سيستم اسمز معكوس (Reverse osmosis)چيست؟

سيستم اسمز معكوس

نقش سیستم اسمز معکوس در دستگاه های تصفیه آب

 فرض کنید دو ظرف، یکی حاوی آب نمک (۱) ودیگری حاوی آب خالص (۲) توسط یک لوله به یکدیگر متصل بوده وهر دو دارای ارتفاع مساوی از آب و در یک سطح قرار داشته باشند. جهت برقراری تعادل در غلظت یونهای سدیم و کلراید از ظرف آب نمک، یونهای نمک به صورت نفوذ مولکولی به ظرف آب خالص انتقال یافته تا تعادل غلظت بین هر دو ظرف برقرار گردد. اما اگر بین این دو ظرف و در مسیر جریان آب یک غشاء قرار گیرد که فقط اجازه دهد مولکولهای آب از آن عبور کنند، یونهای نمک اجازه عبور نخواهند داشت. لذا برای برقراری تعادل در غلظت، آب خالص از ظرف شماره (۲) به ظرف شماره (۱) انتقال می‌یابد و این عمل تا آنجا ادامه می‌یابد که افزایش ارتفاع حاصله در ظرف آب نمک، فشار مضاعف ایجاد کرده و اجازه انتقال آب از ظرف شماره (۲) به ظرف شماره (۱) را ندهد. این فشار را فشار اسمزی می گویند

1 – آیا دستگاه های تصفیه آب با سیستم اسمز معکوس ( RO ) باعث اسیدی شدن آب میشوند ؟
طراحی دستگاه RO بصورتی میباشد که بتواند کوچکترین ناخالصی ها مانند انواع ویروس و باکتری یا موادی مانند نیترات را حذف کند یعنی برای حصول این کار باید بتوان علاوه بر حذف ذرات معلق مانند زنگ آب،ذرات محلول را حذف نمود مواد معدنی و کانی ها هم جز ذرات بسیار ریز آب میباشد که در این فرایند نسب به سیستم های دیگر بیشتر حذف میشوند که این امر با توجه به بالا بودن سختی آب در اکثر موارد بسیار مفید است و باعث سبکی و خالصی آب میشود ولی اگر این املاح بیش از حد حذف شوند ممکن است آب کمی به خاصیت اسیدی نزدیک شود نه اینکه کاملا اسیدی شود علاوه بر آن امروزه اکثر شرکت ها دستگاه اسمز معکوس (RO) را طوری ارائه میدهند که میزان حذف املاح قابل کنترل توسط یک شیر میکس روی دستگاه ممکن باشد که با این وجود حتی خود مصرف کننده هم توان تنظیم میزان املاح موجود در آب را خواهد داشت . علاوه بر آن سیستم RO با دقت بسیار بالا و توان تولید آب مقطر فقط جهت مصارف خاص صنعتی و پزشکی استفاده میشود امافیلتر دستگاه های خانگی دقت پایینتری داشته و همیشه املاح معدنی را به مقدار لازم در آب باقی میگذارند و این یعنی رفع این نگرانی و نشان دهنده دقت تصفیه بالای این سیستم است .

2 – چرا سیستم اسمز معکوس RO با وجود دقت تصفیه بالاتر نسبت به بعضی سیستم های دیگر ارزانتر میباشد ؟
در واقع هنر اصلی طراح این سیستم این بوده که با استفاده از ساده ترین و ارزانترین راه و ابزار،بالاترین دقت تصفیه آب را ارائه دهد . در اکثر این موارد برای حصول این تفکر طراحان از فرایندهای موجود در طبیعت تقلید کرده و با بهینه سازی آن ، موارد مصرف را فراهم میسازند در واقع این مسیر اکثر صنعت گران است. بطور مثال: در اکثر کامپیوتر های امروزی بخاطر کوچکتر کردن قطعات و در نتیجه کمتر هزینه کردن مواد اولیه قیمت نهایی پایین تر از کامپیوتری های نسل قدیم است و میدانیم کارایی کامپیوتر های جدیدتر همیشه بهتر بوده . مثالهای متعددی وجود دارد بر تایید این گفتار مانند بهتر بودن سیستم الکترومغناطیسی نسبت به مغناطیس مگنت ولی ارزانتر بودن آن که دلیل آن بوجود آوردن نیروی مغناطیسی بدون استفاده از مگنت گران قیمت است و بجای آن از نیروی برق بسیار ضعیفی استفاده میشود همچنین مشکل ضعیف شدن مگنت به مرور زمان را هم نخواهیم داشت .

