اسمز معکوس

اصول  اسمز معکوس – جداسازی با ممبران

• اصول اولیه اسمز معکوس
  • کاربرد

اسمز معکوس یک روش جداسازی است که برای گستره وسیعی از کاربرد ها، بخصوص زمانی که املاح یا ذرات جامد محلول در آب میبایست جداسازی شود مفید است. بنابر این RO  می تواند برای تصفیه آب دریا و یا آبهای شور به کار گرفته شود تا آب مناسب برای مصارف صنعتی و یا خوراکی تهیه شود. همچنین برای تهیه آبهای بسیار خالص ( برای مصارف نیمه هادی ها و صنایع دارویی ) و آب تغذیه بویلر ها به کار گرفته شود.  به علاوه این سیستم ها میتوانند جهت تصفیه فاضلاب و بازیابی آبهای آلوده نیز به کارگیری شوند.

RO  در حال حاضر به عنوان یکی از اقتصادی ترین و موثر ترین روشهای تصفیه آب مطرح است. بنابراین روش مناسبی برای جداسازی ذراتی با غلظت 100 تا 50000 میلی گرم بر لیتر است.

فیلترهای ممبران برای جداسازی ذرات جامد از جریان متقاطع بهره میگیرند. همانطور که در شکل 1-1 نشان داده شده است جریان آب تغذیه به صورت موازی با سطح ممبران حرکت میکند. یک بخش از این آب از سطح غشای ممبران عبور میکند و بخش زیادی به موازات سطح ممبران حرکت میکند. بنابراین  دونوع جریان آب وجود دارد:

• Permeate آب تقریبا خالص شامل مقدار کمی از یونها و املاح
• Concentrate حاوی مقدار زیادی از املاح و یونها

شکل 1-1 جریان های عبوری از ممبران.

در عمل سیستمهای ممبران به صورت پیوسته از آب تغذیه می شوند و یک جریان دایمی از آب تصفیه شده و یک جریان آب شور ایجاد میکنند.

2-1 اصول اسمز معکوس

اسمز یک پدیده طبیعی است که به عنوان حرکت آب از یک غشای نیمه تراوا از سمت محلول با غلظت کم به سمت محلول با علظت بالا تعریف میشود. 

ممبران در برابر آب و برخی یونها نفوذپذیر ولی در برابر اغلب یونها و ذرات جامد نفوذ ناپذیر است. حرکت آب در این فرایند تا زمانی ادامه می یابد که تعادل اسمزی رخ دهد یا پتانسیل شیمیایی در دوطرف غشا یکسان شود. در این حالت یک اختلاف ارتفاع بین دو سمت غشا مشاهده می شود. به این اختلاف ارتفاع فشار اسمزی میگویند. 

اسمز معکوس فرایندی است که درصورتی رخ می دهد که فشاری بیش از فشار اسمزی به محلول با غلظت بالا اعمال گردد. آب به صورت اجباری تحت فشار از سمت غلظت بالا به سمت غلظت پایین حرکت می کند.

شکل 2-1

3-1 عوامل موثر بر عملکرد ممبران RO

1-3-1  دبی آب ( نرخ جریان آب)

در یک ممبران سه نوع جریان وجود دارد . جریان آب تغدیه توسط ممبران به جریان های پرمیت و کانسنتریت تقسیم میگردد. 

2-3-1  Permeat Flux

جریان پرمیت ایجاد شده بر حسب واحد زمان و واحد سطح ممبران

3-3-1 Salt Rejection

درصد املاح باقی مانده در ممبران

4-3-1  Recovery Rate

بخشی از آب تغذیه که از ممبران عبور میکند .( نسبت آب پرمیت به آب تغذیه)

5-3-1 افت فشار

افت فشار معادل اختلاف بین فشار آب تغذیه و فشار آب کانسنتریت

6-3-1 فشار گذر از ممبران

اختلاف بین فشار آب تغذیه و آب پرمیت به عنوان فشار گذر تعریف میگردد. این فشار معادل نیروی محرک برای جداسازی ذرات و تولید آب پرمیت است.

7-3-1 کارایی سیستم RO

 پرامتر های اصلی واحد های ممبران شامل جریان پرمیت بر واحد سطح  ممبران است که کمیت و کیفیت پرمیت تولید شده را تعیین می کند.  این دو مشخصه با پارامترهای عملکردی مانند فشار تغذیه، کیفیت آب تغذیه، دما و ... تغییر میکند.

8-3-1 ساختار المان

طرح های متفاوتی برای ساخت ممبران ها موجود است. این طرح ها شامل صفحه ای، لوله ای و فیبر های متخلخل  هستند.

متداول ترین ساختار المان به صورت اسپیرال است. در این ساختار سطح ممبران یه دور یک لوله مرکزی پیچیده میشود .

همانطور که در شکل بالا مشاهده میکنید آب تغذیه از شبکه به صورت موازی با سطوح پیچیده شده وارد میشود. بین لایه های ممبران یک شبکه متخلخل برای ایجاد فاصله و عبور آب وجود دارد. پرمیت در جهت شعاع حرکت کرده و با گذر از سطوح نیمه تراوا در نهایت وارد لوله مرکزی میشود. در نهایت کانسنتریت در جهت طول واحد ممبران خارج می گردد.