دستگاه اسمز معکوس چیست ؟ و بررسی اجزا سازنده آن (ویرایش ۲۰۱۸)

    دستگاه اسمز معکوس چیست ؟

    احتمالاً شما به دنبال اطلاعات کاملی درباره دستگاه اسمزمعکوس و یا صحیح ترین راه کارهای علمی برای انتخاب بهترین دستگاه اسمز معکوس هستید.

    مطميناً با خواندن این مطلب به طور کامل با مفهوم دستگاه اسمز معکوس، اجزا سازنده آن و روش نگهداری آن آشنا خواهید شد و  به برتری آن نسبت به سایر دستگاه های تصفیه آب صنعتی پی خواهید برد .

    دستگاه اسمز معکوس (RO) یا همان آب شیرین کن یک روش نسبتاً مقبول تصفیه، در همه صنایعی است که نیاز به آب خالص دارند و می بایست ذرات محلول را از حلال که همان آب می باشد، جدا نمایند. صنایع، استفاده های زیادی از دستگاه اسمز معکوس (RO) برای تولید آب مورد نیاز دیگ های بخار، برج های خنک کننده، خط تولید با خلوص بالا و یا برای استفاده مجدد از آب بعبارت دیگر برای تصفیه پساب می نماید.

    موارد استفاده از دستگاه اسمز معکوس:

    دستگاه تصفیه آب اسمز معکوس (RO) برای تولید آب آشامیدنی به روش نمک زدائی از آبهای لب شور و آب دریا و حتی در منازل جهت تامین آب شرب با طعم بهتر و دفع عوامل میکروبی و بیماری زا بکار می رود. دستگاه اسمز معکوس (RO) در صنایع داروسازی، آرایشی و بهداشتی، خودروسازی، صنایع سازنده نیمه هادی، صنایع تولید برق و اکثر صنایع دیگر مورد استفاده قرار می گیرد.

    فشار اسمزی چیست و اهمیت آن:

    با چند مثال ساده فشار اسمزی به آسانی قابل درک است، پدیده فشار اسمزی در طبیعت در بیشتر سیستم های طبیعی گیاهی و انسانی رخ میدهد.

    همانطور که در شکل مشاهده می کنید، چنانچه یک محلول آب نمک در یک ظرف قرار دهیم و بوسیله یک غشاء نیمه تراوا از یک محلول، آب خالص جدا نمائیم، یک تغییر حجم در دو طرف ظرف پیش خواهد آمد که آب خالص بطرف آب نمک جریان خواهد داشت و حجم ظرف آب نمک افزایش و حجم ظرف آب خالص کاهش می یابد.

    اسمز معکوس

    حرکت آب از سمت خالص به سمت محلول آب نمک را پدیده اسمز معکوس می نامند که این فرآیند در دستگاه اسمز معکوس بکار می رود.

    در ادامه قرار است علاوه بر پدیده اسمزی راجع به فشار اسمزی که دارای اهمیت بسزایی است ، شرح دهیم.

    اختلاف ارتفاع مایع ( ارتفاع آب ) بین طرف آب خالص و طرف آب نمکی یک اختلاف فشار در سطح ایجاد می کند. این اختلاف فشار ، فشار اسمزی محلول نمکی نامیده می شود و تابعی از نوع نمک محلول و غلظت آن است.

    اعمال فشار می تواند توسط یک پمپ صورت گیرد ، در این حالت پمپ نیروی لازم جهت نفوذ آب از میان غشاء را تامین می کند. جریان یافتن آب از طرف محلول نمکی به طرف آب خالص آن، اسمز معکوس نامیده میشود.

