دامنه تغییرات کل جامدات محلول در آب دریاها از 35100 میلی در لیتر در حالت استاندارد تا بیش از 46000 میلی‌گرم در لیتر در خلیج فارس است. به منظور تولید آب قابل استفاده برای مصرف بشر باید بیش از 98.5 درصد از این نمک‌ها خارج شود . تمام فرآیندهای آب شیرین کن شامل دو نوع آب خروجی است، یکی جریان آب شیرین تولیدی که در اصل همان آب تصفیه شده می‌باشد و دیگری جریان پساب غلیظ شده شده با آب‌نمک می‌باشد.
در طی سال های 1950 و اوایل دهه 1960 پدیده اسمز معکوس به عنوان روش علمی برای آب شیرین کن توسعه یافت. پیشرفت‌های اخیر که در زمینه فناوری غشایی صورت گرفته است و نیز میزان کارایی بالای آن به کاربرد وسیع آن منجر شده است به طوری که این روش بیش از 50 درصد ظرفیت آب شیرین کن دنیا را تحت پوشش قرار داده‌اند.
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 فرایند برای تهیه آب آشامیدنی از آب‌هایی که حاوی املاح معدنی زیاد و ناخالصی‌های آلی می‌باشد.
شکل (2): دستگاه آب شیرین کن ( اسمز معکوس )
تئوری آب شیرین کن
پدیده اسمز معکوس زمانی اتفاق می افتد که آب از یک محلول رقیق‌تر حرکت کرده و از غشای نیمه تراوا عبور کند و وارد محلول با غلظت بیشتر شود و آن را رقیق سازد. جریان آب خالص از محلول رقیق تر به محلول غلیظ تر همچنان ادامه یابد تا زمانی که غلظت‌ها به تعادل برسند.
چنان چه فشار بیشتری از فشار اسمزی وارد کنیم جریان معکوس شده و بدین ترتیب جریان آب خالص از طرف محلول با غلظت بیشتر تولید می‌شود.
مرحله (1): اسمز - آب خالص وارد شده و محلول غلیظ‌تر می‌شود
مرحله (2): تعادل اسمز - بدون جریان
مرحله (3): اسمز معکوس - آب خالص از محلول غلیظ تر وارد محلول رقیق‌تر می‌شود
پدیده‌ی اسمز معکوس و اسمز
شرح مفصل سیستم کامل تصفیه آب به روش اسمز معکوس
اسمز معکوس RO) روشی از تصفیه آب است که شامل بخش مختلفی است که به شرح ذیل می باشد:
1. پیش تصفیه 2. بخش تامین فشار 3. بخش المان ممبرین که بخش بعد از تصفیه می باشد.
وجود پیش تصفیه ای موثر برای آب خوراکی، افزایش بازدهی و طول عمر سیستم های اسمز معکوس، ضروری است. انتخاب پیش تصفیه مناسب، بازدهی و طول عمر ممبرین افزایش می یابد.
عواملی که منجر به کاهش طول امر دستگاه آب شیرین کن می شود شامل موارد زیر می باشد:
· جرم گرفتگی
· رسوب گرفتگی
· تخریب ممبرین
کارکرد غشا در سیستم اسمز معکوس
غشا به عنوان قلب سیستم Reverse Osmosis و دیواره‌ای است که جداسازی جامدات محلول به وسیله‌ی آن صورت می‌گیرد. در واقع غشاهای مورد استفاده در روش اسمز معکوس از مولکول‌های آلی با زنجیرهای طولانی یا پلیمر ساخته شده است که به آب اجازه عبور می‌دهد.
انواع غشا اسمز معکوس
دو نوع از معمول‌ترین انواع غشاهای Reverse Osmosis آن‌هایی هستند که از استات سلولز و پلیمرهای پلی امید ساخته شده است.
ساختار غشا اسمز معکوس
غشاهای Reverse Osmosis اغلب به صورت ورقه‌های مسطح بود که در بین آنها شبکه جداکننده توری شکلی که وظیفه توزیع بهتر آب و همچنین حمایت غشا در برابر فشار زیاد را نیز دارد، قرار می‌گیرد.
