اسمز معكوس تصفیه آب

اسمز معكوس تصفیه آب یكى از روش هاى تصفیه در آب شیرین كن ها و دستگاه هاى تصفیه آب خانگى و نیمه صنعتى میباشد. اسمز معكوس روش فیزیكى جداكننده هاى املاح آب است كه براى اولین بار در آمریكا و در دانشگاه كالیفرنیا توسط دو دانشمند امریكاییى به اسم سوریجان و اب كه توانستند از پلیمر سلولزى غشاى نیمه تراوا تولید كنند و این اختراع مهم را به نام خود و در امریكا به جهانیان عرضه كنند، امروزه در تمام دستگاه تصفیه آب هاى پیشرفته دنیا از این تكنولوژى استفاده میكنند.

اولین دستگاه آب شیرین كن با تكنولوژى اسمز معكوس در كالیفرنیا آمریكا در سال ١٩٦٥ ساخته و عرضه شد كه باعث شگرف تمامى دانشمندان در تمامى مراكز علمى و پژوهشى شد. در حال حاظر این تكنولوژى بین المللى و قسمت اصلى این تكنولوژى به صورت عمده در اختیار آمریكا و چند كشور دنیا انجام میشود. قسمت اصلى فیلتراسیون در این روش با استفاده از ممبران یا همان غشا نیمه تراوا است. ظرفیت استفاده از سیستم اسمز معكوس طبق تحقیقات به عمل آمده در سال ١٩٨٧ دوازده میلیون متر مكعب در روز بوده است كه با گسترش این تكنولوژى پیشرفته و نیاز هرچه بیشتر و روز افزون آب به بیست میلیون متر مكعب در روز رسیده است و انتظار افزایش بیشتر را در سالهاى آینده داریم.

روش اسمز معكوس

اساس كار اسمز معكوس یك فیلتر (ممبران) یا غشاى نیمه تراوا است كه كه بین دو محلول آب با غلظت مختلف قرار میگیرد كه آب از یك طرف غشا به طرف دیگر عبور میكند. جهت طبیعى حركت آب به شكلى است كه از پتانسیل شیمیایى بیشتر به سمت پتانسیل شیمیایى كمتر حركت میكند به صورتى كه محلول غلیظ تر كه داراى املاح است با عبور از این غشا املاح مضر و رسوبات از آن جدا شده و در طرف دیگر آبى بدون املاح غیر ضرورى خارج میشود.

تعاریف مهم و علمى در اسمز معكوس

مدول: به محفظه اى گفته میشود كه داراى غشاى نیمه تراوا و داراى فشار باشد.

پلاریزاسیون: چون غشاء در تكنولوژى اسمز معكوس بیشتر املاح ورودى را از خود عبور نمیدهد از این رو غلظت آب خروجى در طرف دیگر فیلتر بیشتر از غلظت آب خروجى میشود. این پدیده را اسمز معكوس مینامند كه هم باعث كیفیت آب میشود و هم فشار را افزایش میدهد

درصد بازیافت آب: ١٠٠* نسبت به دبى آب ورودى و خروجى آن

تكنولوژى اسمز معكوس در تصفیه آب

در تكنولوژى اسمز معكوس آب ورودى تصفیه نشده توسط یك پمپ با فشار به داخل محفظه غشاى نیمه تراوا هدایت میشود به این صورت كه یك طرف غشا آب خالص قرار دارد و آب به وسیله پمپ باعث فشار و جریان آب به سمت دیگر غشا میكند و ان طرف غشا و پس از عبور از فیلتراسیون آبى بدون املاح غیر ضرورى قرار دارد.

