تصفيه آب با روش اسمز معکوس - اب شیرین کن

اهميت تصفيه آب

● چه براي مصارف آشاميدني و چه براي مصارف صنعتي، معمولا آب طبيعي احتياج به تصفيه دارد. تصفيه آب براي مصارف آشاميدني هم آسان تر و هم ارزان تر از تصفيه آب برا ي مصارف صنعتي است. نگرانيهاي اساسي در مورد آب آشاميدني عبارتند از:

• باکتري هاي بيماري زا ( پاتوژن ها ) در آب.

• کمبود و يا وجود زيادي غلظت بعضي از يونها که در سلامتي انسان نقش دارند مانند: يون فلوئور. • ذرات معلق در آب.

• بو و مزه آب.

● دامنه نگراني هاي اساسي در مورد آب هاي صنعتي بستگي به محل مصرف آب دارد. آب به صورت هاي متفاوت در صنايع وابسته مطرح مي شود:

1- به عنوان ماده اوليه براي تهيه محصول نهايي، بدون اينکه تغيير شکل دهد.

2- به عنوان ماده اوليه براي شرکت در واکنش شيميايي تهيه محصول نهايي.

3- به عنوان حلال موادي که در واکنشهاي شيميايي شرکت مي کنند.

4- به عنوان ماده واسطه انتقال حرارت از دماي زير صفر( آب نمک ) تا دماي بخار آب.

5- به عنوان ماده ذخيره کننده انرژي.

6- به عنوان ماده واسطه جهت خارج کردن مواد ناخواسته (زائد).

7- به عنوان سپر محافظتي در برابر گرما و تشعشع آب سنگين( D2O ) مورد استفاده در نيروگاهها.

8- به عنوان ماده اي راحت و ارزان جهت استاندارد ساختن دستگاههاي اندازه گيري دما،دانسيته و ويسکوزيته.

9- به عنوان ماده اصلي جهت مبارزه با آتش به جز در موارد استثنائي مثل مواد نفتي.

10- خصوصا در مهندسي شيمي و پترو شيمي، بسياري از فرايندها همانند نمک زدايي، خشک کردن، تبخير کردن، کريستاليزاسيون، اختلاط، رزين هاي تعويض يوني، رطوبت زدايي، جذب سطحي و غيره در ارتباط مستقيم با آب هستند.

● مطلوب ترين آب براي هر صنعتي آب بدون يون مي باشد، اما هزينه تصفيه آب تا رسيدن به مرحله آب بدون يون بسيار زياد است. براي هر صنعتي مطلوب ترين آب آن است که هزينه تصفيه آب کمتر از مخارج درمان عواقب زيان بخش ناخا لصي ها باشد که براي اکثر صنايع، رسيدن به اين امر با تکيه بر استفاده از سيستم اسمز معکوس RO يا (Reverse Osmosis ) امکان پذير مي باشد. برخي اثرات زيان بخش ناخالصي هاي آب در صنعت:

1- توليد رسوب در دستگاه هاي حرارتي و ديگ بخار.

2- توليد بخار با کيفيت پايين.

3- خوردگي بويلرها و ديکر سيستم هاي حرارتي و لوله ها.

4- اتلاف مواد شيميايي مانند صابون.

5- باقي گذاردن لکه روي محصولات غذايي و نساجي. ناخالصي هاي آب: تقريبا هر ماده اي در آب محلول است و اين حلاليت به دما، فشار، PH ، پتانسيل شيميايي و به غلظت نسبي ديگر مواد در آب بستگي دارد. در طبيعت اين عوامل چنان به هم مربوط هستندکه کمتر مي توان حلاليت ماده اي را در آب به طور دقيق پيش بيني کرد. در واقع آب يکي از مشهورترين حلال هاست. مخصوصا مواد قطبي( مثل نمک ها ) به مقدار زيادي در آب حل مي شوند. از اين رو آب به طور خالص در طبيعت وجود ندارد. آب هميشه در حال انحلال ، انتقال و يا رسوب گذاري است. بخار آب موجود در هوا، در اثر ميعان به صورت باران در مي آيد که در موقع باريدن مقداري گردو خاک، اکسيژن، دي اکسيد کربن و ديگر گازها را در خود حل مي کند. در روي سطح زمين، آب مقداري از مواد معدني را در خود حل کرده و همراه مواد ديگر به نقاط مختلف منتقل مي کند. آب در هنگام نفوذ در لايه هاي مختلف زمين، قسمتي از مواد معلق و ميکروبها را در در لايه هاي مختلف زمين از دست مي دهد.

