در این مقاله که توسط شبکه فناوری آب (شفا) تهیه شده است میخواهیم بدانیم انواع روش اسمز معکوس در تصفیه آب چیست؟
روش‌های متفاوتی برای تصفیه آب وجود دارند از جمله: زلال‌سازی، فیلتر کردن و… ولی یکی از بهترین روش‌های تصفیه آب که یک روش نوین محسوب می‌گردد، روش اسمز معکوس (RO) نام دارد. در این مقاله از سری مقالات تصفیه آب در شفا به بررسی روش اسمز معکوس در تصفیه آب می‌پردازیم.
اسمز معکوس که معمولا با RO شناخته می‌شود، فرآیندی است که آب تحت فشار از یک غشای نیمه تراوا به منظور تصفیه، عبور داده می‌شود. برای درک هدف و فرآیند اسمز معکوس لازم است ابتدا پدیده اسمز را بشناسیم.
اسمز یک پدیده طبیعی است که در آن یک محلول با نمک کمتر تمایل دارد به محلول با نمک بیشتر مهاجرت کند.
شکل پدیده اسمز را نشان می‌دهد. یک غشای نیمه‌تراوا بین دو بخش قرار می‌گیرد. نیمه تراوا بدان معنی است که غشاء برای برخی از گونه‌ها نفوذپذیر و برای بعضی گونه‌ها نفوذناپذیر است. برای رسیدن به تعادل (غلظت یکسان نمک در هر دو طرف غشاء، قاعده اساسی طبیعت)، آب از محفظه آب خالص به محفظه حاوی نمک عبور می‌کند تا محلول نمک را رقیق کند.
در شکل می‌توان تفاوت بین محلول را در محفظه آب شور و آب خالص مشاهده نمود. این انتقال تا زمانی که فشار ستون آب (محلول نمک) بیشتر از حالتی است که جریان آب را متوقف نماید، ادامه می‌یابد. نقطه تعادل ارتفاع ستون آب که در واقع فشار آب بر روی غشاست فشار اسمزی نامیده می‌شود.
اگر بخواهیم آب خالص را از آب نمک تولید کنیم، لازم است یک نیرو (فشار) در ستون آب حاوی نمک اعمال شود تا آب را به جهت معکوس حرکت دهد و مولکول‌های آب از طریق غشاهای نیمه تراوا به داخل محفظه آب شیرین جریان یابد. این اساس فرآیند اسمز معکوس است. فشار اعمالی باید بر فشار اسمزی غلبه کند.
هنگامی که فشار به محلول غلیظ اعمال می‌شود، مولکول‌های آب مجبور می‌شوند از طریق غشای نیمه تراوا جریان یابند (آلودگی‌ها پشت غشا می‌ماند، زیرا غشاء نیمه‌تراوا تنها به مولکول‌های آب امکان نفوذ می‌دهد و برای یون‌ها و آلاینده‌های دیگر نفوذپذیر نیست.)
اسمز معکوس در عمل به عنوان یک فرآیند تصفیه crossflow عمل می‌کند. یک پمپ فشار بالا برای افزایش فشار روی بخش نمک RO استفاده می‌شود و باعث می‌شود که آب از غشاء نیمه تراوا جریان یابد و اکثر (حدود 95 تا 99 درصد) نمک‌های غیر محلول در پشت جریان باقی می‌ماند.
در داخل غشاء، آب خوراک به یک محلول کم نمک و یک محلول با نمک زیاد، به نام پساب غلیظ، آب نمک یا جریان نشت تقسیم می‌شود.
همانطور که آب خوراک تحت فشار (به اندازه کافی برای غلبه بر فشار اسمزی) به داخل غشاء اسمز معکوس (RO) وارد می‌شود، مولکول‌های آب از غشاء نیمه تراوا عبور می‌کنند و نمک‌ها و سایر آلاینده‌ها مجاز به عبور نیستند و از طریق پساب‌های غلیظ تخلیه می‌شوند، که وارد پساب می‌شود یا می‌تواند به جریان ورودی به منظور بازیافت از طریق سیستم اسمز معکوس (RO) برای ذخیره آب بازگردد.
اسمز معکوس قادر به جدا کردن نمک‌های محلول (یون‌ها)، ذرات، کلوئیدها، مواد آلی، باکتری و پیروژن‌ها از آب است. یک غشای اسمز معکوس(RO)، بر اساس اندازه و بار آلاینده‌ها از عبور آن‌ها ممانعت می‌کند. به احتمال زیاد هر آلاینده‌ای که دارای وزن مولکولی بیش از Da180 است، توسط یک سیستم RO که به درستی عمل می‌کند، ممانعت می‌شود. به علاوه، برای آلاینده‌های با بار یونی بزرگ‌تر، امکان عبور از غشای اسمز معکوس (RO) کمتر است.
غشای اسمز معکوس (RO) گازهایی مانند CO2 یا O2 را حذف نمی‌کند. این گازها زمانی که در محلول هستند خیلی یونیزه (باردار) نمی‌شوند و دارای وزن مولکولی بسیار کم هستند.
آب از نظر الکتریکی خنثی است، به این معنی که مجموع بار کاتیون‌ها برابر با مجموع بار آنیون‌هاست. در غشای معکوس(RO) نیز به طور مشابه به ازای هر کاتیونی که از غشا عبور می‌کند، یک آنیون به صورت معادل باید عبور کند. نفوذ از لحاظ الکتریکی خنثی است و یک تعادل باری وجود خواهد داشت.
