اسمز معکوس - اسمز معکوس در تصفیه آب

اسمز معکوس در تصفیه آب با گسترش مطالعات صورت گرفته بر روی شرایط فیزیکی ایده آل، که در آن یک حلال خالص و یک محلول به وسیله غشاء نیمه نفوذ پذیر جدا شده اند، بسط و گسترش یافت. اختلاف فوگاسیته میان حلال و محلول نیرو محرکه انتقال جرم در فرایند اسمزی است. با معکوس کردن این پدیده در فرایند اسمز معکوس، مولکولهای آب از غشا (ممبران) عبور کرده و یون ها و ناخالصی های آب از آن جدا و تصفیه می گردند.
اسمز معکوس به عنوان یک فرایند غشایی با جریان متقاطع در مقایسه با سایر روشهای فیلتراسیون مانند میکروفیلتراسیون، اولترافیلتراسیون و نانوفیلتراسیون از راندمان بالاتری نسبت به حذف شوری و املاح برخوردار می باشد و این مساله به دلیل قطر حفره های ممبران اسمز معکوس می باشد که کمتر از 1nm می باشد.

اسمز معکوس چیست؟
برای توضیح اینکه اسمز معکوس چیست، وضعیت فیزیکی ایده آل در شکل نشان داده شده را در نظر بگیرید. محفظه ای با یک دیواره نیمه نفوذپذیر به دو بخش تقسیم شده است. بخش سمت چپ حاوی یک مخلوط مایع دوجزیی حل شونده (1) و حلال (2) می باشد و بخش سمت راست حاوی حلال خالص (2) است. در مورد تصفیه آب به روش اسمز معکوس می توان گفت بخش سمت چپ حاوی آب شور و بخش سمت راست حاوی آب شیرین (تصفیه شده) می باشد و دیواره نیمه نفوذ پذیر غشا اسمز معکوس (RO) می باشد. دیواره فقط نسبت به جز حلال (2) یا همان آب نفوذپذیر است. دما ثابت است اما می توان به کمک پیستون های متحرک، فشار دو بخش را مستقلاً تنظیم نمود.

اسمزمعکوس

اگر فشار P=P` باشد، فوگاستیه حلال در بخش چپ کوچکتر از سمت راست خواهد بود. تفاوت فوگاسیته های حلال همان نیروی محرکه انتقال جرم است که باعث می شود حلال از دیواره راست به چپ نفوذ کند. تعادل زمانی برقرار می شود که فشار P` تا مقدار متناسب P* افزایش یابد و فوگاسیته حلال دو طرف برابر گردد. به اختلاف فشار P*-P` فشار اسمزی حلال گفته می شود.
با گسترش روابط جهت تعیین فشار اسمز معکوس، چنانچه رقت حل شونده 1 در محلول به اندازه کافی بالا باشد به رابطه ذیل می رسیم که به معادله وانت هوف مشهور است:     π=(x1 RT)/V2

چنانچه آبی دارای کسر مولی x1=0.001 از یک جز حل شونده باشد آنگاه فشار اسمزی آن برابر با 1.36 atm می گردد. در فرایند اسمز معکوس این بدان معنا است که به ازای فشار حلال خالص یعنی P=1atm بایستی فشار P` روی محلول برابر با 2.63atm باشد تا از نفوذ حلال از راست به چپ جلوگیری شود، یعنی تعادل اسمز ایجاد شود.
این مشاهده به عنوان یک انگیزه برای فرآیندی به نام اسمز معکوس مورد آزمایش قرار گرفت که در آن حلال که معمولاً آب است با اعمال فشار کافی برای ایجاد نیرو محرکه لازم برای انتقال حلال از غشایی که عملاً فقط نسبت به حلال نفوذپذیر است، از محلول جدا می شود. اختلاف فشار مایع در برابر فشار حلال خالص همان فشار اسمزی است.
در عمل اختلاف فشار بسیار بیشتر از فشار اسمسی است. به عنوان مثال، آب دریا دارای فشار اسمزی 25bar می باشد اما فشار عملیاتی 50~80bar برای افزایش شدت بازیافت آب آشامیدنی به کار می رود. ویژگی بارز اسمز معکوس آن است که بر خلاف تقطیر که معمولاً بخار منبع انرژی است، فقط نیازمند توان مکانیکی برای پمپ کردن محلول است.


تعاریف مهم در اسمز معکوس
اسمز معکوس روش فیلتراسیون متقاطع می باشد. این بدان معنا است که آب ورودی به دستگاه تصفیه آب اسمز معکوس به دو بخش آب تصفیه شده (Permeate)  و پساب (Concentrate) تقسیم  می شود. همانطور که در تصویر مشاهده می گردد. اسمز معکوس به صورت ساده از دو بخش واحدهای پیش تصفیه و بخش اسمز معکوس تشکیل شده است و برخی از مهمترین تعاریف آن شامل موارد ذیل می باشد:

