آشنایی با دستگاه اسمز معکوس (RO)
روند دستگاه اسمز معکوس Reverse Osmosis یا شیرین کردن آب راه‌حلی به منظور جداسازی ناخالصی ها از آب است. در این شیوه علل جداسازی بکار بردن فشار مکانيکي است. امروزه روند اسمز معکوس نقش بسزایی در تصفيه آب دارد. در دستگاه تصفیه آب اسمز معکوس، آب خام بوسیله پمپ به داخل محفظه ای که داراي غشاء نيمه تراوا است پمپاژ خواهد شد. بدین سبب که تقريبأ فقط آب خالص قادر خواهد بود از غشاء عبور کند، آب تقريباً خالص در يک سوی غشاء و آب تغليظ شده از ناخالصی‌ها در سوی ديگر غشا جمع آوری می‌شوند.
حتما بخوانید:
تعمیر و نگهداری دستگاه اسمز معکوس RO
دستگاه تصفیه آب اسمز معکوس به اختصار دستگاه (RO) یا همان دستگاه آب شیرین کن یکی از محصولات و مکانیسم‌های تصفیه آب است که در ابعاد و مصارف صنعتی طراحی و عرضه می‌گردد. دستگاه تصفیه آب RO یا همان دستگاه آب شیرین کن قادر است به شکل مستمر کار کند و توانایی کم کردن میزان TDS آب خام را تا 95% را دارد. حذف باکتري‌ها، ويروس‌ها و ديگر میکرواورگانیسم ها با بهره‌وری از روش اسمز معکوسRever Osmosis تقریبا صددرصد خواهد بود. در عین حال اسمز معکوس قادر است 99% مواد معدني و 97% مواد آلی و کلوئيدی آب را حذف کند.
حتما بخوانید:
صفر تا 100 خط تولید آب معدنی و آبمیوه
دیباچه آب شیرین کن صنعتی (RO)
آب شیرین کن اسمزی برای نخستین بار در سال ۱۷۴۸ بوسیله ژان آنتونی نولت Jean Antonie Nollet عرضه گردید. تا ۲۰۰ سال بعد از ارائه این موضوع، فرآیند شیرین کردن آب اسمز معکوس تنها در قیاس آزمایشگاهی انجام می‌شد. در سال ۱۹۴۹ دانشگاه کلیفرنیا در لس آنجلس (UCLA) برای نخستین بار از این شیوه به منظور شیرین کردن آب دریا استفاده کرد. پژوهشگران این دانشگاه و دانشگاه فلوریدا در میانه‌های سال‌های ۱۹۵۰ تا ۱۹۶۰ موفق شدند با بهره‌بری از این تکنولوژی، آب مناسب شرب استخراج کنند. اما این کار با سرعت خیلی پایین انجام می‌گرفت و برای تولید انبوه به صرفه نبود تا زمانیکه با سعی و کوشش محققان دانشگاه UCLA و موسسه تحقیقات ملی کانادا دستگاه اسمز معکوس reverse osmosis به تعداد انبوه تولید شد.
از اواخر سال ۲۰۰۱ حدوداً ۱۵۲۰۰ عدد دستگاه اسمز معکوس در سراسر جهان استفاده می‌گردد. بدین سبب مکانیسم استخراج آب شیرین با بهره‌گیری از دستگاه آب شیرین کن صنعتیRO از آب دریا یا چاه یک شیوه مدرن انگاشته می‌گردد که در چند دهه اخیر به تولید انبوه و فروش می رسد.
اسمز معکوس و اسمز طبیعی
پدیده اسمز یک سیر طبیعی است. در این روند آب بدون احتیاج به انرژی جریان پیدا خواهد کرد. اما به منظور بوجود آوردن جریان در جهت معکوس احتیاج به وارد آوردن فشار به آب های شور است. افزون بر این غشای اسمز معکوس یک غشای نیمه تراوا می‌باشد. به همین سبب به مولکول‌های آب اجازه عبور خواهد داد، اما از عبور موادی مانند نمک‌های محلول، مواد آلی، باکتری‌ها و … جلوگیری بعمل می‌آورد.