    برای درک بهتر کارایی دستگاه اسمز معکوس ، می توانید کلیپ زیر را مشاهده کنید:

    انواع ممبران (غشا) دستگاه های فیلتراسیون

    میکروفیلتراسیون
    ممبران یا همان غشا میکروفیلتر، ذرات با قطر تقریبی ۱ میکرون را حذف می کند . عموما در این روش، جامدات معلق و ذرات کلوییدی بزرگ حذف میشوند و ماکرومولکول ها و جامدات حل شده از میان ممبران های میکروفیلتر عبور میکنند. کاربرد ممبران میکروفیلتر شامل حذف باکتری، مواد لخته شده یا TSS (مقدار کل جامدات معلق) می باشد .
    اولترافیلتراسیون
    ممبران اولترافیلتر جهت جداسازی ذرات ماکرومولکولی در محدوده ۲۰ تا ۱۰۰۰ انگستروم (۰.۱ میکرون) و فشار عملیاتی ۱۰ psi یا همان ۰.۷ بار میباشد. در این نوع فیلتر، نمک های حل شده و مولکول های کوچک تر عبور می کنند و مواردی که از این نوع ممبران رد نمی شوند عبارتست از کلوییدها، پروتیین ها، آلاینده های میکروبیولوژی و مولکول های آلی بزرگ می باشد .
    این ممبران ها ذرات با وزن مولکولی بین ۱۰۰۰ تا ۱۰۰،۰۰۰را جدا می کنند. فشار عملیاتی دستگاه اولترافیلتراسیون بین ۱۵ تا ۱۰۰ psi به عبارتی ۱ تا ۷ بار است .
    نانو فیلتراسیون
    نانوفیلتراسیون به فرآیند خاصی تلقی می شود که در آن ذرات به اندازه تقریبی ۱ نانومتر یا ۱۰ آنگستروم دفع می گردد. نانوفیلتراسیون بین محدوده اسمز معکوس و اولترافیلتراسیون عمل می کند. نمک هایی که یون های تک ظرفیت دارند مانند کلرید سدیم ، کلرید کلسیم بین ۲۰ تا ۸۰ درصد و یون های دوظرفیتی مانند سولفات منیزیم بالغ بر ۹۰ تا ۹۸ درصد جدا می شوند. دیگر کاربرد های این دستگاه شامل حذف کلر و مجموع کربن های آلی (TOC) از آب های سطحی، حذف سختی یا رادیوم از آب چاه، کاهش مجموع جامدات معلق، جداسازی مواد آلی از غیر آلی در صنایع خاص می باشد. در اینجا نیز فشار عملیاتی در دستگاه نانوفیلتراسیون بین ۵۰ تا ۲۲۵ psi می باشد .

    اسمز معکوس
    دستگاه اسمز معکوس عالی ترین سطح از بین روش های فیلتراسیون موجود می باشد. ممبران دستگاه اسمز معکوس به عنوان یک مانع برای تمام نمک های محلول و مولکول های غیر آلی و مولکول های آلی با وزن مولکولی تقریبی بیش از ۱۰۰ عمل می کنند. به عبارت دیگر فقط مولکول آلی آب بطور آزاد از میان ممبران عبور کرده و جریان خالصی را تولید می کند . عملیات حذف نمک های حل شده به مقدار ۹۵ تا ۹۹ درصد انجام  می پذیرد. کاربرد دستگاه اسمز معکوس بی شمار و متنوع می باشد که در بخش موارد استفاده شرح کامل آن داده شده است . فشار عملیاتی برای دستگاه اسمز معکوس عموما ۷۵ psi به عبارتی ۵ بار برای آبهای لب شور و تا ۱۲۰۰ psi یا همان ۸۴ بار برای آب دریاست .

    عملکرد ممبرین:

    ممبران ها با لایه نازک کامپوزیتی در موارد گوناگون و فراوان بسیار خوب عمل می کنند که شامل استفاده در کاربردهای فشار پایین آبهای شهری، نمک زدایی دریا، خالص سازی آب های لب شور، فرآیند شیمیایی و تصفیه پساب می باشد. این ممبران ها عملکرد خوبی در مقادیر نفوذ (flux)، دفع نمک و مواد (rejection) دارد و مقاومت میکروبیولوژی خوبی از خود نشان می دهند .

    محدوده مناسب pH و دما برای عملکرد ممبران
    المان های ممبرین می توانند در محدوده pH بین ۲ تا ۱۲ بخوبی عمل کنند و نسبت به فشردگی مقاوم بوده و برای دماهای تا ۴۵ درجه سانتی گراد مناسب می باشد . این ممبران ها می توانند در pH بین ۲ تا ۱۲ بطور موثری تمیز گردند .