دستگاه اسمز معكوس

• داراى پمپ براى تامین فشار لازم جهت عبور از غشاء است
• غشاء نیمه تراوا كه ملوكول هاى آب از آن عبور میكنند
• -شیر میكس یا شیر كنترل جهت تنظیم غلظت آب تصفیه شده

البته شایان ذكر است كه آب قبل از فرود به بخش اسمز معكوس فرایند فیلتراسیون اولیه را در سه مرحله طى كرده است و بعد وارد مرحله اسمز معكوس و فیلتر نیمه تراوا ممبران میشود. و بعد از طى مراحل فیلتراسیون در این بخش جهت تكمیل مراحل تصفیه وارد فیلتر هاى دیگر تصفیه آب میشود.

نكته بسیار مهم اینجاست كه براى عمر پمپاژ آب باید از پمپ سانتریفیوژى استفاده شود و  اینكه در ورودى پمپ باید آب داراى فشار كافى باشد براى اینكه كار كردن پمپ بدون داشتن فشار كافى آب باعث مصتحلك شدن پروانه هاى پمپ و كاهش عمر آن میشود.

اسمز معكوس به طور پیوسته و مداوم كار میكند و میتواند املاح آب را تا ٩٩/٩٪؜ كاهش دهد. با استفاده از روش اسمز معكوس تمامى املاح مضر در آب مانند باكترى و میكروب و مواد شیمیایى ، ارسنیك، نیترات و نیتریت به صورت كامل و با ضریب بالایى تصفیه و از آب جدا میشوند. این فرایند براى تهیه آب آشامیدنى در آب هایى كه ناخالصى بالایى در حدود ٣٠،٠٠٠PPM دارند مانند آب دریا هم كاربرد دارد و میتواند آب دریا را هم قابل شرب و خوردو خوراك كند و تمامى ناخالصى هاى موجود در آب را به صورت كامل و با دقت بالا حذف كند. و در فیلتراسیون های معمولى میتواند با تى دى اس TDS و یا غلظت ٥٠٠٠ PPM به راحتى كار كند و آب را تمیز و بدون املاح براى استفاده  مناسب شرب خروج دهد.

از اسمز معكوس همچنین میتوان در داروسازى و پزشكى براى تهیه آب خاص و عارى از هرگونه مواد اضافه از میكروارگانیسم ها استفده كرد. همچنین میتوان گفت اسمز معكوس جزو اقتصادى ترین و بهترین راه براى داشتن آبى سالم است. و باید این نكته را به یاد داشته باشید كه فرایند سیستم اسمز معكوس باید اورجینال باشد و فیلتر ها به تنهایى بدون داشتن پمپ و ترانس و سویچ ها و… نمیتوانند كار اسمز معكوس را انجام دهند.

یك استدلال غلط در دستگاه آب تصفیه کن این است كه براى كاهش هزینه دستگاه اسمز معكوس فشار پمپ را كم كنیم كه این بسیار غلط است زیرا با كم كردن فشار پمپ دبى آب كم میشود و باعث افزایش غلظت ناخالصى در آب خروجى و در نتیجه كاهش كیفیت آب مصرفى و افرایش سختى آب میگردد.

مقایسه اسمز معكوس با فیلتراسیون معمولى

سیستم اسمز معكوس تصفیه آب با این نوع از فیلتراسیون تفاوت هاى زیادى دارد كه در ادامه مطلب به آن اشاره میكنیم. در این فرایندها آب به وسیله فشار ناخالصى ها از آب جدا میشوند از این روع در بعضى مقالات علمى به آن هایپرفیلتراسیون گفته میشود اما باید توجه داشت كه در سیستم فیلتراسیون معمولى آب عمود بر بستر فیلتراسیون جریان دارد ولى در سیستم فیلتراسیون به روش اسمز معكوس آب موازى با بستر غشا در حال جریان است. این موازى بودن با بستر غشا باعث میشود فیلتراسیون همراه با جهت غشا توسط جریان آب شستوشو شود

در اسمز معكوس دو جریان محصول و خوراك تغلیظ شده فیلتراسیون قرار دارد كه در سیستم فیلتراسیون معمولى تنها یك جریان وجود دارد.