درصد بازیافت (Recovery): نسبت دبی آب شیرین به دبی آب ورودی بر حسب درصد می باشد.
درصد بازیافت یا ریکاوری پارامتر مهم در طراحی می باشد که علاوه بر تاثیر مستقیم بر روی فشار ورودی به ممبران، بر روی کیفیت آب شیرین و همچنین بر روی عمر مفید ممبران های اسمز معکوس تاثیر می گذارد.
درصد عبور ناخالصی: نسبت مقدار ناخالصی در آب شیرین به ناخالصی در آب ورودی بر حسب درصد.
درصد طرد (Salt rejection): از تفریق 100 از درصد عبور ناخالصی به دست می آید.
درصد طرد نمک در سیستم اسمز معکوس یا همان Salt rejection توسط سازندگان ممبران برآورد شده و ارائه می گردد. بر این اساس می توان تخمین زد که با استفاده از دستگاه تصفیه آب اسمز معکوس تا چه میزان می توان آب شور یا آب دریا را تصفیه نمود.

مقایسه اسمز معکوس با فیلتراسیون
صاف کردن یا فیلتراسیون روشی فیزیکی برای حذف مواد معلق از آب می باشد. روشهای پیشرفته در فیلتراسیون شامل حذف املاح محلول و ذرات کلوئیدی نیز می شوند. به طور کلی می توان دستگاه های تصفیه آب صنعتی را با توجه به توان جداسازی به شکل ذیل طبقه بندی نمود.

اسمز معکوس چیست
همانطور که در شکل مشاهده می گردد، در روش اسمز معکوس صرفاً مولکولهای آب و گاز از غشا نیمه تراوا عبور می نمایند. اما در روشهای دیگر فیلتراسیون این توانایی در حذف املاح و شوری آب وجود ندارد. علت این امر در اندازه قطر غشاء در برابر ذرات می باشد. این مساله در تصویر زیر به خوبی نمایش داده شده است.

اسمز معکوسغشا اسمز معکوس با سطح موثر بسیار بالا و قطر حفره های کوچکتر از 1nm می تواند کلیه املاح محلول، ذرات معلق و ارگانیزم ها را از آب جدا نماید.

جنس غشاء اسمز معکوس چیست؟
در تصفیه آب صنعتی به روش اسمز معکوس مهمترین بخش از سیستم را ممبران یا همان غشا نیمه تروا تشکیل می دهد. ممبران اسمز معکوس به صورت رایج از جنس پلی آمید و به صورت Spiral wound ساخته می شود. ممبران پلی آمید به رنج های گسترده ای از pH مقاوم می باشد و به وسیله آن می توان غشا با قطر حفره های کمتر از 1nm را تولید نمود. ممبران اسمز معکوس پلی آمید به شدت به مواد اکسید کننده مانند، کلر آزاد حساس می باشد و از بین خواهد رفت.
استفاده از ممبران Spiral wound در اسمز معکوس سبب می شود که سطح موثر بیشتر و در نتیجه آبدهی بیشتری به دست بیاید. از سوی دیگر سهولت در راهبری و افزایش تکنیک های طراحی اسمز معکوس از دیگر مزایای این قبیل ممبران ها می باشد.
در یک ممبران آب خام ورودی پس از برخورد با سطح غشا به دو بخش تقسیم می شود. یک بخش آب تصفیه شده می باشد که در واقع مولکولهای آب از لابه لای صفحات در هم تنیده شده غشا عبور می نمایند و به لوله مرکزی ممبران اسمز معکوس می رسند. در بخش دیگر کلیه املاح، ذرات معلق و مولکولهای درشت تر به همراه جریان پساب از ممبران خارج می شوند. در شکل ذیل ممبران اسمز معکوس مشاهده می گردد.
ممبران اسمز معکوس انواع ممبران اسمز معکوس
ممبران های اسمز معکوس بر اساس میزان آبدهی، سایز و کاربرد آن در آب های شور یا آب دریا تقسیم بندی می شوند. هرچه قطر ممبران بزرگتر باشد، سطح موثر و آبدهی آن بالاتر می باشد. در تکنولوژی اسمز معکوس هرچه شوری آب ورودی به ممبران بالاتر باشد، فشار اسمزی آن افزایش می یابد. سازندگان ممبران ها با ارائه طبقه بندی از انواع ممبران های تولیدی خود، شرایط آبدهی، حداکثر تحمل فشار، میزان Salt rejection و حداکثر میزان ریکاوری را اعلام می نمایند تا طراحان و سازندگان دستگاه تصفیه آب اسمز معکوس بر اساس آن واحدهای مورد نظر را طراحی نمایند.

درکنارتان هستیم !

گواهینامه ها و تقدیرنامه ها

با ما تماس بگیرید

  • دفتر مرکزی: تهران / فازیک اندیشه / جنب بانک ملت / ساختمان تشریفات 2 /  پلاک 166 / واحد 25

    تماس:44042776 - 44079459 - 44010038

    65502613

    ایمیل: این آدرس ایمیل توسط spambots حفاظت می شود. برای دیدن شما نیاز به جاوا اسکریپت دارید

    کارگاه ساخت و تولید: جاده شهریار آدران / روبروی کشتارگاه / سوله شماره 5

    کانال ما در تلگرام:  https://telegram.me/tarh_kar

     

ما را همراهی کنید

fb art index2 index gp 300x300 aparat youtube ios icon