اسمزمعکوس

اسمزمعکوس (Reverse Osmosis) فرایند تصفیه آبی است که در آن از فشار برای معکوس نمودن جریان اسمزی آب از درون یک غشای نیمه‌تراوا برای تولید آب خالص و حذف یون‌ها، مولکول‌ها و ذرات بزرگتر حل شده در آب استفاده می‌شود. اگر یک غشای نیمه‌تراوا بین دو محلول آب خالص و آب ناخالص قرار گیرد آب به صورت طبیعی و تحت خاصیت اسمزی از غلظت پایین‌تر به غلظت بالاتر جریان پیدا میکند. این پدیده تا هنگامی که پتانسیل‌های شیمیایی دو طرف برابر گردند ادامه دارد. در حالت تعادل اختلاف فشار بین دو طرف غشا برابر اختلاف فشار اسمزی است. اگر فشاری برابر با اختلاف فشار اسمزی به محلول غلیظ‌تر اعمال گردد جریان آب قطع میشود. در صورتی‌که فشار اعمال شده بیشتر از فشار اسمزی باشد، جهت جریان طبیعی آب، معکوس میگردد.

در این روش آب با فشار از میان غشایی گذرانده می‌شود که نیترات و سایر مواد معدنی و بسیاری از مواد شیمیایی و میکروارگانیسم‌ها (عمدتاً باکتری‌ها) را حذف می‌کند. نیم تا دو سوم آب پشت این غشا باقی می‌ماند که به عنوان آب پسمانده (Concentrate) دور ریخته می‌شود. می‌توان پسماند خروجی را مجدداً به سیستم بازگرداند تا در مصرف آب صرفه جویی به عمل آید. اگر پسآب خروجی که نیم تا دو سوم آب را تشکیل می‌دهد در یک سیکل چرخشی وارد شود می‌توان راندمان سیستم را افزایش داد.

همچنین بهترین روش نمک زدائی از آب‌های شور استفاده از فرایند اسمزمعکوس می‌باشد، زیرا سیستم پیچیده‌ای نداشته و راهبری آن قابلیت کنترل بیشتری از دیگر روش‌ها دارا می‌باشد و با توجه به توسعه روش‌های پیشرفته تولید غشاهای پلیمری، به‌کارگیری این روش، توجیه بیشتری دارد.

کارخانه آب شیرین کنی به روش اسمز معکوس

صنایع امروز برای تصفیه آب مورد استفاده در بخش‌های تولید بخار و فرایند خود از سیستم اسمز معکوس به فراوانی استفاده می‌کنند. اساس کار این دستگاه‌ها بر عبور مولکول‌های غیر یونی مثل آب از یک غشاء با روزنه‌های بسیار ریز بنا شده‌است. این غشاءها به صورتی ساخته شده‌اند که مولکول‌های خنثی را به راحتی از خود عبور می‌دهند. به همین دلیل آب ورودی به سیستم، که دارای املاح مختلف است به آب تقریباً خالص تبدیل می‌گردد. در سیستم اسمز معکوس، جریان ورودی یا خوراک (Feed) به دو جریان آب تصفیه شده (Permeate) و پساب غلیظ (Concentrate) یا (Brine) تبدیل می‌شود. سیستم اسمز معکوس که به واسطه فیلتری که به آن ممبران یا غشاء گفته می‌شود عملیات جداسازی مولکول را انجام می‌دهد. به این صورت که غشاء یا لایه‌های به هم تابیده شده به دور یک لوله استوانه ای که بیشتر از جنس پلاستیک است با روزنه‌هایی که اندازه آن‌ها از یک ده هزارم میکرون کوچکتر هستند آلاینده‌های آب را جداسازی می‌کند. این آلاینده‌های آب شامل نیترات، انگل، باکتری، قارچ، سموم کشاورزی، نمک و سایر املاح محلول آلوده‌کننده می‌باشند.

اساس کار اسمزمعکوس

اگر یك غشاء نیمه تراوا (Semi-Permeable Membrane) بین دو محلول با غلظت های متفاوت قرار گیرد، مقداری از حلال (رقیق) از یك طرف غشاء به طرف دیگر منتقل می شود. غشاء معمولا از جنس استات سلولوز و یا پلی آمید است. البته امروزه غشاء را از مخلوط استات سلولوز و تری استات سلولوز می سازند.جهت طبیعی حركت حلال به گونه ای است كه محلول غلیظ تر، رقیق می شود.

