تصفیه آب به روش اسمز معکوس و کاربردهای آن

تصفیه آب به روش اسمز معکوس، تکنولوژی مدرنی است که آب را برای مصارف متعددی از جمله نیمه رساناها، تکنولوژی زیستی، داروها، تولید برق، نمک زدایی آب دریا و آب خوردنی شهری، تصفیه می نماید.

از اولین آزمایشاتی که در سال 1950 انجام شد طی آن هر ساعت چند قطره آب تولید می شد،.

امروزه نتیجه صنعت اسمز معکوس در تولید مشترک جهانی به بیشتر از 7/1 میلیون گالن در هر روزرسیده است.

با روند روزافزون تقاضاها برای آب خالص(تصفیه شده)، رشد صنعت اسمزمعکوس در قرن اینده با افزایش روبه رو خواهد شد.

تاریخچه تصفیه آب به روش اسمز معکوس RO

تحقیق در مورد اسمز معکوس در سال 1950 در دانشگاه فلوریدا آغازشد.

در دانشگاه فلوریدا رید و بوتون که توانستند خاصیت نمک زدایی ممبرین استات سلولز را شرح دهند.

لوب و سوریرجان، گسترش تکنولوژی اسمز معکوس را با ایجاد نخستین ممبرین استات سلولز نا متقارن ادامه دادند.

تحقیق در مورد این پیشرفت خوب و امیدوار کننده منجر به ایجاد پیکربندی بهتر و جدیدتر اجزای اسمز معکوس شد.

امروزه این صنعت اکثرا اجزای مارپیچ فنری و در برخی موارد اجزای فیبر توخالی را تولید می کنند.

دراوایل سال 1980 تحقیق و بررسی در لابراتوارهای دولتی آمریکا، منجر به تولید نخستین ممبرین پلی آمیر مرکب شد.

این ممبرین ها عمدتاً نسبت به ممبرین های سلولزیک، از جریان تراوش و نمک زدایی بالاتری برخوردارند.

امروزه با معرفی ESPA3 توسط هیدراناتیک ها، این صنعت با ترتیب کاهش بزرگی در مسیر نمک، به افزایش 20 دفعه ای در جریان هر فشار بر روی ممبرین های سلولزیک اصلی رسیده است.

اسمز چیست؟

اُسمز یا گذرندگی (به فرانسوی: Osmose، اُسمز)(به انگلیسی: Osmosis) به فرایندی گفته می‌شود که طی آن حلال از طریق یک غشای نیمه تراوا از جایی که محلول رقیق‌تر است به جایی که محلول غلیظ تر است، نفوذ می‌کند. 

اسمز (Osmosis) یکی از روش‌های انتشار مواد بین دو مکان مختلف است که‌ در زیست شناسی‌، معمولا از این پدیده درانتقالات بین سلولی استفاده می‌شود.

فرایند انتشار زمانی اتفاق می‌افتد که مولکول‌ها یا اتم‌ها از ناحیه‌‌ای با غلظت بالا به منطقه‌ای با غلظت کم منتقل می‌شوند. پدیده اسمز در مواردی رخ می‌دهد که یک ماده از یک «غشای نیمه نفوذپذیر» (Semipermeable Membrane) عبور می‌کند تا بتواند غلظت ماده دیگری را متعادل کند.

اسمز معکوس چیست

اسمز معکوس (به انگلیسی: Reverse Osmosis) فرایند تصفیه آبی است که در آن از فشار برای معکوس نمودن جریان اسمزی آب از درون یک غشای نیمه‌تراوا برای تولید آب خالص و حذف یون‌ها، مولکول‌ها و ذرات بزرگتر حل شده در آب استفاده می‌شود. 

[caption id="attachment_2360" align="aligncenter" width="403"] تصفیه آب به روش اسمز معکوس[/caption]

دراین روش آب با فشار از میان غشایی گذرانده می‌شود که نیترات ومواد معدنی و بسیاری از مواد شیمیایی و میکروارگانیسم‌ها (عمدتاً باکتری‌ها) را حذف می‌کند.