در سیستم معمولى جریان بسیار كم است و به نوعى فشارى وجود ندارد اما در فیلتراسیون به روش اسمز معكوس فشار به وسیله پمپ ایجاد و به آب انتقال پیدا میكند.

در فیلتراسیون اندازه ذرات مهم است اما هرچه اندازه ملوكول ها كمتر باشد و درجه یونالیزاسیون ملوكول هاى آب داراى ناخالصى هاى كمترى باشد فشار اسمزى وارد شده كمتر است اما هرچه غلظت مولوكولهاى ناخالصى بیشتر باشد فشار اسمزى وارد شده بیشتر میشود.

حذف مواد ناخالص آب در اسمز معكوس

دیده میشود كه جریان مواد در ممبران فقط بستگى به اندازه ملوكولها ندارد بلكه بعضى از املاح بسیار سنگین تر از ملوكولهاى آب یا نمك و بسیارى املاح دیگر هستند كه در نتیجه درجه طرد منفى دارند.

در واقع علاوه بر وزن مواد یا اندازه آنها بستگى به بار الكتریكى یون هاى مواد محلول در آب و ماده ماده ممبران دارند كه این نشان میدهد كه مكانیسم عملكرد انها (soluting-flow)به pore-flow) تمایل دارد

نكته بسیار مهم در فیلتراسیون و سیستم اسمز معكوس اینجاست كه اگر چه مسیر انتقال فیلتر حفره است اما در سیستم بكار رفته در اسمز معكوس غشاى تراوا در این تكنولوژى پیشرفته خاصیت آب دوستى دارد به این شكل كه غشاى پلیمرى ساخته شده آب را جذب كرده و پس از عبور جریان آب از غشاى پلیمرى املاح اضافى آب حذف میگردد.

دما در این سیستم باعث افزایش فیلتراسیون اسمزى میگردد ولى همزمان موجب كاهش وسكوزیته محلول میشود بنابراین تاثیر دما در اسمز معكوس بسیار پیچیده تر از فیلتراسیون ساده عمل میكند.

غشاى فیلتراسیون اسمز معكوس

شاید بتوان گفت كه پیشرفت تكنولوژى در سیستم اسمز معكوس از یك فیلتراسیون ساده آزمایشگاهى به یك روش مهم در ضمینه تصفیه آب به لطف پیشرفت تكنولوژى در ساخت غشا نیمه تراوا بوده است. مواد تشكیل دهنده غشا معمولاً ساخته شده از مواد پلى آمید و پلى فنیل اكسید تهیه میكنند.

براى افزایش مساحت غشا چند روش معمول وجود دارد كه از آن استفاده میكنند كه از جمله آن میتوان به قراردادن مساحت بیشتر از صفحات غشا در حجم كمتر و استفاده از غشاى كارامدتر نام برد

استفاده از غشاى كارامدتر در فیلتراسیون اسمز معكوس

براى افزایش مساحت غشا نیمه تراوا چند روش معمول وجود دارد كه از جمله آن میتوان به استفاده از لوله هاى باریك در حدود كمتر از میلى متر و استفاده از صفحات متعدد حلزونى شكل در وسعت بیشتر نام برد

چرا غشاى اسمز معكوس را نیمه تراوا مینامند؟

غشا مانند یك فیلتر ملوكولى عمل میكند به صورتى كه ملكولهاى حلال مواد محلول از آن عبور كرده ولى ملوكلول هاى ناخالصى قادر به عبور از آن نیستند. بنابراین غشا براى ملوكولهاى حلال در آب تراوا و براى ملوكولهاى ناخالصى ناتراوا است.

