اسمز معکوس و کاربرد آن در صنعت
شیوه اسمز معکوس بدلیل کارایی فوق‌العاده آن در خالص‌سازی آب، به شدت مورد توجه کارفرمایان قرار گرفته است. اما این شیوه چه ویژگی هایی دارد و تا چه حد با آن آشنایی دارید؟!. امروزه اهمیت نمک زدایی آب های سنگین در صنعت بسیار زیاد است. علاوه بر استفاده از آب فوق خالص در برخی از فرآیندهای تولیدی خاص، گاهاَ نیاز به استفاده از آب غیر معدنی در تجهیزات گرمایشی نیز وجود دارد. استفاده از سیستم اسمز معکوس (اسمز وارونه) بلحاظ اقتصادی، روشی بسیار موثر محسوب میشود.
کافیست بدانید که شوری بالای آب، منجر به رسوب کریستالی در تجهیزات تکنولوژیکی (به ویژه مبدل های حرارتی صنعتی و ادوات صنعت نفت) میشود. تشکیل رسوبات در تجهیزات تکنولوژیکی به شدت کارایی آنها را کاهش داده و مصرف انرژی را افزایش میدهد. همچنین باعث تسریع خرابی تجهیزات صنعتی میشود. بنابراین استفاده از شیوه اسمز معکوس نه تنها برای تولید آب خالص آشامیدنی، روشی مقرون بصرفه است. بلکه از خرابی تجهیزات و انجام هزینه‌های پیاپی برای تعمیرشان جلوگیری می‌نماید.
انواع دستگاه اسمز معکوس
روش های زیادی برای تولید آب غیر معدنی وجود دارد. اما امروزه پیشرفته ترین و مقرون به صرفه ترین روش تولید آب غیر معدنی، اسمز معکوس است. با توجه به نیازهای مختلف صنایع و واحدهای کوچکتر صنعتی و غیرصنعتی، فرآیند نمک زدایی اسمز وارونه به سه نوع تقسیم می‌گردد:
- ساده یا تک پاس
- دو مرحله ای (دوپاس)
- و دو مرحله ای با تغذیه و تبخیر کنسانتره
بطور کلی در این فرآیند، حلال از طریق یک غشای نیمه تراوا به ناحیه ای با غلظت بالا منتقل میشود. مسئله ای که موجب میشود در نهایت تعادل غلظت بین محلول ها برقرار گردد. یافته‌های سال 1953 میلادی نشان داد که در نتیجه چنین فرآیندی (فشار اسمزی)، وقتی فشار به مقادیر بیش از فشار اسمزی در قسمتی از محلول با غلظت بالاتر افزایش یابد، فرآیند در جهت مخالف شروع میشود. یعنی به نوبه خود، امکان به دست آوردن:
- یک حلال خالص در یک طرف غشای نیمه تراوا و
- محلول اشباع در طرف دیگر غشا،
فراهم میشود. طی فرآیند توسعه فناوری اسمز وارونه و کاربرد صنعتی آن، مواد غشایی اسمز معکوس جدیدی ساخته شده اند که می توانند عملکرد را در طیف وسیعی از معیارهای فیزیکی و شیمیایی، حفظ کنند. همچنین درجه بالایی از تصفیه را با ماندگاری بالا ارائه می‌دهند.
اسمز معکوس تک پاس
نمک زدایی آب با استفاده از دستگاه اسمز معکوس در یک مرحله، امکان حذف تا 99.5 درصد از یون های موجود در آب را فراهم می‌کند. کارایی این سیستم میتواند با توجه به پارامترهایی نظیر:
- مقادیر و نوع نمک موجود در آب،
- شرایط دمایی،
- گزینش پذیری غشا (نوع غشای انتخابی و مطابقت آن با عملکرد)
و… متفاوت باشد. اما به عنوان یک قاعده تجربی و کلی، معمولاَ امکان حذف یونها تا بیش از 98.5 الی 99 درصد توسط اسمز معکوس تک پاس وجود ندارد.
دستگاه اسمز معکوس دو پاس
برای تصفیه عمیق تر، از یک واحد اسمز معکوس دو پاس استفاده میشود. درون این سیستم ها، دو بلوک غشاهای اسمزی وارونه به هم متصل شده اند. مکانیزم این دستگاه‌ها بدینگونه است که آب فیلترشده پس از عبور از غشای تراوا، وارد بلوک دوم غشا میشود. آب در آنجا مجدداً فرآیند فیلتراسیون را طی می‌کند و کنسانتره مرحله دوم به مرحله اول وارد میشود. نهایتاَ نیز سیال به مرحله بدون ضایعات (ذره گیری نهایی از آب) وارد خواهد شد. چرخه فیلتراسیون این سیستم، حذف 99.9 درصد از یون های موجود در آب را فراهم می‌آورد.