نیم تا دو سوم آب پشت این غشا باقی می‌ماند که به عنوان آب پسمانده (Concentrate) دور ریخته می‌شود. می‌توان پسماند خروجی را مجدداً به سیستم بازگرداند تا در مصرف آب صرفه جویی به عمل آید.

اگر پسآب خروجی در یک سیکل چرخشی وارد شود می‌توان راندمان سیستم را افزایش داد.

اسمز معکوس RO چگونه کار می کند

برای درک بهتر اسمز معکوس ابتدا به شرح اسمز نرمال می پردازیم.

عبور اب از غشای نیم تراوایی نسبی اسمز می گویند که از جایی رقیق به جای غلیظ می روند.

اسمز انرژی مصرف نمی کند برای جابه جایی!هنگامی که دریکطرف ظرفی آب خالص و طرف دیگرمحلول آب نمک باشد آب خالص به طرف مایع غلیظ یا محلول آب نمک می رود.

غشای نیمه تراوا چیست؟

ممبرین نیمه تراوا غشایی است که برخی اتم ها یا مولکول ها راعبورمی دهد، اما مانع عبور بقیه می شود.

ممبرین به غیر از مولکول های نمک به مولکول های آب اجازه عبور میدهد.

فشار اسمزی چیست؟

 فشار اسمزی عبارت از حداقل فشار لازم برای جلوگیری از عبور یک محلول از غشای نیمه نفوذپذیر است. 

اسمز دلیل این مسئله است که نوشیدن آب شور (مثل آب اقیانوس) شما را خواهد کشت.

وقتی آب شوروارد معده میشود، فشار اسمزی، آب را به بیرون بدنتان میراند، تا نمک درداخل معده شما رقیق شود.

بنابراین شما آب بدنتان را از دست می دهید (آب بدنتان خشک می شود) و می میرید.

تصفیه آب به روش اسمز معکوس، هدف استفاده ازممبرین به گونه ای است که شبیه فیلترجهت تولید آب شرب ازآب شور(یا آب آلوده دیگر)عمل کند.

در اسمز معکوس آب شور برروی ممبران تحت فشار قرار میگرد تا عکس عمل اسمزنرمال صورت گیرد.

درنتیجه در یک طرف غشا آب شور به جای رقیقی (در اسمز نرمال) غیظ و دور ریزمی گردد.

از طرف دیگر غشا هم آب خالص تصفیه خارج میگردد.

کاربرد تصفیه آب به روش اسمز معکوس RO

تصفیه آب به روش اسمز معکوس می‌تواند هم برای خالص‌سازی آب و هم برای تغلیظ و بازیافت جامدات حل‌شده در آب خوراک (که آب‌زدایی نامیده می‌شود) مورد استفاده قرار گیرد.

عمومی‌ترین کاربرد RO تعویض یونی، شامل نرم کردن آب با استفاده از سدیم، جهت تخلیص آب مصرفی مورد نیاز برای بویلرهای با فشار کم تا متوسط، می‌باشد .

کیفیت آب تولیدی از RO به‌گونه‌ای است که می‌تواند در چنین فشارهایی بطور مستقیم برای تامین آب جبرانی بویلر مورد استفاده قرار گیرد.

برای بویلرهای با فشار بالاتر و مولدهای بخار، سیستم RO را می‌توان بصورت یک پیش‌تصفیه جهت سیستم تعویض یونی دارای دو بستر (دو ستون مبادله‌کننده) یا یک بستر مختلط (میکس‌بد)، به سیستم تعویض یونی متصل نمود .
استفاده از RO قبل از سیستم تبادل یونی می‌تواند به‌ مقدار قابل ملاحظه‌ای زمان تناوب احیای رزینی را کاهش دهد، همچنین مقدار اسید، باز و پساب ناشی از عملیات احیا را که باید مورد استفاد قرار گرفت و ذخیره گردد را شدیداً کم می‌کند.
در برخی شرایط، یک واحد RO ثانویه می‌تواند جهت ایجادخلوص آب بالاتر بیشتری از یک واحد RO تولید شود.