    ممبران در برابر حضور کلر ( هیپوکلریت ) در مدت زمان کوتاهی می تواند مقاومت کند . حد مجاز کلر آزاد برای ممبران کمتر از ۰.۱  میلی گرم در لیتر میباشد که می تواند ممبران را تخریب کند. لذا نصب پیش تصفیه و یا استفاد از مواد شیمیایی احیا کننده برای حذف کلر موثر می باشد .

    میزان نفوذ پذیری ممبران ها

    توانایی ممبران ها نسبت به نفوذ برخی یونها و دفع مابقی یونها ثابت نیستند. برای همه غشاها درصد عبور یونهای کوچکتر یا با بار یونی کمتر ، بیشتر از یونهای بزرگتر یا با بار یونی بزرگتر می باشد. عموماً یونها با عدد اکی والان بالاتر ( بار یونی بیشتر ) بهتر از یونهای با عدد اکی والان کمتر ( بار یونی کمتر ) دفع می شوند.

    بعنوان مثال یک یون نظیر کلسیم با اکی والان ۲+ حدوداً سه مرتبه بهتر از یک یون تک اکی والان ( عدد اکی والان ۱+ ) نظیر سدیم دفع می شود.

    ممبران اسمزمعکوس:

    ممبران اسمز معکوس یک فیلم نازک کامپوزیتی می باشد که از سه لایه ساخته شده است :

    • لایه محافظتی پلی استری نگه دارنده رطوبت
    • لایه داخلی از جنس پلی سولفون بسیار ریز
    • یک لایه بسیار نازک پلی آمید

    که برروی سطح ممبران کشیده شده است .

    اسمز معکوس

    مقایسه قطر منافذ RO با سایر فیلترها:

    ممبران اسمز معکوس RO یک فیلتر بسیار ریز است که قطر منافذ آن کمتر از ۰.۰۰۱ میکرون می باشد. این منافذ، RO را قادر می سازد تا مواد جامد معلق

    (Total Suspend Solid T.S.S) و مواد جامد محلول (T.D.S) و ذرات باکتریها را از آب جدا نماید.

    در ادامه ، جدول زیر را داریم که نقش انواع فیلترها با منافذ آنها را مشخص می نماید.

    اسمز معکوس

    علت موفقیت دستگاه اسمزمعکوس نسبت به دیگر دستگاه های تصفیه آب چیست ؟

    در نظر داشته باشید موفقیت تکنولوژی اسمز معکوس بیشتر بدلیل سادگی و کارکرد اقتصادی آن است و در مقایسه با سایر روش های نمک زدائی نسبتاً قیمت دستگاه اسمز معکوس ، ارزان می باشد. این روش نسبت به روشهای دیگر تولید آب بدون یون مانند تقطیر و یا دستگاه های تبادل یونی رزینی دارای مزیتهایی از نظر اقتصادی، هزینه های انرژی، زیست محیطی، هزینه تعمیر و نگهداری، خرید و انبار کردن مواد شیمیایی را دارا می باشد.

    از دیگر مزایای دستگاه اسمز معکوس می توان به فاکتورهای زیر اشاره کرد :

    • ارزانی تجهیزات و سرعت عمل در نصب و بهره برداری
    • قابلیت طراحی و بهره برداری در محدوده های متغیر و تنوع از چند لیتر در روز تا میلیون مترمکعب در روز
    • عدم نیاز به انرژی حرارتی
    • مصرف بسیار کم مواد شیمیایی جهت شستشو
    • عدم نیاز به توقف کامل دستگاه برای تعمیرات و یا شستشوی دوره ای (با قابلیت بالایی که سیستم دارد می تواند به صورت موازی ده ها واحد را طراحی و نصب کرد که هر کدام به صورت مجزا از مدار خارج شده و یا در مدار قرار می گیرند.)