یکی از مزایای اسمز معکوس صنعتی (تمامی مدلها)، اتوماسیون بالا و دیسپاچینگ کامل است. چنانکه می تواند در حالت کاملاً مستقل، یعنی بدون حضور اپراتور کار کند. واحدهای دارای سیستم اتوماسیون پیشرفته‌تر، قادر به تجزیه و تحلیل دیتاها از سنسورها و پیش بینی رویدادها و نیازهای آینده هستند. یعنی اطلاعات کاربردی و موارد مهمی نظیر:
- نیاز به شستشوی غشاها یا تعویض آنها
- تنظیم مستقل عملکرد
- و دیتاهای مربوط به آب موجود (آب در حال فیلتراسیون)
را ارائه می دهند. سیستمهای اسمز معکوس دو مرحله ای، ساختارهای بهره وری متوسط مدلهای تک پاس را ترکیب نموده‌اند. بطوريکه افزایش بهره وری با پیچیده کردن ساختار سیستم و ارائه‌ی فیلترهای اضافه، حاصل میشود. عناصر غشایی در دو محفظه موازی قرار دارند و حتی ممکن است بسته به نوع طراحی، چندین جفت از این نوع محفظه‌ها وجود داشته باشد. این مدلها برای تصفیه و نمک زدایی آب دریا، مورد استفاده قرار گرفته و کیفیت بسیار بالایی دارند.
نکته: غالباَ بدلیل شوری بالای آب دریاها، از اسمزهای وارونه تک پاس برای فیلتر چنین سیالاتی استفاده نمیشود.
سیستم اسمز وارونه دومرحله ای با تغذیه کنستانتره
سیستم اسمز معکوس دو مرحله ای با تغذیه کنسانتره، توسط تاسیساتی که دارای پیچیده ترین دستگاه‌ها و بالاترین عملکرد هستند، بکار گرفته میشود. جالب است بدانید که کنسانتره با غشاهای اضافی تغذیه می‌گرددد. عاملی که امکان دستیابی به حداکثر بازده ممکن آب تصفیه شده تا 75٪ را فراهم می‌کند. غشاهای اضافی، البته بار بیشتری را تحمل میکنند؛ چراکه باید با مقدار زیادی ناخالصی درگیر شوند. بمنظور به حداکثر رساندن و اصطلاحاَ «بازگرداندن عملکرد» غشاهای اضافی، آنها باید مرتباَ تمیز گردند. واحدهای اسمز معکوس صنعتی گروه صنعتی سازآب در تمامی مدلها، مجهز به کنترل های سخت افزاری و پیچیده می‌باشد.
مشکل اصلی که هنگام استفاده از اینگونه دستگاه اسمز معکوس در حوزه تولید رخ میدهد، نیاز به تخلیه کنسانتره است. کنستانتره‌هایی که غالباَ محلول در نمک غلیظ هستند. در چنین مواردی، استفاده از الیاف تبخیر پیشنهاد میشود. تبخیر (انباشت تراکم بخار از انتقال حرارت آب)، قدیمی‌ترین روش برای به دست آوردن آب غیر معدنی است. آب مقطر به دست آمده از آب نمک بسیار شور (کنسانتره)، به سختی می تواند از نظر خلوص به اسمز وارونه نفوذ کند. بمنظور دستیابی به درجه بالاتری از تصفیه، میعانات وارد سیستم فیلتراسیون مرحله اول می‌شوند. درنتیجه آب جبرانی (میکاپ) رقیق میشود و بار روی عناصر غشایی کاهش می یابد. (سلامت بیشتر فیلترها حاصل شده و سرعت کار افزایش می‌یابد)
پیشتر نیز عنوان شد که فرآیند اسمز معکوس صنعتی، با کمک غشاهای نیمه تراوا خاص اتفاق می افتد. درحقیقت عملکرد دستگاه بسته به مقدار و کیفیت آب بدست آمده، تا حدود زیادی به کنسانتره بستگی دارد.
نکته: امروزه امکان تولید آب مقطر با سرعت زیاد، بوسیله دستگاه دیونایزر فراهم می‌باشد.