به منظور عبور آب از این غشا احتیاج به بوجود آوردن فشاری بیشتر از فشار اسمزی ایجاد شده منتج از تفاوت میزان غلظت محلول‌ها در سمت محلول غلیظ تر است. اگر این میزان فشار بوجود بیاید، آب از غشا عبور خواهد کرد. در عین حال نمک‌ها و یون‌های محلول در آن از غشا عبور نمی توانند عبور کنند. بدین صورت فرآیند تصفیه آب و حذف نمک‌ها انجام خواهد شد و بسیاری از آلودگی‌ها و ناخالصی‌های آب حذف می‌شوند.
تعریف فشار اسمزی و اهمیت آن
با چند بیان چند مثال ساده فشار اسمزی به سادگب قابل درک است، پدیده فشار اسمزی در طبیعت در بیشتر وکانیسم های طبیعی گیاهی و انسانی رخ میدهد. همان‌گونه که در شکل مشاهده می گردد، چنانچه یک محلول آب نمک در یک ظرف بگذاریم و توسط یک غشاء نیمه تراوا از یک محلول، آب خالص جدا کنیم، یک تغییر حجم در دو طرف ظرف بوجود خواهد آمد که آب خالص بطرف آب نمک در جریان است و حجم ظرف آب نمک افزایش و حجم ظرف آب خالص کاهش خواهد یافت.
حرکت آب از سمت خالص به سمت محلول آب نمک را پدیده اسمز معکوس گفته می‌شود که این سیر در دستگاه اسمز معکوس بکار گرفته می‌شود. در ادامه می‌خواهیم افزون بر پدیده اسمزی راجع به فشار اسمزی که دارای اهمیت بسزایی است، صحبت کنیم.
تفاوت ارتفاع مایع ( ارتفاع آب ) بین طرف آب خالص و طرف آب نمکی یک اختلاف فشار در سطح ایجاد خواهد کرد. این اختلاف فشار، فشار اسمزی محلول نمکی گفته می شود و تابعی از نوع نمک محلول و غلظت آن خواهد بود. وارد کردن فشار ممکن است توسط یک پمپ انجام بگیرد، در این شرایط پمپ نیروی مورد نیاز به منظور نفوذ آب از میان غشاء را تامین خواهد کرد.
پیش‌نیاز تصفیه دستگاه اسمز معکوس (RO)
تصفیه ابتدایی آب ورودی به دستگاه اسمز معکوس یا RO ، به منظور بهره‌بری بهینه از ممبران‌ها و افزایش زمان کارکرد ممبران صورت خواهد گرفت و در حین انجام این فرایند آب آماده عبور از ممبران خواهد شد. فرآیند تصفیه ابتدایی آب ورودی شامل مراتب زیر است:
تفکیک ذرات معلق جامد:
مواد معلق و کلوئیدی که در آب وجود دارد سبب گرفتگی ممبران خواهد شد. میزان رسوب گذاری آب وردی با اندیس SDI مشخص می‌شود و نیاز است که میزان آن پایین‌تر از حد مجاز باشد. به جهت کم شدن کدری و ذرات معلق آب، فیلتر شنی و فیلتر میکرونی با منافذ 5 میکرون مورد استفاده قرار می‌گیرد.
حذف میکرواورگانیسم‌ها:
وجود میکرواورگانیسم‌ها نظیر باکتری‌ها می تواند سبب انسداد میکروبی ممبران شود. و حتی در بعضی موارد آنزیم‌های ترشح شده از میکرواورگانیسم ها سبب تخریب ممبران می‌شود. به همین جهت ضروری است آب قبل از ورود به دستگاه RO گندزدایی شود. به منظور ضد عفونی آب این امکان وجود دارد که از انواع شیوه‌های گندزدایی آب استفاده کرد. اگر از کلرین برای گندزدایی استفاده شود به سبب اثر تخریبی کلر بر روی ممبران‌ها می‌بایست کلر پیش از وارد شدن به ممبران حذف گردد که این کار بوسیله تزریق متابی سولفیت انجام خواهد شد.
حذف بار آلی:
به جهت کم کردن بار آلی و یا تفکیک کلر باقیمانده در آب ورودی از بسترهای کربن فعال استفاده می‌گردد.
کنترل عناصر رسوب کننده:
مواد اکسید شونده نظیر اکسیدها و هیدرواکسیدهای آهن، منگنز و سیلیس قادر است در طول فرآیند نمک زدایی مشکلاتی را ایجاد کند که منتج به کاهش کارایی ممبران می‌شود. ترکیب هگزا متافسفات را میتوان به منظور کنترل عوامل رسوب کننده مورد استفاده قرار داد.