سیال خروجی از RO می‌تواند بطور مستقیم مورد استفاد قرار گیرد یا در برخی مواقع بسته به خلوص مورد نیاز توسط سیستم تبادل یونی میکس‌بد نرم گردد و یا این‌که برای خالص‌سازی بیشتر آب تولیدی، به‌طور پیوسته تحت عمل یونیزاسیون الکتریکی قرار گیرد.

دیگر کاربردهای عمومی تصفیه آب به روش اسمز معکوس RO

1- نمک‌زدایی از آب دریا و آب لب‌شور برای تولید آب آشامیدنی.

این کار در مناطق ساحلی و خاورمیانه که تهیه‌ی آب تازه مشکل می‌باشد، عمومیت زیادی دارد.

2- تولید آب فوق‌خالص برای صنایع میکروالکترونیک.

3- تولید آب با خلوص بالا جهت صنایع داروسازی.

4- تولید آب فرآیندی برای صنایع نوشابه‌سازی و نوشیدنی ها.

5- فرآیند محصولات لبنی.

6- تغلیظ مواد شیرین‌کننده‌ی غلات

7- تصفیه‌ پساب وبازیافت مواد مصرفی درفرآیند، مانند فلزات درصنایع فلزکاری و رنگ‌ها در فرآیند پارچه‌بافی.

8- بازیافت آب از فاضلاب شهری و صنعتی.

9- تصفیه آب جهت مصارف تاسیات و موتورخانه

جهت سفارش سیستم های تصفیه اسمز معکوس RO و یا هرگونه خدمات تعمیرونگهداری اسمز معکوس RO باما تماس بگیرید.

جهت سفارش انواع تجهیزات وقطعات سیستم های تصفیه به روش اسمز معکوس RO از صفحه فروشگاه بازدید کنید.

سختی گیر

سختی گیر رزینی  با حذف کلسیم، منیزیم و کاتیون های فلزی دیگر که عوامل آب سخت هستند آب را نرم می کند.

آب نرم به صابون کمتری  نیاز دارد، زیرا صابون در پیوند با یون های کلسیم هدر نمی رود.

آب نرم همچنین طول عمر لوله کشی را با کاهش یا حذف رسوب در لوله ها و اتصالات افزایش می دهد.

نرم شدن آب معمولاً با استفاده از رزین‌های نرم‌کننده آهک یا تبادل یونی انجام می‌شود، اما به طور فزاینده‌ای با استفاده از  سیستم نانوفیلتراسیون یا غشاهای اسمز معکوس نیز انجام می‌شود.

آب سخت و آب نرم

این که منبع آب برچسب "نرم" یا "سخت" باشد به وجود دو ماده معدنی بسیار محلول، کلسیم و منیزیم بستگی دارد.

از نظر سلامتی، این مواد معدنی هیچ اثر نامطلوبی ندارند و در واقع مواد مغذی ضروری روزانه بدن هستند. این مواد معدنی هستند که به آب طعمی طراوت بخش می دهند که بسیاری از مردم آن را مطلوب می دانند.

با این حال، زمانی که کلسیم و منیزیم در آب نفوذ می‌کنند، روی سطوح تماس تجمع می‌کنند، لوله‌ها را مسدود می‌کنند.

به سیستم های گرمایشی نظیرآبگرمکن‌ها آسیب می‌زنند و کارایی صابون‌ها و مواد شوینده را کاهش می‌دهند.

سختی آب در یکی از دو واحد اندازه گیری بیان می شود. واحد اول قسمت در میلیون (ppm) کربنات کلسیم است که معادل غلظت کلسیم و منیزیم محلول است.

استفاده از این معادل، محاسبات سختی را ساده می کند. یک ppm یعنی یک واحد کربنات کلسیم در یک میلیون واحد آب حل می شود.

