اسمز معکوس (RO) فرآیند تصفیه آب است که در آن آب تحت فشار از یک غشای نیمه تراوا عبور می کند تا آلاینده ها، یون ها، ذرات بزرگ و سایر ناخالصی ها را حذف کند. برای اینکه یک سیستم اسمز معکوس به درستی کار کند، طیف گسترده ای از شیرها در برنامه استفاده می شود. ما کارهایی که این سیستم ها انجام می دهند و نقشی که دریچه ها برای عملکرد موفقیت آمیز سیستم های اسمز معکوس ایفا می کنند را پوشش می دهیم.
اسمز به طور طبیعی زمانی اتفاق می افتد که دو محلول با غلظت املاح متفاوت توسط یک غشای نیمه تراوا از هم جدا شوند. این غشاء ماده‌ای است که به مولکول های اندازه خاصی اجازه عبور از آن را می‌دهد. یک مثال ساده از این غشای نیمه تراوا است که به مولکول های آب اجازه عبور می دهد اما به مولکول های نمک اجازه عبور نمی دهد.
با نگاهی به تصویر سمت چپ در شکل 2، لوله U شکل دارای دو محلول است که توسط یک غشای نیمه تراوا از هم جدا شده اند. آب شیرین با غلظت نمک کم (حلال) در یک طرف و آب نمک با غلظت نمک بالا (املاح) در طرف دیگر غشاء وجود دارد. آب با غلظت نمک کمتر شروع به حرکت به سمت سمت با غلظت نمک بالاتر خواهد کرد زیرا طبیعت در تلاش برای تعادل مولکول های حلال آزاد است. این باعث می شود سطح آب در سمتی که غلظت نمک بیشتری دارد بالا رود. تا زمانی که فشار اسمزی به اندازه کافی بالا باشد، توسط آب خالص تر به سمت بالا رانده می شود. فشار اسمزی فشار مورد نیاز برای جلوگیری از اسمز مولکول های حلال در سراسر غشا است.
اسمز و اسمز معکوس
شکل 2: اسمز (1) و اسمز معکوس (2): آب (A)، غشای نیمه تراوا (B)، فشار اسمزی (C)، محلول غلیظ (D)، فشار خارجی (E)، آب دریا (F)، آب شیرین (G).
همانطور که گفته شد، اسمز معکوس «اسمز معکوس» است. این یک فرآیند طبیعی نیست. از این رو، برای اسمز معکوس، باید به محلولی با غلظت املاح بالاتر فشار وارد شود. این امر منجر به عبور مولکول های آب از یک غشای نیمه تراوا به سمت ناحیه غلظت املاح پایین می شود. این فشار باید بیشتر از فشار اسمزی طبیعی باشد تا آب خالص از آن عبور کند و محلولی با آلاینده‌ها یا نمک های اصلی باقی بگذارد.
شکل 2 در سمت راست یک لوله U شکل با اسمز معکوس را نشان می دهد. فشار اعمال شده بر روی آب با غلظت نمک بالاتر منجر به حرکت مولکول های آب در سراسر غشاء می شود و در نتیجه آب را تصفیه می کند.
یک سیستم اسمز معکوس ساده از یک پمپ فشار بالا تشکیل شده است (شکل 3 با برچسب B) که فشار آب تغذیه را با نمک ها، یون ها یا ناخالصی ها افزایش می دهد (شکل 3 با برچسب A). این امر آب را از یک غشای RO نیمه تراوا (اسمز معکوس) عبور می دهد (شکل 3 با برچسب C) و تمام نمک های محلول را پشت سر می گذارد. فشار مورد نیاز مستقیماً با غلظت نمک آب تغذیه متناسب است.
