djsah

اُسمز پدیده‌ای است که به طور طبیعی در فرآیندهای بیولوژیکی متفاوت رخ می‌دهد. دیواره‌های سلول، اجازه عبور مواد غذایی و بازمانده محصولات را داده، در حالیکه سایر مواد را از خود دفع می‌کنند. در این حالت، دیواره‌های سلول به عنوان یک غشای نیمه تراوا عمل می کند.
در رابطه با غشاء نیمه تراوای مورد استفاده در اسمز معکوس، آب در رقابت با نمک، ذرات معلق و مواد آلی با وزن مولکولی بالا در اولویت قرار داشته و از غشا عبور می کند. اسمز معکوس، یک حرکت وارونه نسبت به اسمز استاندارد است به نحوی که در آن حلال از سمت غلیظتر به سمت رقیقتر حرکت می‌کند.
چنانچه یک محلول آب نمک در یک ظرف ریخته شود و توسط غشای نیمه تراوا از آب خالص جدا شود، یک تغییر حجم در هر یک از دو سمت ظرف مشاهده می‌شود. آب خالص از میان غشا به سمت محلول آب نمک جریان خواهد یافت. در نتیجه ارتفاع آب ظرف در سمت آب نمک افزایش یافته در حالی که در بخش آب خالص ارتفاع آب کاهش پیدا می‌کند. این عبور جریان از سمت خالص به طرف محلول آب نمک اُسمز نامیده می‌شود (شکل a. 1). اختلاف ارتفاع مایع بین آب خالص و آب نمک، موجب اختلاف فشار خالص در دو طرف غشا می‌شود. این اختلاف فشار، فشار اُسمزی محلول آب نمک نامیده شده که تابعی از خصوصیات نمکها و غلظت آن ها می باشد.

شکل-فرآیند اسمز و اسمز معکوس

در اصطلاح فیزیک، آب موجب رقیق شدن آب نمک می‌شود و این به معنای افزایش آنتروپی سیستم است. بر طبق قانون آنتروپی، هر فرآیندی که به طور خود به خود در طبیعت اتفاق افتد، موجب افزایش بی‌نظمی می‌شود، مگر آنکه انرژی صرف شود تا از جهات مختلف جلوی انجام فرآیند گرفته شود.
چنانچه با اعمال فشار فیزیکی یا افزایش ارتفاع محلول آب نمک، تعادل بین آب خالص و آب نمک به هم خورد، آب خالص از طریق غشا از قسمت آب نمک به قسمت آب خالص نفوذ می‌کند و نفوذ تا زمانی ادامه می‌یابد که تعادل مجدداً برقرار شود، به طوری که فشار اُسمزی محلول آب نمک با فشار محلول آب نمک بر روی غشای نیمه تراوا برابر شود که این نیز بستگی به فشار آب خالص برروی غشا دارد. به عنوان مثال، اگر مقداری آب نمک به ظرف محتوی آن اضافه شود، مقداری آب از غشا عبور خواهد کرد. اگر غلظت آب نمک اضافه شده با غلظت آب نمک اولیه برابر باشد، آب تا زمانی از غشا عبور خواهد کرد که اختلاف ارتفاع بین دو طرف به اختلاف ارتفاع اولیه برسد. (شکل b.1)

حذف ذرات توسط اسمزمعکوس

اعمال فشار به قسمت آب نمک می‌تواند توسط یک پمپ صورت گیرد. در این حالت، پمپ نیروی مورد نیاز جهت راندن مولکولهای آب از میان غشا را تأمین می‌کند. عبور جریان آب از بخش آب نمک به بخش آب خالص، اُسمز معکوس نامیده می‌شود.

نوع غشاء غیرمتقارن یا مرکب
ضخامت
لایه زیرین : 150 میکرون

لایه بالایی : 1 میکرون

اندازه حفرات < 2 نانومتر
نیروی محرکه
فشار : آب لب شور (15 تا 25 بار)

آب دریا (40 تا 80بار)

اساس جداسازی حلالیت و نفوذ
جنس غشاء تری استات سلولز،پلی آمید آروماتیک، پلی آمید و پلی اتر اوره (پلیمریزاسیون بین سطحی)
کاربردهای عمده نمک زدایی آب شور و آب دریا، تولید آب فوق خالص (صنایع الکترونیک)، تغلیظ آب میوه و شکر (صنایع غذایی )، تغلیظ شیر (صنایع لبنی)

