تصفیه آب

تصفیه آب پاکاب ایلیا گستر معتبرترین ارائه دهنده دستگاه تصفیه آب اعم از خانگی و صنعتی

تلفن تماس 021-33121212 021-33500991

اسمز معکوس

تصفیه آب

اسمز معکوس از یکی روش های تصفیه آب در آب شیرین کن ها و سیستم های تصفیه آب صنعتی و همچنین دستگاه تصفیه آب خانگی میباشد .
اسمز معکوس روش فیزیکی بوده که اولین بار در کشور آمریکا ، دانشگاه کالیفرنیا ساخته شده است . دانشمندان لب و سوریراجان کسانی بودند که توانستند از پلیمر سلولز استات ، اولین غشاء یا همان ممبران را که به صورت نیمه تراوای سنتزی میباشد را تولید کند .

اولین دستگاه آب شیرین کن با اسمز معکوس جهت تهیه اب شیرین در سال ۱۹۶۵ در شهری از کالیفرنیا شروع به کار کرد که باعث شگرف علمی در همه مراکز تحقیقاتی و پژوهشی در سراسر جهان گردید . در حال حاضر صنعت اسمز معکوس کاملا جهانی شده و قسمت اصلی این روش , ممبران یا همان غشاء نیمه تراوا است که این صنعت و تکنولوژی تنها در اختیار و امریکا و چند کشور مهم از لحاظ صنعتی است . کل ظرفیت استفاده شده از اسمز معکوس در دنیا طبق گزارش انجمن بین المللی نکزدایی در سال ۱۹۹۸ ، ۱۱٫۳۵ میلیون متر مکعب در روز بوده که انتظار آنست که به روزی ۲۰ میلیون متر مکعب آب تصفیه شده در روز با این تکنولوژی برسد .
۱ – ۱ اساس کار اسمز معکوس
اساس کار اسمز معکوس توسط یک غشاء نیمه تراوا یا ممبران انجام میگردد که بین دو محلول با غلظت های مختلف قرار گرفته و از یک طرف غشاء به یک طرف دیگر منتقل میگردد . جهت طبیعی و فیزیکی حرکت محلول از پتانسیل شیمیایی بیشتر به سمت پتانسیل شیمیایی کمتر به گونه ای که محلول غلیظ تر , رقیق تر میشود . در شکل ۱ آب خالص از غشا عبور کرده و وارد اب شور میشود . اگر به سیستم اجازه رسیدن به تعادل داده شود ؛ در آن صورت سطح آب نمک محلول غلیظ تر از سطح آب خالص بالاتر خواهد رفت . این اختلاف سطح بوجود آمده را فشار اسمزی میگویند .
شکل ۱ – مفهوم اسمز ، فشار اسمزی و اسمز معکوس – فلش، جهت جریان آب خالص را نشان می دهد.
با توجه به شکل ۱ میتوان گفت :
۱ – مولکول های آب در قسمت آب خالص به خاطر فشار اسمزی وار محفظه آب شور میشوند
۲- در حالت تعادل ، سطح آ ب در محفظه آب شور به اندازه h بالاتر از سطح آب خالص قرار میگرد که ارتفاع h با فشار اسمزی برابر میباشد .
۳- با فشار p میتوان مولکول های آب را وارد کرد که از محفظه ی آب شور وارد محفظه آب خالص شوند.این همان مفهوم اسمز معکوس است.با توجه به شکل ۱ اگر به محفظه‌ی محتوی آب شور،فشاری برابر با P وارد شود،جهت جریان آب می‌تواند به صورت‌های زیر باشد:
الف- P < π : در این صورت جهت جریان آب فرقی نمی‌کند. اما برای رسیدن به تعادل، مقدار کمتری از آب خالص وارد محفظه‌ی آب شور خواهد شد.
ب- P = π : در این صورت جریان خالصی وجود ندارد.
ج- P > π : در این صورت آب از قسمت محفظه‌ی آب شور وارد محفظه‌ی آب خالص خواهد شد.
واضح است که هدف در تصفیه آب ، تهیه ی آب شیرین از آب شور است(حالت سوم).بنابراین با اعمال فشار مکانیکی به آب شور، مولکول‌های آب از مولکول‌های نمک جدا می‌شوند.این فرآیند را اسمز معکوس می‌گویند.در مورد محلول‌های خیلی رقیق فشار اسمزی مانند فشار در گازهای ایده‌آل عمل می‌کند؛به طوری که می‌توان نوشت: πV = nRT
که در آن π فشار اسمزی، V حجم حلال، n تعداد مول‌های ناخالصی (حل شونده)، R ثابت گازها و T دمای مطلق است.
R=0.082 (lit.atm)/(mole.degree)
رابطه‌ی فوق را می‌توان به صورت π = CRT نوشت که C غلظت مولاری ناخالصی است.
فشار اسمزی به غلظت و نوع ناخالصی و نیز دما بستگی دارد.در جدول ۱-۱۰ فشار اسمزی تعدادی از محلول‌ها در دمای ۲۵ درجه سانتیگراد درج شده است.
