نیز ،قطعا دور ریز خواهد شد.

اسمز معکوس یا RO گاز های موجود در آب مثل CO2 را به دلیل اینکه وزن مولکولی کمی دارند و به خوبی نیز یونیزه نشده اند ، نمی تواند حذف کند.

از آنجا که دستگاه RO  گازها را از بین نمی برد ، PH  آب تولیدی یا تصفیه شده ، بسته به میزان گاز  CO2 موجود در آب خوراک می تواند کمی پایین تر از سطح pH ورودی باشد ، زیرا CO2 به اسید کربنیک تبدیل می شود.( PH آب کاهش می یابد و یا به عبارت ساده ، آب کمی اسیدی تر می شود ).

آب شیرین کن ، RO یا همان اسمز معکوس برای تصفیه آب های لب شور ، چاه ، سطحی و زیرزمینی برای حجم های بزرگ و کوچک بسیار مؤثر و کارا ست.

برخی از صنایعی که از آب RO استفاده می کنند عبارتند از :

صنایع دارویی ، آب خوراک بویلر ها و مبدل های حرارتی ، آب خوراک چیلر ها و کولینگ تاور ها ، صنایع مواد غذایی و آشامیدنی ،صنایع فلز کاری و آبکاری فلز ، صنایع تولید نیمه هادی و …

محاسبات طراحی و عملکرد اسمز معکوس

تعداد زیادی محاسبه وجود دارد که برای قضاوت در مورد عملکرد یک دستگاه RO و همچنین برای ملاحظات طراحی استفاده می شود. سیستم RO دارای ابزاری است که کیفیت ، جریان ، فشار و بعضی اوقات داده های دیگر مانند دما یا ساعت کار را نشان می دهد. برای اندازه گیری دقیق عملکرد سیستم RO ، حداقل به پارامترهای عملکرد زیر نیاز دارید:

1.فشار فید یا خوراک

2.فشار آب تصفیه شده

3.فشار متمرکز ( فشار پساب )

4.هدایت الکتریکی آب خوراک EC

5.هدایت الکتریکی آب تصفیه شده EC

6.جریان فید

7.جریان آب تولید

8.دما

درصد دفع نمک

این معادله به شما می گوید که غشاهای RO چه تاثیری در از بین بردن آلودگی ها دارند. این به شما نمی گوید که چگونه هر یک از غشاهای فردی عملکرد خود را انجام می دهد ، بلکه به صورت تقریبی نحوه عملکرد کلی سیستم را توضیح میدهد.

یک سیستم RO با طراحی مناسب و با عملکرد مناسب غشاهای RO حدود 95٪ تا 99٪ آلاینده های آب فید را دفع می کند (که اندازه و بار خاصی دارند). با استفاده از معادله زیر می توانید میزان مؤثر بودن غشاهای ROو حذف آلودگی ها را محاسبه کرد.

درصد دفع نمک  =  (هدایت الکتریکی آب خام – هدایت الکتریکی آب تصفیه شده) ÷ هدایت الکتریکی آب خام  * 100

هرچه میزان دفع نمک بیشتر باشد ، سیستم RO عملکرد بهتری دارد. کمبود نمک می تواند به این معنی باشد که غشاها به تمیز کردن یا تعویض نیاز دارند.

درصد عبور نمک

این قضیه برعکس دفع نمک است که در معادله قبلی توضیح داده شده است. این مقدار ذکر شده در واقع درصد نمکی است که که از سیستم RO عبور می کند. هرچه میزان عبور نمک کمتر باشد ، عملکرد سیستم نیز بهتر می شود. عبور بالای نمک می تواند به این معنی باشد که غشاها به تمیز کردن یا جایگزینی نیاز دارند.

درصد عبور نمک = درصد دفع نمک – 1

ریکاوری (درصد بهبود)

درصد بازیابی مقدار آبی است که به عنوان آب شیرین تولید میشود. روش دیگر برای بازیابی درصد ، مقدار آبی است که به عنوان کنسانتره برای تخلیه ارسال نمی شود ، بلکه به عنوان آب شیرین کن صنعتی جمع آوری می شود. بهبود درصد بیشتر به این معنی است که شما آب کمتری را برای تخلیه به عنوان کنسانتره و صرفه جویی در آب شیرین بیشتر ذخیره می کنید.

با این حال ، اگر درصد بهبودی برای طراحی RO بسیار زیاد باشد ، می تواند به دلیل مقیاس پذیری و رسوب ، منجر به مشکلات بزرگتری شود. بازیابی درصد برای سیستم RO با کمک نرم افزارهای طراحی با در نظر گرفتن عوامل متعددی مانند شیمی آب فید و تصفیه RO قبل از سیستم RO ایجاد می شود.

درصد بازیابی

بنابراین درصد بازیابی مناسب که در آن RO باید فعالیت کند بستگی به آنچه برای آن طراحی شده است دارد. با محاسبه درصد بازیابی می توانید به سرعت تعیین کنید که آیا سیستم خارج از طرح مورد نظر عمل می کند یا خیر.

ریکاوری  =  ( نرخ جریان یا دبی آب تولید  ÷ نرخ جریان یا دبی آب خام  ) * 100

به عنوان مثال ، اگر میزان بازیابی 75٪ باشد ، این بدان معنی است که به ازای هر 100 گالن آب فید وارد شده در سیستم RO ، 75 گالن را به عنوان آب شیرین قابل استفاده بازیابی می کنید و 25 گالن به عنوان کنسانتره تخلیه می شوند. تصفیه آب اسمز معکوس (سیستم های RO صنعتی) به طور معمول بسته به خصوصیات آب فید و سایر ملاحظات طراحی از 50٪ تا 85٪ بازیافت را انجام می دهند.

