آب شیرین کن اسمز معکوس

اسمز معکوس تصفیه آب یکی از روش های پر کاربرد در فرآیند های جداسازی ترکیبات آب است. شیرین سازی آب دریا، از موارد مهم استفاده از تکنولوژی اسمز معکوس می باشد. اسمز معکوس از روش های اصلی شیرین سازی آب در کنار روش های مانند تقطیر، الکترو دیالیز، دیونایزور و . . . می باشد که در مقیاس های آزمایشگاهی، شهری و صنعتی مورد استفاده قرار می گیرد. نام دیگر اسمز معکوس ، آب شیرین کن صنعتی می باشد که کاربرد فراوان با نام های تجاری آب شیرین کن کشاورزی خانگی صنعتی هسته ای و خورشیدی شناخته می شود.

سیستم های آب شیرین کن صنعتی ( اسمز معکوس ) موجود در بازار ، ظرفیتی بین 10 لیتر در روز الی 40 مترمکعب در دقیقه را دارا می باشند. آب شور بر پایه میلی گرم بر لیتر نمک انواع مختلفی دارد که سیستم اسمز معکوس توانایی تصفیه انواع آب را دارد . البته با افزایش غلظت نمک هزینه های تصفیه توسط اسمز معکوس افزایش خواهد یافت

اسمز معکوس به زبان ساده

تاریخچه کاربرد روش اسمز معکوس به سال 1950 بر می گردد که آزمایش های توسط رید و برتون در دانشگاه فلوریدای آمریکا انجام پذیرفت. نخستین غشا اسمز معکوس از سلولز استات ساخته شد و در اواخر سال های 1960 روش اسمز معکوس به صورت تجاری مورد استفاده قرار گرفت. هم اکنون نیز برای غشاهای رایج مورد استفاده در اسمز معکوس می توان از پلی آمید و سلولز استات نام برد.

پدیده اسمزی

شناخت پدیده اسمز معکوس نیازمند شناسایی خاصیت اسمزی است. به طور کلی انتقال جرم از یک محیط به محیط دیگر در اثر اختلاف غلظت و یا به عبارت بهتر در اثر اختلاف پتانسیل شیمیایی، به وجود می آید. اسمز معکوس یکی از فرایندهایی است که نمک زدایی (یا حذف نمک از آب دریا) را ممکن می کند. فراتر از آن، از اسمز معکوس برای بازیافت، تصفیه فاضلاب استفاده می شود و حتی می تواند انرژی تولید کند.

احتمال اینکه نشت مواد آلی از غشای دستگاه اسمز معکوس حذف گردد چنانچه آب دوست باشند امکان پذیر نیست اگر مقدار نشت مواد آلی از دستگاه اسمز معکوس حداقل گردد مقدار نشتی باقیمانده می تواند همراه با توانایی دستگاه اسمز معکوس برای خروج آلودگی های آلی وارد شده محو گردد نتیجه استفاده از یک طراحی خوب و دستگاه اسمز معکوس ساخته شده برای صافی DI باید به کاهش آلودگی کل مواد آلی منجر شود.

مسائل مربوط به آب به یک تهدید جهانی شدیداً مبرم تبدیل شده است. با تغییرات آب و هوایی ، تأثیرات زیست محیطی بی سابقه ای به وجود می آید: جاری شدن سیل در برخی مناطق ، خشکسالی در مناطق دیگر ، بالا رفتن و پایین آمدن سطح دریا. خطر اضافه جمعیت - و تقاضا و آلودگی جمعیت متورم - را به این موارد اضافه کنید و آب به یکی از مهمترین مسائل زیست محیطی برای تماشای در نسل بعدی تبدیل می شود.

گروه صنعتی آریاب تولید کننده انواع تجهیزات تصفیه آب صنعتی و تولید کننده و وارد کننده انواع مواد شیمیایی مربوطه می باشد.برای خرید و استعلام قیمت تماس بگیرید.