فشار اسمزی محلول‌ها در حالت کلی از این رابطه پیروی می کند: πV =φ nRT
که φ ضریب فشار اسمزی است و n تعداد یون‌های حاصل از تفکیک ماده ناخالصی است.
فشار اسمزی در دمای صفر درجه‌ی سانتیگراد برای محلول یک مولار برابر با ۲۲٫۴ اتمسفر می‌باشد.طبق یک قاعده سرانگشتی به ازای هر ۱۰۰ ppm ناخالصی(TDS)، فشار اسمزی به اندازه یک واحد psi افزایش می‌یابد.به عنوان مثال برای محلول ۳۵۰۰۰ ppm نمک طعام در آب، فشار اسمزی برابر ۳۹۸ psi و برای محلول ۱۰۰۰ ppm ناخالصی، فشار اسمزی برابر ۱۱٫۴ psi می‌باشد.
جدول ۱ – فشار اسمزی بعضی از محلول ها در ۲۵ درجه سانتی‌گراد
تعاریف مهم در اسمز معکوس
مدول: به محفظه‌ی حاوی غشاء که دارای فشار هم باشد مدول گویند.
پلاریزاسیون غلظتی: چون غشاء اسمز معکوس بیشتر املاح را از خود عبور نمی‌دهد از این رو غلظت املاح در اطراف آن سطحی از غشاء که در تماس با آب شور است،بیشتر از غلظت املاح در آب شور خروجی می‌شود.این پدیده را پلاریزاسیون غلظتی می‌نامند که هم باعث کاهش کیفیت آب شیرین می‌شود و هم فشار اسمزی را افزایش می‌دهد.
درصد بازیافت: ۱۰۰ × (نسبت دبی آب شیرین به دبی آب ورودی)
%R= P/F×۱۰۰
درصد عبور ناخالصی: ‌نسبت مقدار ناخالصی در محصول به مقدار ناخالصی در آب ورودی
%p=C_P/C_F
توجه کنید که درصد عبور ناخالصی برای هر یون می‌تواند متفاوت باشد.
درصد طرد:
درصدعبورناخالصی – ۱۰۰ = درصد طرد
%r=100- %p
فاکتور تغلیظ:
C_P=1/(1-R)
۱ – ۲ تکنولوژی اسمز معکوس
در اسمز معکوس، آب ورودی (تصفیه نشده) توسط پمپ با فشار به داخل محفظه ای که دارای غشای نیمه تراوا می باشد، رانده می شود و چون ناخالصی ها تقریبا قادر به عبور از غشاء نیستند، از این رو در یک طرف غشاء آب تقریبا خالص(آب شیرین) و در طرف دیگر آن آب تغلیظ شده از ناخالصی ها(آب شور) وجود خواهد داشت.
هر دستگاه اسمز معکوس به صورت ساده شامل قسمت های زیر است:
الف – پمپ که بتواند فشار لازم آب ورودی به سیستم را تأمین کند.
(برای آب های شور ۲۵ – ۱۲ اتمسفر و برای آّب دریا ۸۰ – ۵۴ اتمسفر)
ب – غشای نیمه تراوا که مولکول های آب و گازها می توانند از آن عبور کنند.
ج – شیر کنترل در مسیر محلول تغلیظ شده (آّب شور) برای کنترل درجه تغلیظ.
شکل ۲ مسیر آب ورودی، آب شور و آب شیرین در سیستم اسمز معکوس
البته قبل از ورود آب به داخل محفظه غشاء، آب در معرض فرآیندهای مختلفی قرار می گیرد تا تصفیه مقدماتی شود.
به دو نکته در مورد پمپ توجه کنید:
۱- از پمپ سانتریفوژی استفاده کنید تا نوسانات سرعت آب خروجی باعث صدمه دیدن غشا نگردد.
۲- در ورودی پمپ، آب باید دارای فشار کافی باشد تا مشکل پدیده کاویتاسیون نداشته باشید.
به طور کلی برای کارکرد مناسب پمپ های با فشار بالا، وجود جریان مایع کافی با یک حداقل فشار در ورودی آنها ضرورت دارد.کارکردن خالی پمپ حتی برای چند لحظه باعث صدمه دیدن پروانه پمپ و خوردگی می شود.
اسمز معکوس به طور پیوسته کار می کند و می تواند املاح آب خام را تا ۹۹% کاهش دهد.با اسمز معکوس، باکتری ها، ویروس ها و دیگر میکروارگانیسم ها یا ذرات بزرگتر از میکرون تقریبا ۱۰۰% حذف می شوند اما به علت عدم آب بندی کامل سیستم اسمز معکوس مقدار کمی از این ناخالصی ها ممکن است از غشاء عبور کرده و در آب تصفیه شده دیده شوند.
این فرآیند برای تهیه آب آشامیدنی از آب هایی که حاوی املاح معدنی زیاد و ناخالصی های آلی می باشد، بسیار مناسب است و حتی قادر است از آب دریا با ۳۰۰۰۰ ppm ناخالصی و نیز آب های شور، آب آشامیدنی تهیه کند.برای تصفیه آب های معمولی با TDS(غلظت کل املاح) حدود ۵۰۰۰ ppm یا بیشتر، اسمز معکوس یک روش کاملا اطمینان بخش است.
