فرآيند اسمز معكوس
اُسمز پديده‌اي است كه به طور طبيعي در فرآيندهاي بيولوژيكي متفاوت رخ مي‌دهد. ديواره‌هاي سلول، اجازه عبور مواد غذايي و بازمانده محصولات را داده، در حاليكه ساير مواد را از خود دفع مي‌كنند. در اين حالت، ديواره‌هاي سلول به عنوان يك غشاي نيمه تراوا عمل مي كند.در رابطه با غشاء نيمه تراواي مورد استفاده در اسمز معكوس، آب در رقابت با نمك، ذرات معلق و مواد آلي با وزن مولكولي بالا در اولويت قرار داشته و از غشا عبور مي كند. اسمز معكوس، يك حركت وارونه نسبت به اسمز استاندارد است به نحوي كه در آن حلال از سمت غليظتر به سمت رقيقتر حركت مي‌كند.چنانچه يك محلول آب نمك در يك ظرف ريخته شود و توسط غشاي نيمه تراوا از آب خالص جدا شود، يك تغيير حجم در هر يك از دو سمت ظرف مشاهده مي‌شود. آب خالص از ميان غشا به سمت محلول آب نمك جريان خواهد يافت. در نتيجه ارتفاع آب ظرف در سمت آب نمك افزايش يافته در حالي كه در بخش آب خالص ارتفاع آب كاهش پيدا مي‌كند. اين عبور جريان از سمت خالص به طرف محلول آب نمك اُسمز ناميده مي‌شود (شكل a. 1). اختلاف ارتفاع مايع بين آب خالص و آب نمك، موجب اختلاف فشار خالص در دو طرف غشا مي‌شود. اين اختلاف فشار، فشار اُسمزي محلول آب نمك ناميده شده كه تابعي از خصوصيات نمكها و غلظت آن ها مي باشد.
شكل-فرآيند اسمز و اسمز معكوس
در اصطلاح فيزيك، آب موجب رقيق شدن آب نمك مي‌شود و اين به معناي افزايش آنتروپي سيستم است. بر طبق قانون آنتروپي، هر فرآيندي كه به طور خود به خود در طبيعت اتفاق افتد، موجب افزايش بي‌نظمي مي‌شود، مگر آنكه انرژي صرف شود تا از جهات مختلف جلوي انجام فرآيند گرفته شود.چنانچه با اعمال فشار فيزيكي يا افزايش ارتفاع محلول آب نمك، تعادل بين آب خالص و آب نمك به هم خورد، آب خالص از طريق غشا از قسمت آب نمك به قسمت آب خالص نفوذ مي‌كند و نفوذ تا زماني ادامه مي‌يابد كه تعادل مجدداً برقرار شود، به طوري كه فشار اُسمزي محلول آب نمك با فشار محلول آب نمك بر روي غشاي نيمه تراوا برابر شود كه اين نيز بستگي به فشار آب خالص برروي غشا دارد. به عنوان مثال، اگر مقداري آب نمك به ظرف محتوي آن اضافه شود، مقداري آب از غشا عبور خواهد كرد. اگر غلظت آب نمك اضافه شده با غلظت آب نمك اوليه برابر باشد، آب تا زماني از غشا عبور خواهد كرد كه اختلاف ارتفاع بين دو طرف به اختلاف ارتفاع اوليه برسد. (شكل b.1)
حذف ذرات توسط اسمزمعكوس
اعمال فشار به قسمت آب نمك مي‌تواند توسط يك پمپ صورت گيرد. در اين حالت، پمپ نيروي مورد نياز جهت راندن مولكولهاي آب از ميان غشا را تأمين مي‌كند. عبور جريان آب از بخش آب نمك به بخش آب خالص، فرايند اُسمز معكوس ناميده مي‌شود.
نوع غشاء غيرمتقارن يا مركبضخامت لايه زيرين : 150 ميكرون
لايه بالايي : 1 ميكرون
اندازه حفرات < 2 نانومترنيروي محركه فشار : آب لب شور (15 تا 25 بار)
آب دريا (40 تا 80بار)
اساس جداسازي حلاليت و نفوذجنس غشاء تري استات سلولز،پلي آميد آروماتيك، پلي آميد و پلي اتر اوره (پليمريزاسيون بين سطحي)كاربردهاي عمده نمك زدايي آب شور و آب دريا، توليد آب فوق خالص (صنايع الكترونيك)، تغليظ آب ميوه و شكر (صنايع غذايي )، تغليظ شير (صنايع لبني)
جدول - خلاصه مشخصات فرآيند اسمز معكوس
سيستم اسمز معكوس اسمز معكوس از جمله شيوه هايي است كه امروزه بطور گسترده در شيرين سازي آب دريا، جداسازي مواد آلي و سمي از پسابهاي صنعتي بكار برده مي شود. بطور كلي اين روش بر پايه انتقال جرم حلال با استفاده از غشاي نيمه تراوا و نيز فشار هيدرواستاتيك استوار است. از R.O. در كارهاي مختلفي مانند نمك زدايي از آب دريا يا آب شور، بازيافت پساب فرآيندهاي مواد غذايي و نوشابه، كارخانجات دارويي و تصفيه خانه هاي فاضلاب و … استفاده مي شود. از. R.Oبراي توليد آبهاي خيلي خالص جهت صنايع رساناها و يا نيروگاهها و كاخانجات مواد بهداشتي دارويي نيز استفاده مي شود. با توجه به بالا رفتن تكنولوژي ساخت غشاء و افزايش كارائي آن، امروزه بصورت سيستم هاي اوليه جهت حذف املاح در آب هاي نيروگاهي، صنعتي و … استفاده مي شود.تفاوت‌هاي زيادي را مي‌توان بين اين سه نوع دسته‌بندي ملاحظه كرد. از جمله مي‌توان به مقدار فشار به كار گرفته، سرعت پساب‌دهي (Rate of permeation) و مكانيسم جداسازي اشاره نمود.
