دستگاه تصفیه آب اسمز معکوس

دستگاه تصفیه آب اسمز معکوس

دستگاه تصفیه آب اسمز معکوس  یا همان RO روشی در تصفیه آب است که به وسیله آن قادر خواهیم بود آب با کیفیت بسیار عالی (مانند آب دمین، آب مقطر یا آب آشامیدنی) را از منابع آب شور یا آب دریا تولید نماییم. دستگاه تصفیه آب اسمز معکوس  با بهره‌گیری از ممبران‌ها یا همان غشاءهای نیمه تراوا کلیه ویروس‌ها، املاح محلول و ذراتی که ازنظر اندازه مولکولی از مولکول‌های آب درشت‌تر هستند را حذف و تصفیه می‌نماید. در این دستگاه علاوه بر پمپ فشار قوی، ممبران های RO  (اسمز معکوس)، پرشر وصل‌ها ( Pressure vessel  ) پیش تصفیه شامل فیلتر شنی، کربنی و  میکروفیلترها و همچنین مجموعه ای از ابزار دقیق‌ و شیرآلات کنترلی وجود دارند که تصفیه آب را انجام می‌دهند.

امروزه روش اسمز معکوس در فرآیندهای تصفیه آب و آب شیرین کن صنعتی به طور فزاینده‌ای مورد استفاده قرار می‌گیرد. دستگاه تصفیه آب اسمز معکوس مزایای زیادی دارد از جمله آسانی در بهره‌برداری و پایین بودن هزینه‌های اولیه و جاری بسیار پایین جاری در این دستگاه‌ها؛ همچنین آب تصفیه شده با این دستگاه‌ها در قیاس با سایر روش‌های تصفیه از خلوص بسیار بالاتری برخوردار است.

شرح فرآیند دستگاه تصفیه آب اسمز معکوس

دستگاه تصفیه آب اسمز معکوس RO از دو بخش کلی تشکیل شده است.این دو بخش شامل پیش تصفیه و سیستم اسمز معکوس می‌باشد. بخش اول یا همان پیش تصفیه به منظور محافظت هرچه بیشتر از غشاءها (ممبران‌ها) و افزایش طول عمر مفیدشان طراحی می‌شود.

بخش دوم سیستم اسمز معکوس یا همان RO می‌باشد. آب ورودی به دستگاه تصفیه آب اسمز معکوس از طریق پمپ خوراک (  Feed Pump) وارد فیلتر شنی و سپس به یک  فیلتر کربنی وارد می‌شود. در این فیلترها ذرات معلق و عوامل کدورت به وسیله ذرات سیلیس جذب شده و باعث کاهش شاخص‌های کدورت و لجن آب می‌شود. در بخش فیلتر کربنی کلر باقی‌مانده و عوامل مربوط به بو و نیز مواد آلی در آب حذف می‌گردد. در مرحله بعد آب از چند میکروفیلتر عبور می‌کند. در عبور از این میکروفیلترها ذرات تا سایز ۵µm حذف می‌گردند. بدین ترتیب می‌توان از عدم ورود ذرات معلق به ممبران‌های سیستم اسمز معکوس اطمینان حاصل نمود. همچنین می‌توانیم اطمینان حاصل کنیم که کدورت آب به اندازه قابل قبول کاسته خواهد شد.

در بخش دوم دستگاه تصفیه آب به روش اسمز معکوس، آب به پمپ فشار قوی وارد می‌گردد تا فشار لازم جهت غلبه بر  اسمزی تامین شود. بعد از عبور از پمپ فشار قوی آب وارد ممبرین‌ها می‌شود. در ممبرین‌ها به علت اندازه کوچک مولکول‌های آب از  غشاءها که منافذی کوچک‌تر از یک نانومتر دارند، عبور می‌کنند. ویروس‌ها و باکتری‌ها، یون‌های فلزات، یون‌های تک ظرفیتی و چند ظرفیتی، و ذرات معلق نمی‎توانند از غشاءها عبور کنند و با جریان پساب( Concentrate ) از سیستم تصفیه خارج می‌گردند. در نتیجه آب که به ممبرین‎ها وارد می‌شود از دو بخش پساب و آب تصفیه شده تشکیل می‌شود.

ممبران اسمز معکوس

ممبران‌ها در سیستم تصفیه آب اسمز معکوس RO به عنوان هسته مرکزی واحد تصفیه آب در نظر گرفته می‌شوند. تمامی املاح محلول و آنچه به طور کلی به آن TDS  یا به عبارتی سختی آب گفته می‌شود در این قسمت حذف و تصفیه می‌گردد. جنس این ممبران‎ها از پلی آمید است . با سطح موثر بسیار بالا و قطر حفره‌های کمتر از نانومتر ساخته می‌شوند.