اسمز معکوس یعنی چه

خاصیت اسمزی به عبور یک حلال از بخش محلول رقیق به بخش محلول غلیظ (برای متعادل سازی غلظت) از درون یک غشا نیمه تراوا گفته می شود. غشای نیمه تراوا در اسمز معکوس با استفاده از انتخاب پذیری فقط ملکول های آب را عبور می دهد و اجازه عبور یون های نمک را به دلیل  اندازه بزرگ آنها نمی دهد.

فشار اسمزی و اسمز معکوس

اگر دو ظرف با ارتفاع مساوی یکی حاوی آب خالص و دیگری حاوی آب نمک غلیظ از طریق غشا نیمه تراوا با یکدیگر در ارتباط باشند به دلیل وجود تمایل به یکسان نمودن غلظت ها در دو بخش، ملکول های آب از بخش محلول رقیق از غشا عبور نموده و درون محلول غلیظ نفوذ می کند و در نتیجه سطح مایع در بخش غلیظ افزایش می یابد. انتقال مولکول های آب از درون غشا تا آنجا ادامه پیدا می کند که اختلاف سطح مایع ( به عبارت دیگر اختلاف فشار) در دو بخش مانع از حرکت مولکول های آب شود.

اختلاف فشار در بخش جدا شده توسط غشا که در آن از جریان خالص مولکول های آب جلوگیری می کند، را فشار اسمزی می نامند. فشار اسمزی سبب ایجاد تعادل بین دو بخش می شود. حال چنانچه فشاری بیش از فشار اسمزی به بخش محلول غلیظ وارد شود، عکس پدیده اسمزی بروز می کند، به عبارت دیگر آب از بخش محلول غلیظ تر به بخش محلول رقیق تر جریان می یابد، این پدیده را اسمز معکوس می نامند.

فشار اسمزی با غلظت املاح موجود در محلول نسبت مستقیم دارد. به عنوان مثال در محلول آب نمک به ازا افزایش غلظت نمک به میزان هر یک میلی گرم در لیتر، فشار اسمزی به میزان 0.01 Psi افزایش می یابد.

نکته مهمی که در پدیده اسمز معکوس  باید توجه داشت این است که در اثر عبور مولکول های آب از محلول غلیظ به رقیق، غلظت در محلول غلیظ بیشتر می شود در نتیجه فشار اسمزی افزایش می یابد و فشار اعمال شده به محلول غلیظ برای انجام  پدیده اسمز معکوس بیشتر می شود.

نحوه کار روش اسمز معکوس

اسمز معکوس چگونه کار می کند؟

برای درک نحوه کارکرد اسمز معکوس ، اجازه دهید ابتدا نحوه عملکرد اسمز را توضیح دهیم. بیایید با 2 فنجان شروع کنیم، یکی آب ساده دارد، دیگری آب و آلاینده ها در آن حل شده است. سپس از یک لوله U استفاده می شود، که به شکل یک لیوان به شکل U است.

درست در وسط لوله، کمی Gore-Tex را تصور کنید که U را به نصف می کند. Gore-Tex "غشای نیمه نفوذ پذیر" ما است. Gore-Tex یک پلاستیک نازک است و دارای یک میلیارد سوراخ کوچک است که باعث می شود بخار آب از آن عبور کند ، اما مایع به بیرون بماند.

در یک بازوی لوله U آب ساده ریخته می شود و در بازوی دیگر آب آلوده قرار دارد. این زمانی است که روند اسمز شروع می شود. با حرکت آب ساده از طریق Gore-Tex، سطح مایعات در بازوی آب آلوده به آرامی افزایش می یابد تا دو طرف بازو در نسبت آلودگی به آب برابرتر شوند.

در اصل اسمز معکوس روشی برگرفته از مفهوم فشار اسمزی است. یعنی  با اعمال فشاری بیشتر از فشار اسمزی آب را از غشا عبور می دهند، آب خالص  از غشا عبور کرده و یون ها محلول در آب پشت غشا تجمع می یابند. به این ترتیب آب خام ورودی تصفیه شده و یون های خود را از دست می دهد و از سیستم اسمز معکوس خارج می شود. بخشی اندکی از آب که غلظت بالایی دارد تحت عنوان آب غلیظ شده از سوی دیگر سیستم اسمز معکوس خارج می شود.

