دستگاه های آب شیرین کن صنعتی
اسمز معکوس [reverse Osmosis (RO)]
صنایع امروز برای تصفیه آب مورد استفاده در بخشهای تولید بخار و فرآیند خود از سیستم اسمز معکوس استفاده فراوانی می برند. اساس کار این دستگاه ها بر عبور مولکول های غیر یونی مثل آب از یک غشاء با روزنه های بسیار ریز بنا شده است. این غشاءها به صورتی ساخته شده اند که ملکولهای خنثی را براحتی از خود عبور می دهند. به همین دلیل آب ورودی به سیستم، که دارای املاح مختلف است به آب تقریبا خالص تبدیل می گردد. در سیستم اسمز معکوس، جریان ورودی یا خوراک (Feed) به دو جریان آب تصفیه شده (Permeate) و پساب غلیظ (Reject) یا (Brine) تبدیل می شود.
در فرآیند اسمز معکوس آب با فشار زیاد ازیک سری غشاء نیمه تراوا
( Semi-PermeableMembrane) عبور داده می شود. این فشار خارجی از فشار اسمزی طبیعی بیشتر است، در نتیجه مولکول های کوچک تر از منافذ غشاء عبور می کنند در حالی که مولکول ها ی بزرگ تر، قادر به عبور از غشاء نیستند و سپس در جریانی جانبی از کنار غشاء عبور داده شده و دفع می گردند. در این فرآیند میکروارگانیسم ها نیز از آب حذف می شوند. به طور کلی این فرآیند برای شیرین کردن آب های شور به کار می رود ولی درسال های اخیر برای حذف آلاینده های خاص نظیر نیترات مورد توجه قرار گرفته است. اسمز معکوس یک روش تصفیه فیزکی و نوعی فیلتر اسیون است که نیاز به مواد شیمیائی ندارد. در اغلب منابع از روش اسمز معکوس به عنوان روشی موفق و اقتصادی در دراز مدت برای کنترل آلاینده های آب از جمله نیترات یاد شده است. در این روش علاوه بر نیترات کل جامدات محلول TDS)) آب نیزکاهش می یابد. اگرچه فرآیند ROمی تواند میکروارگانیسم ها را نیز حذف کند، اما توصیه شده که آب پاک از نظر شاخص باکتریائی (بدون کلیفرم) به فرآیند RO وارد گردد. سیستم فوق قادر به جداسازی عوامل کدورت، باکتری ها، کلوئید ها، میکروارگانیسم ها، قند، پروتئین ها، پکتین ها، اسیدهای آمینه و تا حدودی ترکیبات معدنی نمکی و ویروس ها است.
محاسن سیستم RO
⦁ اقتصادی بودن سیستم نسبت به روش های دیگر
⦁ سیستم پیوسته و مداوم ( Continues ) 24 ساعت در شبانه روز
⦁ قابلیت دریافت ورودی با (TDS) بالا ( Total Dissolved Solid )
⦁ میزان بازدهی بالا در کل سیستم
⦁ نرخ بالای بازیافت آبهای آلوده تا 98% منابع ورودی بر اساس میزان املاح و ناخالصی های موجود
⦁ مصرف انرژی پایین
⦁ عدم نیاز به فضای زیاد
⦁ نیاز به حداقل شستشو
⦁ جلوگیری از عبور سلیکا تا 90%
⦁ عدم نیاز به اوپراتور تمام وقت و اتومات بودن سیستم
⦁ سهولت کار با دستگاه و کاهش هزینه های تعمیر و نگهداری
⦁ سادگی فرآیند تنها فاکتور پیچیده, کنترل آب ورودی به سیستم جهت به حداقل رساندن احتیاجات مداوم جهت پاکسازی غشاء ها می باشد
⦁ ظرفیتهای تولید متعدد
⦁ پایین بودن هزینه نگهداری سیستم
⦁ عدم بکار گرفتن مواد زیان بخش برای انسان در این سیستم
⦁ مصرف پایین انرژی در سیستم
⦁ استفاده از حداقل مواد شیمیایی در سیستم اسمز معکوس
⦁ از بین بردن تمامی آلاینده ها از قبیل آلاینده های آلی، غیر آلی و میکروبی
⦁ امکان استفاده از منابع نامتناهی و قابل اطمینان یعنی آب دریاها در این سیستم
⦁ عدم تحمیل هر گونه آثار منفی به محیط زیست
⦁ پایین بودن هزینه نصب و راه اندازی سیستم
⦁ قابلیت جداسازی آلاینده هایی که به آب رنگ، مزه و بوی نامطلوبی می دهند از قبیل طعم های قلیایی و نمکی که بوسیله کلریدها و سولفات ها ایجاد می گردند.