جدول - خلاصه مشخصات فرآیند اسمز معکوس

سیستم اسمز معکوس

اسمز معکوس از جمله شیوه هایی است که امروزه بطور گسترده در شیرین سازی آب دریا، جداسازی مواد آلی و سمی از پسابهای صنعتی بکار برده می شود. بطور کلی این روش بر پایه انتقال جرم حلال با استفاده از غشای نیمه تراوا و نیز فشار هیدرواستاتیک استوار است. از R.O. در کارهای مختلفی مانند نمک زدایی از آب دریا یا آب شور، بازیافت پساب فرآیندهای مواد غذایی و نوشابه، کارخانجات دارویی و تصفیه خانه های فاضلاب و … استفاده می شود. از. R.Oبرای تولید آبهای خیلی خالص جهت صنایع رساناها و یا نیروگاهها و کاخانجات مواد بهداشتی دارویی نیز استفاده می شود. با توجه به بالا رفتن تکنولوژی ساخت غشاء و افزایش کارائی آن، امروزه بصورت سیستم های اولیه جهت حذف املاح در آب های نیروگاهی، صنعتی و … استفاده می شود.
تفاوت‌های زیادی را می‌توان بین این سه نوع دسته‌بندی ملاحظه کرد. از جمله می‌توان به مقدار فشار به کار گرفته، سرعت پساب‌دهی (Rate of permeation) و مکانیسم جداسازی اشاره نمود.

فرآیندهای غشایی مرسوم میکروفیلتراسیون، الترافیلتراسیون و اسمز معکوس (هایپرفیلتراسیون) ـ در کاربرد فشار هیدرولیک برای سرعت دادن فرآیند جداسازی تفاوت می‌کنند. البته طبیعت خود غشاء نیز تعیین کننده این است که چه ترکیباتی عبور کرده و چه ترکیباتی گرفته می‌شوند. اسمز معکوس تمام مواد بجز حلال (مثل آب) را می‌گیرد در حالی که الترافیلتراسیون تنها ماکرومولکولها یا ذرات بزرگتر از 001/0-02/0 میکرومتر را می‌گیرد. میکروفیلتراسیون ذرات سوسپانسیونی در ابعاد 1/0 تا 5 میکرون را جدا می‌کنند. ذرات بزرگتر از 10-5 میکرون نیز بهتر است بوسیله فیلترهای مرسوم جدا شوند.
بازیافت(Recovery) آب در سیستم اسمزمعکوس(RO)معمولی بین 90%-70% و میزان جداسازی نمک بین 90%-99٪ است.
واحدهای اسمز معکوس(RO)صنعتی با کارآیی و بازده بالا، با هزینه ای مقرون به صرفه ، آب با بالا تولید می کنند.
بازیابی آب تصفیه شده به عوامل مختلفی بستگی دارد ، از جمله اندازه غشاء ، اندازه منافذ و سطح غشایی ، دما و فشار کارکرد.

جدول- استانداردهای آب ورودی به سیستم اسمز معکوس و نانوفیلتراسیون (شرکت DOW آمریکا)
آب قبل از ورود به سیستم اسمز معکوس(RO) وارد سیستم پیش تصفیه می شود. مهمترین مرحله در تصفیه خانه های فاضلاب صنعتی با روش اسمز معکوس (RO) ، مرحله ی پیش تصفیه است که از غشاء در مقابل رسوب مواد آلی ، رسوب گذاری مواد معدنی و تخریب شیمیایی محافظت می کند. قبل از اینکه اسمز معکوس (RO) در نظر گرفته شود ، یک تعادل کامل بین کاتیون ها و آنیون های موجود در آب مورد نیاز است. همچنین مقادیر بالای BOD و COD نیز می تواند در شکل گیری رسوب غشاء نقش داشته باشد. در حال حاضر طیف گسترده ای از فناوری های پیش تصفیه مورد استفاده ی صنایع مختلف می باشد.

در مرحله ی پیش تصفیه ی اسمز معکوس (RO) مواد شیمیایی ضد رسوب که باعث ایجاد آسیب به غشاهای دستگاه اسمز معکوس(RO) می شود ، تزریق می شود. این گزینه های پیش از تصفیه، توانایی از بین بردن سختی ، کلر ، بو ، رنگ ، آهن و گوگرد را دارند. سپس آب توسط یک پمپ فشار قوی وارد واحد اسمز معکوس (RO) می شود که خروجی آن، جریانی از آب تمیز تولید شده و جریانی از آب تغلیظ شده حاوی نمک ها ، مواد معدنی و ناخالصی های باقی مانده که در مرحله ی پیش تصفیه ی سیستم اسمز معکوس(RO) از آب جدا نشده است و در آن باقی مانده است. آب تمیز از انتهای غشاء خارج می شود در حالی که آب حاوی نمک ، مواد معدنی و سایر ناخالصی ها از طرف دیگر تخلیه می شوند. سرانجام ، آب از طریق دستگاه ضدعفونی کننده اشعه ماوراء بنفش یا سیستم کلر زنی عبور می کند تا باکتری ها و میکروب هایی که هنوز در آب وجود دارند را از بین ببرد.
مهمترین قسمت یک سیستم اسمز معکوس (RO) ، ماژول غشایی است. در طی چند سال گذشته فناوری غشاهای کم فشار بهبود یافته، غشاهای با قطر بزرگ و غشاهای ضد رسوب روندهای رو به پیشرفتی را پشت سر گذاشته است.