گروه صنعتی آریاب تولید کننده انواع تجهیزات تصفیه آب و فاضلاب و تولید کننده و وارد کننده انواع مواد شیمیایی مربوطه می باشد.برای خرید و استعلام قیمت تماس بگیرید.

فرایند آب شیرین کن اسمز معکوس

سیستم اسمز معکوس نیازمند مراحل مختلفی است که بسته به کیفیت آب ورودی ، تعدادی از مراحل زیر (نه همه آنها) برای سیستم تصفیه اسمز معکوس طراحی می شود. در ادامه بخش های گفته شده، نحوه عملکرد آنها و کاربرد آنها در اسمز معکوس به صورت مجزا توضیح داده خواهد شد

مراحل مختلف تصفیه اسمز معکوس

فرایند تصفیه به روش اسمز معکوس از عملیات زیر تشکیل شده است:

1. تصفیه مقدماتی (پیش تصفیه) در اسمز معکوس

تصفیه مقدماتی در اسمز معکوس، جهت استفاده بهینه از غشاها و افزایش زمان کارکرد غشا انجام می گیرد. تمام مراحل نمایش داده شده در شکل تا قبل از پمپ فشار قوی، همه جز مراحل پیش تصفیه اسمز معکوس هستند. این نشان دهنده اهمیت پیش تصفیه در سیستم اسمز معکوس است. توضیح مراحل به شرح زیر است:

• حذف ذرات درشت که قابل ته نشینی می باشد: این ذرات می توانند باعث گرفتگی سریع غشاهای اسمز معکوس شوند به این ترتیب برای حذف این ذرات از تزریق منعقد کننده استفاده می شود. منعقد کننده های متفاوتی مانند آلوم یا کلرو فریک برای این کار موجود است که می توان از آن ها در فرآیند اسمز معکوس استفاده کرد.
• حذف میکرو ارگانیزم ها: میکرو ارگانیزم ها همانند باکتری ها می تواند موجب گرفتگی غشاهای اسمز معکوس شوند. حتی در برخی موارد، آنزیم های ترشح شده از میکرو ارگانیزم ها بر روی غشاها اثر تخریبی داشته است. به این منظور آب ورودی به اسمز معکوس، به وسیله تابش ماورا بنفش و یا کلرین ضدعفونی شود.
• جداسازی ذرات جامد معلق  موجود: مواد معلق و کلویید موجود در آب سبب گرفتگی غشای اسمز معکوس می شوند. برای حذف ذرات معلق و کلوییدی از فیلتر شنی یا کارتریج استفاده می شود تا اندیس گرفتگی آب عبوری از روی غشای اسمز معکوس به زیر حد مجاز تعیین شده برای غشای فرآیند برسد. 
• شاخص چگالی سیلت (SDI): پارامتر میزان کدورت و یا سایر روش های که مقدار ذرات معلق را اندازه می گیرند، نمی توانند اثر ذرات ریز کلوییدی را روی غشا نشان دهند. شاخص چگالی سیلت (SDI)، رایج ترین پارامتر برای تعیین پتانسیل رسوب دهی غشای سیستم اسمز معکوس می باشد. بر اساس داده های عملی و تجربی مقادیر SDI کمتر از 3 میزان رسوب دهی کم را نشان می دهد. مقادیر SDI بین 3 تا 5 نمایانگر میزان رسوب دهی نرمال می باشد و چنانچه SDI از 5 بزرگتر باشد پتانسیل رسوب دهی بالاست.
• حذف کلر: کلر اثر بسیار مخربی روی غشاهای فرایند اسمز معکوس دارد. اگر برای ضد عفونی آب ورودی از کلرین استفاده شده باشد لازم است کلرین اضافی از آب ورودی به غشاهای اسمز معکوس حذف شود این کار با استفاده از فیلتر کربن انجام می پذیرد.
• تنظیم PH: تنظیم PH به منظور افزایش عمر غشای سیستم اسمز معکوس و جلوگیری از رسوب کردن برخی از املاح ضروری است. عمر مفید غشا در PH نامناسب به دلیل هیدرولیز شدن به مقدار زیادی کاهش پیدا می کند. PH مناسب برای غشاهای پلی آمیدی موجود در اسمز معکوس بین 4 تا 11 و برای سلولز استات بین 4.5 تا 6.5 است. لذا بهره برداری از غشاهای سلولز استات در اسمز معکوس ، نیاز به دقت زیادی دارد.
• تنظیم دما: دمای نامناسب نیز سرعت هیدرولیز شدن غشای اسمز معکوس را افزایش می دهد. به همین دلیل تنظیم دمای آب ورودی نیز امری بسیار مهم است. معمولا دمای مناسب بین 20 تا 25 درجه است. حداکثر دمای قابل تحمل برای دو غشای اسمز معکوس به شرح زیر است. غشای سلولز استات 30 و غشای پلی آمید 35 درجه سانتی گراد است.
• کنترل عوامل رسوب کننده: مواد اکسید شونده  همانند اکسید ها و هیدروکسید های آهن، منگنز و سیلیس می توانند در طی فرآیند املاح زدایی با رسوب نمودن روی غشا مشکلاتی را به وجود آورند و در نتیجه کارایی غشای فرآیند اسمز معکوس را کاهش دهند. ترکیب هگزا متا فسفات را می توان برای کنترل این عوامل رسوب کننده، مورد استفاده قرار داد.
• سختی گیری اولیه: می توان برای کاهش بار روی ممبران های اسمز معکوس بخشی از سختی آب ورودی را توسط سختی گیر رزینی کاهش داد. سختی گیر رزینی می تواند با حذف یون های کلسیم و منیزیم از آب احتمال رسوب بر روی غشای RO را از بین ببرد. و نیاز به مواد ضد رسوب (آنتی اسکالانت) یا اسید را در ورودی آب RO از بین ببرد.