یک سیستم اسمز معکوس ساده
شکل 3: یک سیستم اسمز معکوس ساده
غشای RO به آب تمیزتر، به نام آب نفوذی، اجازه عبور می دهد (شکل 3 با برچسب E). نمک ها و سایر آلاینده های متوقف شده توسط غشاء به صورت یک جریان دفعی خارج می شوند (شکل 3 با برچسب D). این را می توان تخلیه کرد یا در صورت امکان، از طریق سیستم RO برای صرفه جویی در مصرف آب بازیافت کرد. سیستم های RO تا 99 درصد نمک ها (یون ها)، ذرات، پاتوژن ها و باکتری ها را از آب خوراک حذف می کنند.
شیر برقی برای دستگاه تصفیه آب RO
معمولاً شیرهای برقی برای دستگاه های تصفیه آب RO دو طرفه (1 ورودی، 1 خروجی از نوع باز/بسته) هستند که برای کنترل روشن/خاموش آب ایده آل هستند. سه نوع شیر برقی وجود دارد:
شیرهای برقی مستقیم دارای طراحی فشرده هستند. همانطور که در شکل 4 مشاهده می شود، پیستون شیر برقی مستقیماً روی مسیر جریان یا روزنه قرار می گیرد و عملکرد روشن/خاموش شیر برقی را کنترل می کند. از آنجایی که از غشاء استفاده نمی کند، جریان با توجه به اندازه روزنه محدود می شود.
نمایش شماتیک یک شیر برقی مستقیم (2/2 طرفه، معمولاً بسته) و اجزاء: سیم پیچ (A)، آرمیچر (B)، حلقه سایه (C)، فنر (D)، پیستون (E)، مهر و موم (F)، بدنه شیر (G)
شکل 4: نمایش شماتیک یک شیر برقی مستقیم (2/2 طرفه، معمولاً بسته) و اجزاء: سیم پیچ (A)، آرمیچر (B)، حلقه سایه (C)، فنر (D)، پیستون (E)، آب بندی (F)، بدنه شیر (G)
معمولاً این بین 1 تا 5 میلی متر است. از آنجایی که این نوع شیر عمل مستقیم دارد، عملکرد آن به اختلاف فشار سیستم بستگی ندارد. این امر آن را برای سیستم های جریان کم، کوچک، متوسط و فشار بالا تا 150 بار ایده آل می کند. اندازه پورت ها از 1/8 اینچ تا 3/8 اینچ متغیر است.
این طرح از یک غشای آویزان استفاده می کند و همانطور که در شکل 5 نشان داده شده است به صورت آزمایشی عمل می کند. غشای شیر برقی داخلی به مجموعه پیستون متصل یا آویزان شده است. پیستون پر انرژی در نتیجه غشاء را بلند می کند و آن را به صورت مکانیکی باز نگه می دارد. در همان زمان، پیستون یک روزنه خلبان را باز می کند. در نتیجه، فشار محیط از باز شدن غشا پشتیبانی می کند. از این رو، این نوع شیر برقی بدون اختلاف فشار بین ورودی و خروجی کار می کند. برای سیستم های فشار کم، حلقه بسته، تغذیه گرانشی و مکش آب ایده آل است.
نمایش شماتیک یک شیر برقی نیمه مستقیم (2/2 طرفه، معمولا بسته)
شکل 5: نمایش شماتیک یک شیر برقی نیمه مستقیم (2/2 طرفه، معمولاً بسته)
شیرهای برقی غیر مستقیم (شکل 6) از غشایی استفاده می کنند که به پیستون برقی متصل نیست. از این رو، غشاء شناور می ماند و از اختلاف فشار بین ورودی و خروجی برای کار استفاده می کند. این دیفرانسیل فشار توسط یک مدار پیلوت فعال برقی کنترل می شود. سیم پیچ/پیستون برقی روی درگاه کانال خروجی نصب شده است که خروجی و ناحیه بالای غشاء را به هم متصل می کند. هنگامی که انرژی می گیرد، فشار بالای غشا از طریق این کانال پایلوت به درگاه خروجی آزاد می شود. این باعث ایجاد اختلاف فشار می شود که غشا را بلند می کند و اجازه می دهد تا محیط از طریق شیر جریان یابد. هنگامی که مدار پایلوت بسته می شود، فشار ورودی بالای غشاء ایجاد می شود و آن را مجبور به بسته شدن و توقف جریان محیط می کند.