⦁ قابلیت جداسازی پاتوژن فوق العاده خطرناک به نام Cryptosponolium که باعث ایجاد بیماری مهلک و خطرناک میشود.
⦁ تولید خالص تری آب که آب تولیدی توسط این سیستم مورد تایید NASA قرار گرفته و کاملا با استانداردهای جهانی مطابقت دارد. خاصیت بسیار عالی حلالیت آن، متابولیسم را در بدن بهبود می بخشد و این امر باعث می شود که ایمنی بدن در مقابل عفونت ها افزایش یافته و باعث دفع سموم و ویروس ها گردد. لازم به ذکر است که نوشیدن آب حاصل از سیستم اسمز معکوس به مدت طولانی به بهبود کارکرد سیستم های بدن و سلامتی کمک شایانی می کند.
⦁ قابلیت جداسازی عناصر سمی و مواد مضر برای سلامتی انسان از قبیل کادمیوم، سرب، سیانید، ارسنیک و فنل توسط این سیستم
تجهیزات اصلی :
⦁ ممبران: ممبران قطعه ای سیلندری شکل است که در واقع همان غشاء های نیمه تراوا می باشند که با ایجاد فشار اسمزی در جداره خارجی آن عمل فیلتراسیون (تصفیه آب) صورت می گیرد.
⦁ پرشر وسل: محفظه نگهدارنده ممبران ها را پرشر وصل نامند. این محفظه می تواند از جنس استیل یا فایبر گلاس باشد که در سایزهای مختلف و با قابلیت جای دهی چندین ممبران موجود می باشد. آب خام ورودی با فشار بین جداره خارجی ممبران و جداره داخلی پرشر وصل پمپ می شود.
⦁ پمپ طبقاتی فشار بالا: از آنجایی که اساس کار تصفیه آب بر اساس اختلاف فشار اسمزی است برای تامین این فشار از پمپ های طبقاتی که فشار بالایی را تامین میکند استفاده می شود.
⦁ فیلتر میکرونی: ورود ذرات معلق بزرگتر از 5 میکرون باعث آسیب رساندن به ممبران میگردد، برای جلوگیری از این امر استفاده از فیلترهای میکرونی الزامی است. این فیلتر ها در ورودی آب خام که تعداد و سایز آنها با توجه به شرایط آب ورودی تعیین می شود.
⦁ پمپ سانتریفوژ: برای تامین فشار فیلتر میکرونی و مکش آب خام ورودی از شبکه اصلی از پمپ سانتریفوژ فشار پایین استفاده می شود.
⦁ دوزینگ پمپ: پمپی کوچک است که به منظور تزریق آنتی اسکالانت با هدف جلوگیری از ایجاد رسوب در جداره ممبران به آب اضافه می شود.
⦁ روتامتر: بازده سیستم را با واژه ای به نام ریکاوری بیان می کنند که عبارت است از نسبت آب تصفیه به آب خام ورودی. این نسبت با مشاهده دو دبی سنجی که در ورودی آب خام و خروجی آب تصفیه نصب می گردد مشخص می شود.