فرآيندهاي غشايي مرسوم ميكروفيلتراسيون، الترافيلتراسيون و اسمز معكوس (هايپرفيلتراسيون) ـ در كاربرد فشار هيدروليك براي سرعت دادن فرآيند جداسازي تفاوت مي‌كنند. البته طبيعت خود غشاء نيز تعيين كننده اين است كه چه تركيباتي عبور كرده و چه تركيباتي گرفته مي‌شوند. اسمز معكوس تمام مواد بجز حلال (مثل آب) را مي‌گيرد در حالي كه الترافيلتراسيون تنها ماكرومولكولها يا ذرات بزرگتر از 001/0-02/0 ميكرومتر را مي‌گيرد. ميكروفيلتراسيون ذرات سوسپانسيوني در ابعاد 1/0 تا 5 ميكرون را جدا مي‌كنند. ذرات بزرگتر از 10-5 ميكرون نيز بهتر است بوسيله فيلترهاي مرسوم جدا شوند.بازيافت(Recovery) آب در سيستم اسمزمعكوس(RO)معمولي بين 90%-70% و ميزان جداسازي نمك بين 90%-99٪ است.واحدهاي اسمز معكوس(RO)صنعتي با كارآيي و بازده بالا، با هزينه اي مقرون به صرفه ، آب با بالا توليد مي كنند.بازيابي آب تصفيه شده به عوامل مختلفي بستگي دارد ، از جمله اندازه غشاء ، اندازه منافذ و سطح غشايي ، دما و فشار كاركرد.
جدول- استانداردهاي آب ورودي به سيستم اسمز معكوس و نانوفيلتراسيون (شركت DOW آمريكا)
آب قبل از ورود به سيستم اسمز معكوس(RO) وارد سيستم پيش تصفيه مي شود. مهمترين مرحله در تصفيه خانه هاي فاضلاب صنعتي با روش اسمز معكوس (RO) ، مرحله ي پيش تصفيه است كه از غشاء در مقابل رسوب مواد آلي ، رسوب گذاري مواد معدني و تخريب شيميايي محافظت مي كند. قبل از اينكه اسمز معكوس (RO) در نظر گرفته شود ، يك تعادل كامل بين كاتيون ها و آنيون هاي موجود در آب مورد نياز است. همچنين مقادير بالاي BOD و COD نيز مي تواند در شكل گيري رسوب غشاء نقش داشته باشد. در حال حاضر طيف گسترده اي از فناوري هاي پيش تصفيه مورد استفاده ي صنايع مختلف مي باشد.
در مرحله ي پيش تصفيه ي اسمز معكوس (RO) مواد شيميايي ضد رسوب كه باعث ايجاد آسيب به غشاهاي دستگاه اسمز معكوس(RO) مي شود ، تزريق مي شود. اين گزينه هاي پيش از تصفيه، توانايي از بين بردن سختي ، كلر ، بو ، رنگ ، آهن و گوگرد را دارند. سپس آب توسط يك پمپ فشار قوي وارد واحد اسمز معكوس (RO) مي شود كه خروجي آن، جرياني از آب تميز توليد شده و جرياني از آب تغليظ شده حاوي نمك ها ، مواد معدني و ناخالصي هاي باقي مانده كه در مرحله ي پيش تصفيه ي سيستم اسمز معكوس(RO) از آب جدا نشده است و در آن باقي مانده است. آب تميز از انتهاي غشاء خارج مي شود در حالي كه آب حاوي نمك ، مواد معدني و ساير ناخالصي ها از طرف ديگر تخليه مي شوند. سرانجام ، آب از طريق دستگاه ضدعفوني كننده اشعه ماوراء بنفش يا سيستم كلر زني عبور مي كند تا باكتري ها و ميكروب هايي كه هنوز در آب وجود دارند را از بين ببرد.مهمترين قسمت يك سيستم اسمز معكوس (RO) ، ماژول غشايي است. در طي چند سال گذشته فناوري غشاهاي كم فشار بهبود يافته، غشاهاي با قطر بزرگ و غشاهاي ضد رسوب روندهاي رو به پيشرفتي را پشت سر گذاشته است.
