اسمز معکوس و نانو فیلتراسیون

 

اسمز معکوس و نانوفیلتراسیون چیست ؟

اسمز معکوس و نانوفیلتراسیون  از روشهای جدید و کارآمد تصفیه آب می باشد . این سیستم در تصفیه صنعتی و نیمه صنعتی ، کشاورزی و دستگاه تصفیه آب خانگی مورد استفاده قرار می گیرد . اسمز معکوس به فرایندی گفته می شود که تحت فشار خاص ، جریان اسمزی آب معکوس می شود و آب از داخل یک غشا نیمه تراوا عبور میکند .

پدیده اسمز زمانی اتفاق می افتد که آب خالص از محلول نمکی رقیق از طریق غشا به محلول نمکی غلیظ بالاتر برسد. در تصویر 1.1 طریقه عملکرد اسمز و اسمز معکوس نشان داده شده است. غشای نیمه تراوا بین دو محفظه قرار داده شده است. نیمه تراوا به این معنی است که غشا برای برخی از مواد نفوذپذیر است و برای برخی دیگر نفوذپذیر نیست.

فرض کنید که این غشا برای آب نفوذ پذیر باشد ، اما نمک نفوذ نمی کند. سپس ، یک محلول نمک را در یک محفظه و آب خالص را در محفظه دیگر قرار دهید. غشا اجازه می دهد تا آب از طریق آن به هر دو طرف نفوذ کند. اما نمک نمی تواند از غشا عبور کند.

تصویر 1.1

پیشینه تاریخی

روش اسمز معکوس به طور عملی در اواخر سال 1950 و اوایل 1960 مورد استفاده قرار گرفت . دامنه کاربرد آن به طور مداوم در حال گسترش است . در ابتدا اسمز معکوس برای نمک زدایی آب دریا و آب شور استفاده میشد . اما به مرور تقاضا از این روش جهت مصارف صنعتی افزایش یافت .

دلیل این افزایش تقاضا، صرفه جویی در مصرف آب ، کاهش مصرف انرژی ، کنترل آلودگی و بازیابی آب  از جریان پسماندها و بازده اقتصادی بالا بود . پیشرفت در زمینه بیوتکنولوژی و دارویی ، همراه با پیشرفت در توسعه غشا نیمه تراوا را می توان از دلایل دیگر این افزایش عنوان کرد .

غشا نیمه تراوا یک مرحله مهم جداسازی مواد جامد محلول در آب میباشد . اسمز معکوس در مقایسه با تقطیر ، صرفه جویی در مصرف انرژی ایجاد می کند و منجر به تخریب حرارتی محصولات نمی شود.

به طور کلی غشاهای RO امروزی ، امکان دفع بیشتر نمک ها را در فشارهای عملیاتی مناسب فراهم می آورد و در نتیجه هزینه ها را کاهش می دهد. فناوری غشای نانوفیلتراسیون قابلیت انتخاب صحیح و کاربردی در حذف نمک ها و ترکیبات خاص در فشارهای عملیاتی نسبتاً کم را فراهم می کند.

فن آوری های نمک زدایی و فرآیندهای فیلتراسیون

RO و NF می توانند هزینه های تصفیه آب را هنگامی که به طور مستقل و یا در ترکیب با سایر فرآیندها مانند تبادل یونی استفاده می شوند را کاهش دهند. آنها همچنین می توانند آب بسیار با کیفیت تولید کنند . اگر برای تولید آب کاملا خالص RO و NF  را با فرآیند تقطیر حرارتی به طور همزمان استفاده کنید ، تاثیر قابل توجهی در مصرف برق و تولید آب خالص خواهد داشت .

جهت آگاهی بیشتر در مورد روش تبادل یونی ، مقاله سختی آب و نحوه اندازه گیری مقدار آن را مطالعه نمایید . همچنین در مورد رابطه سختی آب و ایجاد رسوب در پکیج ها و مبدل ها و روش حذف و اسید شویی آنها می توانید مقاله اسید شویی و آموزش روش رسوب زدایی پکیج و مبدل های حرارتی را مطالعه نمایید.