تنظیم pH:
تنظیم کردن pH آب به جهت بالا رفتن عمر غشا و ممانعت از رسوب کردن بعضی از املاح امری ضروری خواهد بود. عمر مفید ممبران ها در pH نامناسب به سبب هیدرولیز شدت کم خواهد شد.
سیر روند تصفیه در شیوه اسمز معکوس
مکانیسم تصفیه اسمز معکوس صنعتی شامل پیش فیلتر چند رسانه ای، سختی گیر آب یا مکانیسم دوزینگ ضد انعقاد، سیستم دوزینگ کلرزدایی، واحد اسمز معکوس با غشاهای نیمه تراوا، و استریلایزر UV یا کلر زنی بعد از تصفیه است. این دستگاه‌ها با تکنولوژی اسمز معکوس با فیلترهای چند رسانه‌ای، به منظور انتقال دادن آب ورودی و حذف کردن ذرات بزرگتر از 10 میکرون را اعمال خواهند کرد. سپس آب بوسیله یک ماده شیمیایی ضد انعقاد تزریق خواهد شد تا سختی آب را مهار کند و سبب آسیب رساندن به غشاهای درونی دستگاه نگردد. این آیتم‌ها پیش تصفیه توانایی حذف سختی، کلر، بو، رنگ، آهن و گوگرد را دارا هستند.
در گام بعدی آب به واحد اسمز معکوس منتقل خواهد شد که در آن یک پمپ فشار بالا فشار بسیار زیادی را به محلول بسیار متمرکز وارد خواهد کرد. بدین ترتیب نمک‌های به جا مانده، مواد معدنی و ناخالصی‌هایی که پیش فیلتر قادر نیست آنها را بگیرد در این مرحله از یکدیگر جدا خواهند شد. آب تازه قابل آشامیدن از منتهی‌الیه کم فشار غشا خارج می‌گردد در حالیکه نمک‌ها، مواد معدنی و دیگر ناخالصی ها از منتهی‌الیه دیگر تخلیه می‌گردند. در انتها، آب از طریق یک استریلایزر UV (یا پس از کلرینگ) عبور داده خواهد شد تا سبب از بین رفتن هر نوع باکتری و میکروبی به جامانده در آب شود.
تجهیزات سیستم آب شیرین کنRO
برای پیاده سازی سیر آب شیرین کن RO احتیاج به تجهیزاتی می‌باشد که در ادامه به اختصار به آنها پرداخته‌ایم.
- سیستم پیش تصفیه در بردارنده فیلتر شنی، فیلتر کربنی و فیلتر کارتریجی
- غشاء نیمه تراوا(Membrane)
- پمپ فشار قوی(High Pressure Pump)
- پکیج تزریق آنتی اسکالانت حاوی پمپ تزریق و مخزن
- پکیج تزریق سود کاستیک و اسید حاوی پمپ تزریق و مخزن
- شاسی استقرار
- تابلوی توزیع قدرت و مدار فرما
- سیستم CIP
کارایی سیستم تصفیه آب اسمز معکوس صنعتی
آب به عنوان یک ماده خام اولیه در تولید بسیاری از محصولات گوناگون مورد استفاده قرار می گیرد. در نتیجه به منظور برطرف کردن بعضی احتیاجات امکان دارد احتیاج به شاخصه‌های خاصی از آب باشد که فقط با بهره‌وری از آب خام RO قابل حصول است. همچنین آب به منظور خنک کردن بعضی ماشین آلات مورد استفاده قرار می‌گیرد که برای مدت زمان زیادی مشغول به کار هستند و ممکن است سبب بروز مشکلاتی از قبیل بالا رفتن حرارت، سایش بیش از حد و… خواهد شد. کیفیت خوب آب می تواند این اطمینان را بوجود بیاورد که ماشین آلات به خوبی خنک می‌شوند.