3 – آیا سیستم RO باعث حذف نیترات و مواد سمی میشود ؟
بله ولی نه بصورت مطلق بلکه بسیار بیشتر از سیستم های دیگر که قابل استفاده بر روی آب آشامیدنی بوده و اثر سوئی نداشته باشند . در واقع اول اینکه همیشه هر چند بسیار کم ولی جای خطا ء جزئی وجود دارد و دوم بخاطر مناسب بودن آب برای آشامیدن.نمیتوان کاملا آن را خالص ( آب مقطر ) نمود و برای هر فاکتوری در آب حد غیر مجاز ، مجاز و مطلوبی وجود دارد که این دستگاهها علاوه بر پایین آوردن ناخالصی ها از حد غیر مجاز میتوانند آنها را به حد مطلوب نیز برسانند. برخی سیستم ها هم ممکن است کلاً نیترات را حذف کنند ولی آب خروجی آن ها برای شرب مناسب نبوده و در صنعت کاربرد دارند و برخی دیگر در فرایند خود موادی به آب اضافه میکنند که اثر نامطلوبی بر آب شرب دارد .

4-فرق سیستم اسمز معكوس با سیستم های ساده تر آب در چيست؟
فيلتراسیون آب فقط ذرات بزرگ و مخلوط در آب مثل ذرات گل و لاي ، لجن ، شن و ماسه ، زنگ لوله ها و کلر را جدا مي كند در حالي كه اسمز معكوس توسط بكارگيري يك غشاء نيمه تراوا غير از جدا كردن ناخالصی های ذکر شده ی مخلوط در آب تمامي مواد شيميايي و آلودگي هاي محلول در آب مانند : میکروبها ، باکتری ها ، ویروس ها ، انگل ها ، نیترات ، سموم کشاورزی و آفت کش ها ( سم آرسنیک ) ، کیست ، نمک ، آهک ، فلزات سنگین مانند سرب و… را نيز از آن جدا مي سازد. و باعث کاهش سختی و سنگینی آب شده یعنی EC , TDS آب را پایین می آورد .

5-آيا مواد معدنی حذف شده توسط این سیستم مورد نیاز بدن انسان نیست؟
بر خلاف جا افتادگی اسم آب معدنی بین مردم اکثرا تصور میشود که ویژگی اصلی آب تامین مواد معدنی مورد نیاز بدن است و اگر این مواد در آب هر چه بیشتر باشد برای بدن تقویت به حساب آمده و کم بودن آن ممکن است باعث کمبود هایی در بدن شود در حالی که به گفته پزشکان و متخصصان تغذیه بيشتر مواد معدني مورد نياز ما از طريق غذا و سبزيجات جذب بدن مي شود یعنی مواد غذایی جامد و مقدار كمي از طريق آب جذب مي شود ( حدودا 20% ) و ضمنا این دستگاه مواد معدنی لازم را به بدن میرساند و فقط مازاد آن را از آب خارج میکند.

6- آيا سيستم اسمز معكوس سديم را هم از آب جدا مي كند؟
بله . سيستم اسمز معكوس اساسا براي نيروي دريايي طراحي شده بود كه آب دريا را شيرين كند.زيرا آب دريا سرشار از سديم و تركيبات آن است كه نمك طعام نيز از آن دسته مي باشد. براي كساني كه رژيم كم سديم را مي خواهند آب اين دستگاه خيلي مناسب است.

7-يا سيستم اسمز معكوس باكتري و انگل را هم از آب جدا مي كند؟
بله . روزنه هاي غشاء ممبران بسيار كوچكتر از قطر باكتري و انگل و ويروس است و امكان عبور به آنها نمي دهد.

8-طعم آب تصفيه شده توسط اين دستگاه چگونه است؟
مزه آب تصفيه شده اين سيستم بستگي به ميزان آلودگي هاي آب ورودي دارد زيرا اين دستگاه حدود 95 درصد املاح را جدا مي كند كه گاهي مزه آب بطري هاي آب معدني را مي دهد .

9- چه عواملي در كيفيت آب خروجي موثر است؟
چهار عامل اصلي در كيفيت و ميزان توليد آب تصفيه شده تاثير مي گذارد :

– فشار:
هر قدر فشار آب بیشتر شود کیفیت و مقدار آب تولیدی نیز بهتر و بیشتر می‌شود. فشار 60 PSI ایده‌آل است.