این برای سیستم های فشار متوسط تا بالا، باز در اتمسفر و سیستم های تغذیه پمپ ایده آل است.
نمایش شماتیک یک شیر برقی غیرمستقیم (2/2 طرفه، معمولا بسته)
شکل 6: نمایش شماتیک یک شیر برقی غیرمستقیم (2/2 طرفه، معمولاً بسته)
شیرهای چک اسمز معکوس به لوله های آب غشاء RO یا درگاه خروجی تراوش محفظه غشا متصل می شوند. این دریچه ها از جریان برگشتی به غشا جلوگیری می کنند. هنگامی که فشار برگشتی در سیستم وجود دارد، به عنوان مثال هنگامی که مخزن پر است، دریچه فنری درگیر می شود و جریان آب را متوقف می کند. تا زمانی که فشار برگشتی به زیر فشار تغذیه نرسد، جریان از سر گرفته نمی شود. این شیرها برای سیستم هایی که با مخازن تحت فشار و/یا شیرهای خاموش کننده خودکار کار می کنند مورد نیاز هستند.
شیرهای تغذیه برای کنترل تامین آب تغذیه سیستم های RO استفاده می شوند. آنها یک عملکرد ON/OFF دارند. اغلب، آنها شیرهای برقی هستند. آنها در سبک های مختلف ارائه می شوند و برای بسیاری از سناریوهای لوله کشی مناسب هستند.
شیرهای توپی دو طرفه جریان آب به تجهیزات را با یک چهارم چرخش دسته قطع می کنند. این شیرها می توانند به صورت دستی، پنوماتیک یا الکتریکی فعال شوند. آنها را می توان در موقعیت های میانی برای متوقف کردن جریان آب به یک سیستم، مخزن یا قطعات برای سرویس آسان تر و دوره های طولانی مدت عدم استفاده استفاده کرد. بسته به جنس، آنها معمولا مقاوم تر از شیرهای برقی هستند.
دریچه های قطع خودکار بسته به سطح مخزن خاموش یا روشن می شوند. اینها دریچه های غشایی هستند که در ارتباط با مخازن پیش فشار کار می کنند. آنها همچنین با دریچه های شناور کار می کنند تا به طور خودکار تغذیه سیستم RO را هنگامی که مخزن پر است خاموش می کنند و هنگامی که سطح مخزن به زیر یک نقطه از پیش تعیین شده خاص کاهش می یابد، دوباره روشن می شود. آنها به صرفه جویی و حفظ آب کمک می کنند. آنها به صورت مکانیکی کار می کنند و نیازی به برق ندارند.
شیرهای شناور دارای شناوری هستند که سطح آب را در یک مخزن یا مخزن حس می کند و هنگامی که سطح آب از یک نقطه خاص بالاتر رفت، به طور خودکار جریان آب را به داخل مخزن یا مخزن متوقف می کند. ,وقتی سطح آب به موقعیت شناور می رسد، شناور بودن شناور باعث می شود بازوی دریچه بالا بیاید و در نتیجه دریچه بسته می شود. هنگامی که همراه با یک شیر خاموش کننده خودکار از نوع غشایی استفاده می شود، فشار برگشتی که با بستن شیر مخزن ایجاد می شود، باعث می شود که شیر خاموش کننده آب تغذیه جریان یافته به سیستم RO را خاموش کند. هنگامی که آب استفاده می شود و سطح پایین می آید، دریچه باز می شود و شیر قطع می شود و اجازه می دهد آب تغذیه دوباره به سیستم RO جریان یابد.
