اسمز معکوس

اسمز معکوس

اسلاید 1: اسمز معکوس

اسلاید 2:

اسلاید 3: مقدمه :اسمز معکوس ، تکنولوژی مدرنی است که آب را برای مصارف متعددی از جمله نیمه رساناها، خوراک پزی، تکنولوژی زیستی، داروها، تولید برق، نمک زدایی آب دریا و آب خوردنی شهری، تصفیه می نماید.از اولین آزمایشاتی که در سال 1950 انجام شد طی آن هر ساعت چند قطره آب تولید می شد، امروزه نتیجه صنعت اسمز معکوس در تولید مشترک جهانی به بیشتر از 7/1 میلیون گالن در هر روز رسیده است. با افزایش روز افزون تقاضاها برای آب خالص (تصفیه شده) ، رشد صنعت اسمز معکوس در قرن آینده با افزایش روبه رو خواهد شد.اسمز معکوس در سال 1950 در دانشگاه فلوریدا، جائیکه رید و بوتون که توانستند خاصیت نمک زدایی ممبرن استات سلولزرا شرح دهند، آغاز شد

اسلاید 4: اسمز چیست؟  اگر يك پرده يا لايه نيمه تراوا را در بين دو مايع كه از نظر نوع يكسانند ولي از لحاظ چگالي يا غلظت متفاوتند مثلا آب خالص و آب نمك قرار دهيم به طور طبيعي سيستم به طرف تعادل چگالي كل حركت مي كند پس آب خالص شروع به نفوذ از غشاء كرده تا چگالي آب نمك را پايين بياورد.به اين عمل ، اسمز مي گويند.

اسلاید 5:

اسلاید 6: اسمز معكوس چيست؟ در روش اسمز معكوس توسط فشاري كه به مايع پراملاح وارد مي كنيم جهت جريان طبيعي حالت اسمزي را برعكس مي كنيم به اين ترتيب كه بوسيله فشار وارد آمده مطابق شكل پايين املاح كه اجازه عبور از لايه نيمه تراوا را ندارند و در نتيجه آب خالص از غشاء عبور كرده و به طرف ديگر مي رود و بدين صورت آب خالص بدست مي آيد.

اسلاید 7:

اسلاید 8: Reverse osmosisدر اسمز معکوس از فشار برای معکوس نمودن جریان اسمزی آب از درون یک غشای نیمه‌تراوا استفاده می‌شود. اگر یک غشای نیمه‌تراوا بین دو محلول آب خالص و آب ناخالص قرار گیرد آب بطور طبیعی و تحت خاصیت اسمزی از غلظت بالاتر به غلظت پائین‌تر جریان می‌یابد. این پدیده تا زمانی که پتانسیل‌های شیمیایی دو طرف برابر گردند ادامه خواهد یافت. 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 خواهد شد. در صورتیکه فشار اعمال شده بیشتر از فشار اسمزی باشد جهت جریان طبیعی آب معکوس خواهد گردید.در این روش آب با فشار از میان غشایی گذرانده می‌شوند که نیترات و سایر مواد معدنی را فیلتر می کند. نیم تا دو سوم آب پشت این غشا باقیمی ماند که به عنوان آب پسمانده دور ریخته می‌شود. سیستم‌های اسمز معکوس با کارآیی بالا از فشارهای در حد یک میلیون پاسکال استفاه می‌کنند.

اسلاید 9: بهترين روش نمك زدائي از آبهاي لب شور استفاده از فرآينداسمز معكوس ميباشد، زيرا سيستم پيچيده اي نداشته و راهبري آن قابل كنترلتر از ديگر روشها ميباشد و با توجه به توسعه روشهاي پيشرفته توليد غشاهاي پليمري، بهكارگيري اين روش توجيه بيشتري دارد. صنایع امروز برای تصفیه آب مورد استفاده در بخشهای تولید بخار و فرآیند خود از سیستم اسمز معکوس استفاده فراوانی می برند. اساس کار این دستگاهها بر عبور ملکولهای غیریونی مثل آب از یک غشاء با روزنه های بسیار ریز بنا شده است. این غشاءها به صورتی ساخته شده اند که ملکولهای خنثی را براحتی از خود عبور می دهند. به همین دلیل آب ورودی به سیستم، که دارای املاح مختلف است به آب تقریبا خالص تبدیل می گردد. در سیستم اسمز معکوس، جریان ورودی یا خوراک (Feed) به دو جریان آب تصفیه شدهPermeate) )و پساب غلیظ Reject) ) یا (Brine) تبدیل می شود.