تصویر 1.2 به طور تقریبی محدوده ای از نمک را که می توان در روش های مختلف تصفیه آب حذف کرد را نشان می دهد . حذف نمک در چهار روش اصلی نمک زدایی در این شکل نشان داده شده است .

تصویر 1.2

 

فن آوری های مختلف فیلتراسیون

فن آوری های مختلف فیلتراسیون که در حال حاضر وجود دارد را می توان بر اساس اندازه ذرات حذف شده دسته بندی کرد. در میکروفیلتراسیون متعارف حذف مواد جامد معلق با عبور آب خوراک از محیط فیلتر در جهت عمود انجام می شود. آب خوراک از یک جهت وارد شده و از جهت دیگر خارج می شود و فقط یک جریان خروجی ایجاد می کند.

نمونه هایی از اینگونه فیلتراسیون شامل فیلترهای کارتریج ، فیلترهای کیسه ای ، فیلترهای شنی و فیلترهای مولتی مدیا می باشد . قابلیت های جداسازی میکروفیلترها به طور کلی به حذف ذرات بزرگتر از 1 میکرون محدود می شود.

برای حذف ذرات کوچکتر و نمک های محلول ، از فیلتراسیون غشای جریان متقابل استفاده می شود. فیلتراسیون غشای جریان متقابل (به تصویر 1.3 مراجعه کنید) از جریان خوراک تحت فشار استفاده می کند که به موازات سطح غشا membrane جریان دارد. بخشی از این جریان از سطح غشا عبور می کند و ذرات حذف شده را با خود حمل کرده و به صورت آب غلیظ خارج می شود .

از آنجا که جریان پیوسته ای در سطح غشا وجود دارد ، ذرات حذف شده جمع نمی شوند بلکه در عوض توسط جریان آب غلیظ خارج می شوند. بنابراین ، جریان آب خوراک ورودی به دو جریان خروجی تقسیم می شود: آب تصفیه شده عبوری از سطح غشا و جریان آب غلیظ خارج شده از فیلتر.

تصویر 1.3

انواع فیلتراسیون غشای جریان متقابل

فیلتراسیون غشای جریان متقابل به طور کلی به چهار دسته تقسیم می شود : میکروفیلتراسیون ، اولترافیلتراسیون ، نانو فیلتراسیون و اسمز معکوس.

میکروفیلتراسیون (MF)

میکروفیلتراسیون ذرات را در محدوده تقریباً 0.1 – 1 میکرون از بین می برد. به طور کلی ، ذرات معلق و کلوئیدهای بزرگ از آب حذف می شوند. در حالی که ماکرومولکول ها و مواد جامد محلول از غشا MF عبور می کنند . این فیلتر جهت حذف باکتری ها ، وTSS  یا مواد جامد معلق در آب کاربرد دارد . فشار غشایی در این فیلتر به طور معمول 10 psi است .

اولترافیلتراسیون (UF)

اولترافیلتراسیون تفکیک کلان مولکولی را برای ذراتی با اندازه تقریبی 20 تا 1000 آنگستروم (تا 0.1 میکرون) فراهم می کند. تمام نمک های محلول و مولکول های کوچکتر از غشا عبور می کنند.

موارد حذف شده توسط غشا شامل کلوئیدها ، پروتئین ها ، آلاینده های میکروبیولوژیکی و مولکول های آلی بزرگ است. وزن مولکولی مواد حذف شده در اکثر غشاهای UF بین 1000 تا 100000 است. فشار غشایی در این فیلتر به طور معمول 15 – 100 psi  است .

نانو فیلتراسیون (NF)

نانو فیلتراسیون به فرآیند غشایی ویژه ای گفته می شود که ذرات را در محدوده اندازه تقریبی 1 نانومتر (10 آنگستروم) حذف می کند . از این رو اصطلاح نانو فیلتراسیون در مورد این فیلترها بکار می رود . NF در محدوده بین UF و اسمز معکوس عمل می کند. مولکول های آلی با وزن مولکولی بیشتر از 200 – 400 حذف می شوند .