نحوه‌ی کارکرد اسمز معکوس
نحوه‌ی کارکرد اسمز معکوس به این ترتیب می‌باشد که آب ورودی به کمک پمپ به محفظه که غشاها در آن قرار دارند منتقل می‌شوند و به دلیل وجود فشار اسمزی قبل از غشاها آب خالص از غشای اسمز معکوس عبور کرده و نمک‌ها و املاح در پشت غشا تجمع یافته و نهایتاً این شوراب از سیستم خارج می‌شود.
در واقع آب ورودی با فشار از قسمت بیرونی غشاها وارد شده و با از دست دادن املاح وارد لوله مرکزی انتقال آب تصفیه شده می‌شود. شور آب خروجی داری املاح محلول با غلظت بسیار زیاد می‌باشد.
اجزای سیستم اسمز معکوس
یک سیستم اسمز معکوس شامل اجزا اصلی زیر است:
- واحد پیش تصفیه
- پمپ فشار بالا
- مجموعه‌ی غشاها
- واحد شستشوی خودکار CIP
واحد پیش تصفیه
در این واحد از اسمز معکوس معمولا از فیلتر شنی و فیلتر کربن به منظور جداسازی ذرات بزرگ‌تر و همچنین برای از بین بردن آلودگی‌های میکروبی برای جلوگیری از رسوب‌گذاری بیولوژیک استفاده می‌شود.
پمپ
پمپ در اسمز معکوس به منظور خنثی کردن فشار اسمزی و جبران کردن افت فشار ناشی از وجود غشا و تجهیزات موجود در مسیر مورد استفاده قرار می‌گیرد.
مجموعه غشاها
در واقع کار اصلی تصفیه آب توسط این قسمت انجام می‌شود که شامل پوسته (vessel) و ممبرین های از جنس پلی آمید و پلی استر و ... می‌باشد.
واحد شستشوی خودکار CIP
این واحد در مواقعی که از سیستم اسمز معکوس استفاده نمی‌شود مورد استفاده قرار می‌گیرد.
در سیستم‌های اسمز معکوس از دوزینگ پمپ ها نیز استفاده می‌شود که برای افزودن مواد آنتی اسکالانت و همچنین برای تزریق اسید یا باز استفاده می‌شود.
سیستم cip یا همان سیستم شستشو در محل
سیستم cip به عمل پاک کردن ممبرین سهولت می بخشد یک ورودی جهت آب خوراک و دو خروجی برای آب نفوذ کرده (شیرین شده) و محلول غلیظ شده (پساب) در سیستم اسمز معکوس تاسیسات کاملی می باشد.
فشار کارکرد سیستم
طبق تعریف، اسمز معکوس باید بر فشار اسمزی محلول غلبه نماید. از آنجا که فشار اسمزی محلول با میزان شوری آن تناسب مستقیم دارد. بنابراین شوری منبع تغذیه به عنوان فاکتور اولیه در تعیین فشار کارکرد سیستم اسمز معکوس به کار می‌رود.
فشار کارکرد سیستم علاوه بر میزان شوری آب تغذیه کننده به دمای آب کیفیت آب تولید شده و مشخصات غشا نیز بستگی دارد. اغلب واحدهای آب لب شور در محدوده‌ی 14تا 27 بار کار می‌کند درحالی‌که واحدهای آب دریا معمولاً در فشار 54 تا 80 بار کار می‌کنند.
فشار اسمز معکوس چیست؟
برای تولید فشار اسمز در فرآیند اسمز معکوس، از یک فشار خارجی استفاده می شود. اگر یک غشای نیمه تروا در بین آب با غلظت کم و آب با غلظت زیاد قرار دهیم خاصیت اسمزی ایجاد شده توسط فشار اسمزی باعث می شود آب از غلظت کم به سمت آب با غلظت زیاد برود. تا زمانی این جا به جایی ادامه پیدا می کند که فشار آب در دو طرف غشا به یک اندازه باشد. فشار اسمز معکوس:اگر فشار بیشتر از فشار اسمزی باشد جریان طبیعی آب معکوس می گردد که به آن فشار اسمز معکوس می گویند.
جمع بندی
با توجه به کمبود آب امروزه بسیاری از کشورها به دنبال یافتن روش‌های نوین تصفیه آب هستند که روش اسمز معکوس یکی از روش‌های پیشنهادی می‌باشد چرا که به کمک روش آب شیرین کن ما قادر به تبدیل 35 درصد آب شور (دریا) به آب شیرین می‌باشیم و همچنین قادر به تبدیل 85 درصد آب لب شور به آب شیرین هستیم.
