برای برطرف کردن ذرات ریز و نمکهای حل شده، سیستم جداسازی با استفاده از غشاء تعبیه شده است که متفاوت با روش های قدیمی فیلتراسیون ذرات می باشد که آنرا فیلتراسیون غشایی با استفاده از جریان متقاطع نامیده اند.
در این روش جریان پر فشار موازی با سطح غشاء وارد سیستم می شود. قسمتی از این جریان از میان غشاء عبور کرده در حالیکه ذرات موجود در آن در پشت غشاء بنام Concentrate باقی می ماند.
از آنجایی که جریان بطور پی در پی بر روی سطح غشاء حرکت می کند، ذرات باقی مانده برروی سطح غشاء تجمع پیدا نکرده و توسط جریان Concentrate از سیستم خارج می شود. بنابر این یک جریان ورودی در خروجی به دو بخش تقسیم می شود:
محلولی که از سطح غشاء عبور کرده (Permeate) و جریان تغلیظ شده باقی مانده (Concentrate).
غشاء (RO) به روش جریان متقاطع فیلتراسیون انجام میدهد.
اسمز معکوس و کاربرد آن
اسمز معکوس در بهترین سطح از روشهای فیلتراسیون موجود قرار دارد. غشاء RO به عنوان سدی در برابر تمام نمکهای حل شده و مولکول های مواد آلی و کانی با وزن مولکولی تقریباً بزرگتر از 100 مول عمل می کند. به عبارت دیگر مولکولهای آب به راحتی از میان غشاء عبور می کنند و جریان آب خالصی تولید می گردد. معمولاً از 95% تا بیش از 99% نمکهای حل شده در آب می تواند جدا سازی شود.
کاربردهای RO بی شمار و متنوع می باشد بطوری که می تواند در نمک زدایی آب دریا و آبهای شور به منظور شیرین سازی در جهت مصارف آشامیدنی، استفاده مجدد از آب های دورریز، صنایع غذایی و آشامیدنی، جداسازی مواد دارویی، خالص سازی آب آشامیدنی منازل مسکونی و همچنین آب مورد نیاز در فرایندهای صنعتی بکار گرفته شود.
همچنین اغلب در تولیدات با درجه خلوص بسیار بالا در صنایع نیمه رساناها، نیروگاه ها (به منظور تولید آب ورودی به بویلرها) و موارد پزشکی – آزمایشگاهی مورد مصرف دارد. افت فشار غشاء RO عموماً (200 psi) 14 Bar برای آب شور و تا (1000 psi) 69 Bar برای آب دریا می باشد.
تکنولوژی اسمز معکوس
زمانی که آب خالص موجود در محلول نمکی رقیق از طریق غشایی به قسمت محلول نمکی با غظت بیشتر جریان پیدا می کند پدیده اسمز اتفاق می افتد.
یک غشاء نیمه تراوا بین دو بخش قرار گرفته است. نیمه تراوا بدان معنی است که غشاء برای تعدادی از انواع ملکولها تراوا و برای باقی نا تراوا می باشد. فرض کنید که این غشاء برای آب تراوا بوده اما برای نمک نیست. سپس محلول نمک را در یک طرف غشاء و آب خالص را در طرف دیگر قرار می دهیم.
به عنوان قانون اساسی طبیعت، این سیستم سعی خواهد کرد به تعادل برسد. بدین طریق که غلظت در دو طرف یکسان شود. تنها راه ممکن این است که آب از قسمت آب خالص به سمت بخش نمکی حرکت کند تا محلول نمک رقیق شود.
اسمز می تواند افزایش ارتفاعی را در محلول نمک ایجاد کند. این افزایش ارتفاع می تواند آنقدر ادامه پیدا کند تا نیروی وزن حاصل از این ستون، عبور آب از غشاء را متوقف سازد. نقطه تعادل این ارتفاع ستون آب در مقابل فشار آب بر روی سطح غشاء را فشار اسمزی می نامند. اگر نیرویی بر این ستون آب وارد شود، جهت جریان عبوری از غشاء می تواند معکوس گردد. این مبنای اسمزمعکوس می باشد.
توجه داشته باشید این جریان معکوس می تواند از محلول نمک آب خالص تهیه کند زیرا غشاء نسبت به نمک تراوا نمی باشد.
استفاده از اسمز معکوس در عمل
با استفاده از یک پمپ فشار قوی، محلول نمک تحت فشار بطور دائم به داخل ماجول پمپ می شود. ماجول پاز یک مخزن تحت فشار که ماکزیمم می تواند دارای هفت المان باشد تشکیل یافته است.
آب حاوی نمک ورودی به یک آب خالص که Permeate نامیده می شود و یک محلول پر نمک که Concentrate و یا Reject نامیده می شود، تبدیل می گردد.
یک شیر تنظیم کننده دبی نیز درصد آب ورودی که از قسمت تغلیظ خارج می شود و نیز میزان آب عبوری از غشاء که مورد نظر است را کنترل می کند.
علاوه بر این همانطور که در شکل مشاهده می گردد از یک فیلتر کاتریج قبل از پمپ فشار قوی استفاده شده است تا مواد کلوئیدی و دیگر ذرات درشت تر را جهت جلو گیری از آسیب رساندن به پمپ و غشاء حذف کند.
در بعضی از سیستم ها چرخه بازگشت تغلیظ معمولاً جهت بهبود المان مورد نیاز است. بنابر این بخشی از تغلیظ خروجی از ماجول به دور ریخته شده و بخشی دیگر به قسمت مکش پمپ افزوده می گردد که خود باعث افزایش دبی ورودی به ماجول می شود. جهت تنظیم این جریان برگشتی نیز از شیر کنترل کننده دبی استفاده میگردد.