به عنوان یک حلال تمیز کننده، آب در صنایع گوناگون برای تمیز کردن دستگاه‌ها و ظروف ویژه یا تمیز کردن ماشین آلات حساس در برابر آب سخت استفاده می شود. از این رو، از طریق آب بدست آمده قادر است با روند اسمز معکوس، میتوان به منظور رسیدن به یک نوع آب مخصوص که برای تمیز کردن مناسب می‌باشد، دست یافت. احتیاج به تامین آب شرب شیرین در بسیاری از نقاط جهان به یکی از ضروریات اساسی جوامع بشری تبدیل شده است. امروزه با توجه به بحران کمبود آب و خشکسالی در نقاط بی‌شماری از جهان هستی از سیستم‌های تصفیه اسمز معکوس به منظور شیرین کردن آب دریاها و اقیانوس‌ها استفاده خواهد شد.
کارایی سیستم تصفیه آب اسمز معکوس صنعتی
دستگاه تصفیه آب اسمز معکوس دارای تنوع زیادی است و در صنایع مختلف کاربرد دارد.
- تصفیه و بازیافت فاضلاب منتج شده از صنایع تولیدی فلزکاری و آبکاری
- صنعت چاپ و تولید مواد نیمه هادی
- صنایع ساخت و تولید خودرو (تصفیه و بازیافت آب استفاده شده به منظور تمیز کردن و نقاشی)
- تولیدات مواد خوراکی و نوشیدنی (فاضلاب غلیظ شده به منظور استفاده مجدد و کاستن از BOD پیش از تخلیه)
- آب‌های زیرزمینی و مکان مدفون کردن زباله‌ها (زدودن نمک‌ها و فلزات سنگین پیش از تخلیه)
- بویلرها و پیش تصفیه در برج‌های خنک کننده
- پیش تصفیه در دستگاه‌های تصفیه آب با درجه خلوص بالا
- تولیدات ارگانیک صنایع داروسازی
دلیل موفقیت دستگاه اسمزمعکوس در قیاس با دیگر دستگاه‌های تصفیه آب در چیست؟
این نکته را در نظر داشته باشید، موفقیت فناوی اسمز معکوس بیشتر به سبب راحتی و عملکرد اقتصادی آن است و در قیاس با سایر شیوه‌های نمک زدائی نسبت به قیمت دستگاه اسمز معکوس، دارای قیمت مناسب‌تری است. این روش نسبت به شیوه‌های دیگر تولید آب بدون یون نظیر تقطیر و یا دستگاه های تبادل یونی رزینی از مزیت‌های بیشتری از لحاظ اقتصادی، هزینه های انرژی، زیست محیطی، هزینه تعمیر و نگهداری، خرید و انبار کردن مواد شیمیایی را دارا است.
از دیگر مزیت‌های دستگاه اسمز معکوس می توان به فاکتورهای زیر را بر شمرد:
- ارزان قیمت بودن تجهیزات و سرعت عمل در نصب، راه‌اندازی و بهره برداری
- دارا بودن قابلیت طراحی و بهره‌برداری در محدوده‌های متغیر و متنوع از چند لیتر در روز تا میلیون مترمکعب در روز
- عدم احتیاج به انرژی حرارتی
- مصرف بسیار اندک مواد شیمیایی برای شستشو
Reverse Osmosis Plant:
سیستم های اسمز معکوس (SW) دارای امکانات بی شماری به متظور تغلیظ و دمینرال ک محصولات لبنی پیش روی تولید کنندگان فراورده‌های صنایع لبنی قرار خواهد داد. مزیت‌های بسیار مهم سیستم‌های RO SW بشرح زیر خواهد بود:
- سرمایه گذاری ابتدایی به نسبت پایین
- اشغال فضای بسیار کم
- سادگی تعویض فیلترها
- طراح‌ریزی مطابق با استانداردهای بهداشتی
- حفظ محیط زیست
- برگشت سرمایه اولیه
طراحی سیستم های فیلتراسیون غشایی
سیستم های فیلتراسیون غشایی SW دارای یک طراحی خاص و منحصر به فرد است که به سبب پیچاندن سطوح ممبران‌ها به شکل یک فیلتر لوله‌ای شکل، توانایی فراهم کردن سطوح زیاد در حجم کم را میسر می‌کند. مکانیسم‌های فیلتراسیون غشایی در اندازه و مدل های زیر به منظور بهره‌بری در صنایع لبنی موجود است:
- قطرهای گوناگون (۵/۲ الی ۸ اینچ)
- طول‌های گوناگون ( ۳۸ الی ۴۰ اینچ)
- اندازه Spacer های گوناگون ( ۲۰ الی ۵۰ mil)
- طراحی مخصوص برای دما و pH بالا
فیتلرها در هاوسینگ های استینلس استیل به منظور تشکیل مدول ها جایگذاری خواهند شد و چند مدول می‌توانند یک دستگاه را تشکیل دهند. هر دستگاه بستکی به محصول خروجی مورد نیاز طرح‌ریزی شده و شمار فیلترهای هر مدول و شمار مدول ها مشخص می‌شوند. در عین حال سیستم به شکلی طراحی شده است که بتواند به سادگی قطعات را دوباره‌سازی و یا تعویض نمود. همچنین مجال بالا بردن ظرفیت برای آینده موجود باشد. مکانیسم‌های RO را میتوان به شکل دستی، نیمه خودکار و یا تمام خودکار طراح‌ریزی کرد.