روش اسمز معکوس با توجه به مزیت‌هایی که نسبت به سایر روش‌ها دارد امروزه به شکل گسترده‌ای مورد استفاده قرار می‌گیرد.
جدول ذیل میزان حذف عناصر موجود در آب را توسط ممبرین های TFC نشان می‌دهد. ممبرین های TFC Thin Film Composite بهترین نوع ممبرین هستند که در دستگاه تصفیه آب آکواجوی استفاده می‌شوند.
شکل (3): حذف عناصر موجود در آب توسط ممبرین های TFC موجود در دستگاه اسمز معکوس
مزایای استفاده از اسمز معکوس ساخت شرکت توچال تهویه ایرانیان
- امکان کار مداوم اسمز معکوس بدون نیاز به توقف های ادواری
- راهبری آسان و کاهش هزینه های تعمیرات و نگهداری دستگاه آب شیرین کن
- تهیه آب جهت مصارف آشامیدنی، دارویی، کشاورزی و ...
- مجهز به پمپ CIP جهت شستشوی خودکار ممبران ها
- محاسبات دقیق مربوط به دستگاه اسمز معکوس با استفاده از نرم افزارهای مرتبط (Rosa 7.3 و ...)
- سرعت و دقت بالا در ساخت، نصب و تحویل دستگاه در محل
- دارای شش ماه گارانتی طلایی و ده سال خدمات پس از فروش
- ارائه دفترچه راهنما جهت نگه داری آسان از سیستم
تجهیز سالن پیش تصفیه کارخانه فولاد نطنز
بهینه سازی سیستم اسمز معکوس نتیجه نهایی موارد فوق می باشد
- شدت جریان محصول
- کیفیت محصول ( عدم رد شدن نمک )
- بازیافت محصول
- هزینه های عملیاتی و نگهداری
کیفیت آب مورد نیاز بکار برده شده در بخش بعد از تصفیه صورت می پذیرد. و نکته مهم اینکه مرحله شامل تنظیم pH ، افزودن سختی مجدد و ضد عفونی کردن در نمک زدایی از آب دریا ، می باشد و در تولید آب بسیار خالص ،آب در مرحله بعد از تصفیه معمولا نفوذ کرده و توسط ستون های تبادل یونی به آب بدون یون مبدل می گردد.
سیستم اسمز معکوس
در این بخش، طراحی سیستم قرار دارد این سیستم که شامل لوله های تحت فشار است که به ترتیب خاصی چیده شده، آلمان های ممبرینی می باشد در یکی از پمپ فشار قوی برای وارد کردن آب قابل شرب به لوله های تحت فشار مورد استفاده قرار می گیرد. وسایل دیگر افزودنی شامل وسایل اندازه گیری، لوازم یدکی و ابزار جهت سرویس نیز باید در نظر گرفته شود.
عملکرد سیستم RO اسمز معکوس
این عمل توسط دو عامل صورت می پذیرد:
- 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.
استفاده عملی و کاربردی از اسمز معکوس
اسمز معکوس جزء روش های جداسازی با جریان متقاطع در علم تئوریک محسوب می شود. ولی در حالت عملی تصفیه آب به صورت پیوسته ضروری است. اگر خواهیم اسمز معکوس با آب بسته شده در یک محیط را تحت فشار تصفیه کنیم در تئوری افزایش غلظت املاح در قسمت محلول نمک سبب افزایش فشار اسمزی شده و باید دائم فشار عملیاتی که درواقع فشار پمپ می باشد را زیاد کنیم ولی عملا این کار ممکن نیست. به صورت مستمر مقداری از محلول نمک غلیظ را دستگاه خارج می نماییم تا این مساله رفع گردد و غلظت در قسمت محلول نمک ثابت بماند نکته اینکه جریان ثابت از قسمت غلیظ, پساب دستگاه را تشکیل می دهد.
فرایند اسمز معکوس
یکی از روش های تصفیه آب فرآیند اسمز معکوس می باشد که از یک غشای نیمه تروا برای حذف کردن یون، ملکول و برخی املاح معدنی از آب نوشیدنی مورد استفاده قرار می گیرد.