از اسمز معکوس می توان در داروسازی و پزشکی برای تهیه آب خالص و عاری از میکروارگانیسم ها به جای روش تقطیر استفاده کرد.امروزه روش اسمز معکوس، اقتصادی ترین فرآیند برای تهیه آب آشامیدنی از آب های شور می‌باشد.
راندمان،E، در فرآیند اسمز معکوس با توجه به شکل ۳ چنین تعریف می‌شود.
که Cib غلظت ماده ناخالصی i در آب شور و Cip غلظت ماده ناخالصی i در جریان محصول می‌باشد.
۱ – ۳ دبی جریان های عبوری از غشاء
شار(فلاکس) جریان آب از غشاء متناسب با اختلاف فشار اعمال شده و فشار اسمزی بوده که می‌توان با رابطه زیر نشان داد:
که QW دبی آب شیرین، A سطح غشاء و t ضخامت غشاء و P فشار اعمال شده و πΔ اختلاف فشار اسمزی محلول‌های دو طرف غشاء می‌باشد و kW ضریب تراوایی غشاء می‌باشد که بستگی به جنس و چگونگی طراحی غشاء دارد.
در عمل، مقداری ماده حل شده (ناخالصی) از طریق نفوذ مولکولی از غشاء اسمز معکوس عبور می‌کند و وارد آب شیرین می‌شود که دبی آن QS، متناسب با اختلاف غلظت است.
Q_S=k_S A/t (C_S-C_P )
که در آن QS دبی ماده حل شده،CS غلظت ماده حل شده در آن طرف غشاء که در تماس با آب شور است و CP غلظت ماده حل شده در آن طرف غشاء که در تماس با آب شیرین است و kS ضریب تراوایی غشاء برای ماده حل شده می باشد.این رابطه نشان می دهد که دبی ماده حل شده (ناخالصی) متناسب با اختلاف غلظت دو طرف غشاء می باشد.
با افزایش فشار خارجی (اعمال شده) دبی آب تصفیه شده افزایش می‌یابد؛ اما افزایش دبی با فشار خارجی همیشه خطی نیست چون شار آب تصفیه شده به فشار اسمزی دو طرف غشا نیز بستگی دارد.از این رو با افزایش بازیابی آب خالص از آب شور، فشار اسمزی آب شور هم افزایش یافته و در نتیجه،شار آب تصفیه شده با فشار به طور خطی افزایش نمی‌یابد.این نکته با ملاحظه جدول ۱ کامل روشن می‌شود.دیده می‌شود که اگر غلظت نمک در آب ۱۰۰۰ mg/liter باشد فشار اسمزی محلول (آب + نمک) ۱۱٫۴ psi می‌باشد.اما به مرور زمان که آب نمک بیشتر تغلیظ می‌شود و غلظت نمک در آب به ۳۵۰۰۰ mg/liter می‌رسد.فشار اسمزی به ۳۹۸ psi خواهد رسید یعنی فشار اسمزی بیش از سی برابر افزایش می‌یابد.بنابراین برای یک فشار اعمال شده ثابت،از نظر علمی محدودیت تغلیظ داریم.همچنین با افزایش محصول (آب تصفیه شده)به دلیل فوق، غلظت نمک در طرف آب شور افزایش یافته و در نتیجه اختلاف غلظت نمک در دو طرف غشاء افزایش می‌یابد.
گاهی استدلال می‌شود که برای کاهش هزینه دستگاه اسمز معکوس، فشار پمپاژ را کم کنیم اما این بدترین انتخاب است چون کاهش فشار پشت غشاء، نه فقط دبی آب تصفیه شده را کاهش می‌دهد بلکه باعث افزایش غلظت ناخالصی در آب تصفیه شده می‌گردد.
۱ – ۴ مقایسه‌ی اسمز معکوس با فیلتراسیون معمولی
اسمز معکوس شباهتی به فیلتراسیون معمولی و سانتریفوژ دارد چون در هر سه فرآیند با استفاده از فشار، ناخالصی‌ها از آب جدا می‌شوند.از این رو گاهی در منابع علمی به اسمز معکوس، هایپرفیلتراسیون می‌گویند.اما باید توجه داشت که:
۱ – در فیلتراسیون،جریان آب عمود بر بستر فیلتر است،در حالی که در اسمز معکوس جریان آب موازی بستر غشاء است،همانگونه که در شکل ۵ نشان داده شده است.موازی بودن جهت جریان با غشاء در اسمز معکوس باعث می‌شود که غشاء توسط جریان خوراک شستشو شود.از این رو گرفتگی غشاء در RO بسیار کمتر از فیلترها می‌باشد،تقریبا در حدود یک به ده.
۲ – در اسمز معکوس دو جریان وجود دارد (محصول و خوراک تغلیظ شده) در حالی که در فیلتراسیون یک جریان مطرح است.
۳ – در فیلتراسیون معمولی فشار اسمزی خیلی کم است و اصولا نقشی ندارد.