اگر به سیستم اجازه رسیدن به تعادل داده شود، در آن صورت سطح آب نمك ( آب حاوی ناخالصی ) از سطح آب خالص بالاتر خواهد رفت. این اختلاف سطح در دو طرف غشاء را فشار اسمزی می گویند. در واقع تنها مولكولهای آب قادر به عبور از غشاء نیمه تراوا هستند.

تكنولوژی اسمز معكوس در دستگاه های تصفیه آب خانگی

هر دستگاه تصفیه آب اسمزمعكوس ( خانگی و یا صنعتی ) به صورت ساده شامل قسمتهای زیر است:

• غشاء نیمه تراوا ( ممبرین )
• پمپی كه بتواند فشار لازم آب ورودی به سیستم را تامین كند.
• خروجی پساب ( فاضلاب )

در دستگاههای اسمزمعكوس خانگی ، آب خام ( تصفیه نشده ) پس از عبور از سه فیلتر اولیه ( پیش فیلتر ها ) و انجام تصفیه اولیه ، با فشار پمپ وارد محفظه ای كه حاوی ممبرین RO است می شود. ممبرین از چندین لایه غشاء نیمه تراوا كه به دور یك لوله مركزی پیچیده شده اند تشكیل شده است.

تصفیه آب

مجموعه عملیاتی که برای آماده کردن آب به جهت مصارف مورد نظر اجرا میگردد، «تصفیه آب» و مجموعه تأسیسات و تجهیزاتی که عملیات تصفیه آب را انجام میدهند «تصفیه‌ خانه» میگویند، بنابراین برای تهیه آبی مناسب به منظور نوشیدن و مصارف عمومی شهری یک رشته عملیات در تصفیه‌ خانه آب انجام میگیرد تا آب دریافتی از منابع آب را با کیفیتی قابل قبول در چهارچوب استاندارد «آب آشامیدنی» تحویل نماید.
آب آشامیدنی استاندارد به طور کلی آبی است که بی رنگ، بی بو و با طعم مطبوع و گوارا که مصرف آن حتی در دراز مدت هم به لحاظ عاری بودن از مواد مضر، ضرری برای سلامتی مصرف کننده نداشته و خسارتی به تجهیزات انتقال، توزیع و مصرف وارد نیاورد.
عملیاتی که در تصفیه‌ خانه آب آشامیدنی در رابطه با تصحیح کیفیت آب اجرا میشود بستگی به کیفیت آب منابعی دارد که برای تأمین آب آشامیدنی در نظر گرفته میشود و طرح تأسیسات تصفیه‌ خانه نیز با در نظر گرفتن اینکه آب تصفیه شده برای چه مصرفی در نظر گرفته خواهد شد پیش‌ بینی میشود.

روش های متعارف تصفیه آب

1. هوادهی
2. آشغالگیری
3. انعقاد مواد معلق و کلوییدی و ته نشین ساختن آن
4. صاف کردن
5. ضد عفونی کردن
6. سبک کردن (سختی گیری)
7. افزایش موادی چون فلوئور و ید به آن

آشغال گیری Screening

جامدات بزرگ و سنگین را با آشغال گیری میله ای یا توری های ریز جداسازی می کنند. آشغال گیری اولین مرحله تصفیه مقدماتی می باشد که جهت حفاظت از واحد های بعدی تصفیه خانه در مقابل اشیا بزرگ و افزایش راندمان فرآیند های بعدی تصفیه خانه اجرا میشود.

ته نشینی مقدماتی

برخی از آب های سطحی دارای کدورت و آلودگی میکروبی بالایی می باشند که باید از ته نشینی مقدماتی استفاده شود. این آب ها دارای مواد معلق و قابل ته نشینی با غلطت بالا هستند که می توان با احداث حوضچه های ته نشینی مقدماتی بدون نیاز به مواد شیمیایی، این مواد را ته نشین و حذف نمود.

هوادهی

جهت حذف گازهای نامطلوب مانند CO2 ، H2S و آهن و منگنز از هوادهی استفاده میشود. هوادهی روش های مختلفی دارد که می توان به موارد زیر اشاره نمود:

• هوادهی آبشاری
• هوادهی سینی دار
• هوادهی دیفیوزری

مزیت های هوادهی در تصفیه آب

• افزایش اکسیژن محلول
• حذف عوامل بو و طعم
• حذف گازهای CO2 ، H2S
• حذف آهن و منگنز

کلرزنی مقدماتی

در اغلب تصفیه خانه های آب قبل از عملیات تصفیه کلرزنی انجام میگیرد و محلول کلر به داخل آب تزریق می گردد. عملیات کلرزنی مقدماتی مانع تولید طعم و بوی ناشی از فعالیت باکتری ها می شود و از رشد جلبلک جلوگیری می کند.