⦁ گیج فشار: به منظور اطلاع از صحت عملکرد ممبرانها و فیلتر میکرونی از گیج های فشار استفاده می شود.
تابلوی کنترلی: تابلوی کنترلی شامل مدارهای حفاظتی و ابزارآلات کنترل اتومات سیستم می باشد و وظیفه برق رسانی به قسمت های اصلی و تجهیزات جانبی را بر عهده دارد
تجهیزات جانبی
⦁ Meter TDS: برای مشاهده لحظه به لحظه املاح محلول در آب به کار می رود به عبارت دیگر نشانه عملکرد صحیح سیستم و ماحصل سیستم تصفیه می باشد.
⦁ تجهیزات تنظیمی: مانند پرشر سوئیچ شیر برقی و شیر های سوزنی
⦁ مخازن پلی اتیلن: جهت آنتی اسکالانت و اسید شویی ممبران ها
⦁ PH متر دیجیتال: جهت نمایان شدن آب PH
⦁ لوله و اتصالات فشار قوی
⦁ فیلتر زغالی: جهت حذف رنگ و بو و کلر باقیمانده
⦁ فیلتر شنی و سختی گیر تبادل یونی: که بر اساس آنالیز و خواص فیزیکی آب ورودی به سیستم اضافه می گردد.
در پایان ذکر چند نکته الزامی است :
⦁ دستگاه تصفیه آب به روش اسمز معکوس علاوه بر شیر آلات و اتصالات خاص از دو بخش تجهیزات اصلی و جانبی تشکیل می گردد که بخش اول ضروری و لاینفک و بخش دوم بنا به شرایط خاص آب و درخواست مشتری به سیستم اضافه میگردد.
⦁ قابل ذکر است که تعداد، نوع، جنس و کیفیت قطعات در هر دو بخش تابع عواملی از قبیل آب خام ورودی، کیفیت آب مورد نیاز، دبی آب ورودی و تصفیه شده می باشد که انتخاب و نوع چیدمان کلیه تجهیزات به عهده طراحان سیستم می باشد.
مقایسه اقتصادی
بررسی ها نشان داده که هزینه سرمایه گذاری اولیه برای احداث یک واحد اسمز معکوس نسبت به یک واحد تبادل یون در ظرفیت مساوی، بیشتر است. اما در ادامه، روش تبادل یون نیاز به هزینه بیشتری برای نگهداری (شامل هزینه عملیات احیاء کننده وهزینه جا یگزینی رزین هایی که کارایی آن ها کاهش یافته است) دارد. ازبین موارد یادشده، قیمت مواد شیمیا ئی حدود 70 درصد هزینه های بهره برداری و نگهداری روش تبادل یون راشامل میشود. ازراه های دیگر برای کاهش هزینه بهره برداری سیستم های تبادل یون، تاسیس واحد های تولیدی مواد شیمیائی مورد نیاز برای فرآیند، درکنار تصفیه خانه است که نیاز به سرمایه گذاری اولیه زیادی دارد. درمقابل روش اسمز معکوس نیاز به انرژی فراوان دارد که کاملا مرتبط با قیمت برق می باشد.
درسال های اخیر با دستیابی به فناوری تولید غشاءهای فشار پائین، مقدار برق مصرفی سیستم های اسمز معکوس بین 30تا 60 درصدکاهش یافته است.
سیستم های قدیمی با فشاری معادل PSI 400 تا PSI600 کار می کردند و سیستم های جدید با فشاری معادل PSI250 (برای سیستم های خانگی PSI50-100 ) بهره برداری می شوند بنا براین از آن جائی که میزان برق مصرفی رابطه مسقیم با فشار سیستم دارد درنتیجه میزان برق مصرفی نیز کاهش می یابد. درعین حال باید توجه نمودکه هزینه مصرفی برق پمپ های سیستم اسمز معکوس، وهنگامی که درمقیاس بزرگ ازاین سیستم ها می خواهد استفاده شود، هزینه برق مصرفی باید به دقت مورد ارزیابی قرار گیرد.