خرید اسمز معکوس (RO) آریاب

نکته بسیار مهم: همان طور که پیش تر گفته شد با توجه به کیفیت آب ورودی تعدادی از مراحل گفته شده به عنوان پیش تصفیه، در مدار تصفیه آب صنعتی اسمز معکوس قرار داده می شود.

2. افزایش فشار ( پمپ فشار قوی) اسمز معکوس

آب تغذیه بعد از انجام تصفیه مقدماتی که در فوق گفته شد به وسیله یک پمپ فشرده می شود تا پتانسیل عبور از غشای اسمز معکوس را دارا باشد. سپس آب پر فشار به سمت ممبران های سیستم اسمز معکوس هدایت می شود. حداکثر فشار مجاز برای غشاهای پلی آمید 28 اتمسفر و برای سلولز استات 60 اتمسفر می باشد. این حداکثر فشار غشاهای اسمز معکوس با توجه به تجهیزات مورد استفاده تعیین می شود.

برای به حرکت در آوردن آب برخلاف جهت حرکت عادی آن باید نیرویی به آن وارد کرد که نه تنها از حرکت آب در آن جهت جلوگیری کند بلکه آب را در جهتی که خواست ما است به حرکت در آورد. پمپ مورد استفاده در دستگاه اسمز معکوس باید نیرویی بالاتر از فشار اسمزی را وارد کند تا آب را در خلاف جهت حرکت اسمز به حرکت در آورد.

یک شیر کنترل به منظور تنظیم فشار در اسمز معکوس مورد استفاده قرار می گیرد. برای آب های با TDS بالا که نیاز به تامین فشار بالا در اسمز معکوس است لازم است از غشا از جنس سلولز استات انتخاب شود.