۴ – در فیلتراسیون اندازه‌ی ذرات مهم است ولی هرچه اندازه‌ی مولکول‌های ناخالصی درشت‌تر و درجه‌ی یونیزاسیون مولکول ناخالصی کمتر باشد، فشار اسمزی محلول کمتر است اما هرچه غلظت مولکول‌های ناخالصی بیشتر شود فشار اسمزی هم بیشتر می‌شود.
در اسمز معکوس علاوه بر اندازه ذرات، بار الکتریکی و فاکتورهای دیگر هم مطرح هستند.
حذف مواد مختلف توسط غشاء استات سلولز در اسمز معکوس در جدول زیر آمده است:
درصد طرد MW ناخالصی
۹۹ ۱۸۰ Dextrose
۹۹ ۲۰۳ Mg Cl2
۹۵ ۵۸ Na Cl
۲۷ ۶۰ Urea
۹- ۹۵ Phenol
۳۴- ۱۶۳ Dichlorophenol – ۲،۴
جدول ۲ – حذف مواد در اسمز معکوس
دیده می‌شود که طرد مواد(عدم عبور از ممبران) فقط بستگی به اندازه مولکول در RO ندارد بلکه بعضی از مواد خیلی سنگین‌تر از آب و یا نمک طعام،بیشتر از آب، از ممبران عبور می‌کنند و در نتیجه درصد طرد منفی دارند.
در واقع علاوه بر وزن(یا اندازه) درصد طرد ذرات به بار الکتریکی خود یون و نیز به حلالیت آن یون در ماده ممبران دارد و این نشان می‌دهد که مکانیسم (solution – flow) به (pore – flow) ترجیح دارد.
۵- هرچند در فیلتراسیون مسیر انتقال حلال، حفره است ولی در اسمز معکوس،غشاء دارای شاخه‌های پلیمری آبدوستی است که آب را جذب کرده و سپس آب در داخل پلیمر نفوذ مولکولی کرده و از آن عبور می‌کند.
۶- دما باعث افزایش فشار اسمزی می‌شود ولی همزمان موجب کاهش ویسکوزیته‌ی محلول نیز می‌گردد، بنابراین تأثیر دما در اسمز معکوس پیچیده‌تر از فیلتراسیون است.
۷- تقریبا میکروفیلتراسیون (MF) قادربه کاری است که با سانتریفوژهای خیلی سریع (۵۰۰۰-۱۰۰۰۰ g)
می‌توان تفکیک انجام داد.آلترافیلتراسیون قابل مقایسه با جداسازی آلتراسانتریفوژ (۱۰۰۰۰ – ۱۰۰۰۰۰ g) می‌باشد؛اما چون سانتریفوژ قادر به جداسازی یون‌ها نیست از این رو مشابه کار اسمز معکوس با سانتریفوژ امکان ندارد.
۱ – ۵ غشای اسمز معکوس
شاید بتوان گفت که پیشرفت تکنولوژی اسمز معکوس از یک پدیده ساده آزمایشگاهی به یک روش بسیار مهم صنعتی برای تصفیه آب، مرهون پیشرفت تکنولوژی ساخت غشا بوده است.غشا را معمولا از استات سلولز،پلی آمید،پلی فنیل اکسید و غیره تهیه می‌کنند.
دیدیم که دبی آب تصفیه شده به مساحت غشا و ضریب تراوایی آن بستگی دارد.از این رو تکنولوژی ساخت غشا از دو جنبه پیشرفت کرده است:
الف) قرار دادن مساحت بیشتری از صفحات غشا در حجم کمتر
ب) استفاده از غشاهای کارآمدتر
الف: برای افزایش مساحت غشا چند روش معمول است از جمله استفاده از لوله‌های بسیار باریک (حدود کمتر از میلی‌متر) از جنس غشا،استفاده از صفحات متعدد و نیز صفحات حلزونی شکل لوله شده.
ب: غشای اسمز معکوس نیمه تراوا می‌نامند چون غشا همچون یک فیلتر مولکولی عمل می‌کند به گونه‌ای که مولکول‌های حلال از آن عبور کرده ولی مولکول‌های ناخالصی قادر به عبور از غشا نیستند؛بنابراین غشا برای مولکول‌های حلال،تراوا و برای مولکول‌های ناخالصی،ناتراوا می‌باشد.
شکل ۶ – آرایش چند نوع غشا مورد استفاده در اسمز معکوس
غشای مناسب برای اسمز معکوس باید ویژگی‌های خاصی داشته باشد.مثلا:
– تراوایی آن برای آب،زیاد و برای املاح،بسیار کم باشد؛
– قدرت تحمل فشار اعمال شده را داشته باشد؛
– در برابر تغییرات PH مقاوم باشد؛
– در برابر حمله مواد شیمیایی یا بیولوژیکی مقاوم باشد.
درصد عبور املاح در غشاء
هرچند که از نظر تئوری فقط مولکول‌های آب می‌توانند از غشا عبور کنند،ولی در عمل،نمک‌‌‌ها و ناخالصی‌های موجود در آب به مقدار کمی از غشا عبور می‌کنند.گازهایی چون O2 یا CO2 صد در صد از غشا عبور می‌کنند.