صنایع امروز برای تصفیه آب مورد استفاده در بخشهای تولید بخار و فرآیند خود از سیستم اسمز معکوس استفاده فراوانی می برند. اساس کار این دستگاه ها بر عبور مولکول های غیر یونی مثل آب از یک غشاء با روزنه های بسیار ریز بنا شده است. این غشاءها به صورتی ساخته شده اند که ملکولهای خنثی را براحتی از خود عبور می دهند. به همین دلیل آب ورودی به سیستم، که دارای املاح مختلف است به آب تقریبا خالص تبدیل می گردد. در سیستم اسمز معکوس، جریان ورودی یا خوراک (Feed) به دو جریان آب تصفیه شده (Permeate) و پساب غلیظ (Reject) یا (Brine) تبدیل می شود.
در فرآیند اسمز معکوس آب با فشار زیاد ازیک سری غشاء نیمه تراوا
( Semi-PermeableMembrane) عبور داده می شود. این فشار خارجی از فشار اسمزی طبیعی بیشتر است، در نتیجه مولکول های کوچک تر از منافذ غشاء عبور می کنند در حالی که مولکول ها ی بزرگ تر، قادر به عبور از غشاء نیستند و سپس در جریانی جانبی از کنار غشاء عبور داده شده و دفع می گردند. در این فرآیند میکروارگانیسم ها نیز از آب حذف می شوند. به طور کلی این فرآیند برای شیرین کردن آب های شور به کار می رود ولی درسال های اخیر برای حذف آلاینده های خاص نظیر نیترات مورد توجه قرار گرفته است. اسمز معکوس یک روش تصفیه فیزکی و نوعی فیلتر اسیون است که نیاز به مواد شیمیائی ندارد. در اغلب منابع از روش اسمز معکوس به عنوان روشی موفق و اقتصادی در دراز مدت برای کنترل آلاینده های آب از جمله نیترات یاد شده است. در این روش علاوه بر نیترات کل جامدات محلول TDS)) آب نیزکاهش می یابد. اگرچه فرآیند ROمی تواند میکروارگانیسم ها را نیز حذف کند، اما توصیه شده که آب پاک از نظر شاخص باکتریائی (بدون کلیفرم) به فرآیند RO وارد گردد. سیستم فوق قادر به جداسازی عوامل کدورت، باکتری ها، کلوئید ها، میکروارگانیسم ها، قند، پروتئین ها، پکتین ها، اسیدهای آمینه و تا حدودی ترکیبات معدنی نمکی و ویروس ها است.
محاسن سیستم RO
⦁ اقتصادی بودن سیستم نسبت به روش های دیگر
⦁ سیستم پیوسته و مداوم ( Continues ) 24 ساعت در شبانه روز
⦁ قابلیت دریافت ورودی با (TDS) بالا ( Total Dissolved Solid )
⦁ میزان بازدهی بالا در کل سیستم
⦁ نرخ بالای بازیافت آبهای آلوده تا 98% منابع ورودی بر اساس میزان املاح و ناخالصی های موجود
⦁ مصرف انرژی پایین
⦁ عدم نیاز به فضای زیاد
⦁ نیاز به حداقل شستشو
⦁ جلوگیری از عبور سلیکا تا 90%
⦁ عدم نیاز به اوپراتور تمام وقت و اتومات بودن سیستم
⦁ سهولت کار با دستگاه و کاهش هزینه های تعمیر و نگهداری
⦁ سادگی فرآیند تنها فاکتور پیچیده, کنترل آب ورودی به سیستم جهت به حداقل رساندن احتیاجات مداوم جهت پاکسازی غشاء ها می باشد
⦁ ظرفیتهای تولید متعدد
⦁ پایین بودن هزینه نگهداری سیستم
⦁ عدم بکار گرفتن مواد زیان بخش برای انسان در این سیستم
⦁ مصرف پایین انرژی در سیستم
⦁ استفاده از حداقل مواد شیمیایی در سیستم اسمز معکوس
⦁ از بین بردن تمامی آلاینده ها از قبیل آلاینده های آلی، غیر آلی و میکروبی
⦁ امکان استفاده از منابع نامتناهی و قابل اطمینان یعنی آب دریاها در این سیستم
⦁ عدم تحمیل هر گونه آثار منفی به محیط زیست
⦁ پایین بودن هزینه نصب و راه اندازی سیستم
⦁ قابلیت جداسازی آلاینده هایی که به آب رنگ، مزه و بوی نامطلوبی می دهند از قبیل طعم های قلیایی و نمکی که بوسیله کلریدها و سولفات ها ایجاد می گردند.