    اجزا دستگاه اسمز معکوس

    الف – سیستم پیش تصفیه

    ب – سیستم اسمز معکوس

    • پمپ فشار قوی
    • ممبران
    • پرشر وسل

    پ – تجهیزات ابزار دقیق

    الف – سیستم پیش تصفیه :

    در نظر داشته باشید برای افزایش بازدهی و طول عمر دستگاه های اسمز معکوس و نانو فیلتراسیون وجود پیش تصفیه موثر می باشد .انتخاب پیش تصفیه مناسب، بازدهی و طول عمر ممبران را زیاد می کند. زیرا عوامل زیر را به حداقل می رساند:

    • جرم گرفتگی
    • رسوب گرفتگی
    • تخریب ممبرین

    نصب پیش تصفیه و نگهداری صحیح از آن باعث بهینه سازی موارد زیر می گردد :

    • بالا رفتن شدت جریات محصول
    • بهتر شدن کیفیت محصول
    • بازیافت محصول
    • کاهش هزینه های عملیاتی

    اجزا سیستم پیش تصفیه :

    • Feed pump
    • دستگاه صافی فشاری
    • دستگاه فیلتر ذغالی
    • دستگاه میکروفیلتر
    • دستگاه سختی گیر
    • تزریق مواد شیمیایی

    Feed pump:

    ورود آب خوراک به پیش تصفیه می بایست دارای فشار مناسبی باشد که بتواند از سیستم پیش تصفیه شامل صافی فشاری، ذغالی و فیلتر میکرونی عبور نماید. لذا آب باید دارای فشار ۴۵ psi ( حدود سه بار ) باشد در غیر این صورت نصب پمپ ضروری میباشد.
    دستگاه صافی فشاری :

    همانگونه که از نامش پیداست صافی است که تحت فشار، قادر به کار کردن میباشد. این فیلتر بر اساس ظرفیت آبدهی از استوانه ای تشکیل شده که قادر است تا ۱۰ بار فشار را تحمل نماید.

    درون آن سنگ سیلیس با سایز های مختلف قرار می گیرد که به ترتیب در قسمت کف، سنگ سیلیس درشت در بخش میانی، سنگ سیلیس متوسط و در قسمت بالایی، کوچکترین سایز افزوده می شود به طوری که ۱/۳ حجم مخزن خالی باشد.

    دستگاه فیلتر ذغالی:

    نصب فیلتر ذغالی سبب حذف رنگ، بو، کلر باقیمانده و بعضی مواد آلی می باشد. این فیلتر نیز مانند صافی فشاری از یک مخزن ساخته شده که درون آن ذغال اکتیو از نوع گرانول افزوده می‌شود.

    نقش موثر ذغال اکتیو در عملکرد دستگاه فیلتر ذغالی:

    کیفیت ذغال اکتیو نقش موثری در حذف عوامل ذکر شده دارد. معمولا کیفیت ذغال اکتیو بر اساس آنالیز آن، خصوصاً عدد یونی شناخته می شود. مواد اولیه ذغال اکتیو می‌توانند از ذغال چوب یا ذغال سنگ باشد. اگر کیفیت ذغال اکتیو نامرغوب باشد بر اثر سایش، ذغال شکسته می‌شود و از منافذ آب پخش کن خارج و روی میکرو فیلتر و یا حتی ممبرین می نشیند.

    اگر در انتخاب ذغال اکتیو دقت کافی به عمل نیاید چه می شود؟

    انتخاب نادرست باعث زیان و خسارت جبران ناپذیری می‌گردد. یکی از عملکردهای ذغال اکتیو حذف کلر باقیمانده است که می‌بایست از خروجی آب فیلتر ذغال، کلر باقیمانده اندازه گیری شود و در صورت وجود کلر، ذغال میبایست تعویض گردد .البته برای حذف کلر باقیمانده از روش شیمیایی نیز میتوان استفاده نمود.
    دستگاه میکروفیلتر
    در بحث انواع فیلتراسیون شرح کامل میکرو فیلتر و عملکرد آن داده شده است. در دستگاه اسمز معکوس نصب میکروفیلتر برای حذف مواد معلق در آب، حذف باکتریها و مواد تا ۰.۲ میکرون بسیار مناسب می باشد.

    نحوه طراحی میکرو فیلتر

    طراحی میکرو فیلتر بر اساس ظرفیت آب خوراک، ساخت و نصب می‌شود. یکی از عوامل کاهش طول عمر ممبران دستگاه اسمزمعکوس وجود مواد غیر محلول در آب است که به راحتی روی ممبرین می نشیند و در کوتاه مدت باعث کاهش میزان تولید، افزایش فشار ممبران می‌شود.