ممبران‎هایی که در فرآیند تصفیه آب به روش اسمز معکوس مورد استفاده قرار می‌گیرند و ساخته شده از جنس پلی آمید هستند نسبت به برخی از ترکیبات شیمیایی بسیار حساس هستند. در نتیجه مهندسین طراح واحدهای اسمز معکوس ( Reverse osmosis ) در تلاش هستند تا از ورود این قبیل مواد به اسمز معکوس پیش‌گیری نمایند. در صورت موفقیت می‌توان از عمر مفید یک ممبران که در حدود ۳ الی ۵ سال می باشد به طور کامل و بهینع استفاده نمود.

علاوه بر طراحی سیستم‌های پیش تصفیه در دستگاه تصفیه آب اسمز معکوس RO، مواد شیمیایی مختلفی به آب ورودی به ممبران‌ها تزریق می‌شود. از جمله مواد که به آب تزریق می‌شود آنتی اسکالانت یا مواد ضد رسوب را می‌توان نام برد. تزریق آنتی اسکالانت برای جلوگیری از اشباع شدن یون‌ها بر روی ممبران‌ها و اسید جهت تنظیم pH و کاهش شاخص‌های لانژلیه انجام می‌شود.

مواد کاهنده عمر ممبران

مهمترین موادی که ورود آنها می‌تواند منجر به کاهش عمر مفید ممبران‌های اسمز معکوس گردد شامل موارد ذیل می باشد:
1- کلر آزاد باقی مانده ورودی به ممبران اسمز معکوس RO بایستی کمتر از ۰.۱ mg/lit باشد.
2- میزان شاخص لجنی آب یا همان SDI بایستی حداکثر ۵ واحد باشد.
3- کل اکسیژن خواهی شیمیایی یا همان COD بایستی کمتر از 10mg/lit باشد.
4- روغن و گریس (Oil & Grease) باید کمتر از ۰.۱ mg/lit باشد.
5- میزان آهن محلول بایستی کمتر از ۰.05mg/lit باشد.

پیش تصفیه در تصفیه آب به روش اسمز معکوس

با توجه به تمام محدودیت های مطرح شده، در طراحی دستگاه تصفیه آب اسمز معکوس  پیش تصفیه‌های متناسب طراحی می‌شوند تا از ورود موادی که  باعث آسیب رسیدن به ممبران‌ها می‌شوند، جلوگیری شود. مهمترین پیش تصفیه‌های به کار رفته در اسمز معکوس به شرح زیر است:

1. فیلتر شنی
2. فیلتر کربنی
3. میکروفیلتراسیون
4. تزریق آنتی اسکالانت
5. تزریق مواد شیمیایی

کاربردها و کلیات پیش تصفیه‌های به کار رفته در اسمز معکوس شامل مواردی که در ادامه خواهد آمد:

۱- فیلتر شنی

این فیلتر به منظور کاهش شاخص لجی یا همان SDI آب طراحی می گردد. در سیستم تصفیه آب به روش اسمز معکوس به منظور حذف عوامل کدورت آب و گرفتن ذرات معلق از فیلتر شنی که به وسیله سیلیس، آنتراسیت و یا گراول پر شده است، استفاده می شود. این فیلترها می توانند ذرات معلق را جذب سطحی نمایند.

۲- فیلتر کربنی

این فیلتر به منظور از بین بردن کلر آزاد باقی مانده و کاهش COD طراحی می گردد. از آنجایی که غشاهای نیمه تراوا (ممبران‌ها) از جنس پلی آمید هستند و به شدت با کلر باقی مانده در آب واکنش نشان می‌دهند، بنابراین ضروری است تا پیش از ورود آب به دستگاه تصفیه آب اسمز معکوس، از حذف کامل کلر مطمئن شد. بدین منظور از بستر کربن فعال به عنوان جاذب مواد آلی و کلر آزاد استفاده می گردد.

۳- میکروفیلتراسیون

این فیلترها از جنس الیاف پلی پرو پیلن ذرات معلق را در منافذ خود به دام می اندازند و کیفیت شاخص لجنی یا همان SDI آب را بهبود می بخشند. آنچنان که گفته شد، شاخص لجنی ورودی به پکیج تصفیه آب اسمز معکوس به عنوان یکی از اصلی ترین اطلاعات مربوط به طراحی واحد RO مد نظر قرار می گیرد.