● ناخالصي هاي آب را مي توان به چهار دسته تقسيم کرد:

1- مواد معلق

2- گازها

3- نمکهاي محلول

4- ميکروب ها خصوصا اشريشيا کليفرم (کليفرم روده اي) ( E.coli coliform )

تکنولوژي هاي غشايي

فرآيندهاي غشايي از روشهاي نوين جداسازي هستند که بدون استفاده از تغيير فاز،اجزاء مورد نظر را از سيال جدا مي نمايند.عدم تغيير فاز در طول فرايند جداسازي موجب مي شود که جداسازي با صرف انرژي کمتري صورت گيرد. دو خصوصيت اصلي غشاها يعني توانايي قابل توجه در انجام انواع جداسازي ها و حداقل مصرف انرژي، عوامل گسترش روزافزون فرايندهاي غشايي مي باشند. غشاها کاربرد هاي فراواني در زمينه هاي مختلف علمي و صنعتي دارند که از جمله مي توان به شيرين کردن آب دريا، دياليز خون، تصفيه آب نظير آب رودخانه، چشمه و چاه، تصفيه پساب هاي خانگي، تصفيه انواع پساب هاي صنعتي مانند تصفيه پساب صنايع نساجي، کاغذ سازي، چرم سازي، الکل سازي، تغليظ شير در کارخانجات پنير سازي، تغليظ آب ميوه، جداسازس ميکروارگانيسمها،استريل کردن مايعات، جداسازي پروتئين ها از آب پنير، جداسازي گازهاي ترش از گاز طبيعي، جداسازي اکسيژن و نيتروژن از هوا، جداسازي اتيلن از گازهاي خروجي واحد توليد پلي اتيلن، بهينه سازي محيط زيست، صنايع داروسازي و بيوتکنولوژي اشاره نمود. با توجه به اهميت روزافزون آشنايي با فرآيندهاي غشايي به بررسي و شناخت غشاهاي اسمز معکوس مي پردازيم.

فرآيند اسمز معکوس

سيستمهاي فيلتراسيون غشايي با جريان متقابل از قبيل اسمز معکوس، نانوفيلتراسيون و اولترافيلتراسيون انتخابات مناسبي جهت جايگزيني با فيلتراسيونهاي سنتي و تيمارهاي شيميايي مي باشند. با اين وجود جهت دستيابي به بهترين عملکرد اين سيستمها، توجهات دقيقي بايد در مورد شرايط آب ورودي به اين سيستمها مبذول داشت. بنابراين بايد در مورد ويژگي آب ورودي به سيستم از اطلاعات کافي برخوردار باشيم. ويزگيهاي انواع آبها جهت استفاده از دستگاههاي اسمز معکوس براي تصفيه آب ابتدا بايد خصوصيات آبهاي گوناگون و ناخالصي هاي موجود را شناسايي و مطالعه نمود، لذا در ذيل به ذکر ويزگيهاي انواع آب مي پردازيم:

الف- ويژگي آبهاي زيرزميني

• مواد معلق در آنها کم است.

• معمولا مواد آلي بسيار کم دارند.

• ممکن است داراي ذرات شن باشند.

• اين آبها حاوي آهن محلول و گاهي هم منگنز محلول هستند که وقتي آب در معرض اتمسفر قرار مي گيرد در اثر اکسيد شدن توسط هوا، ذرات زرد- قهوه اي درآنها ظاهر مي شود.

• دي اکسيد کربن ممکن است در اين آبها زياد باشد و PH اين آبها معمولا 9/7 – 9/6 مي باشد. • آب چاههاي خيلي عميق معمولا عاري از ميکوبها و ديگر ميکروارگانيسمها مي باشد ولي آب چاههاي کم عمق معمولا آلوده به ميکروارگانيسمها هستند.

• به خاطر انحلال جزئي مواد معدني، معمولا اين آبها داراي املاح زياد مي باشند حدود ppm 500 که بيشترين جزء آن بي کربنات کلسيم است.

• اين آبها معمولا سخت هستند ولي سختي آنها موقتي است( سوافات و نيترات کلسيم و منيزيم.( ب- ويژگي آبهاي سطحي:

1- زلال نيستند. 2

-2- PH اين آبها حدود 8-7 است.

3- مواد عالي موجود در اين آبها در نقات مختلف متفاوت است.ممکن است حاوي دترجنت ها، نفت، روغن و فلزات سنگين باشند.