اسلاید 10: اساس کار اسمز معکوسفرض کنید دو ظرف، یکی حاوی آب نمک (1) ودیگری حاوی آب خالص (2) 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.

اسلاید 11: لذا برای برقراری تعادل در غلظت، آب خالص از ظرف شماره (2) به ظرف شماره (1) انتقال می یابد و این عمل تا آنجا ادامه می یابد که افزایش ارتفاع حاصله در ظرف آب نمک، فشار مضاعف ایجاد کرده و اجازه انتقال آب از ظرف شماره (2) به ظرف شماره (1) را ندهد. این فشار را فشار اسمزی می گویند و طبق قانون Vant Hoff تابعی است از غلظت نمک در هر دو ظرف غشاء.P1 = ( CS1 – CS2 ) R.Tدر اين فرمول :=P فشار اسمزي = CS1غلظت نمك در ظرف A يا (محلول خوراك دستگاه )2 = CSغلظت نمك در ظرف B (آب محصول تصفيه شده )= Rثابت گازهاست= Tدرجه حرارت ( درجه كلوين )

اسلاید 12: حال اگر بخواهيم جهت جريان را معكوس كنيم يعني اينكه مولكولهاي آب از ظرف نمك (A) به سمت ظرف آب خالص (B) جريان پيدا نمايد (عكس حالت قبل) ، لازم است ، فشاري بيشتر از فشار اسمزي به محلول ظرف آب نمك وارد نماييم ، اين فشار P2 و فشار عملياتي نام دارد . لذا مقدار فشار خالص كه باعث مي شود مولكولهاي آب از ظرف آب نمك به طرف ظرف آب خالص منتقل گردد برابر خواهد بود با : D.P = P2 – P1D.P = Driving pressure ( فشار عقب راندن )مثال فوق فرآيند اسمز معكوس را به صورت يك مقدار كم ( Batch ) نشان مي دهد ، ولي در عمل اگر براي تصفيه آب به صورت دائم بخواهيم مطابق مثال عمل كنيم ، افزايش غلظت نمك در ظرف A باعث زياد شدن دائم فشار اسمزي مي شود . كه لازم است مدام فشار عملياتي را افزايش دهيم ، لذا براي جلوگيري از اين مشكل بطور دائم مقداري از محلول غليظ را از دستگاه خارج مي نمائيم ( تحت عنوان پس آب Reject يا آب نمك .Brine) تا غلظت ثابت بماند .

اسلاید 13: با توجه به شكل : سمت چپ: مولكول های آب در قسمت آب خالص، به خاطر پدیده طبیعی اسمز وارد محفظه آب ناخالص می شوند. سمت راست : می توان با اعمال فشارP (به میزان بالاتر از فشار اسمزی ) مولكول های آب را وادار كرد كه از محفظه آب شور وارد محفظه آب خالص شوند. این همان مفهوم اسمز معكوس است و راهی است برای تهیه آب شیرین از آب شور.