فاکتور غلظت

فاکتور غلظت مربوط به بازیابی سیستم RO است و یک معادله مهم برای طراحی سیستم RO است. درصد آب بیشتر به عنوان آب تصفیه شده  (درصد بالاتر بهبودی)  باعث میشود که نمک ها و آلودگی های غلیظ تر در جریان کنسانتره جمع بشود.  هنگامی که ضریب غلظت برای طراحی سیستم و ترکیب آب فید خیلی زیاد است این قضیه می تواند به پتانسیل بالاتری برای پوسته پوسته شدن روی سطح غشای دستگاه RO منجر شود.

این مفهوم تفاوتی با دیگ بخار یا برج خنک کننده ندارد. هر دوی آنها آب خروج از سیستم (بخار) را تصفیه کرده و در آخر محلول غلیظی را از بین میبرند. با افزایش درجه غلظت ، محدودیت های حلالیت ممکن است از سطح تجهیزات فراتر برود و رسوب در سطح تجهیزات ایجاد شود.

به عنوان مثال ، اگر جریان فید شما 100 گرم در دقیقه و جریان نفوذی شما 75 گرم در دقیقه باشد ، پس ریکاوری (75/100) x 100 = 75٪ است. برای یافتن فاکتور غلظت ، فرمول 1 ÷ (1/75٪) = 4 خواهد بود.

غلظت 4 به معنای این است که آب به سمت جریان کنسانتره 4 برابر بیشتر از آب فید می باشد. اگر آب فید در این مثال 500 ppm باشد ، جریان کنسانتره 500 x 4 = 2000 ppm خواهد بود.

شار – فلاکس

به عنوان مثال ، موارد زیر را دارید:

سیستم RO در حال تولید 75 گالن در دقیقه (gpm) از آب تصفیه شده است. شما 3 وسل RO دارید و هر وسل دارای 6 غشای RO است. بنابراین شما در کل 3 6 6 = 18 غشاء دارید. نوع غشایی که در سیستم RO دارید یک Dow Filmtec BW30-365 است. این نوع غشای RO یا عنصر دارای 365 فوت مربع مساحت است.

فورمول اندازه گیری فلاکس 

این بدان معنی است که 16 گالن آب در هر فوت مربع از هر غشای RO در روز عبور می کند. این تعداد بسته به نوع شیمی آب فید و طراحی سیستم می تواند خوب یا بد باشد. در زیر یک قانون کلی برای دامنه شار برای آبهای مختلف منبع وجود دارد و می توان با کمک نرم افزار طراحی RO بهتر تعیین کرد. اگر در مثال بالا از ممبران Dow Filmtec LE-440i RO استفاده کرده بودید ، این شار 14 خواهد بود. بنابراین مهم است که در چه نوع غشایی استفاده شود و سعی کنید نوع غشاء را در کل سیستم حفظ کنید. .

منبع تغذیه آب                   Gfd

پساب فاضلاب                   5-10

آب دریا                            8-12

آب لب شور سطحی          14-10

آب لب شور چاه                14-18

آب تصفیه شده RO        20-30

تعادل جرمی

از این معادله برای تعیین اینکه آیا جریان و کیفیت ابزار شما به درستی در حال خواندن است یا به کالیبراسیون نیاز دارد استفاده می شود. اگر سازهای شما به درستی نمی خوانند ، گرایش داده های عملکردی که جمع می کنید بی فایده است.

برای انجام محاسبات تعادل انبوه باید داده های زیر را از یک تصفیه آب اسمز معکوس (سیستم RO ) جمع آوری کنید:

• دبی یا جریان فید (gpm)
• دبی یا جریان آب تولید (gpm)
• دبی یا جریان پساب (gpm)
• رسانایی یا هدایت الکتریکی آب خام (μS)
• رسانایی یا هدایت الکتریکی آب تولید (μS)
• رسانایی یا هدایت الکتریکی پساب (μS)

معادله تعادل جرم

(جریان خوراک 1 x رسانایی خوراک) = (نفوذ جریان x هدایت نفوذ) + (جریان کنسانتره * هدایت کنسانتره)

به عنوان مثال ، اگر داده های زیر را از سیستم RO جمع آوری کرده اید:

جریان 5 گرم در دقیقه

رسانایی خوراک 500 µS

هدایت نفوذ 10 میکرومتر

کنسانتره جریان 2 gpm

هدایت کنسانتره 1200 µS

سپس معادله تعادل انبوه خواهد بود:

(7 500 500) = (5 x 10) + (2 * 1200)

3500 ≠ 2450

سپس تفاوت را پیدا کنید :

(تفاوت / جمع) 100 پوند

= %18((3500 – 2،450) / (3500 + 2،450)) * 100

اختلاف 5/5٪ + خوب است. تفاوت 5/5 + تا 10٪ به طور کلی کافی است. تفاوت بیشتر از 10/10 قابل قبول نیست و برای اطمینان از جمع آوری داده های مفید ، کالیبراسیون ابزار RO لازم است. در مثال بالا ، معادله تعادل جرم RO از محدوده خارج می شود و نیاز به توجه دارد.