⦁ قابلیت جداسازی پاتوژن فوق العاده خطرناک به نام Cryptosponolium که باعث ایجاد بیماری مهلک و خطرناک میشود.
⦁ تولید خالص تری آب که آب تولیدی توسط این سیستم مورد تایید NASA قرار گرفته و کاملا با استانداردهای جهانی مطابقت دارد. خاصیت بسیار عالی حلالیت آن، متابولیسم را در بدن بهبود می بخشد و این امر باعث می شود که ایمنی بدن در مقابل عفونت ها افزایش یافته و باعث دفع سموم و ویروس ها گردد. لازم به ذکر است که نوشیدن آب حاصل از سیستم اسمز معکوس به مدت طولانی به بهبود کارکرد سیستم های بدن و سلامتی کمک شایانی می کند.
⦁ قابلیت جداسازی عناصر سمی و مواد مضر برای سلامتی انسان از قبیل کادمیوم، سرب، سیانید، ارسنیک و فنل توسط این سیستم
تجهیزات اصلی :
⦁ ممبران: ممبران قطعه ای سیلندری شکل است که در واقع همان غشاء های نیمه تراوا می باشند که با ایجاد فشار اسمزی در جداره خارجی آن عمل فیلتراسیون (تصفیه آب) صورت می گیرد.
⦁ پرشر وسل: محفظه نگهدارنده ممبران ها را پرشر وصل نامند. این محفظه می تواند از جنس استیل یا فایبر گلاس باشد که در سایزهای مختلف و با قابلیت جای دهی چندین ممبران موجود می باشد. آب خام ورودی با فشار بین جداره خارجی ممبران و جداره داخلی پرشر وصل پمپ می شود.
⦁ پمپ طبقاتی فشار بالا: از آنجایی که اساس کار تصفیه آب بر اساس اختلاف فشار اسمزی است برای تامین این فشار از پمپ های طبقاتی که فشار بالایی را تامین میکند استفاده می شود.
⦁ فیلتر میکرونی: ورود ذرات معلق بزرگتر از 5 میکرون باعث آسیب رساندن به ممبران میگردد، برای جلوگیری از این امر استفاده از فیلترهای میکرونی الزامی است. این فیلتر ها در ورودی آب خام که تعداد و سایز آنها با توجه به شرایط آب ورودی تعیین می شود.
⦁ پمپ سانتریفوژ: برای تامین فشار فیلتر میکرونی و مکش آب خام ورودی از شبکه اصلی از پمپ سانتریفوژ فشار پایین استفاده می شود.
⦁ دوزینگ پمپ: پمپی کوچک است که به منظور تزریق آنتی اسکالانت با هدف جلوگیری از ایجاد رسوب در جداره ممبران به آب اضافه می شود.
⦁ روتامتر: بازده سیستم را با واژه ای به نام ریکاوری بیان می کنند که عبارت است از نسبت آب تصفیه به آب خام ورودی. این نسبت با مشاهده دو دبی سنجی که در ورودی آب خام و خروجی آب تصفیه نصب می گردد مشخص می شود.
⦁ گیج فشار: به منظور اطلاع از صحت عملکرد ممبرانها و فیلتر میکرونی از گیج های فشار استفاده می شود.