برخی از نمونه کاربردهای اسمز معکوس:
– آب آشامیدنی شهری
– صنایع غذایی و آشامیدنی
– آبیاری کشاورزی
– اب فوق خالص صنعتی
– آب تصفیه شده صنعتی
– استفاده مجدد از فاضلاب
– صنعت برق (آب تغذیه دیگ بخار، برج‌های خنک‌کننده)
– استفاده مجدد از آب شهری/ صنعتی
– مصرف خانوارها
– صنایع رنگ
– بیمارستان‌ها
– صنایع شیشه
– صنایع پزشکی
– صنایع نساجی
– صنایع شیمیایی
– صنایع کشاورزی
– صنایع دام و طیور
– صنایع ساختمانی
– صنایع کاغذسازی
– صنایع فولاد و فلزات
– صنایع باطری سازی
– نیروگاه‌ها، پتروشیمی و پالایشگاه‌ها
– سیستم‌های حرارتی و برودتی
تصفیه آب باران با روش اسمز معکوس برای آبیاری فضای سبز و مصارف سرمایش دستگاه‌های آب خنک در شهرهای بزرگ دنیا به عنوان راه حلی برای مشکل کمبود آب مورد استفاده قرار می‌گیرد.
در صنعت و نیروگاه‌ها، اسمز معکوس مواد جامد حل شده را از آب دیگ‌های بخار حذف می‌کند. این کار رسوب گذاری را در تأسیسات کاهش داده و از خرابی آن‌ها جلوگیری می‌کند. رسوب‌گذاری داخل یا خارج لوله‌های دیگ بخار با کاهش کارایی آن و همچنین تولید بخار ضعیف، باعث تولید برق ضعیف در توربین می‌شود.
همچنین برای تمیز کردن پساب و آب‌های زیرزمینی شور از اسمز معکوس استفاده می‌شود. فاضلاب در حجم‌های بزرگ (بیش از ۵۰۰ متر مکعب در روز) ابتدا باید در یک تصفیه خانه پیش تصفیه شود و پس از آن پساب پاکیزه تحت سیستم اسمز معکوس قرار می‌گیرد. به این طریق هزینه تصفیه به‌طور قابل توجهی کاهش می‌یابد و عمر غشاء سیستم اسمز معکوس افزایش می‌یابد.
فرایند اسمز معکوس را می‌توان برای تولید آب دیونیزه استفاده کرد.
فرایند اسمز معکوس برای تصفیه آب نیاز به انرژی حرارتی ندارد. دبی جریان سیستم‌های اسمز معکوس را می‌توان با پمپ‌های فشار بالا کنترل کرد. بازیابی آب خالص بستگی به عوامل مختلفی، از جمله اندازه غشاء، اندازه سوراخ‌های غشاء، دما، فشار عملیاتی و مساحت جانبی غشاء دارد.
سیستم اسمز معکوس شامل اجزای اصلی زیر است:
– بخش پیش تصفیه
– پمپ فشار بالا
– غشاها
– بخش شست‌و شوی خودکار
در این بخش برای حذف آلودگی‌های میکروبی و جداسازی ذرات بزرگ‌تر معمولا از فیلترهای کربنی و شنی استفاده می‌شود.
در اسمز معکوس از یک پمپ به منظور خنثی سازی فشار اسمزی و جبران افت فشار ناشی از وجود غشاها و سایر تجهیزات در مسیر استفاده می‌شود.
کار اصلی تصفیه آب توسط این بخش انجام می‌شود، که شامل پوسته و ممبران‌هایی از جنس پلی‌آمید و پلی‌استر می‌باشد.
این سیستم به عمل پاک کردن ممبران‌ها سهولت می‌بخشد که یک ورودی برای آب خوراک و دو خروجی برای آب نفوذ کرده (شیرین شده) و محلول غلیظ شده (پساب) در سیستم اسمز معکوس می‌باشد.
رسوب‌گذاری: غشاهای اسمز معکوس مانع عبور نمک‌ها می‌شود و غلظت نمک در سمتی از غشا که منبع تغذیه وجود دارد افزایش یافته و در زمانی‌که غلظت نمک از حد انحلال آن‌ها بیشتر شود، رسوب می‌نماید.
گرفتگی و رسوب کلوییدی: عمده‌ترین مشکل آب تغذیه‌کننده ناشی از حضور جامدات معلق است. این جامدات بر اساس اندازه و قابلیت ته‌نشین شدن آن‌ها به دو دسته جامدات کلوییدی و غیرکلوییدی دسته‌بندی می‌شوند. این جامدات به راحتی ته‌نشین نمی‌شوند.
گرفتگی بیولوژیکی: یکی از مهم‌ترین مشکلاتی که در سیستم اسمز معکوس وجود دارد رشد میکروب‌ها و گرفتگی بیولوژیکی است.
گرفتگی اسیدی: ترکیبات آهن منگنز و سولفور اکسید شده و در صورت حضور اکسیژن در PH بالا به صورت غیرمحلول و به شکل ماده ژلاتینی در می‌آیند و در غشا رسوب می‌کنند
شبکه عرضه و تقاضای آب – شفا، سعی دارد تا با ایجاد یک شبکه از فناوری‌های موجود و در حال توسعه در کشور، مسیر آشنایی با انواع روش‌های تصفیه آب و فاضلاب را هموار کند.
منبع مقاله :شبکه عرضه و تقاضای آب