اسلاید 14: انتخاب غشاء ((Membrane Selectionدر سیستم اسمز معکوس غشاء مهمترین و حساسترین قسمت دستگاه می باشد. زیرا فشار عملیاتی مورد نیاز ارتباط مستقیم با ضخامت غشاء و قطر سوراخهای آن دارد. همچنین غشاء به علت تماس مداوم با مواد شیمیایی افزوده شده به آب، بایستی مقاوم بوده و با مواد بازدارنده و ضد زسوب گذار و زیست کشها(Biocides) واکنش ندهد.عوامل مؤثر در مقایسه غشاءها عبارتند از: 1- قطر سوراخها 2- ضخامت 3- مقاومت در مقابل مواد شیمیایی 4- قیمت 5. افت فشار 6 . شرکت سازنده

اسلاید 15: تصفيه آب به روش اسمز معكوس در محدوده بسيار زيادي از صنايع مختلف كاربرد فراوان دارد برخي از موارد به شرح زير مي باشد :«      تأمين آب آشاميدني شهرها و روستاها و صنايع«   تأمين آب تصفيه مورد نياز و مناسب صنايع مانند ديگهاي بخار، صنايع داروسازي ولاستيك سازي ، الكترونيك ، آزمايشگاهها و ...«      سيستمهاي حرارتي و برجهاي خنك كننده «      نمك زدايي از آب شور و آب دريا«      تغليظ آب ميوه ، شير ، محلول هاي شكر«      شيرين كردن آب شور صنايع غذايي و پليمري

اسلاید 16: تكنولوژی اسمز معكوس در دستگاه های تصفیه آب خانگی:هر دستگاه اسمز معكوس ( اعم از خانگی و یا صنعتی ) به صورت ساده شامل قسمتهای زیر است: الف : غشاء نیمه تراوا ( ممبرین ) ب : پمپی كه بتواند فشار لازم آب ورودی به سیستم را تامین كند. ج : خروجی پساب ( فاضلاب ) در دستگاههای اسمز معكوس خانگی ، آب خام ( تصفیه نشده ) پس از عبور از سه فیلتر اولیه ( پیش فیلتر ها ) و انجام تصفیه اولیه ، با فشار پمپ ( ماكزیمم فشارPSI100 (وارد محفظه ( هوزینگ ) 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.

اسلاید 17:

اسلاید 18: چون ناخالصی ها قادر به عبور از غشاء نیستند از این رو در یك طرف غشاء آب تقریبا خالص وجود خواهد داشت كه راهی لوله مركزی شده و به سمت خروجی آب تصفیه شده هدایت می شود. در طرف دیگر لایه های غشاء، آب تغلیظ شده از ناخالصی ها وجود خواهد داشت كه به سمت مجرای فاضلاب هدایت می شود. شكل زیر برشی از یك محفظه RO كه ممبرین در آن قرار گرفته است را نشان می دهد.

اسلاید 19: وجود پمپ به این دلیل است كه آب جهت عبور از چشمه های غشاء كه قطر آنها 0001/0 میكرون است، نیاز به فشار دارد ، لذا وجود پمپ در سیستم ضروری است. خروجی پساب در سیستم های اسمز معكوس، به منظور دفع ناخالصی هایی كه توسط غشاء از آب جدا شده است، تعبیه شده و در واقع آب تغلیظ شده و سرشار از ناخالصی ها از طریق خروجی پساب وارد فاضلاب می شود. همچنین عبور آب از روی سطح غشاء و جاری شدن آن به مجرای فاضلاب باعث می شود كه ناخالصی های جدا شده از آب روی سطح غشاء رسوب گذاری نكنند و باعث كاهش عمر غشاء نشوند. در صورتی كه مجرای خروجی پساب بنا به هر دلیلی بسته شود، غشاء در مدت زمان كوتاهی كاملا كیپ شده و می بایست تعویض شود. با توجه به اینكه غشاء اسمز معكوس از قیمت نسبتا بالایی برخوردار است، در نظر گرفتن خروجی پساب جهت افزایش عمر غشاء مقرون به صرفه خواهد بود.

اسلاید 20: اسمز معكوس می تواند املاح آب را 90 تا 98 درصد كاهش دهد. حذف باكتری ها و ویروس ها و دیگر میكروبها با اسمز معكوس تقریبا صد در صد است، اما بعلت عدم آب بندی كامل سیستم اسمزمعكوس مقدار كمی از این ناخالصی ها ممكن است از غشاء عبور كرده و در آب تصفیه شده دیده می شوند. جدول ذیل میزان حذف عناصر موجود در آب را توسط ممبرین های TFC نشان می دهد. ممبرین های TFC (Thin Film Composite) بهترین نوع ممبرین هستند كه در دستگاههای تصفیه آب استفاده میشوند.