قسمت در میلیون نیز برابر با میلی گرم در لیتر (mg/l) است. دومین بیان سختی دانه در هر گالن (gpg) کربنات کلسیم است.

یک gpg منحصراً به عنوان یک واحد سختی استفاده می شود و تقریباً برابر با 17 میلی گرم در لیتر یا ppm است.

اگر آب خود را آزمایش کرده اید، گزارش از یکی یا هر دوی این واحدها استفاده می کند تا به شما بگوید چقدر آب شما سخت است.

از آنجایی که سطح کربنات کلسیم برای مصرف کنندگان آب معنی کمی دارد، متخصصان آب سطوح سختی را طبقه بندی کرده اند. جدول 1 این طبقه بندی ها را نشان می دهد.

فرآیند سختی گیرها یا نرم شدن آب

تبادل یون

از آنجایی که دستگاه های نرم کننده (سختی گیر آب) از دیرباز در صنعت تصفیه آب در دسترس بوده اند، این فناوری بسیار توسعه یافته است و در بیشتر موارد برای کاهش سطح سختی به خوبی عمل می کند.

تبادل یونی چگونه کار می کند؟ یک فرآیند فیزیکی و شیمیایی آب را از طریق یک محیط تبادلی به نام رزین یا زئولیت فیلتر می کند.

به طور معمول، رزین یک ماده مصنوعی یا طبیعی و ماسه مانند است که با یون های سدیم با بار مثبت پوشانده شده است.

با حل شدن یون های دارای بار مثبت  کلسیم و منیزیم ، یک محیط تبادل یونی ایجاد می شود. آب از طریق واحد جریان می یابد در حالی که رزین یون های سدیم خود را آزاد می کند و به راحتی آنها را با یون های کلسیم و منیزیم مبادله می کند.

اکنون آبی که از دستگاه خارج می شود نرم در نظر گرفته می شود.

 احیا سختی گیر

واضح است که رزین یک سایت مبادله پایان ناپذیر نیست. هنگامی که تمام محل‌های تبادل سدیم با مواد معدنی سختی جایگزین می‌شوند، رزین مصرف می‌شود و دیگر آب را نرم نمی‌کند.

در این مرحله، نرم کننده آب باید در یک چرخه جایگزین به نام بازسازیی احیا کار کند. در طی این چرخه، رزین با محلول نمکی شستشو داده شوند  و نهایتا آبکشی شود.

آب نمک به صورت معکوس از طریق سیستم شستشو می شود و یون های کلسیم و منیزیم جذب شده روی رزین را با خود می برد.

پس از اتمام شستشوی معکوس، سختی گیر  را می توان به چرخه  استفاده برگرداند. برخی از نرم کننده های آب به طور خودکار به چرخه عملیات و احیا  تغییر وضعیت می دهند.

برخی دیگر به صورت دستی عمل می کنند.

انواع سختی گیر ها

اگرچه برندها و مدل‌های بسیاری از واحدهای تبادل یونی در بازار وجود دارد، اما اساساً همه با تفاوت‌های جزئی در ویژگی‌های اضافی، نرخ جریان و غیره یکسان عمل می‌کنند.

تقریباً همه سختی گیرها به یکی از دو دسته تقسیم می شوند.

مدل‌های زمان‌بندی‌شده دارای ساعت‌های زمانی قابل برنامه‌ریزی هستند که در یک برنامه از پیش تعیین‌شدهاحیا می‌شوند و سپس به سرویس باز می‌گردند.

اینها برای سیستم های تصفیه که در چرخه مصرف منظم آب هستند به خوبی کار می‌کنند، اما آب و نمک بیشتری را هدر می‌دهند، زیرا خواه رزین به آن نیاز داشته باشد یا نه، عملیات احیا را انجام می دهند.