در جدول ۳ درصد عبور بعضی از نمک‌‌ها از غشای پلی آمیدی اسمز معکوس به نقل از کاتالوگ شرکت سازنده ذکر شده است.جالب است بدانید که آب از غشای نیمه تراوا حدود دو قطره در هر ثانیه تراوش می‌کند.
جدول ۳ – درصد عبور بعضی از نمک‌ها از غشای پلی آمیدی اسمز معکوس
تحمل تغییرات PH
محدوده‌ی PH قابل تحمل برای غشای استات سلولزی ۳ تا ۸ و برای تری‌استات سلولزی ۲ تا ۹ و برای پلی آمیدی ۲ تا ۱۰ می‌باشد.
امروزه غشاها را از مخلوط استات سلولز و تری‌استات سلولز می‌سازند.
به تازگی نوع جدیدی از غشاها از جنس پلی سولفان باردار به بازار عرضه شده است که ویژگی خوب استات سلولز(تحمل کلر) و ویژگی خوب پلی‌آمیدی (دبی زیاد) را دارا است که بهای آن بسیار زیاد است.
۱ – ۶ تصفیه مقدماتی آب خوراک اسمز معکوس
حدود نصف هزینه تصفیه آب با روش اسمز معکوس به خاطر تصفیه مقدماتی آب خوراک، قبل از ورود به اسمز معکوس است.
می‌توان گفت پر دردسرترین قسمت یک دستگاه اسمز معکوس غشاء آن می‌باشد و از این رو ضروری است که آب ورودی به دستگاه اسمز معکوس،قبلا تصفیه مقدماتی شده باشد.
شکل ۷ – مراحل پیش تصفیه آب و تصفیه آب شیرین
پیش تصفیه می‌تواند برای نوع به خصوصی از غشا متفاوت باشد.مثلا حذف کلر از آب ورودی به اسمز معکوس با غشا پلی آمیدی و یا تنظیم PH آب ورودی برای جلوگیری از هیدرولیز غشا استات سلولزی بسیار ضروری می‌باشد.
یکی از مهم‌ترین دلایل تصفیه آب قبل از ورود به اسمز معکوس جلوگیری از آلودگی غشا است.منظور از آلودگی غشا،تجمع ذرات روی سطح غشا و یا داخل حفره‌های آن است که باعث اختلال در عملکرد آن می‌شود.آلودگی غشا می‌تواند ناشی از عوامل زیر باشد:
ذرات معلق و کلوییدی
اکسیداسیون موادی چون H2S ، Mn2+ و Fe2+
فوق اشباع شدن نمک‌های کم محلول
فعالیت مواد بیولوژیکی

اثر آلودگی غشاء در کاهش دبی آب شیرین را می‌توان با معادله پوایسله مدلسازی کرد:
J=(εd_p^2 ∆P)/32δμ
که J شار آب شیرین، dP قطر متوسط حفره غشا، ΔP اختلاف فشار دو طرف غشا، ε نسبت سطح کل حفره‌ها به کل سطح غشا، δ ضخامت غشا و µ ویسکوزیته آب می‌باشد.
آلودگی غشاء باعث افزایش δ و کاهش ΔP و ε و dP و درنتیجه دبی آب شیرین می‌شود.
هرچند که بعضی از اجزای تصفیه‌ی مقدماتی می‌تواند اختیاری باشد ولی آب قبل از ورود به محفظه‌ی غشا حتما باید از فیلتر فشنگی بگذرد تا ذرات ناخالصی معلق و کلوییدی توسط فیلتر گرفته شود.
کاهش کارایی یک سیستم اسمز معکوس عموما به واسطه‌ی آلودگی ناشی از فعالیت بیولوژیکی یا مواد معلق بسیار متداول‌تر از مشکل تشکیل رسوب در سیستم می‌باشد و این به خاطر کنترل نسبتا آسان جلوگیری از تشکیل رسوب در سیستم اسمز معکوس با اعمال پیش تصفیه مناسب می‌باشد.
برای کنترل PH و نیز کنترل رسوب روی سطح غشاء، اغلب تزریق اسید و تزریق مواد ممانعت کننده‌ی شیمیایی به آب قبل از ورود به پمپ فشار زیاد، لازم می‌شود.
درجه حرارت فاکتور بسیار مهمی در کارایی سیستم اسمز معکوس می‌باشد.شار عبور از غشاء توسط سازندگان در دمای ۲۵ درجه‌ی سانتیگراد بیان می‌شود ولی به ازای هر درجه فارنهایت افزایش دما، تراوایی آب از غشا حدود ۵٫۱% افزایش می‌یابد؛ اما بسیاری از ممبران‌ها،حداکثر تا دمای ۴۵ درجه‌ی سانتیگراد را می‌توانند تحمل کنند. از این رو کنترل دمای آب قبل از ورود به محفظه‌ی غشاء بسیار مهم و لازم می‌باشد.