میزان افزایش فشار باید به گونه ای باشد تا بر فشار اسمزی (قابل محاسبه از طریق روابط)، افت فشار ناشی از عبور از منافذ غشا و فشار تراویده غلبه کند. اگر میزان افزایش فشار را در دبی آب ورودی ضرب کنیم توان مورد نیاز جهت پمپ آب به سیستم اسمز معکوس محاسبه شده و از این طرق می توان پمپ مناسب جهت سیستم اسمز معکوس را انتخاب کرد. پمپ مناسب برای اسمز معکوس پمپی است که توان واقعی آن بیشتر از توان محاسبه شده باشد.

3. مجموعه‌ی غشاها (ممبران ها) در اسمز معکوس

قسمت اصلی تصفیه آب در سیستم های اسمز معکوس ، غشاهای این سیستم شیرین سازی آب می باشند. ممبران ها در اسمز معکوس عمل حذف یون ها را از آبی که مراحل پیش تصفیه روی آن انجام شده است را انجام می دهد.

غشاها و یا ممبران های اسمز معکوس در شکل ها و جنس های مختلفی تولید شده است که روی مدول ها سوار می شوند. از غشا های پرکاربرد در سیستم اسمز معکوس می توان پلی آمید و سلولز استات را نام برد. غشا های دیگری همچون پلی پروپیلن، سلولز نیترات، سلولز تری استات، پلی سولفون و بسیاری دیگر نیز وجود دارند، که قابل استفاده در فرآیند اسمز معکوس می باشند. یکی از مشکلات متداول در مورد ممبران های RO پدیده رسوب گذاری است که می تواند ممبران ها را از کار بیندازد.

4. واحد شستشوی خودکار CIP در اسمز معکوس

در مواردی که افت فشار سیستم اسمز معکوس از حد معینی که از سوی سازنده سیستم تعیین می گردد فراتر رود، تصفیه به روش اسمز معکوس متوقف گردیده و این بخش به صورت خود کار مطابق توضیحاتی که در ادامه داده خواهد شد شروع به شستشو و پاک سازی ممبران های اسمز معکوس خواهد کرد. در مواقعی که سیستم اسمز معکوس برای چند روز کار نکند نیز، قبل از استارت باید غشا شسته شود.

شستشوی بستر RO به این دلیل انجام می شود که روی ممبران های RO رسوب ایجاد شده است که باعث کاهش کارایی RO می شود.

شستشوی اسمز معکوس با آنتی اسکالانت

سایر اجزای سیستم اسمز معکوس

• مدول ها: غشا های مورد استفاده در اسمز معکوس فوق العاده حساس و صدمه پذیرند. به دلیل فشار بالای سیستم اسمز معکوس از قاب ها یا مدول ها استفاده می شود. قاب ها محفظه ای مستحکم فلزی و یا پلیمری هستند که غشای اسمز معکوس را در خود جای می دهند. قاب ها سطح وسیعی از سطح غشا را در حجم پایینی جای می دهند و وظیفه هدایت سیال را در اسمز معکوس عهده دار هستند.
• غشا ها: غشاهای اسمزی صنعتی از مواد پلیمری مختلفی ساخته می شوند و از لحاظ شکل هندسی و مواد به کار رفته متنوع هستند. غشا های اسمز معکوس عبارتند از:

1. غشاهای لوله ای: بیشتر از جنس سلولز استات هستند.

1. غشا های حلزونی: بیشتر از جنس سلولز استات هستند.

1. غشا های الیافی: بیشتر از جنس غشای پلی آمید هستند.

• ابزار دقیق و وسایل اندازه گیری: لوازم کنترل اتوماتیک فشار، دما، PH، هدایت سنج الکتریکی، مانومتر و جریان سنج ها از دیگر لوازم به کار رفته در یک سیستم اسمز معکوس است.

گروه صنعتی آریاب تولید کننده انواع تجهیزات تصفیه آب و فاضلاب و تولید کننده و وارد کننده انواع مواد شیمیایی مربوطه می باشد.برای خرید و استعلام قیمت تماس بگیرید.

