تصفیه آب

 اسمزمعکوس 

اسمزمعکوس (Reverse Osmosis) فرایند تصفیه آبی است که در آن از فشار برای معکوس نمودن جریان اسمزی آب از درون یک غشای نیمه‌تراوا برای تولید آب خالص و حذف یون‌ها، مولکول‌ها و ذرات بزرگتر حل شده در آب استفاده می‌شود. اگر یک غشای نیمه‌تراوا بین دو محلول آب خالص و آب ناخالص قرار گیرد آب به صورت طبیعی و تحت خاصیت اسمزی از غلظت پایین‌تر به غلظت بالاتر جریان پیدا میکند. این پدیده تا هنگامی که پتانسیل‌های شیمیایی دو طرف برابر گردند ادامه دارد. در حالت تعادل اختلاف فشار بین دو طرف غشا برابر اختلاف فشار اسمزی است. اگر فشاری برابر با اختلاف فشار اسمزی به محلول غلیظ‌تر اعمال گردد جریان آب قطع میشود. در صورتی‌که فشار اعمال شده بیشتر از فشار اسمزی باشد، جهت جریان طبیعی آب، معکوس میگردد.

در این روش آب با فشار از میان غشایی گذرانده می‌شود که نیترات و سایر مواد معدنی و بسیاری از مواد شیمیایی و میکروارگانیسم‌ها (عمدتاً باکتری‌ها) را حذف می‌کند. نیم تا دو سوم آب پشت این غشا باقی می‌ماند که به عنوان آب پسمانده (Concentrate) دور ریخته می‌شود. می‌توان پسماند خروجی را مجدداً به سیستم بازگرداند تا در مصرف آب صرفه جویی به عمل آید. اگر پسآب خروجی که نیم تا دو سوم آب را تشکیل می‌دهد در یک سیکل چرخشی وارد شود می‌توان راندمان سیستم را افزایش داد.

همچنین بهترین روش نمک زدائی از آب‌های شور استفاده از فرایند اسمزمعکوس می‌باشد، زیرا سیستم پیچیده‌ای نداشته و راهبری آن قابلیت کنترل بیشتری از دیگر روش‌ها دارا می‌باشد و با توجه به توسعه روش‌های پیشرفته تولید غشاهای پلیمری، به‌کارگیری این روش، توجیه بیشتری دارد.

کارخانه آب شیرین کنی به روش اسمز معکوس

صنایع امروز برای تصفیه آب مورد استفاده در بخش‌های تولید بخار و فرایند خود از سیستم اسمز معکوس به فراوانی استفاده می‌کنند. اساس کار این دستگاه‌ها بر عبور مولکول‌های غیر یونی مثل آب از یک غشاء با روزنه‌های بسیار ریز بنا شده‌است. این غشاءها به صورتی ساخته شده‌اند که مولکول‌های خنثی را به راحتی از خود عبور می‌دهند. به همین دلیل آب ورودی به سیستم، که دارای املاح مختلف است به آب تقریباً خالص تبدیل می‌گردد. در سیستم اسمز معکوس، جریان ورودی یا خوراک (Feed) به دو جریان آب تصفیه شده (Permeate) و پساب غلیظ (Concentrate) یا (Brine) تبدیل می‌شود. سیستم اسمز معکوس که به واسطه فیلتری که به آن ممبران یا غشاء گفته می‌شود عملیات جداسازی مولکول را انجام می‌دهد. به این صورت که غشاء یا لایه‌های به هم تابیده شده به دور یک لوله استوانه ای که بیشتر از جنس پلاستیک است با روزنه‌هایی که اندازه آن‌ها از یک ده هزارم میکرون کوچکتر هستند آلاینده‌های آب را جداسازی می‌کند. این آلاینده‌های آب شامل نیترات، انگل، باکتری، قارچ، سموم کشاورزی، نمک و سایر املاح محلول آلوده‌کننده می‌باشند.

اساس کار اسمزمعکوس

اگر یك غشاء نیمه تراوا (Semi-Permeable Membrane) بین دو محلول با غلظت های متفاوت قرار گیرد، مقداری از حلال (رقیق) از یك طرف غشاء به طرف دیگر منتقل می شود. غشاء معمولا از جنس استات سلولوز و یا پلی آمید است. البته امروزه غشاء را از مخلوط استات سلولوز و تری استات سلولوز می سازند.جهت طبیعی حركت حلال به گونه ای است كه محلول غلیظ تر، رقیق می شود.

اگر به سیستم اجازه رسیدن به تعادل داده شود، در آن صورت سطح آب نمك ( آب حاوی ناخالصی ) از سطح آب خالص بالاتر خواهد رفت. این اختلاف سطح در دو طرف غشاء را فشار اسمزی می گویند. در واقع تنها مولكولهای آب قادر به عبور از غشاء نیمه تراوا هستند.