ملاک انتخاب دستگاه اسمز معکوس
برای انتخاب سیستم اسمز معکوس بایستی شاخص های زیر مدنظر قرار گیرد:
- خلوص نهایی آب تصفیه شده:
صنایع مختلف به آبهایی با میزان خلوص متفاوت نیاز دارند. سیستم های مدرن قادر به حذف 80 تا 99.8 درصد آلاینده‌ها از آب هستند.
- اندازه منافذ یک غشای نیمه تراوا:
عامل فوق، به توانایی دستگاه در تصفیه و حذف ناخالصی های مختلف بستگی دارد. بعنوان مثال اگر می خواهید فرآیند اسمز را بر روی آب دارای ناخالصی های آلی سنگین اجرایی کنید، استفاده از غشاهای نازک در اولویت قرار ندارد. اینگونه ناخالصی های سنگین ممکن است در طول فرآیند کلرزنی، در آب ها ایجاد شوند.
- عملکرد سیستم:
هرچه کارایی و قدرت سیستم بیشتر باشد، قیمت سیستم RO گرانتر می‌باشد. به‌همین دلیل است که قیمت سیستم اسمز معکوس صنعتی بیشتر از مدل های ساده‌تر و معمولی‌تر است.
نکته: علاوه بر موارد شاخص فوق، پارامترهایی همچون: جنس بدنه و جنس قطعات مکانیکی، کیفیت تولید، میزان کنترل پذیری و… نیز همواره در خرید سیستم اسمز معکوس موردنظر، باید ملاک بررسی قرار گیرند.
فرم نصب سیستم اسمز وارونه
سیستمهای اسمز معکوس درتاسیسات با بهره وری پایین (تا 5 متر مکعب در ساعت) کاربرد دارند. چیدمان غشاهای این نوع سیستم بسیار ساده می‌باشد. چنانکه همه غشاها در یک مخزن تحت فشار (و گاهاَ بسته به نوع طراحی در 2مخزن)، قرار دارند. توجه داشته باشید که:
اگر چندین غشا وجود داشته باشد، پروسه نصب سیستم اسمز بصورت افقی انجام میشود. و اگر یک غشاء وجود داشته باشد، بصورت عمودی نصب می‌گردد.
امروزه بسیاری از شرکت ها دارای واحد اسمز معکوس (RO) هستند. دستگاه‌هایی که تصفیه آب با کیفیت بالا را ممکن می سازند. استفاده از اسمز وارونه با هدف فیلتر کردن آب برای:
- فن آوری ها و تجهیزات مختلف نیازمند به آب خالص،
- دیگهای بخار،
- اهداف غذایی
- و همچنین نمک زدایی آب دریا،
صورت می پذیرد.
کاربرد اسمز معکوس
تصفیه آب توسط اسمز معکوس صنعتی و در انواع دستگاه تصفیه آب صنعتی، به طور گسترده ای در سرتاسر جهان انجام می‌گیرد. فناوری اسمز وارونه (RO) به شما این امکان را می دهد که:
- طی پروسه‌ی تصفیه آب، مواد مازاد و مختلف حل شده در آب را تجزیه و نابود نمایید.
- همچنین می توانید به کمک سیستم RO، موجودیت باکتری ها و ویروس های مختلف را نیز به میزان قابل توجهی کاهش دهید.
به‌جرئت امروزه می توان مطمئن بود که این حوزه از تصفیه آب، چشم انداز توسعه قابل توجهی دارد و در آینده ای نزدیک، به طور گسترده تری معرفی خواهد شد. سیستم های اسمز معکوس صنعتی، ذرات معلق مختلف با اندازه‌های 0.001-0.0001 میکرون، اعم از: نمک های سخت، رنگ های مختلف، نیترات ها، سولفات ها و بسیاری از عناصر دیگر را به خوبی جذب میکنند. فرآیندهای تصفیه آب به روش اسمز وارونه صنعتی، امروزه برای موارد زیر استفاده میشود:
- کاهش محتوای نمک در آب. (نمک موجود در آبهای گرفته شده از منابع باز و زیرزمینی)
- نمک زدایی آب دریا
- به دست آوردن محلول هایی با غلظت معین. (محلولهایی حساس برای استفاده در فرآیندهای مختلف تولید و فناوری)
- تهیه آب مورد استفاده برای تجهیزات برق و سیستمهای حرارتی. (دیگهای بخار، نیروگاه‌ها و…)
- تصفیه فاضلاب نهایی
- ضد عفونی آب
- کاربری های با حجم شستشوی بهداشتی بالا و…
درادامه به صنایع مختلفی که از اسمز معکوس صنعتی (RO) استفاده‌های گوناگونی میکنند، اشاره خواهیم نمود.