شستشوی غشا ها

کارایی سیستم اسمز معکوس بعد از مدتی کارکرد به صورت کاهش آبدهی سیستم و نیاز به افزایش اختلاف فشار به منظور تامین آبدهی مورد نظر کاهش می یابد. کاهش کارایی اسمز معکوس به دلایل مختلف از جمله وجود مواد آلی در آب می تواند باشد که این مواد یا با جذب غشا شدن و یا با یونیزه شدن، میزان آب دهی فرآیند اسمز معکوس را کم می کند. در این حالت برای بازگشت ممبران ها به حالت اولیه در اسمز معکوس از دو روش زیر استفاده می کنیم:

• شستشوی معکوس با آب نرم: سیستم اسمز معکوس در حال بهره برداری می تواند رسوبات کربنات ها، سولفات ها، مواد بیولوژیکی، ذرات کلوییدی و مواد غیر محلول آلی را بر روی غشاها تشکیل دهد با توجه به شرایط دما و فشار یکسان در مقایسه با شروع بهره برداری، افزایش افت فشار در غشا ها و کاهش تولید آب به طور هم زمان مبین نیاز به شستشوی فیلتر ها است. در این حالت لازم است با شستشوی معکوس، فیلتر ها تمیز گردند و سپس بهره برداری در شرایط متعارف تجدید گردد. ضمنا در مواقعی که سیستم اسمز معکوس برای چند روز متوقف شود هم، قبل از شروع مجدد باید غشای اسمز معکوس با آب نرم شسته شود. 
• شستشوی شیمیایی غشاها: در دما و فشار یکسان و شرایط متعارف بهره برداری یکی از حالات زیر رخ دهد:

1. افزایش افت فشار آب تغذیه و آب غلیظ شده به میزان 15 درصد
2. کاهش دبی آب تولیدی به میزان 10 درصد

آنگاه برای برگشت شرایط به حالت عادی از شستشوی شیمیایی غشا ها استفاده می شود. شستشوی شیمیایی غشاها توسط آب تصفیه شده توسط سیستم اسمز معکوس انجام می شود. مناسب ترین دمای شستشوی غشاهای پلی آمید 30 و سلولز استات 25 درجه سانتی گراد می باشد.

مزایای استفاده از روش اسمز معکوس

• راندمان بالا آب تولیدی با استفاده از روش اسمز معکوس
• تولید آب نرم  با دبی های متفاوت و بسته به نیاز مشتری
• هزینه عملیاتی پایین در سیستم اسمز معکوس نسبت به سایر روش های شیرین سازی آب
• عمر مفید زیاد سیستم اسمز معکوس

رسوب ممبران

یکی از پدیده های که ممبران ها را دچار مشکل می کندو گاه آن ها را از کار می اندازد؛ پدیده رسوب روی ممبران ها است که از سختی آب ناشی می شود. به سه روش می پدیده رسوب روی ممبران ها را کاهش داد یا از بین برد:

1. استفاده از سختی گیر رزینی
2. اسیدی کردن آب ورودی
3. استفاده از آنتی اسکالانت

استفاده از دستگاه سختی گیر رزینی

دستگاه سختی گیر رزینی با استفاده از رزین کاتیونی قوی؛ یون های کلسیم و منیزیم آب را با یون سدیم تعویض می کند. سختی گیر رزینی بهترین گزینه برای جلوگیری از رسوب روی ممبران های دستگاه RO است. معمولا افزون بر استفاده از سختی گیر رزینی از سیستم تزریق آنتی اسکالانت نیز برای جلوگیری از رسوب گذاری بهره می گیرند.

اسیدی کردن آب ورودی

استفاده از اسید می تواند از رسوب گذاری نمک های کلسیم دار جلوگیری کند. کلسیم بیشترین غلظت را در میان کاتیون های محلول در آب دارا است بنابر این استفاده از اسید نیز برای جلوگیری از رسوب قابل انجام است.