تكنولوژی اسمز معكوس در دستگاه های تصفیه آب خانگی

هر دستگاه تصفیه آب اسمزمعكوس ( خانگی و یا صنعتی ) به صورت ساده شامل قسمتهای زیر است:

• غشاء نیمه تراوا ( ممبرین )
• پمپی كه بتواند فشار لازم آب ورودی به سیستم را تامین كند.
• خروجی پساب ( فاضلاب )

در دستگاههای اسمزمعكوس خانگی ، آب خام ( تصفیه نشده ) پس از عبور از سه فیلتر اولیه ( پیش فیلتر ها ) و انجام تصفیه اولیه ، با فشار پمپ وارد محفظه ای كه حاوی ممبرین RO است می شود. ممبرین از چندین لایه غشاء نیمه تراوا كه به دور یك لوله مركزی پیچیده شده اند تشكیل شده است.

 اولترافیلتراسیون 

UF طی یک فرآیند فیزیکی ذرات جامد را براساس اندازه آن ها از مایع جداسازی می کند.

(Ultrafiltration (UF یک فرآیند فیلتراسیون غشایی شبیه به اسمزمعکوس Reverse Osmosis میباشد که با استفاده از فشار هیدرواستاتیک آب را از میان یک غشای نیمه نفوذپذیر عبور می دهند. اندازه منافذ غشای اولترافیلتراسیون معمولاً 103 – 106 دالتون است. اولترافیلتراسیون (UF) یک مانع تحت فشار برای جامدات معلق ، باکتری ها ، ویروس ها ، اندوتوکسین ها و سایر عوامل بیماری زا برای تولید آب با خلوص بسیار بالا و چگالی لجن پایین است.

اولترافیلتراسیون (UF) نوعی فیلتراسیون غشایی است که در آن فشار هیدرواستاتیک مایع را بر روی یک غشای نیمه نفوذ پذیر عبور می دهد. مواد جامد معلق و املاح با وزن مولکولی بالا حفظ می شوند ، در حالی که آب و املاح کم وزن مولکولی از غشاء عبور می کنند. اولترافیلتراسیون اساساً با اسمز معکوس ( آب شیرین کن صنعتی ) ، میکروفیلتراسیون یا نانوفیلتراسیون متفاوت نیست ، مگر از نظر اندازه مولکولهایی که آن را حفظ می کند.

نحوه عملکرد الترا فیلتر

اولترافیلتراسیون از الیاف توخالی مواد غشایی استفاده می کند و آب خوراک یا درون پوسته یا در لامپ الیاف جریان می یابد. مواد جامد معلق و املاح با وزن مولکولی بالا حفظ می شوند ، در حالی که آب و املاح کم وزن مولکولی از غشاء عبور می کنند. اولترافیلتراسیون اساساً با اسمز معکوس ، میکروفیلتراسیون یا نانوفیلتراسیون متفاوت نیست ، مگر از نظر اندازه مولکولی که آن را حفظ می کند. هنگامی که از لحاظ استراتژیک با سایر فن آوری های تصفیه در یک سیستم آب کامل ترکیب می شود ، UF برای از بین بردن کلوئیدها ، پروتئین ها ، باکتری ها ، پیروژن ها ، پروتئین ها و ماکرومولکول های بزرگتر از اندازه منافذ غشاء از آب ایده آل است.

مزایا

• عدم نیاز به مواد شیمیایی (منعقد کننده ها ، لخته ها ، ضد عفونی کننده ها ، تنظیم pH)
• فیلتراسیون ذرات براساس اندازه ذرات آن ها
• کیفیت خوب و ثابت آب تصفیه شده از نظر حذف ذرات و میکروب ها
• فضای اشغالی اندک
• اتوماسیون ساده
• سازگار با محیط زیست

الترافیلتراسیون چه ترکیباتی را حذف می کند؟

• اندوتوکسین ها
• پلاستیک
• پروتئین ها
• سیلیس
• سیل
• دود
• ویروس ها

نگهداری و بهره برداری

سیستم های اولترافیلتراسیون دارای فیلترهای غشایی بسیار ریز میباشند که باید به درستی تمیز شوند. فرآیند تمیز کردن مورد استفاده بستگی به این دارد که آیا از سیستم UF برای از بین بردن آلاینده های آلی یا معدنی یا حتی هر دو استفاده می شود. برای از بین بردن آلاینده های آلی پروتکل تمیز کردن کلی برای تمیز کردن غشاهای لوله ای استفاده از مواد شوینده قلیایی متوسط با فوم کم در 0.6٪ تا 1٪ برای حداکثر 40 تا 60 دقیقه است. برای از بین بردن آلاینده های غیر آلی بهترین روش شست و شو با اسید سیتریک با غلظت حداکثر 3.0٪ است. اسید باید به مدت 1 تا 3 ساعت گردش کند. از اسید هیدروکلریک نیز می توان برای تمیز کردن غشاها استفاده کرد ، همانطور که می تواند اسید اگزالیک ، سولفوریک و نیتریک باشد.