صنایع غذایی
در صنایع غذایی از آب تصفیه شده، بمنظور تولید انواع:
- نوشیدنی های مختلف،
- آب معدنی های بطری و
- تولید مواد غذایی و…،
استفاده میشود. برای چنین صنایع حساسی که مستقیماَ به سلامت افراد گره خورده‌اند، سخت ترین الزامات برای کیفیت آب اعمال میشود. زیرا آب تقریباً همیشه به عنوان ماده اولیه استفاده می‌گردد. بنابراین طعم محصول تولیدشده و همچنین دوام تجهیزات مورد استفاده، مستقیماً به خلوص و کیفیت آب بستگی دارد. باتوجه به هزینه‌های بالای انرژی در تولید، مقرون به صرفه ترین روش، استفاده از سیستم غشایی تصفیه آب است.
نکته: تصفیه مناسب آب برای صنایع غذایی، یکی از اولویتهای شرکت سازآب در تولید محصولات فیلترکننده سیالات است.
میکروالکترونیک
جهت پشتیبانی از تولیدات این حوزه، به آبهای خاص غیر معدنی نیاز است. گروه صنعتی سازآب با نصب اسمز معکوس به شما کارفرمایان گرامی کمک میکنند تا به بالاترین کیفیت آب برای:
- نمایشگرهای کریستال مایع و
- سایر سیستم های نیمه‌هادی،
دست یابید.
نقش اسمز معکوس در صنایع دارویی و بهداشتی
بیش از هر صنعت دیگری، نیاز به آب خالص و فوق خالص (با حداقل یون)، در صنایع دارویی احساس میشود. مشخصاَ آب سالم، یک ضرورت در مراکز درمانی است. چه در تهیه آمپول، چه تمیز نمودن وسایل و چه برای تولید داروها و دیگر لوازم بهداشتی. همچنین بهره گیری از آب نامطلوب در ساخت لوازم آرایشی، میتواند ضررهای جبران ناپذیری را به سلامت افراد، علی الخصوص بانوان وارد آورد. منطقی است که کیفیت آب در چنین مؤسساتی، باید کاملاً با استانداردهای متعدد بهداشتی مطابقت داشته باشد. بنابراین در چنین نیازهایی، عمدتاً از:
- فناوری‌های اسمز معکوس و تصفیه UV و
- همچنین فیلتراسیون مکانیکی برای تصفیه آب،
بهره گرفته میشود.
نکته: صنایع بهداشتی و آرایشی برای فرآوری و تولید محصولاتشان، به آب غیرمعدنی یون زدایی شده نیاز دارند.
صنایع شیمیایی و آبکاری
جهت ساخت انواع مواد شیمیایی و ساختارهای ترکیبی نظیر تولید:
- اسیدها (اسید سولفوریک، نیتریک، کلریک و…)
- عناصر قلیایی،
- کودهای معدنی،
- انواع الکل ها،
- ساخت ضد یخ ها،
- الکترولیت ها،
- آب مقطر و…،
در دسته بندی های طبقاتی مختلف از واحد RO (اسمز وارونه) بهره میگیرند. ضمن اینکه در صنایع آبکاری فلزات و در مراحل مختلف آبکاری نیز، نیازمندی گسترده ای به آب تصفیه شده غیر معدنی احساس میشود.
کاربرد اسمز وارونه در صنایع مهندسی مکانیک
دستگاه اسمز وارونه (RO) در صنایع مربوط به مهندسی مکانیک و طراحی و ساخت کشتی و هواپیما نیز کاربردهای ویژه ای دارد. اینگونه آبهای فیلتر شده توسط سیستم اسمز معکوس، به جهت:
- خنک سازی،
- شستشو،
- تولید قطعات بهداشتی مخصوص این ادوات
- حفظ غلظت مورد نظر محلول ها
و غیره مورد استفاده قرار میگیرند.
اسمز معکوس در مراکز تصفیه فاضلاب
در بسیاری از واحدهای تصفیه فاضلاب شهری، روستایی و… نیز در کنار پکیج های تصفیه فاضلاب، دستگاه اسمز معکوس نصب می‌گردد. البته معمولاَ این خطوط فیلتراسیون کوچک و بزرگ، به دستگاه‌های دیگری نظیر:
- سختی گیر
- فیلتر شنی
- سپتیک تانک
- چربی گیر پلی اتیلن
- کلریناتور
و… نیز مجهز می‌باشند.