غشاى مناسب براى تكنولوژى اسمز معكوس باید ویژگى خاصى داشته باشد

• در برابر PH آب مقاومت داشته باشد

• در برابر مواد شیمیایى موجود در آب مقاوم باشد

• قدرت تحمل فشار وارده را داشته باشد

• بتواند املاح اضافى موجود در آب را با ضریب بالایى كاهش دهد

هرچند كه از نظر تئورى فقط ملوكولهاى آب قادر به عبور از قشاى ممبران هستند اما جالب است بدانید كه به مقدار كمى ناخالصى هاى موجود در آب از داخل غشا عبور میكنند گازهاى چون O2,CO2 صد در صد از غشا عبور میكنند

جالب است كه بدانید میزان عبور از غشاى تراوا حدود دو قطره در ثانیه است

تصفیه مقدماتى آب در روش اسمز معكوس

حدود نصف هزینه تصفیه آب با روش اسمز معكوس در روش پیش تصفیه آن قرار دارد . میتوان گفت پر دردسر ترین و پر هزینه ترین قسمت در سیستم تصفیه اسمز معكوس در غشا آن میباشد بنابراین لازم است كه كه آب ورودى قبل از رسیدن به این فیلتر از مراحل پیش تصفیه عبور كند

مراحل پیش تصفیه در دستگاه تصفیه آب

پیش تصفیه میتواند براى نوع به خصوصى از غشا مبنا بر كیفیت آب منطقه متفاوت باشد. به طور مثال حذف كلر در آب با استفاده از فیلتر پلى آمید و یا تنظیم PH آب ورودى براى هیدرولیز كردن غشا بسیار ضرورى است. یكى از مهمترین دلایل تصفیه آب قبل از ورود به سیستم اسمز معكوس غشا است. منظور از آلودگى تجمع ذرات روى سطح غشا یا حفره هاى آن است كه باعث گرفتگى  و ایجاد اختلال در عملكرد آن شود.

كاهش كارایى بیولوژیكى در غشا ممبران عموماً به وسیله مواد معلق موجود در آب بسیار متداول تر از  مشكل تشكیل رسوب است . به همین دلیل براى عدم تشكیل رسوب مراحل پیش تصفیه بسیار مهم و ضرورى است . به هر حال با كنترل تصفیه آب مقدماتى میتوان این مشكلات را حل كرد اما باید توجه داشت كه اكسیداسیون آهن خیلى سریع اتفاق انجام میشود.

فیلتراسیون در سیستم اسمز معكوس

زلال سازى آب به وسیله مواد انعقاد سازى و لخته سازى در تصفیه خانه هاى بزرگ شهرى  و عبور از بستر هاى بزرگ شن و ماسه از روش هاى متداول تصفیه خانه هاى بزرگ شهرى است. گاهى اوقات در فرایند زلال سازى آب از فرایند براى خنثى سازى مواد معلق محلول در آب از پلیمرهاى كاتیونى با بار مثبت استفاده میكنند كه این مواد تجمع و ته نشینى توده اى از مواد و املاح معلق را فراهم میكند

متاسفانه به كارگیرى از این روش هاى یاد شده كمكى به واحد تصفیه آب ورودى اسمز معكوس نمیكند و باعث جلوگیرى از ورود الودگى به غشا اسمز معكوس نمینماید. اگر چه تزریق پیلیمر هاى كاتیونى در كاهش مواد محلول در آب كه به صورت معلق هستند موثر است اما به شدت نرخ الودگى آب را افزایش میدهد چون بستر هاى شنى موجود در كلاریفایر قادر به گرفتن آلودگى هاى وارد شده از این مواد نیستند. با توجه به ماهیت انیونى غشا اسمز معكوس، پلیمر كاتیونى جذب سطح آنیونى غشاء اسمز معكوس خواهد شد. این موردخصوصاً در غشاهاى پلى آمید كه داراى بار منفى هستند صادق است.

استفاده از فیلتر كاتریج در اخرین بخش از سیستم اسمز معكوس و قبل از ورود آب خوراك به پمپ هاى فشار بالا توصیه میشود.