نحوه مونتاژ و بارگذاری پوسته تحت فشار (RO)
یک ماجول از یک مخزن تحت فشار و ماکزیمم 7 المان غشایی که بطور سری به یکدیگر متصل شده اند می تواند تشکیل شود.
تغلیظ خروجی از المان اول بعنوان ورودی به المان دوم وارد میگردد و به همین ترتیب تا المان آخر ادامه می یابد. آب ورودی بیشتر و بیشتر غلیظ شده و بالاخره از المان آخر بطرف شیر تغلیظ خارج می شود در جائیکه فشار اعمالی کاهش یافته است.
لوله آب تولیدی همه المانها (Product Tubes) به یکدیگر کوپل شده و آب تولیدی در نهایت در داخل کلکتور خارج از مخزن تحت فشار جمع آوری می گردد.
دستور العمل نگهداری و بهره برداری از سیستم اسمز معکوس
شرح فرآیند
آب خام پس از عبور از یک پیش تصفیه مقدماتی وارد سیستم اسمز معکوس می گردد. بدین ترتیب که آب خام ابتدا از یک فیلتر شنی عبور می کند تا مواد معلق در حد 5 میکرون از آن حذف گردد، سپس وارد یک عدد سختی گیر مغناطیسی (که بطور موقت سختی آب را حذف میکند) می گردد و بلافاصله پس از آن از داخل فیلتر میکرونی عبور می کند. در صورتیکه ترکیب آب خام نزدیک به ترکیب عمومی آبهای لب شور باشد شرایط آن پس از عبور از قسمت پیش تصفیه، جهت عبور از داخل ممبران اسمز معکوس مطلوب می گردد.
یک واحد پمپ فشار قوی با متعلقات مربوطه، آب را با فشار مورد نیاز به داخل ممبران اسمز معکوس( (Reverse Osmosisهدایت میکند. با تنظیم شیرهای ورودی و خروجی ممبران می توان کیفیت آب تصفیه شده را تحت کنترل درآورد. یک واحد دستگاه کنداکتومتر با آمپلی فایر و الکترود مربوطه پیوسته و لحظه ای کیفیت آب خروجی (تصفیه شده) را با واحد هدایت الکتریکی میکروزیمنس اندازه گیری و درصفحه دیجیتالی از نوع LCD به نمایش می گذارد.
آب تصفیه شده در مخزن مربوطه جمع آوری گردیده و آب دورریز یا تغلیظ یافته(Concentrate) را می توان جهت آبیاری فضای سبز، مصرف در دستشویی های عمومی و یا شبکه فاضلاب هدایت نمود.
آنچه از خصایص مهم RO محسوب می گردد عدم اتلاف هر گونه آب خروجی از آن است. در صورت بالا بودن مقادیر یون های آب تغایظ شده امکان ترکیب مواد شیمیایی و تبدیل آن به آب مصرفی در موارد فوق نیز میسر می باشد.
شرح مختصر اجزاء دستگاه و عملکرد آنها
واحد تصفیه آب از نوع اسمز معکوس متشکل از اجزاء ذیل میباشد:
فیلتر شنی
سختی گیر مغناطیسی
فیلتر میکرونی
پمپ فشار قوی
پوسته و المنت داخل آن
تابلوی برق
دستگاه اندازه گیری هدایت الکتریکی
روتامترهای آب دورریز،آب تصفیه شده وآب در گردش
وله کشیها، شیرآلات، فشار سنجها، شاسی و 000
فیلتر شنی
فیلتر شنی خود شامل ستون فلزی، سیلیس دانه بندی شده، شیر چند راهه، لوله ها و اتصالات مربوطه می باشد. این مخزن بر حسب میزان دبی عبوری ابعاد متفاوتی خواهد داشت. داخل فیلتر شنی با رنگ اپوکسی و بیرون آن با رنگ کلرینه پوشش داده شده است. وظیفه فیلتر شنی حذف بیش از %95 مواد معلق در آب خام می باشد و بنابراین پس از مدتی کارکرد منافذ آن گرفته شده و میزان آب عبوری از داخل فیلتر شنی در فشار ثابت کاهش می یابد.
لذا بسته به میزان مواد معلق موجود در آب خام که آنهم در فصول مختلف و شرایط جوی مختلف متغیر می باشد، هر چند روز در میان بایستی شستشوی معکوس انجام پذیرد تا مواد معلق جذب شده در داخل آن کنده شده و به بیرون رانده شوند.
پوشش ( رنگ ) داخل و خارج ستون هر 6 ماه یکبار نیاز به بازرسی داشته و در صورت صدمه دیدن ولو به صورت موضعی، می بایستی اقدام به رفع عیب آن نمود تا از گسترش و انتشار آن جلوگیری گردد.
سختی گیر مغناطیسی
سختی گیر مغناطیسی با تغییراتی که بطور موقت در لایه والانس و اوربیتال های آخرین لایه اتم ها و یا آخرین لایه هیبرید کاتیون ها و آنیون های مرکب از چند اتم ، بوجود می آورد از احتمال نزدیک شدن ، ترکیب و ایجاد رسوب آنها جلوگیری به عمل می آورد سختی گیر مغناطیسی نیاز به نگهداری خاصی ندارد و عمر مفید آن حداقل دو سال می باشد که پس از سپری شدن این مدت زمان بایستی تعویض گردد.