کشاورزی و دامداری
تصفیه آب برای یک شرکت صنعتی در این بخش، نیاز به مشخص سازی دقیق نوع استفاده دارد. چراکه مشخصاَ آب مورد نیاز برای آبیاری گلخانه‌ها و اراضی کشاورزی با آب موردنظر برای آشامیدن حیوانات، متفاوت خواهد بود. درنتیجه حساسیت ها متفاوت بوده و فیلترهای مختلفی برای هر نوع کاربری، استفاده میشود. البته عامل بسیار مهم در انتخاب نوع فیلتر، همان جزء بیولوژیکی است. به بیان دیگر باید مشخصات حیوانات مصرف کننده آب و یا نوع گیاه را، بطور دقیق در نظر گرفت.
سیستم اسمز وارونه (RO) در رختشویخانه‌ها
لازم است که آب مورد استفاده در این مشاغل، شرایطی را داشته باشد که:
- میزان مصرف انرژی و
- رسوب گرفتگی و خرابی تجهیزات گران قیمت آن را،
به حداقل برساند. زیرا انواع ناخالصی‌ها می توانند منجر به رسوب در ماشین لباسشویی شوند. علاوه بر این، مانع از عملکرد بهینه پودرها بر روی البسه می‌گردند. پرواضح است که نمیتوان از آبهای آلوده و همراه با املاح از بین برنده‌ی رنگ، در کاربری های رختشویخانه استفاده نمود.
هماهنگی اسمز معکوس و دیگ بخار
جهت تامین آب تمیز مورد نیاز بویلرها، به فیلترهای درشت و ریز و همچنین یک نرم کننده آب نیاز است. در صورت وجود مولد بخار، از فیلتر هایی نظیر:
- هواگیر و
- سیستم اسمز معکوس،
نیز استفاده میشود. بایستی اشاره داشت که از این سیستمهای ترکیبی، برای از بین بردن موادی که روی فلزات اثر خورنده دارند، استفاده میشود؛ مانند اکسیژن و اسید استیک. بیاد داشته باشید که برای یک مولد بخار، آب تغذیه باید حاوی مقدار مشخصی از کلرید باشد. زیرا این امر مستقیماً بر عملیات تمیز کردن دستگاه از لجن، تأثیر می گذارد.
تصفیه آب در نیروگاه‌ها توسط سیستم RO
نیروگاه‌های حرارتی در تمامی کشورها، نقش مهم و تعیین کننده‌ای بر عهده دارند. درواقع چنین تجهیزاتی هستند که به شهروندان هر کشور، انرژی لازم برای سرمایش یا گرمایش را هدیه می‌دهند. ازهمین رو، عملکرد بی وقفه آنها ضروری می‌باشد. بخشی از عملکرد مستمر و صحیح این نیروگاه‌ها، بطور مستقیم تحت تاثیر کیفیت آب در چرخه‌ی آنهاست. برای اطمینان از عملکرد طولانی مدت:
- دیگهای بخار فشار بالا،
- توربین ها،
- شبکه‌های گرمایشی و حرارتی و…،
وجود مستمر آب تصفیه شده، یک پیش نیاز بسیار مهم می‌باشد. لازم به ذکر است که تصفیه آب در CHP نیز بر عمر مفید تأسیسات و تجهیزات مختلف تأثیر می گذارد. استفاده از آب با کیفیت پایین، منجر به تشکیل رسوب میشود و این امر عمر مفید تجهیزات را تا حد زیادی کاهش می دهد؛ و البته هزینه سوخت را شدیداَ بالا می برد!!. تصفیه‌ی آب نیروگاه‌های حرارتی با استفاده از آب (از منابع اصلی) انجام میشود. آبهایی که که حاوی مقدار زیادی ناخالصی مکانیکی هستند!. بنابراین در در ابتدا لازم است توسط فیلترهای مکانیکی و مخازن ته نشینی، تمیز شوند. پس از گذر از این مرحله، لازم است که اقداماتی از قبیل:
- نرم کردن آب (دفع سختی بالای آب)،
- ضد عفونی سیال و
- هوازدایی ویژه،
صورت پذیرد. امیداوریم این مقاله، اطلاعات لازم در مورد کاربرد اسمز معکوس در صنایع و شرکتها را در اختیار کاربران گرامی گذاشته باشد. جهت کسب اطلاعات بیشتر در ارتباط با دستگاه اسمز معکوس (آب شیرین کن)، سختی گیر، صافی شنی و…، توصیه میکنیم از صفحات تخصصی مربوط به دستگاه‌های متعدد تصفیه آب و فاضلاب وبسایت سازآب، بازدید فرمایید.