4- معمولا آلوده به ميکروارگانيسمها هستند.

5- مقدار آمونياک، فنل و نيترات اين آبها ممکن است زياد باشد.

6- اگر آبهاي سطحي از آبهاي کشاورزي ناشي شوند، معمولا داراي نيترات و فسفات قابل توجهي هستند، بويژه در مناطقي که از کودهاي شيميايي استفاده مي شود.

ج- ويژگي آبهاي شور:

1- مقدار املاح اين آبها بسيار زياد و معمولا بيشتر از ppm 1000 مي باشد.

2- غلظت يون کلر و سديم اين آبها بسيار زياد و معمولا بيش از ppm 500 است. پيش تصفیه آب ورودي به سيستم مي تواند عمر غشاء را طولاني تر ساخته،کيفيت آب توليدي را بهبود بخشد و هزينه هاي نگهداري و پاکسازي سيستم را کاهش دهد. اهميت شرايط آب ورودي زماني آشکار مي شود که شما کارکرد غشاء با جريان متقابل را مورد آزمايش قرار دهيد. به زبان ساده، سيستمهاي فيلتراسيون جريان متقابل، جريان درون ريز را به دو جريان برون ريز يعني Permeate و Concentrate تقسيم و جداسازي مي کند. Permeate آن قسمت از جريان است که از غشاء نيمه تراوا عبور مي کند. جريان Concentrate (تلغيظ شده ) دربرگيرنده آن اجزايي است که توسط غشاء پس زده شده است. اساسي ترين مزيت فيلتراسيون جريان متقابل، قابليت آن براي کارکرد پيوسته و مداوم با سيستم پاکسازي خودبه خود است.

اساس كار اسمز معكوس:

اگر يك غشا نيمه تراوا بين دو محلول با غلظتهاي متفاوت قرار گيرد، مقداري از حلال از يك طرف غشا به طرف ديگر منتقل مي شود. جهت طبيعي حركت حلال به گونه اي است كه محلول غليظ تر رقيق مي شود، سپس آب خالص از غشا عبور كرده و وارد آب شور مي شود. اگر به سيستم اجازه رسيدن به تعادل داده شود، در ان صورت سطح اب نمك آن ( محلول غليظ تر ) از سطح آب خالص بالاتر خواهد رفت. اين اختلاف سطح را در دو طرف غشا فشار اسمزي مي گويند. در اسمز معكوس، آب خام ( تصفيه شده ) توسط پمپ به داخل محفظه اي كه داراي غشا نيمه تراوا مي باشد، رانده مي شود و چون ناخالصي ها قادر به عبور از غشا نيستند از اينرو در يك طرف غشا، آب تقريبا خالص و در طرف ديگر ان آب تغليظ شده از ناخالصي ها وجود خواهد داشت اين فرآيند براي تهيه اب اشاميدني از ابهايي كه حاوي املاح معدني زيلد و ناخالصي هاي آلي مي باشند، بسيار مناسب بوده و حتي قادر است از آب دريا با ( ppm 5000 TDS ) و نيز از ابهاي شور، آب آشاميدني تهيه كند. روش اسمز معکوس قادر به جداسازي مواد غير آلي حل شده، مواد آلي حل شده، آلاينده هاي ميکروبيولوژيکي از قبيل اندوتوکسين ها، ويروس ها، باکتري ها و ذرات مي باشد. به دليل اين طيف وسيع جداسازي روش اسمز معکوس يک فرآيند مهم در زمينه تيمارهاي آب است. اين روش به هايپرفيلتراسين ( Hyper filtration ) نيز معروف مي باشد، بدين ترتيب که با استفاده از اين روش ذراتي به کوچکي يونها را نيز مي توان جدا کرد. جهت زدودن نمکها و ساير ناخالصي هاي آب و بهبود رنگ، طعم و مزه مي توان از اين روش بهره گرفت. لازم به ذکر است که بيش از يک قن است که اين تکنولوژي شناخته شده است ولي تا شصت سال اخير يعني تا زماني که غشاء هاي خاص توسعه نيافته بودند، اين تکنولوژي گسترش چنداني پيدا نکرده بود. تکنولوژي اسمز معکوس به وفور در صنايع غذايي، توليد آب ميوه ها، صنايع برق، قدرت، ميکروالکترونيک، داروسازي و غيره مورد استفاده قرار مي گيرد. همچنين اين تکنولوؤي در دفع باکتري ها، پيروژن ها و آلودگي هاي آلي بسيارموثر است. همانگونه که ذکر شد روش اسمز معکوس به عنوان Hyper filtration نيز ناميده مي شود که دقيق ترين و ريز ترين سيستم فيلتراسيون شناخته شده مي باشد. اين تکنولوژي از انتقال ذراتي به کوچکي يونهاي منفرد حل شده در محلول نيز جلوگيري مي کند.سيستم اسمز معکوس قادر به جداسازي باکتريها، نمکها، قندها،پروتئين ها، ذرات، رنگ ها و ساير موادي است که داراي وزن مولکولي بيش از 250-150 دالتون باشند، لازم به ذکر است که جداسازي يون ها با اسمز معکوس به کمک ذرات باردار انجام مي شود. اين مطلب بدين معني است که يونهاي حل شده که داراي بار مي باشند مانند نمک ها، احتمال آن که توسط غشاء پس زده شوند نسبت به آنهايي که داراي بار نمي باشند مانند مواد آلي بسيار بيشتر است. به علت آن که سيستم اسمز معکوس در مقايسه با ساير روشها در درجه حرارت پايين تر و با انرژي مقرون به صرفه اي کار مي کند،کاربرد هاي فراواني مانند نمک زدايي، تيمار پسابها، بازيافت املاح معدني، تغليظ آب پنير و ساير محصولات غذايي و مهمتر از همه در خالص سازي آب دارد. در سالهاي اخير سيستم اسمز معکوس به ميزان فراوان در فرآوري آب مورد نياز جهت دياليز در بيمارستانها و جهت کارخانجات توليدي دارويي و بهداشتي مورد استفاده قرار گرفته است. علاوه بر اين، روش اسمز معکوس قادر به توليد آبي خالص جهت استفاده در تزريق( EFI )( Water For Injection ) و براي آماده سازي محلولهاي پراگوارشي و پراروده اي است.