همچنین نمکهای محلول در محدوده 20 – 98٪ حذف می شوند. نمکهایی که دارای آنیونهای یک ظرفیتی هستند (به عنوان مثال ، کلرید سدیم یا کلرید کلسیم) 20 – 80٪ حذف می شوند . در حالی که نمکهای دارای آنیونهای دو ظرفیتی (به عنوان مثال ، سولفات منیزیم) 90 – 98٪ حذف بیشتری دارند.

نانو فیلتراسیون در حذف رنگ و کل کربن آلیTOC  از آب های سطحی . حذف سختی یا رادیوم از آب چاه ، کاهش کلی مواد جامد محلولTDS  و جداسازی مواد آلی از مواد معدنی در برنامه های غذایی و تصفیه آبهای صنعتی کاربرد دارد . فشار غشایی در این فیلتر معمولاً 50 – 225 psi  است .

اسمز معکوس  (RO)

اسمز معکوس بهترین سطح فیلتراسیون موجود است. غشای RO به طور کلی به عنوان سدی در برابر نمک های محلول و مولکول های غیر آلی. و همچنین مولکول های آلی با وزن مولکولی بیشتر از حدود 100 عمل می کند . از طرف دیگر ، مولکول های آب آزادانه از غشا عبور می کنند و یک جریان محصول تصفیه شده ایجاد می کنند . حذف نمکهای محلول به طور معمول 95٪ تا بیشتر از 99٪ است که به عواملی مانند نوع غشا ، ترکیب آب خوراک ، دما و طراحی سیستم بستگی دارد.

 

کاربردهای RO

کاربردهای RO زیاد و متنوع است . و شامل شیرین سازی آب دریا یا آب شور برای مصارف آشامیدنی ، بازیابی فاضلاب ، فرآوری مواد غذایی و آشامیدنی . جداسازی های پزشکی ، تصفیه آب آشامیدنی خانگی و آب فرآیند صنعتی است.

همچنین ، RO اغلب در تولید آب فوق خالص برای استفاده در صنایع نیمه هادی . صنایع نیروگاهی (آب تغذیه بویلرها) و کاربردهای پزشکی و آزمایشگاهی استفاده می شود . استفاده از RO قبل از EDI می تواند هزینه های عملیاتی این سیستم را به میزان قابل توجهی کاهش دهد. فشار غشایی برای RO معمولاً از 75 psig   برای آب شور تا بیش از 1200 psig  برای آب دریا متغیر است.

اندازه ذارت حذف شده در فیلترهای مختلف در تصویر 1.4 نشان داده شده است.

تصویر 1.4

 

با توجه به مطالب فوق ، اسمز معکوس را می توان بهترین روش تصفیه آب دانست . طی این فرایند تقریبا اکثر یونها و مواد جامد محلول در آب حذف می شوند . مواد معدنی ، شیمیایی و میکرو ارگانیسمها حذف می شوند . محصول خروجی این فرایند ، آب تقریبا خالص می باشد. جهت خالص سازی آب دریا برای شرب و مصارف کشاورزی اسمز معکوس یکی از بهترین روش های تصفیه و شیرین سازی آب است .

امروزه در صنایع مهم و حساسی نظیر داروسازی نیز از اسمز معکوس جهت تصفیه آب استفاده می شود . عملکرد شگفت انگیز این روش باعث شده تا در دستگاه های تصفیه آب خانگی نیز از روش اسمز معکوس بهره برده شود .

تیم فنی شرکت معتبر تکنو تهویه ، با دانش و تجربه سالیان دراز خود آماده ارائه خدمات مختلف در زمینه دستگاه های تصفیه آب صنعتی و خانگی به شما عزیزان می باشد. خدمات ما با کیفیت مطلوب و قیمت مناسب به شما عرضه می شود.

منابع مطالعاتی

 

نوشته‌های تازه

سایر مطالب و مقالات

اسکرول به بالا