۴- تزریق مواد شیمیایی (آنتی اسکالانت)

به منظور جلوگیری از گرفتگی ممبران های اسمس معکوس به آب ورودی آن آنتی اسکالانت یا ضد رسوب تزریق می شود. این ماده با پایه فسفات مانع از اشباع شدن املاح بر روی ممبران اسمز معکوس می شود.

۵- تزریق مواد شیمیایی ( SMBS  )

با توجه به حساسیت شدید ممبران اسمز معکوس به کلر آزاد و یا هر ماده اکسید کننده دیگر، می توان پیش از ورود آب به RO به آن ماده شیمیایی SMBS تزریق نمود و خاصیت اکسید کنندگی این قبیل مواد را به طور کامل از بین برد.

شستشوی ممبران ها در دستگاه تصفیه آب اسمز معکوس (  RO )

یک دستگاه تصفیه آب اسمز معکوس پس از ۳ الی ۴ ماه کارکرد نیاز به شستشو دارد. از آنجایی که املاح زیادی بر روی ممبران ها جدا شده و به وسیله جریان پساب (Concentrate) از سیستم تصفیه آب خارج می گردند، بنابراین امکان اشباع شدن برخی از ترکیبات مانند کربنات کلسیم یا منیزیم، ترکیبات سولفاته و … دیگر وجود دارد. به منظور بهبود کارایی واحد RO به صورت دوره ای اسمز معکوس نیاز به شستشو با مواد شیمیایی دارد.

به این عملیات در اسمز معکوس، سیستم شستشوی دوره ای در محل (CIP)  می گویند که از جمله مواردی است که در نگهداری هرچه بهتر غشاءها نقش اساسی دارد. بر حسب نوع گرفتگی ممبران ها، محلولهای شیمیایی مخصوصی تهیه می شود و به وسیله آن ممبران های اسمز معکوس را شستشو می دهند. این محلولها عمدتا اسید کلریدریک، سود سوز آور، تترا سدیم EDTA و سایر ترکیبات می باشند.

نتایج استفاده از دستگاه تصفیه آب اسمز معکوس

نتایج عمده استفاده از اسمز معکوس شامل این موارد می باشد:
1- کاهش TDS یا همان کل املاح محلول آب.
2- کاهش هدایت الکتریکی (شوری) Electrical conductivity آب.
3- کاهش سختی موقت و سختی دائم آب Total Hardness
4- از بین بردن کلیه عوامل میکروبی، ارگانیزم ها و میکروب و ویروس ها.
5- کاهش یونهای دو ظرفیتی و تک ظرفیتی مانند کلسیم، منیزم و سدیم
6 – کاهش آنیوینهای آب مانند کلراید، سولفات، بی کربنات.
7- حذف نیترات (NO3) که به شدت برای سلامت آب آشامیدنی مضر است.
8- حذف یونها و عناصر کمیاب اما سمی مانند استرانسیم، باریم، بر و جیوه
9- حذف فلزات سنگین مانند آهن، کبالت، روی و نیکل.

آب تصفیه شده با روش اسمز معکوس در قیاس با دیگر روش‌های تصفیه آب همچون اولترافیلتراسیون، تعویض یونی و سختی‌گیر دارای کیفیت بالاتر و بهتری است.

کاربردهای اسمز معکوس

از دستگاه آب شیرین کن اسمز معکوس در صنایع مختلفی به منظور شیرین‌سازی و تصفیه آب استفاده می‌شود. مهمترین کاربردهای روش اسمز معکوس به شرح ذیل است:

1. دستگاه آب شیرین‌کن از آب شور برای مصرف حیوانات در گاوداری‎ها، مزارع پرورش مرغ و شتر مرغ و …
2. تولید آب خالص به جهت استفاده در کارخانجات نشاسته، آبمیوه، مواد شوینده، قند و…
3. در تصفیه آب‌های صنعتی در کارخانجات فولاد، معادن، صنایع غذایی و لبنی.
4. در تصفیه آب ورودی ( Make up ) برج خنک کن و مبدل‌های حرارتی.
5. در تصفیه آب ورودی( Make up ) دیگ بخار و تولید آب دمین.
6. تولید آب دیونایز شده در صنایع داروسازی و سرم‌سازی.
7. در آب شیرین کن از منابع آب شور چاه‌ها.
8. در تولید آب مقطر به روش Double RO .