همچنين كيفيت و نوع پرشروسل (مخزن تحت فشار) و هوزينگ ها (محفظه ي فشار) نيز براي عملكرد موفقيت آميز سيستم موثر مي باشد. شستشوي غشاهاي سيستم اسمز معكوس(RO) نيز بسيار مهم است. غالبا مخازن تحت فشار با جنس فايبر گلاس و استنلس استيل تقويت شده سيستم هاي اسمز معكوس(RO) تصفيه ي آب شهري و صنعتي به كار برده مي شود.جريان در سيستم هاي اسمز معكوس(RO) از طريق پمپ هاي فشار قوي قابل تنظيم است.عملكرد سيستم اسمز معكوس(RO) به سه محدوده فشار عملياتي تقسيم مي شود.: فشار كم در محدود ه ي psi40 تاpsi 65 ؛ فشار عملياتي متوسط براي آب شور و فاضلاب در محدوده يpsi 150 تاpsi 250 ؛ و فشار بالا براي شيرين كردن و نمك زدايي آب دريا بينpsi 800 تاpsi 1200 مي باشد. مخازن تحت فشار براي ماندگاري سيستم طراحي شده اند.براي جلوگيري از كاركرد ناكارآمد ، خرابي، كاهش بهره وري و بازده و همچنين صرفه جويي در سرمايه گزاري و ... بايد در انتخاب پمپ هاي مورد استفاده در سيستم اسمز معكوس(RO) محاسبات و دقت لازم را به كار برد. انتخاب پمپ مناسب بسته به شرايط فرايند از جمله خورنده بودن خوراك ورودي به ويژه در نمك زدايي آب دريا حائز اهميت است.براي تكميل ساخت يك سيستم بزرگ و پيچيده اسمز معكوس (RO)، اجزاي جانبي متفاوتي لازم است. بسته به اندازه سيستم و كاربرد آن ، اجزاي مورد نياز مي توانند شامل سوپاپ ، فشار سنج ، كنترلگر كامپيوتري ، لوله كشي، مخازن نگهدارنده ، منيفولد ، صفحه كنترل ، فلومتر، تجهيزات اندازه گيري و مخازن مواد شيميايي باشند. اين كه چه نوع و چه تعداد از اين مؤلفه ها در يك پلنت خاص مورد استفاده قرار مي گيرد به سايت و اندازه سيستم اسمز معكوس(RO) بستگي دارد.
مزاياي اسمز معكوس ( RO)
• در سيستم اسمز معكوس(RO) جداسازي بدون تغيير فاز انجام مي پذيرد. بنابراين ، نياز به مصرف انرژي كم مي باشد.• هزينه هاي مصرفي آب و فاضلاب را كاهش مي دهد.• سيستم هاي اسمز معكوس(RO) كم جا هستند و نياز به فضا كمتر از ساير سيستم هاي نمك زدايي است ، به عنوان مثال تقطير.• فرايند اسمز معكوس(RO) براي تصفيه آب نياز به انرژي حرارتي ندارد• تجهيزات مورد استفاده در سيستم اسمز معكوس(RO) استاندارد مي باشد از جمله پمپ ها ، موتورها ، سوپاپ ها ، فلومتر ها ، فشارسنج و غيره. بنابراين ، در مدت زمان كوتاهي توسط اوپراتور قابل يادگيري مي باشد.• سيستم هاي اسمز معكوس(RO) معمولا خودكار هستند و به گونه اي طراحي شده اند كه بطور خودكار راه اندازي و خاموش شوند. بنابراين ، پلنت هاي RO معمولاً به نيروي كمي نياز دارند.• با توجه به طراحي ماژولار آنها ، تعمير و نگهداري آسان است. تعمير و نگهداري برنامه ريزي شده مي تواند بدون خاموش كردن كل سيستم انجام شود.
مضرات اسمز معكوس(RO)
• از آنجا كه تمام غشاها و دستگاه هاي سيستم اسمز معكوس (RO) مستعد رسوب گرفتن هستند ، فرآيند RO معمولاً بدون پيش تصفيه قابل استفاده و نتيجه دادن نيست.• جريان خوراك ROبايد با غشاها و ساير مصالح ساختاري مورد استفاده در دستگاه ها سازگار باشد. اگر جريان خوراكي حاوي تركيبات ناسازگار باشد ، اينها بايد در پيش تصفيه حذف شوند ، يا دستگاه يا غشاي سازگار ديگري بايد در نظر گرفته شود.• برخي بر اين باورند كه حذف همه ناخالصي ها از طريق فرآيند اسمز معكوس باعث كاهش تعداد مواد معدني مفيد نيز مي شود. آب حاوي كلسيم و منيزيم به مقدار كافي براي رشد كودكان و بزرگسالان سالم است. مشكل آب توليدي توسط فرايند اسمز معكوس(RO)اين است كه منجر به كاهش مواد معدني مفيد براي بدن نيز مي شود. افرادي كه از اسمز معكوس به عنوان منبع اصلي آب خود استفاده مي كنند مي توانند دچار عوارض جانبي مانند خستگي ، گرفتگي عضلات ، ضعف عمومي و در موارد شديد ، اختلالات قلبي عروقي شوند.
برچسب: ،