    دستگاه سختی گیر

    دستگاه سختی گیر یا همان تبادل یونی، تشکیل شده است از مخزنی از جنس FRP یا فولادی که درون آن رزین تبادل یونی وجود دارد.
    مهمترین و سخت ترین رسوب که روی ممبران تشکیل می شود، رسوبات کربناتی می باشد بطوری که بی کربنات کلسیم و منیزیم در اثر حرارت و فشار بالا به کربنات کلسیم و منیزیم تبدیل می‌شود. این ها رسوباتی بسیار سخت و محکم هستند.

    نحوه عملکرد دستگاه سختی گیر در دستگاه اسمزمعکوس

    در دستگاه سختی گیر رزینی، کربنات های کلسیم و منیزیم را که حلالیت بسیار کمی نیز در آب دارند با تبادل یون کلسیم و منیزیم به سدیم، تشکیل کربنات سدیم می دهند که در آب حلالیت بسیار بالایی دارند. رزین ها بعد از اشباع شدن به راحتی با آب نمک احیا و یون سدیم مجدداً جایگزین می‌گردد. استفاده از سختی گیر و بهره برداری صحیح از آن در داخل دستگاه اسمز معکوس باعث بالا رفتن طول عمر ممبران و کاهش هزینه های تعمیر و نگهداری خواهد شد.

    ما معتقد هستیم پیشگیری بهتر از درمان است، لذا قبل از تشکیل رسوب از روش‌های مختلفی می‌بایست کمک گرفت تا از ایجاد آن جلوگیری به عمل آورد.

    تزریق متا بی سولفیت سدیم جهت حذف کلر
    تزریق متابی سولفیت سدیم که یک احیا کننده است به راحتی قادر به حذف کلر باقیمانده میباشد که می‌بایست مقدار تزریق آن بر اساس اندازه گیری کلر باقیمانده با محاسبات دقیق انجام شود .
    تزریق آنتی اسکالانت جهت جلوگیری از تشکیل رسوب در دستگاه اسمز معکوس
    در نظر داشته باشیم که در آب خام به علت وجود یون های مختلف که با توجه به غلظت آن ها، pH و دمای آب، رسوباتی مانند کربناته، سولفاته، سیلیکاته تشکیل می شود که بر روی ممبرین می نشینند. برای جلوگیری از تشکیل رسوب، تزریق اسید، نصب دستگاه سختی گیر و تزریق آنتی اسکالانت بسیار موثر میباشد.

    اما نکته کلیدی و مهم اینجاست که استفاده از موارد ذکر شده بستگی به آنالیز آب خوراک دارد .آنتی اسکالانت در انواع مختلف وجود دارد که هر کدام بر اساس نوع آب خوراک انتخاب می‌شود. مقدار تزریق آنتی اسکالانت دارای اهمیت بسیار زیادی است. تزریق بیش از حد آن، خود ایجاد رسوب می نماید. از عملکردهای مهم آنتی اسکالانت بالا بردن حلالیت یون های رسوب گذار می باشد.
    تزریق اسید جهت کنترل pH
    برای اکثر منابع آب شهری pH آب بالاتر از ۷ می‌باشد. در pH بالای ۷ میزان یونهای کربنات کلسیم و منیزیم پایین میباشد و در این pH به راحتی رسوب گذار میباشند، جهت بالا بردن حلالیت این یونها می‌بایست pH آب را کاهش و به حداقل ۵.۵ تا ۶.۵ رساند. با تزریق اسید سولفوریک به علت ارزان بودن و خورندگی کمتر نسبت به اسید کلریدریک می توان pH را کاهش داد. البته نصب دستگاه pH متر برخط (online) برای کنترل pH ضروری است .

    ب – دستگاه اسمز معکوس

    اساس کار دستگاه اسمزمعکوس R.O ( Reverse Osmosis ) به این صورت است که به کمک پمپ فشار قوی ، فشار بالایی ایجاد می کند و باعث می شود آب خوراک از ممبران عبور کند و به سمت دیگر تراوش کند. اما نمک های محلول نمی توانند عبور کنند. در نتیجه در بخش خروجی دو جریان یکی Permeate (تولید) و دیگری Concentrate (پساب) را خواهیم داشت.

