تصفیه آب به روش اسمز معکوس (Reverse Osmosis)

[فاطمه یاس]

مقدمه :

اسمز معکوس (Reverse Osmosis) ، یا به اختصار RO ، یک تکنولوژی است که تقریبا در هر صنعتی که احتیاج به تفکیک مواد حل شده از حلال باشد (معمولا حلال آب است) عمومیت پیدا کرده است . متداولترین استفاده RO در تهیه آب خالص است . در صنعت ، جهت تهیه آب DM و تصـفیه فاضـلاب بهداشـتی استفاده زیادی از RO می شود . فرآیند RO در تهیه آب آشامیدنی از طریق نمک زدایی آب دریا و حتی بهبود مـزه آب از طریق حذف آلودگیهای مضر مورد استفاده قرار می گیرد . در سیستم RO از فیلترهایی (غشاء) که معمولا از استات سلولز ، پلی آمید و پلی فنیل اکسید ساخته می شود و دارای منافذ بی نهایت ریز هستند ( کمتر از 0.001µm ) استفاده می گردد . این منافذ بی نهایت ریز در مقایسه ، شصت هزار برابر کمتر از قطر موی سر انسان می باشد پس بنابراین مکانیسم اسمز معکوس با فیلتراسیون تفاوت دارد به طوری که در غشای RO حفره های فیزیکی وجود ندارد ( چنین حفره هایی حتی با چشم مسلح هم قابل دیدن نیستند ) آب و مواد آلی با جرم مولکولی کمتر ( توسط ایجاد پیوند آب با بخشهایی از ساختمان شیمیایی پلیمر ) قادر به عبور از پلیمر غشاء هستند ، اما نمکهای حل شده و مواد آلی با جرم مولکولی سنگین به دلیل اندازه ذرات و مشخصات بار الکتریکی شان به راحتی قادر به نفوذ از غشاء نیستند .اسمز معکوس به دلیل شباهتی که با فیلتراسیون دارد از این رو گاهی به آن ، هایپرفیلتراسیون نیز می گویند .
​

سیستم اسمز معکوس یک فرایند شیمیایی است که می تواند از یک محلول به کمک غشاء نیمه تراوا حلال تقریبا خالص تهیه کند.
​

غشاء اسمز معکوس بسیار آب دوست است ، بدین معنا که آب جذب ساختمان شیمیایی اش می شود . آب می تواند با حلقه های انتهایی پلیمر پیوند برقرار کند که این کار ، موجب سهولت نفوذ آب در ساختمان پلیمری غشاء و سپس خروج از آن می شود .​

عملکرد RO :
​

مولکولهای حلال در پدیده اسمزی ، تحت نیروی اسمزی از غشاء نیمه تراوا عبور کرده و وارد محیط محلول ، با غلظت بالا می گردد . این پدیده طبیعی سعی در همسان سازی غلظت هر دو محیط غلیظ و رقیق در دو طرف غشاء دارد و تا جایی ادامه می یابد که غلظت اجزاء در دو طرف غشاء برابر شوند .
​

اگر یک غشاء نیمه تراوا بین دو محیط ، یکی از آب خالص و دیگری از آب شور قرار گیرد، مقداری از آب خالص ازغشاء عبور کرده و وارد محیط غلیظتر می شود، جهت طبیعی حرکت به گونه ای است که محلول غلیظ تر رقیق شود .​

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 .فشار ستون مایع حاصل ازاین اختلاف سطح در دو طرف غشاء را فشار اسمزی می گویند . حال اگر در جهت عکس ، فشاری بیشتر از فشار اسمزی اعمال شود جهت جریان معکوس شده و آب خالص حاصل می گردد .
​

این روش برای اولین بار در سال 1950 میلادی در دانشگاه فلوریدا به آزمایش درآمد و طی آن هر ساعت چند قطره آب خالص تولید می شد.

​

​

ویژگی های RO:


​

• بهبود رنگ ، طعم و مزه
• حذف سموم کشاورزی و آفت کشی
• شیرین سازی آب شور و تولید آب شرب
• حذف ناخالصی های آلی محلول و غیرمحلول در آب
• حذف 90 تا 99 درصد کلیه املاح و نمکهای معدنی آب
• حذف آلاینده های میکروبیولوژی از قبیل ویروسها ، باکتریها و انگلها

مزیتهای سیستم RO :

1. نیاز به حداقل شستشو
2. سیستم پیوسته ومداوم
3. ظرفیت های تولید متعدد
4. عدم آلودگی محیط زیست
5. صرفه اقتصادی ومصرف کم انرژی
6. میزان بازدهی بالا در کل سیستم
7. قابلیت دریافت ورودی آب خام با TDS بالا
8. استفاده از حداقل مواد شیمیایی در سیستم
9. هزینه های کمتر سرمایه گذاری نصب و راه اندازی
10. عدم بکارگرفتن مواد زیان بخش برای انسان در این سیستم
11. سهولت در بهره برداری و کاهش هزینه های تعمیراتی و نگهداری
12. امکان استفاده از منابع نامتناهی آب دریاها و زیر زمینی دراین سیستم

کاربردهای تکنولوژی RO درصنایع:

• صنایع رنگ
• بیمارستانها
• صنایع غذایی
• صنایع شیشه
• صنایع پزشکی
• صنایع نساجی
• صنایع شیمیایی
• صنایع کشاورزی
• صنایع دام و طیور
• صنایع ساختمانی
• صنایع کاغذ سازی
• صنایع فولاد و فلزات
• صنایع باطری سازی
• موسسات تحقیقاتی
• تصفیه خانه های بزرگ
• صنایع لاستیک و پلاستیک
• کلیه سیستمهای حرارتی و برودتی
• نیروگاهها ، پتروشیمی و پالایشگاهها
• تولید آب DM جهت مصارف دارویی و بهداشت
• شهرکها و مجتمع های ورزشی ، تفریحی و هتلها
• -تهیه آب صنعتی دربویلرها-کولینگ تاوروکلیه سیستم های حرارتی وبرودتی
• -تهیه آب DM جهت مصارف دارویی وبیولوژیکی
• -تهیه آب موردمصرف درصنایع نفت-گاز-پتروشیمی ونیروگاه ها
• -شیرین سازی آب های شوروسنگین جهت نوشیدن وصنعت
• -تامین آب مناسب جهت تهیه محصولات متنوع درصنایع غذایی -نوشیدنی-آرایشی وبهداشتی
• -تصفیه نهایی پساب های صنعتی
• -تهیه آب موردنیاز دررنگ سازی-باطری سازی ودرصنایع لاستیک وپلاستیک
• مزیت های استفاده ازتکنولوژی RO
• -اقتصادی بودن سیستم اسمزمعکوس نسبت به روش های دیگر
• -مصرف انرژی کم نسبت به روش های تقطیری
• -عدم عبورباکتری -ویروس هاوموادتب زا(Pyrogens) ازممبران
• -امکان بازگرداندن آب غلیظ حاصله به محیط زیست ویااستفاده مجددازآب دردستگاه
• -دارای استانداردهای بین المللی

 

[P O U R I A]

اسمز معکوس(ممبرین RO)

اسمز معکوس(ممبرین RO)

اسمز معکوس می‌تواند هم برای خالص‌سازی آب و هم برای تغلیظ و بازیافت جامدات حل‌شده در آب خوراک (که آب‌زدایی نامیده می‌شود) مورد استفاده قرار گیرد. عمومی‌ترین کاربرد RO تعویض یونی، شامل نرم کردن آب با استفاده از سدیم، جهت تخلیص آب مصرفی مورد نیاز برای بویلرهای با فشار کم تا متوسط، می‌باشد . کیفیت آب تولیدی از RO به‌گونه‌ای است که می‌تواند در چنین فشارهایی به‌طور مستقیم برای تامین آب جبرانی بویلر مورد استفاده قرار گیرد. برای بویلرهای با فشار بالاتر و مولدهای بخار، سیستم RO را می‌توان به‌‌صورت یک پیش‌تصفیه جهت سیستم تعویض یونی دارای دو بستر (دو ستون مبادله‌کننده) یا یک بستر مختلط (میکس‌بد)، به سیستم تعویض یونی متصل نمود . استفاده از RO قبل از سیستم تبادل یونی می‌تواند به‌مقدار قابل ملاحظه‌ای زمان تناوب احیای رزینی را کاهش دهد، همچنین مقدار اسید، باز و پساب ناشی از عملیات احیا را که باید مورد استفاده قرار گرفته و ذخیره گردد را شدیداً کم می‌کند. در برخی شرایط، یک واحد RO ثانویه می‌تواند جایگزین سیستم تبادل یونی گردد تا آب خالص بیشتری از یک واحد RO تولید شود.
"گستره‌ی فیلتراسیون" جهت مقایسه‌ی ظرفیت‌های دفع در روش اسمز معکوس با دیگر فن‌آوری‌های مبتنی بر ممبرین و نیز با روش‌های حاصل از فیلتراسیون متعارف سیال خروجی از RO می‌تواند به‌طور مستقیم مورد استفاده قرار گیرد یا در برخی مواقع توسط سیستم تبادل یونی میکس‌بد نرم شود و یا این‌که برای خالص‌سازی بیشتر آب تولیدی، به‌طور پیوسته تحت عمل یونیزاسیون الکتریکی قرار گیرد.


دیگر کاربردهای عمومی RO عبارتند از:
1- نمک‌زدایی از آب دریا و آب لب‌شور برای تولید آب آشامیدنی. این کار در مناطق ساحلی و خاورمیانه که تهیه‌ی آب تازه مشکل می‌باشد، عمومیت زیادی دارد.
2- تولید آب فوق‌خالص برای صنایع میکروالکترونیک.
3- تولید آب با خلوص بالا جهت صنایع داروسازی.
فرایند های غشایی براساس اندازه کوچکترین ذره که تحت تاثیر نیروی فشاریاز غشاء عبور می کند به نام های زیر نامیده می شود .
1) میکرو فیلتراسیون ( (Micro filtration)
2) اولترا فیلتراسیون (Ultra filtration )
3) نانو فیلتراسیون (Nano filtration )
4) اسمز معکوس ( Reverse Osmosis- Hyper filtration)


جدول دامنه عملکرد هرکدام ازفرایند ها را با توجه به اندازه کوچکترین ذره عبوری مشخص می کند .