کنترل PH آب ورودی اسمز معکوس
PH آب خوراک اسمز معکوس فاکتور بسیار مهمی در کارکرد مناسب و مطلوب آن می‌باشد.تنظیم مقدار PH آب خوراک و کنترل مستمر آن برای جلوگیری از تشکیل رسوب روی سطح غشاء و عدم هیدرولیز غشاء یک پارامتر حیاتی است.روش ساده برای جلوگیری از ایجاد رسوب کربنات کلسیم این است که PH آب ورودی به دستگاه اسمز معکوس کنترل شود.
در واقع با تزریق اسید به آب ورودی و در نتیجه کاهش PH آب، غلظت یون کربنات کاهش می‌یابد،چون طبق رابطه‌ی زیر به بی‌کربنات تبدیل می‌شود.
CO_3^(2-)+H^+→HCO_3^-
یون بی‌کربنات در ترکیب با کلسیم،نمک محلولی می‌دهد ولی کربنات کلسیم نامحلول است.پس با حضور یون بی‌کربنات مشکل به اشباع رسیدن وجود نخواهد داشت.یک قانون تجربی می‌گوید که تنظیم PH در ۶ باعث کاهش ۸۰% غلظت بی‌کربنات می‌شود که کاهش این مقدار بی‌کربنات تضمین خوبی برای عدم تشکیل رسوب کربنات کلسیم است.
در صورت توقف طولانی مدت اسمز معکوس ، دی اکسید کربن فوق اشباع تمایل به خروج از محیط آبی را پیدا می‌کند که متعاقب آن PH افزایش می‌یابد،چون طبق رابطه‌ی زیر باعث مصرف شدن H+ می‌شود:
HCO_3^-+H^+→CO_2+H_2 O
و در نتیجه‌ی افزایشPH،رسوب کربنات کلسیم روی غشا تشکیل می‌شود که این رسوب در دراز مدت می‌تواند باعث افزایش نرخ هیدرولیز غشاء استات سلولز شود و بر عمر مفید آن تأثیر منفی بگذارد.
اما کاهش غلظت یون سولفات عملا غیر ممکن است.بنابراین برای جلوگیری از به اشباع رسیدن سولفات کلسیم، یا باید دبی آب تغلیظ شده خروجی از دستگاه را افزایش داد و یا باید از مواد ممانعت کننده‌ی شیمیایی مثل سدیم هگزامتافسفات استفاده کرد و این مواد را به آب ورودی به دستگاه اسمز معکوس تزریق کرد.
مواد بازدارنده رسوب یا ممانعت کننده‌های شیمیایی مواد بسیار مؤثری در جلوگیری از تشکیل رسوب می‌باشند؛ بدین صورت که این مواد،فرآیند تشکیل کریستال‌ها را مختل کرده و با جلوگیری از جذب یون‌های فوق اشباع توسط هسته‌های اولیه کریستال‌ها، از تشکیل کریستال‌های درشت جلوگیری می‌نمایند و به این ترتیب هسته‌های اولیه به اندازه کافی برای ترسیب رشد نمی‌کنند.
محل مناسب تزریق در اسمز معکوس
زمانی‌ که اسید سولفوریک و یک ماده بازدارنده ترسیب تؤاماً تزریق می‌شوند باید محل تزریق ماده بازدارنده قبل از نقطه تزریق اسید باشد، در غیر این صورت قبل از تزریق ماده بازدارنده احتمال ترسیب نمک سولفات کلسیم وجود دارد؛زیرا در محل تزریق اسید غلظت بالای موضعی یون سولفات زمینه را برای ایجاد یون‌های فوق اشباع از نمک‌های سولفات را فراهم می‌کند.
تزریق اسید اضافی باعث تخریب تدریجی غشاءهای پلی‌آمیدی می‌شود.البته نسبت به هیدرولیز غشاء سلولز استات،برای تخریب غشاء پلی‌آمیدی به وسیله اسید،زمان بسیار طولانی‌تری لازم می‌باشد.
تزریق اسید اضافی نرخ هیدرولیز را شدیداً افزایش داده و کاهش دفع نمک غشاء را به دنبال خواهد داشت اما هیدرولیز طبیعی غشاء عاملی در کاهش عمر مفید و کاهش دفع نمک سیستم تلقی نمی‌شود.
معمولا ورود اسید با غلظت بالا،به دلیل عدم کنترل دقیق سیستم تزریق یا اشکال در کالیبراسیون PHمتر نصب شده روی جریان خوراک ورودی می‌باشد.گاهی نیز به طور اتفاقی حجم زیادی اسید وارد آب خوراک اسمز معکوس می‌گردد.
در برخی از سیستم‌ها با از سرویس خارج شدن پمپ‌های فشار بالای سیستم،پمپ‌های تزریق اسید به سیستم اسمز معکوس به طور اتوماتیک از سیستم خارج نمی‌شوند و در نتیجه در زمان تعطیلی واحد اسمز معکوس مقدار زیادی اسید در خط خوراک جمع می‌شود و در ابتدای راه‌اندازی مجدد این مقدار زیاد اسید به صورت شوک وارد سیستم اسمز معکوس می‌گردد.لذا باید کلیه سیستم‌های اسمز معکوس به نحوی طراحی شوند که اگر به هر دلیلی سیستم اسمز معکوس از سرویس خارج شد همزمان کلیه‌ی پمپ‌های تزریق مواد شیمیایی به آن نیز از سرویس خارج شوند.