– درجه ‌حرارت:
24 درجه سانتی‌گراد حرارت ایده‌آل برای دستگاه R-O می‌باشد. اگر درجه حرارت به 4 درجه برسد تولید R-O به نصف خواهد رسید. حداکثر درجه حرارت 29 درجه سانتی‌گراد می‌باشد. لازم به ذکر است که دستگاه های ارائه شده توسط این شرکت برای اطمینان و ایمینی بیشتر با توجه به درجه حرارت 40 درجه طراحی و ساخته شده است .

– کل جامدات محلول (T.D.S):
هرقدر میزان جامدات محلول افزایش یابد مقدار آب تولید شده توسط دستگاه کاهش می‌یابد T.D.S بالا می‌تواند توسط فشار مضاعف جبران شود.

– غشاء‌ ممبران:
فیلتر های ممبران موجود در دستگاههای عرضه شده در بازار متفاوت میباشند وبرای شناسای نوع بهتر آن باید نکات زیر را مورد توجه قرار داد :
در برخی موارد عنوان میشود که دستگاه قادر به تولید حجم بیشتری از آب تصفیه شده است این مسئله در بیشتر اوقات نشان بر خوب بودن دستگاه نسیت ، ممبران موجود در این دستگاهها دارای دقت پایین تر میباشد به عبارت دیگر قطر منافذ بزرگتری دارند و آب تولیدی آنها از نظر مقدار آبدهی بیشتر بوده ولی دقت تصفیه پایینتری دارند ، نوع دوم دستگاه ها ، سیستم هایی هستند که به مقدار مطلوب و استاندارد اب تولید میکنند و در واقع دقت فیلتر ممبران انها بالا بوده و قطر منافذ فیلتر ممبران انها 0/0001 میکرون میباشد این ممبران ها که دارای چنین دقتی میباشند در مصارف خانگی در 3 ظرفیت 50 ، 75 و 100 گالن موجود بوده و به ترتیب تولید آب انها بر حسب لیتر برابر با 200 ، 300 و 400 لیتر در شبانه روز است که برای مصارف خانگی از 200 لیتر یشود ، فیلتر های 300 و 400 لیتری برای مکانهای که تعداد نفرات بیشتر است مانند ادارات ، سازمانها و شرکتها توصیه میشود.

نحوه تميز کردن و شست و شوی ممبران های  سیستم اسمزمعکوس RO  :

گرفتگي غشاء در اكثر سيستم‌هاي RO (اسمز معكوس)، يك پديده طبيعي است. با شستشوي سیستم در دوره های  مختلف(شستشوی ادواری)، اكثر گرفتگي‌ها قابل تميز شدن از سطح غشاء مي‌باشند. تجربه نشان داده است كه اگر شستشوي سيستم در زمان لازم و به موقع انجام شود، در سيستم‌هاي اسمز معكوس كه سرعت گرفتگي آنها زياد است مي‌توان انتظار عمر زياد داشت. زمان تمیز کردن به علت رسوب گذاری در سیستم های مختلف RO متفاوت است اما یک قانون کلی در مورد تمیز کردن و شست و شوی سیستم  RO مورد قبول است که بصورت یک بار در هر 3 تا 12 ماه می باشد (بنابر نوع مختلف رسوب).اگر سیستم شما در هر ماه نیاز به شست و شو دارد باید نسبت به بهبود پیش تصفیه RO اقدام شود.