مدل‌های کنترل مصرف، با سنسورهای الکتریکی و مکانیکی، معمولاً پس از نرم شدن حجمی از دبی آب شروع به احیا می کنند. اگر برنامه مصرف آب در نوسان دارید، چنین مدل هایی مناسب هستند.

تعمیر و نگهداری

مهم نیست که چه مدلی سختی گیر را مورد استفاده قرار می دهیم، همه نرم کننده های آب باید به درستی نگهداری شوند.

محلول آب نمک باید مخلوط شده و در مخزن آب نمک ذخیره شود. گرفتگی دوره ای رزین نیز نیازمند توجه ویژه است. به عنوان مثال، اگر منبع آب خام کدر باشد، ممکن است رزین را با گل و خاک رس مسدود کند.

گاهی اوقات، شستشوی معکوس معمولی با آب این مشکل را حل می کند. اگر نه، رزین را به آرامی در طول چرخه شستشوی معکوس هم بزنید تا به شکستن مواد کمک کنید.

به همین ترتیب، باکتری ها و قارچ ها نیز تشک هایی در رزین تشکیل می دهند که اثربخشی آن را کاهش می دهد.

ضد عفونی کردن آب قبل از نرم شدن یا تمیز کردن دوره ای نرم کننده با سفید کننده کلر این مزاحمت ها را از بین می برد.

با این حال، قبل از افزودن هر گونه مواد شیمیایی به دستگاه، دستورالعمل های سازنده را بخوانید.

رسوب آهن یکی دیگر از مشکلات رایج تعمیر و نگهداری نرم کننده های آب است. اگرچه آهن بی رنگ و کاهش یافته توسط دستگاه حذف می شود، آهن اکسید شده قرمز (آهنی که در معرض هوا یا کلر قرار گرفته است) رزین را مسدود می کند.

فیلتراسیون قبل از نرم شدن تضمین می کند که آهن اکسید شده در نرم کننده پردازش نمی شود. اگر رزین قبلاً رسوب شده باشد، می بایست توسط تمیز کننده ها شستشو شوند.

در برخی موارد، رزین ها را نمی توان از آلاینده ها شستشو داد و نیاز به تعویض دارند. (اگر رزین به طور دوره‌ای احیا و نگهداری می‌شود، نباید اینطور باشد.) برای اطلاعات در مورد تعویض رزین با فروشنده سختی گیر خود مشورت کنید.

مزایا و معایب سختی گیر ها

• مزایا

اکثر مصرف‌کنندگان موافق هستند که آب سخت موجب ایجاد رسوب و گرفتگی لوله های سیستم های گرمایشی و این خود موجب خوردگی لوله ها می شود.

همچنین در مصارف خانگی  لکه را روی گلدان‌ها، لایه‌های صابون روی پوست و  رسوب شوینده در ماشین لباسشویی ایجاد می‌کند.

مهمتر این رسوبها همچنین می توانند در داخل سیستم های گرمایی جمع شوند و عمر مفید آنها را کاهش دهند.

معایب

عیب اصلی نرم شدن آب آشامیدنی خطرات سلامتی برای افرادی است که از رژیم های غذایی کم سدیم استفاده می کنند.

تعمیر و نگهداری یکی دیگر از ملاحظات است. در حالی که می‌توانید مدل‌هایی با ویژگی‌های ویژه خریداری کنید که همه کارها را  به صورت اتوماتیک انجام می‌دهند، برای هر ویژگی اضافی هزینه پرداخت می‌کنید.

بسته به منبع آب، ممکن است مجبور شوید آب کدر را فیلتر کنید یا آب مملو از باکتری را ضد عفونی کنید.

در نهایت، اگر شما صاحب یک سیستم سپتیک هستید، باید بار اضافی بر روی سیستم جمع آوری و تصفیه پساب خود را از شستشوی معکوس و احیا در نظر بگیریدکه باعث اضافه بار هیدرولیکی سیستم سپتیک می شود

جهت سفارش سختی گیر از صفحه فروشگاه بازدید کنید

فروشگاه