اغلب،خطوط جریان محصول و غلیظ اسمز معکوس به گونه‌ای طراحی می‌شوند که ارتفاع پایین‌تری نسبت به جریان خوراک سیستم داشته باشند در این شرایط در زمان خارج از سرویس شدن واحد،یک خلاء نسبی درون سیستم پیش می‌آید و باعث تخلیه آب درون مدول‌ها می‌شود.
این خلاء نسبی باعث مکش مواد شیمیایی از مسیر تزریقشان به خط اصلی آب خوراک اسمز معکوس می‌گردد.به هرحال باید این خلاء شکسته شود و معمولا این کار توسط شکننده خلاء یا شیر یکطرفه معکوس انجام می‌گیرد.باید یک شیر کنترل در بالاترین نقطه خط لوله نصب شود تا خلاء را به طور کامل بشکند.
عملکرد پمپ در زمان پر نمودن یک سیستم نیمه خالی،نظیر حالتی است که فشار معکوس اندکی وجود دارد.این پدیده علاوه بر تزریق بیش از حد مواد شیمیایی احتمالا باعث آسیب مکانیکی غشاءها هم می‌گردد.
لازم است یک شیر اتومات بین تانک‌های کوچک روزانه مواد شیمیایی و پمپ‌های فشار بالا نصب شود.این شیر از مشکلات احتمالی،هنگام از سرویس خارج شدن واحد جلوگیری می‌نماید.
کنترل مواد اکسید کننده
حضور کلر آزاد یا سایر مواد اکسید کننده قوی در آب خوراک اسمز معکوس با غشاء پلی‌آمیدی سبب تخریب این نوع غشاء می‌گردد.از این رو حتما باید با تزریق مواد احیا کننده مانند بی‌سولفیت سدیم یا استفاده از کربن فعال، ماده اکسید کننده موجود در آب خوراک را از بین ببرد.
گاهی به دو دلیل مواد اکسید کننده معمولا فرصت تخریب غشاء را می‌یابند؛اول این که علی‌رغم تزریق ماده احیا کننده،مقداری از ماده اکسید کننده،همراه آب خوراک وارد سیستم می‌شود.این امر به خاطر تزریق ناکافی ماده احیا کننده یا عدم زمان ماند کافی برای تکمیل واکنش اکسیداسیون احیا است.
دوم اینکه در صورت استفاده از بستر کربن فعال،جذب کامل همه ماده اکسید کننده از آب خوراک سیستم انجام نمی‌گیرد.
به دلیل اهمیت و حساسیت زیاد غشا پلی‌آمیدی به مواد اکسیدان در بعضی از صنایع از سیستم کنترل دو گانه استفاده می‌شود،به این صورت که از دو سیستم کنترل استفاده می‌کنند که در صورت نقص یکی،دومی از ورود غیرمجاز ماده اکسیدان جلوگیری کند.
برای حذف ماده اکسیدان معمولا از ماده احیا کننده بی‌سولفیت سدیم استفاده می‌شود که مقدار مورد نیاز آن حدود ۱ ppm بیشتر از غلظت کلر یا هر ماده اکسیدان موجود در آب است.اما باید توجه داشت که غلظت بیشتر بی‌سولفیت سدیم باعث ایجاد محیط احیایی در آب می‌شود که خود باعث رشد،استمرار عمر و دوام باکتری‌های بی‌هوازی می‌شود.
پارامتر کلیدی دیگر برای ایجاد سازگاری بین کیفیت آب و غشاء،PH آب است.غشاء پلی‌آمیدی مقاومت خوبی در مقابل تغییرات PH دارد،اما غشاء استات سلولزی به تغییرات PH بسیار حساس می باشد؛چون در PH بازی به ویژه در دماهای بالاتر از محیط،سرعت هیدرولیز استات سلولز قابل توجه می‌باشد. PH مطلوب برای به حداقل رسیدن هیدرولیز غشاء سلولزی ۴٫۸ می‌باشد،اما باید توجه داشت PH آب شور بالاتر از PH آب شیرین می‌باشد و این به خاطر تغلیظ بی‌کربنات در آب شور خروجی از واحد اسمز معکوس می‌باشد.در عمل باید سعی کرد که PH آب ورودی حدود ۶٫۵ باشد.