تابلوی کنترلی: تابلوی کنترلی شامل مدارهای حفاظتی و ابزارآلات کنترل اتومات سیستم می باشد و وظیفه برق رسانی به قسمت های اصلی و تجهیزات جانبی را بر عهده دارد
تجهیزات جانبی
⦁ Meter TDS: برای مشاهده لحظه به لحظه املاح محلول در آب به کار می رود به عبارت دیگر نشانه عملکرد صحیح سیستم و ماحصل سیستم تصفیه می باشد.
⦁ تجهیزات تنظیمی: مانند پرشر سوئیچ شیر برقی و شیر های سوزنی
⦁ مخازن پلی اتیلن: جهت آنتی اسکالانت و اسید شویی ممبران ها
⦁ PH متر دیجیتال: جهت نمایان شدن آب PH
⦁ لوله و اتصالات فشار قوی
⦁ فیلتر زغالی: جهت حذف رنگ و بو و کلر باقیمانده
⦁ فیلتر شنی و سختی گیر تبادل یونی: که بر اساس آنالیز و خواص فیزیکی آب ورودی به سیستم اضافه می گردد.
در پایان ذکر چند نکته الزامی است :
⦁ دستگاه تصفیه آب به روش اسمز معکوس علاوه بر شیر آلات و اتصالات خاص از دو بخش تجهیزات اصلی و جانبی تشکیل می گردد که بخش اول ضروری و لاینفک و بخش دوم بنا به شرایط خاص آب و درخواست مشتری به سیستم اضافه میگردد.
⦁ قابل ذکر است که تعداد، نوع، جنس و کیفیت قطعات در هر دو بخش تابع عواملی از قبیل آب خام ورودی، کیفیت آب مورد نیاز، دبی آب ورودی و تصفیه شده می باشد که انتخاب و نوع چیدمان کلیه تجهیزات به عهده طراحان سیستم می باشد.
مقایسه اقتصادی
بررسی ها نشان داده که هزینه سرمایه گذاری اولیه برای احداث یک واحد اسمز معکوس نسبت به یک واحد تبادل یون در ظرفیت مساوی، بیشتر است. اما در ادامه، روش تبادل یون نیاز به هزینه بیشتری برای نگهداری (شامل هزینه عملیات احیاء کننده وهزینه جا یگزینی رزین هایی که کارایی آن ها کاهش یافته است) دارد. ازبین موارد یادشده، قیمت مواد شیمیا ئی حدود 70 درصد هزینه های بهره برداری و نگهداری روش تبادل یون راشامل میشود. ازراه های دیگر برای کاهش هزینه بهره برداری سیستم های تبادل یون، تاسیس واحد های تولیدی مواد شیمیائی مورد نیاز برای فرآیند، درکنار تصفیه خانه است که نیاز به سرمایه گذاری اولیه زیادی دارد. درمقابل روش اسمز معکوس نیاز به انرژی فراوان دارد که کاملا مرتبط با قیمت برق می باشد.
درسال های اخیر با دستیابی به فناوری تولید غشاءهای فشار پائین، مقدار برق مصرفی سیستم های اسمز معکوس بین 30تا 60 درصدکاهش یافته است.
سیستم های قدیمی با فشاری معادل PSI 400 تا PSI600 کار می کردند و سیستم های جدید با فشاری معادل PSI250 (برای سیستم های خانگی PSI50-100 ) بهره برداری می شوند بنا براین از آن جائی که میزان برق مصرفی رابطه مسقیم با فشار سیستم دارد درنتیجه میزان برق مصرفی نیز کاهش می یابد. درعین حال باید توجه نمودکه هزینه مصرفی برق پمپ های سیستم اسمز معکوس، وهنگامی که درمقیاس بزرگ ازاین سیستم ها می خواهد استفاده شود، هزینه برق مصرفی باید به دقت مورد ارزیابی قرار گیرد.