کارایی‌های بسیار مهم سیستم های اسمز معکوس (SW):
- غلیظ کردن شیر، آب پنیر و پرمیت UF
- بازیافت شیرابه و تبدیل کردن آن به شیر و آب
Components:
- ولو های ورودی و خروجی (Valve manifold) حاوی شیرهای چنج اور و شیرهای باترفلای خودکار
- سیستم تغذیه حاوی پمپ های تغذیه، سنسورهای دما و فشار, فیلتر خطی
- فیلترهای اسپیرال RO و مدول های RO
- لوپ‌های سیرکوله حاوی، مبدل لوله‌ای، نمایشگر دبی، شیر نمونه برداری
- بخش کنسانتره حاوی شیر کنترل دبی, فلومتر الکترومغناطیسی
- بخش پرمیت حاوی پمپ پرمیت, فلومتر الکترومغناطیسی
- تجهیزات به منظور آب ورودی(Flush water ) حاوی شیرهای قطع و وصل خودکار و شیر تنظیم دبی
- تجهیزات به‌منظور بخار و آب سرد حاوی شیرهای قطع و وصل و شیر یک‌طرفه
- لوله و اتصالات استینلس استیل
- شیرهای قطع و وصل برای ورودی آب بالانس تانک
- سنسورهای دما و فشار به میزان مورد نیاز
- تابلو استینلس استیل حاوی PLC و HMI , منبع تغذیه, شیرهای سولنویید, تجهیزات قدرت، تابلو MCC و غیره
تابلو کنترل RO وظایف بسیار مهم زیر را عهده دار است:
- بازرسی و نظارت خودکار دما در لوپ ها
- بازرسی و نظارت غیر مستقیم ماده خشک در کنسانتره نهایی
- فلو ورودی و خروجی و دماهای لوپ‌ها تا آنجا که حافظه سیستم این امکان را فراهم خواهد کرد که به صورت فایل ذخیره شوند.
Facilities and features:
واحد RO دارای امکانات و ویژگی‌ها زیر می‌باشند:
- سیستم دوزینگ CIP به شکل خودکار
- فیتلر کارتریجی برای آب ورودی در زمان CIP
- فیلتر خطی با مش ۱۰ میکرون
- Mixproof valves در ورودی محصول و خروجی کنسانتره و پرمیت
- سنسور Conductivity به منظور ورودی CIP
- مکانیسم تفکیک هر لوپ در زمان CIP به منظور صرفه‌جویی در مصرف آب
- سیستم سیرکوله آب سیل خنک کننده پمپ‌ها به منظور استفاده بهینه از آب
- سیستم دیا فیلتراسیون به منظور حصول به درجه دمینرالیزاسیون بیشتر
بهره برداری:
واحدRO به صورت تمام خودکار طرح‌ریزی شده و از طریق نمایشگر سیستم امکان مشاهده و در صورت نیاز همه توالی برنامه‌ها و پارامترهای جریان وجود دارد. در عین حال تمامی آلارم‌های مورد نیاز از قبل در برای سیستم برنامه‌ریزی شده است. حضور اپراتور عمدتاً تنها به جهت بازرسی و کنترل عملکرد دستگاه مورد احتیاج است. تسلسل برنامه به شکل اختصار به شرح زیر است:
- استارت/سیرکوله/ آمادگی به منظور دریافت محصول
- Preconcentration
- Production
- Product cycle
- Discharge
- water supply
- CIP
- UPS system and panel cooler
تاسیسات:
توجه: گروه صنعتی سپیانی در زمینه خط تولید و ساخت دستگاه اسمز معکوس (RO) فعالیتی ندارد.