محاسن سيستم RO

• سيستم پيوسته و مداوم ( Continues ) 24 ساعت در شبانه روز

• قابليت دريافت ورودي با) TDS کل مواد جامد محلول) بالا ( Total Dissolved Solid )

• ميزان بازدهي بالا در کل سيستم

• نرخ بالاي بازيافت آبهاي آلوده تا 98% منابع ورودي بر اساس ميزلن املاح و ناخالصي هاي موجود

• مصرف انرژي پايين

• نياز به حداقل شستشو

• جلوگيري از عبور سليکا تا 90%

• سادگي فرآيند تنها فاکتور پيچيده, کنترل آب ورودي به سيستم جهت به حداقل رساندن احتياجات مداوم جهت پاکسازي غشاء ها مي باشد.

• ظرفيتهاي توليد متعدد

• پايين بودن هزينه نگهداري سيستم

• عدم بکار گرفتن مواد زيان بخش براي انسان در اين سيستم

• مصرف پايين انرژي در سيستم

• استفاده از حداقل مواد شيميايي در سيستم اسمز معکوس

• از بين بردن تمامي آلاينده ها از قبيل آلاينده هاي آلي، غير آلي و ميکروبي

• امکان استفاده از منابع نامتناهي و قابل اطمينان يعني آب درياها در اين سيستم

• عدم تحميل هر گونه آثار منفي به محيط زيست

• پايين بودن هزينه نصب و راه اندازي سيستم

• قابليت جداسازي آلاينده هايي که به آب رنگ، مزه و بوي نامطلوبي مي دهند از قبيل طعم هاي قليايي و نمکي که بوسيله کلريدها و سولفات ها ايجاد مي گردند.

• قابليت جداسازي پاتوژن فوق العاده خطرناک به نام Cryptosponolium که باعث ايجاد بيماري مهلک و خطرناک ميشود.

• توليد خالص تري آب که آب توليدي توسط اين سيستم مورد تاييد NASA قرار گرفته و کاملا با استانداردهاي جهاني مطابقت دارد. خاصيت بسيار عالي حلاليت آن، متابوليسم را در بدن بهبود مي بخشد و اين امر باعث مي شود که ايمني بدن در مقابل عفونت ها افزايش يافته و باعث دفع سموم و ويروس ها گردد. لازم به ذکر استکه نوشيدن آب حاصل از سيستم اسمز معکوس به مدت طولاني به بهبود کارکرد سيستم هاي بدن و سلامتي کمک شاياني مي کند.

• قابليت جداسازي سمي تري عناصر و مواد مضر براي سلامتي انسان از قبيل کادميوم، سرب، سيانيد، ارسنيک و فنل توسط اين سيستم