اكثر متغيرهاي مؤثر بر راندمان، زماني تحت تأثير قرار مي‌گيرند كه منشاء گرفتگيRO ، عوامل مهمي نظير گل و لاي، لجن و رسوب باشد كه در آن صورت راندمان تغيير مي‌كند. هريك از عوامل گرفتگي / رسوب، توسط يك محلول تميز كننده مناسب كه توانايي حل كردن و شستشوي گرفتگي يا رسوب را دارد به بهترين نحو ممكن از روي غشاء حذف مي‌شوند.
اغلب، تشكيل گرفتگي رسوب برروي غشاء به صورت لايه‌هاي مختلف اتفاق مي‌افتد. اگر ابتدا محلول شيميايي مناسب براي شستشوي لايه‌ بالايي مورد استفاده قرار گيرد، اين لايه‌ها به بهترين نحو ممكن تميز خواهند شد و حذف گرفتگي لايه‌هاي بعدي با استفاده از محلول مناسب، ساده‌تر انجام مي‌شود.در مورد حذف لايه‌هاي مختلف گرفتگي/ رسوب سخت، ممكن است لازم شود كه از محلول شستشوي شيميايي با pH  پايين (اسيدي)، يا محلول با  pH بالا (بازي) و محلول‌هاي با pH پايين (براي انجام شستشو بين مراحل مختلف تميز كاري) استفاده شود.براي سيستمهاي اسمز معكوس كوچك، تعيين روش بهينه براي شستشوي شيميايي توسط روش سعي و خطا انجام مي گيرد. اگر تجزيه‌ آب ورودی مقدار آهن يا منگنز را زياد نشان دهد، از محلولي براي شستشو استفاده مي‌شود كه قادر به شستشوي رسوب فلزات باشد. اگر جامدات معلق در آب زياد باشند، يا TBC   )تعداد باكتريها در واحد حجم آب)، بيش از حد باشد، نشان دهنده گرفتگي بيولوژيكي است و بايد از يك محلول بازي براي شستشو استفاده شود. اگر استفاده از يك محلول شيميايي، بدون تأثير باشد ممكن است موارد ديگري از گرفتگي اتفاق افتاده باشد. اگر محلول مورد استفاده برای شستشو مؤثر باشد، شستشو بايد در دو مرحله انجام گيرد.در مورد سيستمهاي اسمز معكوس در مقیاس بزرگ، روش سعي و خطا، روش عملي مناسبي براي پيدا كردن مناسبترين روش شستشو نيست. براي تشخيص نوع گرفتگي، تجزيه‌ لايه‌ مسبب گرفتگي، اقتصادي‌تر بوده و انجام شستشوي شيميايي به احتمال زياد مؤثر واقع مي‌شود.

در عملیات تصفیه عادی، سطح ممبرین در المان های  RO توسط رسوبات مواد معدنی، موادبیولوژیکی، ذرات کلوئیدی، و مواد آلی غیر محلول، می تواند دچار جرم گرفتگی شود . رسوبات در طی عملیات تصفیه آب بر روی سطح ممبرین ها تشکیل شده و سبب کاهش جریان عادی آب تصفیه شده (Permeate) و یا کاهش دفع (rejection) عادی نمک می شوند. هرگاه در طی اولین 48 ساعت عملیاتی جریان عادی آب تصفیه شده بیش تر از 10% افت کرد یا عبور عادی نمک بیش از 10% زیاد شد یا اختلاف فشار (تفاضل فشار خوراک با فشار محلول غلیظ شده) بیش از 15% نسبت به شرایط ثابت مرجع افزایش یافت ، عمل شستشو بر روی ممبرین ها باید انجام شود . اگر تمیز کردن به تاخیر بیافتد ، مقدار بازیافت (recovery) عملکرد سیستم به طور موثری کاهش می یابد.

روش های شستشو جهت وضعیت خاص :

هر شستشو وضعیت خاص خود را دارد، بنابراین توصیه های خاصی برای تمیز کردن، برحسب نوع رسوب وجود دارد .

رسوب سولفات

روش شستشوی زیر برای سیستمی که دچار رسوب سولفات بر روی ممبران شده است طراحی گردیده است . رسوبات سولفات بسیار سخت تمیز می شوند و اگر تشکیل شده باشند به زودی نمایان نمی شوند، احتمال خوب پاک شدن این رسوب بسیار کم می باشد.بیش از حد تصور افت جریان زیادی اتفاق می افتد که البته قابل جبران هم نیست . برای جبران عملکرد سیستم ممبرین ، چند نوبت تمیز کردن و چندین دوره غوطه وری لازم می باشد.

روش شستشو :

تمیز کردن المان هایی که رسوب سولفات دارند، دارای هفت مرحله است :

• تهیه محلول پاک کننده

• مقدمات محلول پاک کننده

• برگشت محلول پاک کننده به مدت 30دقیقه

• غوطه وری المان ها در محلول پاک کننده به مدت 1 الی 15 ساعت

• پمپ کردن با شدت جریان بالا

• شستشو ناگهانی

• روشن کردن مجدد

محلول پاک کننده جهت رسوب سولفات  NaoH 0.1%  ، Na4EDTA 1% ، در محدوده PH 12 و30C

 

 

منبع:http://shahrjerdi.com