وجود آهن در آب خوراک اسمز معکوس اثر تخریبی مواد اکسید کننده را به میزان زیادی افزایش می‌دهد؛زیرا در حضور مواد اکسیدکننده آهن به فرم اکسید شده یعنی Fe3+ خواهد بود که غیر محلول می‌باشد.با ورود Fe3+ همراه جریان خوراک به مدول‌های اسمز معکوس، Fe3+ تمایل به نشستن روی سطح غشاء را دارد.حال با حمله مواد اکسید کننده به غشای اسمز معکوس در حضور آهن،آهن به صورت یک کاتالیزور عمل نموده و قدرت تبادل بار الکتریکی مواد اکسیدکننده را روی سطح غشا شدیداً افزایش می‌دهد.در واقع در این فرآیند ،آهن تمایل به فرم احیا شده خود یعنی Fe2+ دارد و با دریافت الکترون قدرت اکسیدکنندگی بالاتری به مواد اکسیدکننده می‌دهد.
راه حل مسأله،حذف عوامل به وجود آورنده این شرایط است.یک راه حل حذف آهن نامحلول Fe3+ به وسیله فیلتراسیون دقیق در بالادست اسمز معکوس از آب خوراک می‌باشد.راه حل دیگر،حذف کامل مواد اکسید کننده از آب خوراک و ایجاد محیط اندکی احیا کننده می‌باشد.
کنترل آلودگی ناشی از اکسیداسیون
کاتیون‌های منگنز و آهن معمولا به راحتی با اکسیژن محلول در آب یا هوا اکسید شده و به صورت املاح نامحلول باعث آلودگی غشاء می‌شوند.البته لازم به ذکر است که اکسیداسیون آهن بسیار شایع‌تر می‌باشد.در واقع آلودگی ناشی از آهن در اثر اکسید شدن یون‌های محلول Fe2+ به Fe3+ به صورت هیدروکسیدآهن Fe(OH)3 بر روی غشاء ظاهر می‌شوند.برای جلوگیری از این مشکل یا باید آهن را از آب ورودی به اسمز معکوس حذف کرد و یا از اکسیداسیون Fe2+ به Fe3+ جلوگیری کرد.
معمولا اگر غلظت آهن تا ۴ppm باشد و آب کمتر از ۰٫۱ppm اکسیژن محلول داشته باشد،مسأله جدی پیش نخواهد آمد اما اگر غلظت اکسیژن بیش از ۵ppm باشد،آنگاه غلظت آهن باید زیر ۰٫۵ppm باشد.کاهش PH آب ورودی می‌تواند به محلول نگهداشتن یون آهن کمک کند.
به هر حال هرچند که با کنترل تصفیه آب مقدماتی می‌توان به راحتی بر این مشکل فائق آمد،اما باید به این نکته توجه کرد که آلودگی ناشی از اکسیداسیون آهن خیلی سریع انجام می‌شود.
فیلتراسیون در اسمز معکوس
زلال‌سازی آب و جداسازی مواد معلق از آن به وسیله فرآیند انعقادسازی و لخته‌سازی در کلاریفایرها و عبور آب از بسترهای مختلف فیلترهای شنی از روش‌های متداول در صنعت تصفیه آب است.
گاهی اوقات در فرآیند شفاف‌سازی برای خنثی نمودن مواد معلق بسیار ریز از یک پلیمر کاتیونی با بار مثبت استفاده می‌کنند.این مواد هم‌چنین به عنوان لخته‌ساز عمل نموده و زمینه تجمع و ته‌نشینی توده‌ای مواد معلق را فراهم می‌آورند.
متأسفانه به کارگیری این روش در واحد پیش تصفیه آب ورودی به سیستم اسمز معکوس کمک زیادی به جلوگیری از آلودگی غشاهای اسمز معکوس نمی‌نماید.اگرچه تزریق یک پلیمر کاتیونی در کاهش مواد معلق در آب خوراک اسمز معکوس مؤثر است لیکن به شدت نرخ آلودگی غشاء را افزایش می‌دهد.چون بسترهای فیلتر شنی در پایین دست کلاریفایر قادر به گرفتن تمام ماده منعقد کننده پلیمری نمی‌باشند.با توجه به ماهیت آنیونی سطح اکثر غشاهای اسمز معکوس ، پلیمر کاتیونی نشت کرده جذب سطح آنیونی غشاء اسمز معکوس خواهد شد.این مورد خصوصا در مورد غشاهای از جنس پلی‌آمیدی که دارای بار منفی قوی هستند صادق است.با جذب و چسبیدن ماده پلیمر کاتیونی به سطح غشاء آنیونی جداسازی آن تقریبا غیر ممکن می‌شود.
همچنین پلیمر کاتیونی با مواد بازدارنده ترسیب واکنش می‌دهد زیرا مواد بازدارنده ترسیب عموما دارای ماهیت آنیونی(بار منفی) هستند و تمایل به واکنش با پلیمر با ماهیت کاتیونی دارند.حاصل این ترکیب یک کمپلکس غیر محلول است که خود باعث آلودگی سطح غشاء اسمز معکوس می‌شود.
فیلتر کارتریج در اسمز معکوس
استفاده از فیلتر کارتریج در آخرین بخش سیستم پیش‌ تصفیه اسمز معکوس، و قبل از ورود آب خوراک سیستم اسمز معکوس به پمپ‌های فشار بالا توصیه می‌شود.

اسمز معکوس

اسمز معکوس

021-33121212 021-33500991

نیاز به راهنمایی دارید ؟

ثبت سفارش