جذب سطحی

کربن فعال از پرکاربردترین جاذب های سطحی مورد استفاده در تصفیه آب بوده. از کربن فعال برای حذف ترکیبات آلی، بو و طعم، رنگ و مواد محلول استفاده می شود.
در تصفیه خانه آب کربن فعال را در قسمت ورودی تصفیه خانه و یا در حوضچه اختلاط مواد شیمیایی اضافه می کنند. کربن فعال مقدار زیادی از ترکیبات آلی مسبب بو، طعم و رنگ را حذف می کند.

ته نشینی

ته نشینی واحدی عملیاتی میباشدکه در آن با استفاده از نیروی ثقل، مواد جامد معلق جدا می شوند. مخزن ته نشينی جهت زلال نمودن پساب از طريق رسوب دادن لجن های موجود در پساب و نيز ته نشين نمودن مواد معلق موجود در پساب به كار گرفته می شوند.
اساس عمل ته نشينی بر مبنای نيروی ثقل (سنگينی ذره) انجام میگیرد. لجن و لخته های موجود در پساب در كف مخزن ته نشينی ، ته نشین شده و از آب جدا می شوند.

فیلتراسیون یا صاف سازی Filtration

صاف سازی فرآیندی بوده که برای جداسازی ذرات جامد، آب را از میان یک محیط متخلخل عبور می دهند تا مواد جامد معلق آن تا حد امکان جدا شوند.

مواد جامد معلق شامل لخته های ناشی از انعقاد شیمیایی، میکروارگانیسم ها و رسوباتی همچون کربنات کلسیم می باشد.

فیلتراسیون منحصرا برای آب های سطحی بکار میرود و در مورد آب های زیرزمینی برای حذف لخته های ناشی از سبک سازی آب یا حذف آهن و منگنز استفاده میشود.
جنس مواد یا محیط متخلخل فیلتر معمولا از شن، آنتراسیت، گارنت، کربن فعال می باشد.

گندزدایی

گندزدایی فرآیندی بوده که باعث نابودی و غیر فعال کردن میکروارگانیسم های بیماری زا می شود.

تعداد زیادی از میکروارگانیسم های بیماری زا در طی فرایند هایی مانند انعقاد و لخته سازی، ته نشینی و فیلتراسیون حذف می شوند. ولی برای مطابقت با استانداردهای آب آشامیدنی و جلوگیری از رشد مجدد عوامل بیماری زا باید عمل گندزدایی انجام گیرد.

از جمله مواد گندزدایی می توان کلر، ازن و امواج فرا بنفش را نام برد که جهت گندزدایی آب مورد استفاده قرار می گیرند.

سختی گیری یا سبک سازی Softening

سختی گیری آب از فرآیند های خاص تصفیه آب محسوب می شود. سختی به معنی حضور کاتیون های فلزی چند ظرفیتی در آب می باشد که این کاتیون ها در حالت فوق اشباع با آنیون های موجود در آب واکنش داده و رسوب تولید می کنند.

از عوامل اصلی ایجاد کننده سختی در آب یون های کلسیم و منیزیوم هستند که در فرآیند سختی گیری باید حذف گردند. سختی گیری به دو روش شیمیایی و روش تبادل یونی انجام می شود.

انواع دستگاه های تصفیه آب

تصفیه آب خانگی

ازدیاد املاح ومواد زائد موجود درآب باعث افزایش بیماریهای کلیوی، سرطان وحتی ناراحتی عصبی شده و نفوذ آلودگیها به منابع آب نیز می تواند باعث ایجاد بیماری هایی مانند وبا، اسهال، تیفوئد و انواع عفونت پوستی شوند. که این امر موجب استفاده از دستگاه تصفیه خانگی می گردد.

تصفیه آب صنعتی

تصفیه آب بی کیفیت باعث صدمات احتمالی به لوله ها و تجهیزات می شود. احتمال رسوب و خوردگی در بویلرهای بخار آب افزایش میابد و این نیاز به سوخت بیشتر جهت گرم کردن همان مقدار آب میشود.

در برج های خنک کننده نیز احتمال رسوب و خوردگی وجود دارد که آب بی کیفیت، گرم و کثیف داخل برج ،احتمال رشد باکتری و عوامل بیماری زا را بوجود می اورند که باعث ایجاد بیماری و مرگ می شود.