همچنین کیفیت و نوع پرشروسل (مخزن تحت فشار) و هوزینگ ها (محفظه ی فشار) نیز برای عملکرد موفقیت آمیز سیستم موثر می باشد. شستشوی غشاهای سیستم اسمز معکوس(RO) نیز بسیار مهم است. غالبا مخازن تحت فشار با جنس فایبر گلاس و استنلس استیل تقویت شده سیستم های اسمز معکوس(RO) تصفیه ی آب شهری و صنعتی به کار برده می شود.
جریان در سیستم های اسمز معکوس(RO) از طریق پمپ های فشار قوی قابل تنظیم است.
عملکرد سیستم اسمز معکوس(RO) به سه محدوده فشار عملیاتی تقسیم می شود.: فشار کم در محدود ه ی psi40 تاpsi 65 ؛ فشار عملیاتی متوسط برای آب شور و فاضلاب در محدوده یpsi 150 تاpsi 250 ؛ و فشار بالا برای شیرین کردن و نمک زدایی آب دریا بینpsi 800 تاpsi 1200 می باشد. مخازن تحت فشار برای ماندگاری سیستم طراحی شده اند.
برای جلوگیری از کارکرد ناکارآمد ، خرابی، کاهش بهره وری و بازده و همچنین صرفه جویی در سرمایه گزاری و ... باید در انتخاب پمپ های مورد استفاده در سیستم اسمز معکوس(RO) محاسبات و دقت لازم را به کار برد. انتخاب پمپ مناسب بسته به شرایط فرایند از جمله خورنده بودن خوراک ورودی به ویژه در نمک زدایی آب دریا حائز اهمیت است.
برای تکمیل ساخت یک سیستم بزرگ و پیچیده اسمز معکوس (RO)، اجزای جانبی متفاوتی لازم است. بسته به اندازه سیستم و کاربرد آن ، اجزای مورد نیاز می توانند شامل سوپاپ ، فشار سنج ، کنترلگر کامپیوتری ، لوله کشی، مخازن نگهدارنده ، منیفولد ، صفحه کنترل ، فلومتر، تجهیزات اندازه گیری و مخازن مواد شیمیایی باشند. این که چه نوع و چه تعداد از این مؤلفه ها در یک پلنت خاص مورد استفاده قرار می گیرد به سایت و اندازه سیستم اسمز معکوس(RO) بستگی دارد.

مزایای اسمز معکوس ( RO)

• در سیستم اسمز معکوس(RO) جداسازی بدون تغییر فاز انجام می پذیرد. بنابراین ، نیاز به مصرف انرژی کم می باشد.
• هزینه های مصرفی آب و فاضلاب را کاهش می دهد.
• سیستم های اسمز معکوس(RO) کم جا هستند و نیاز به فضا کمتر از سایر سیستم های نمک زدایی است ، به عنوان مثال تقطیر.
• فرایند اسمز معکوس(RO) برای تصفیه آب نیاز به انرژی حرارتی ندارد
• تجهیزات مورد استفاده در سیستم اسمز معکوس(RO) استاندارد می باشد از جمله پمپ ها ، موتورها ، سوپاپ ها ، فلومتر ها ، فشارسنج و غیره. بنابراین ، در مدت زمان کوتاهی توسط اوپراتور قابل یادگیری می باشد.
• سیستم های اسمز معکوس(RO) معمولا خودکار هستند و به گونه ای طراحی شده اند که بطور خودکار راه اندازی و خاموش شوند. بنابراین ، پلنت های RO معمولاً به نیروی کمی نیاز دارند.
• با توجه به طراحی ماژولار آنها ، تعمیر و نگهداری آسان است. تعمیر و نگهداری برنامه ریزی شده می تواند بدون خاموش کردن کل سیستم انجام شود.
مضرات اسمز معکوس(RO)

• از آنجا که تمام غشاها و دستگاه های سیستم اسمز معکوس (RO) مستعد رسوب گرفتن هستند ، فرآیند RO معمولاً بدون پیش تصفیه قابل استفاده و نتیجه دادن نیست.
• جریان خوراک ROباید با غشاها و سایر مصالح ساختاری مورد استفاده در دستگاه ها سازگار باشد. اگر جریان خوراکی حاوی ترکیبات ناسازگار باشد ، اینها باید در پیش تصفیه حذف شوند ، یا دستگاه یا غشای سازگار دیگری باید در نظر گرفته شود.
• برخی بر این باورند که حذف همه ناخالصی ها از طریق فرآیند اسمز معکوس باعث کاهش تعداد مواد معدنی مفید نیز می شود. آب حاوی کلسیم و منیزیم به مقدار کافی برای رشد کودکان و بزرگسالان سالم است. مشکل آب تولیدی توسط فرایند اسمز معکوس(RO)این است که منجر به کاهش مواد معدنی مفید برای بدن نیز می شود. افرادی که از اسمز معکوس به عنوان منبع اصلی آب خود استفاده می کنند می توانند دچار عوارض جانبی مانند خستگی ، گرفتگی عضلات ، ضعف عمومی و در موارد شدید ، اختلالات قلبی عروقی شوند.