اسلاید 21:

اسلاید 22: در خصوص جدول فوق ذكر چند نكته ضروری است: این جدول بیناگر میزان اسمی (Nominal) حذف عناصر توسط ممبرین های بكار رفته در دستگاههای اسمز معكوس خانگی است كه در شرایط نرمال كار می كنند. شرایط نرمال عبارتست از: فشار آب ورودی به محفظه RO حداقل 60 PSI باشد.دمای آب ورودی 25 درجه سانتیگراد باشد.TDS آب ورودی زیر 1000 PPM باشد.میزان واقعی (Actual)حذف عناصر، ممكن است با تغییر فشار آب ورودی، درجه حرارت آب ورودی، كیفیت شیمیایی آب ورودی و تغییر میزان آلاینده ها، تغییر كند.

اسلاید 23: کاربرد اسمز معکوس در تصفیه غشایی شربت در صنعت قندسیستم های نانو فیلتراسیون و اسمز معکوس : از کاربردهای سیستم ROدر بخش تغلیظ شربت تصفیه شده شفاف سازی شربت تصفیه شده می باشد . در تصفیه آب پرس تفاله سیستم RO می تواند فاز تراویده ای (که تقریبا آب خالص است) برای استفاده مجدد در دیفوزیون تولید کند. برای این منظور از سیستمی متشکل از دو غشای RO استفاده می شود که در آن فاز ناتراویده حاصل از دو RO می تواند مستقیما وارد کریستالیزاسیون درجه پایین شود، فاز تراویده RO اول به RO دوم رفته و فاز تراویده حاصل از RO دوم به دیفوزیون می رود . امروزه غشای RO اول با یک سیستم NF جایگزین می شود که در این سیستم فاز نا تراویده ی حاصل از NF که شامل قند و ناخالصی هایی با وزن مولکولی بالا ( پروتئین، نمک های چند ظرفیتی و ...) است می تواند مستقیما وارد کریستالیزاسیون درجه پایین شود و فاز تراویده آن به RO می رود . فاز تراویده حاصل از RO به دیفوزیون برگشته و فاز نا تراویده آن به دلیل آن که شامل مواد غیرقندی با وزن مولکولی پایین است ، وارد ضایعات می شود.

اسلاید 24: سیستم های استفاده شده اسمز معکوس در صنعت

اسلاید 25: کاربردهای تکنولوژی RO درصنایع: تهیه آب صنعتی دربویلرها،کولینگ تاوروکلیه سیستم های حرارتی وبرودتی تهیه آب DM جهت مصارف دارویی و بیولوژیکی 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 تهيه آب جهت گلخانه وكشاورزي در مناطقي كه دسترسي به آبهاي شيرين كمترشده است وآب داراي EC بالايي است.

اسلاید 26:

اسلاید 27: سوالات متداول : دستگاه تصفيه آب با سيستم اسمز معكوس چيست ؟    – اين دستگاه با روش اسمز معكوس حدود 95 تا 99 درصد از مواد شيميايي و املاح موجود در آب را جدا مي كند و به راحتي زير سينك ظرفشويي و همراه با يك شير آب شرب مجزا نصب مي شود.

اسلاید 28: 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.

اسلاید 29: آيا 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.

اسلاید 30: ممبران چيست و چطور كار مي كند؟    – ممبران از چندين لايه نازك يا ورقه هاي فيلم كه به هم فشرده شده و به طور مارپيچ دور يك لوله پلاستيكي پيچانده شده اند تشكيل شده است. مواد تشكيل دهنده ممبران از نوع مواد نيمه نفوذپذير يا نيمه تراوا مي باشند كه مانع عبور آلودگي هاي شيميايي و املاح نامطلوب مي گردند بطوريكه ناخالصي ها در مركز لوله تجمع كرده و اجازه عبور ندارند و از خروجي فاضلاب ممبران به بيرون هدايت مي شوند.