    اسمز معکوس

    ۱) پمپ فشار قوی

    در دستگاه اسمز معکوس پمپ فشار قوی یکی از اجزای اصلی می ­باشد. پمپ فشار قوی، فشار لازم برای ممبران های دستگاه اسمز معکوس را فراهم می کنند. طراحی این پمپها باید به گونه­ ای باشد که نرخ جریان مورد نظر در فشار مطلوب سیستم را برای شرایط مختلف کاری عمر ممبران تأمین نماید. مصرف انرژی پمپ فشار قوی، یکی از موارد هزینه بر دستگاه اسمز معکوس است. لذا بازدهی انرژی بالای این پمپها یکی از فاکتورهای اساسی در ارزیابی اقتصادی سیستم است.

    ۲) ممبران

    جنس ممبران دستگاه اسمز معکوس و نحوه عملکرد آن در بالا به طور جامع و کامل توضیح داده شده است .

    ۳) پرشر وسل

    پرشروسل یا همان هوزینگ ممبران محفظه ای است برای قرار گرفتن ممبران و دارای کاربرد وسیع و مهمی در صنایع نمک زدایی، دستگاه اسمز معکوس، نانوفیلتراسیون، و اولترافیلتراسیون می باشد.
    تفاوت وسل ها در جنس پوسته، ورودی و خروجی خوراک، محدوده عملکرد فشاری، محدوده عملکرد دمایی، محدوده عملکرد (pH)، و اندازه مختلف پورت های ورودی و خروجی می باشد.

    اسمز معکوس
    تمامی پرشروسل ها دارای سطح داخلی صاف به منظور آب بندی بهتر ممبران و سهولت جابجایی آن درون وسل می باشد، پوسته پرشر وسل از جنس کامپوزیت اپوکسی تقویت شده با الیاف شیشه (FRP) است، ورودی خوراک از انتها ( End Entry ) یا از کنار ( Side Entry ) می باشد.  اندازه مختلف پورت های ورودی و خروجی آب تصفیه شده، بستگی به دبی یا همان ظرفیت آب خوراک و پساب دارد .

    پ – تجهیزات ابزار دقیق
    سازنده دستگاه های تصفیه آب صنعتی موظفند سیستم های ابزار دقیق همانند pH متر و ORP متر، E.C متر یا T.D.S متر در آب خوراک و تولید، فشار سنج روی فیلترها و پرشر سوئیچ Low and High در محل های مناسب نصب کنند .

    و در آخر، انجام شست و شو در زمان های مناسب، تعویض فیلترها، تزریق منظم آنتی اسکالانت، آزمایش سختی سنجی، اندازه گیری میزان کلر باقیمانده توسط اپراتور و ثبت روزانه آنها در فرم مخصوص و ارسال آن به شرکت شیمیایی تحقیقاتی رسوب آب پویا جهت بررسی و تحلیل مهندسی، سبب افزایش بهره وری و طول عمر سیستم می شود .

     

شركت شيميايى تحقیقاتی رسوب آب با بيش از سه دهه تجربه در زمينه سيستم هاى تصفيه آب و فاضلاب، همگام با رشد روز افزون صنعت در كشور عزيزمان ايران و با رویکرد استفاده صحيح از منابع آب کشور به عنوان سرمايه ملى با استعانت از خداوند متعال و بهره گرفتن از متخصصين مجرب و احداث كارخانه تولیدی با اخذ پروانه بهره بردارى و دريافت گواهينامه ISO ،اقدام به توليد سیستم هاى تصفيه آب به روش اسمز معكوس و نانو فيلتراسيون و مواد شيميايى مرتبط با این دستگاه ها نموده است.

تهران - خیابان بهار شمالی – پلاک ۲۱۹ - واحد ۲
021 - 77655035-6 | 021 - 77646102-4

فرم تماس





سوالی دارید؟

● در تلگرام، پاسخگوی شما هستیم :)