کیفیت آب مصرفی اهمیت بالایی دارد به گونه‌ای که امروزه در کم‌تر جایی از دستگاه‌های تصفیه استفاده نمی‌شود. یکی از روش‌های که در دستگاه‌های تصفیه بسیار پرطرفدار و پرکاربرد است، استفاده از سیستم اسمز معکوس (Reverse Osmosis) که به ویژه در صنایع و کشاورزی نقش بسزایی در کیفیت آب مورد نیاز دارد. در این مقاله به پاسخ پرسش اسمز معکوس چیست، می‌پردازیم.
اسمز معکوس Reverse Osmosis چیست؟
اسمز معکوس چیست؟ یکی از مهم‌ترین و پرطرفدارترین فرایندهای تصفیه آب است. با استفاده از این فناوری می‌توان مواد معدنی و فلزاتی با آب حل شده‌اند و به راحتی قابل جداسازی نیستند را با استفاده از یک سری فرآیند که در ادامه در مورد آنها صحبت خواهیم کرد، جدا کنیم. روش کار در سیستم به این گونه است که اسمز معکوس ممبران یا غشای نیمه تراوا ناخالصی‌های آب را از آن جدا کرده و آب‌های لب شور یا حتی شور را به آب قابل استفاده تبدیل کرد.
فرآیند اسمز که از آن در این سیستم به گونه‌ای استفاده شده است، در واقع در طبیعت هم وجود دارد. اما در اصل عکس کارکرد این دستگاه را انجام داده و با استفاده از فشار اسمزی که ایجاد میکند نمک را از آبی که شوری کم‌تری دارد به آب با شوری بیشتر منتقل میکند. یعنی به طور کلی عامل انتقال مواد معدنی به سمت شورتر است.
در سیستم اسمز معکوس تصفیه آب، این فرایند برعکس صورت میگیرد. به این معنی که فیلترهای سیستم به گونه‌ای عمل می‌کنند که آب را از محیط شور به بستر فیلتر RO هدایت کرده و در آنجا تمامی این مواد معدنی جذب بستر شده و آب با شوری ۹۹ درصد کم‌تر از فیلتر عبور میکند.
فیلتر اسمز معکوس صنعتی، فیلتری است که لایه‌های مختلفی تشکیل شده و که در مجموع منافذ ریزی برای حرکت آب دارند که این موضوع باعث میشود علاوه بر مواد معدنی، فضایی برای عبور باکتری‌ها و ویروس‌ها هم وجود نداشته باشد و آب پس از عبور از فیلتر تقریباً ۹۸ درصد از املاح خود را از دست بدهد. البته این موضوع به نوع فیلتر و عملکرد آن بستگی خواهد داشت.
فرآیند پیش‌تصفیه اسمز معکوس
برای استفاده از فیلترهای اسمز معکوس آب تصفیه کن در صنعت، نیاز است تا آب دارای یک سری آمادگی‌ها باشد تا راندمان ممبران‌ها به حداکثر رسیده و از طرفی عمر فیلترها را بالا برد. به مجموعه این فعالیت‌ها که پیرامون آماده کردن آب صورت میگیرد، فرآیند پیش تصفیه گفته میشود. د دلیل وجود پیش تصفیه برای سیستم در واقع جلوگیری از گرفتگی منافذ فیلترها توسط نمک و املاح است تا بتوان عملکرد ممبران را افزایش داد. دلیل عبور آب از این مراحل، محافظت از غشای فیلتر در مقابل گرفتگی به‌وسیله نمک‌ها و املاح موجود در آب است تا با این کار عملکرد و عمر مفید این فیلترها افزایش یابد. پیش تصفیه اسمز معکوس در آب شیرین کن، می‌تواند شامل فیلترهای مختلفی باشد که هر کدام ویژگی‌های مربوط به خود را دارند که به چند مورد از آنها اشاره شده است:
۱) میکروفیلتر یا اولترافیلتر: در این نوع فیلتر که جزء باکیفیت‌ترین و بهترین فیلترها برای یک پیش تصفیه در سیستم تصفیه آب صنعتی است، وظیفه حفاظت از عشای فیلترها را بر عهده دارد.
۲) کلاریفایر: استفاده از این نوع فیلترها به دلیل کاهش ویژگی‌های مربوط به کدورت آب و در نهایت افزایش کیفیت آب است که میزان مواد جامد معلق را کاهش و آلودگی‌های مربوط به وجود جلبک را از بین می‌برد.
۳) کارتریج فیلتر: کارتریج فیلتر شامل فیلترهای پلی‌پروپیلن با چیدمان سیم‌پیچی است که در سیستم پیش تصفیه برای از بین بردن ذرات با اندازه ۳ تا ۵ میکرون استفاده میشود. این نوع فیلترها معمولاً در مرحله آخر قرار می‌گیرند تا در صورت عملکرد ضعیف سایر فیلترها، جور آنها را کشیده و ذرات معلق تا حد زیادی حذف کنند.
۴) دوزها و بیوسیدها: از دوزها و بیوسیدها برای از بین بردن باکتری‌ها و به دنبال آن از بین بردن کلر برای جلوگیری از ایجاد آثار مخرب بر لایه‌های فیلتر ممبران، استفاده میشود. علاوه بر این مواد شیمیایی از رشد باکتری‌ها جلوگیری کرده و از ایجاد لجن بر روی ممبران RO جلوگیری میکند.
۵) تزریق اسید: برای کاهش میزان تشکیل رسوب کربنات کلسیم روی فیلترهای اصلی، از فرایند تزریق اسید در جهت کاهش pH آب استفاده میشود تا از پر شدن خلل و فرج فیلترها جلوگیری شود.
معرفی فرآیند اسمزی
فرایند فرآیند اسمزی یا همان osmosis دقیقا برعکس RO است. یکی از رخداد های طبیعی موجود میباشد. در این رخداد آب از محلول غلیظ به محلول رقیق وارد میشود. اما در اسمزمعکوس با استفاده از فشار ایجاد شده توسط پمپ ها آن مسیر آب ها برعکس خواهد بود. به عبارت دیگر اسمز یا همان Osmosis یکی از روش‌های انتشار مواد بین دو مکان مختلف است که در زیست شناسی، معمولا از این پدیده در انتقالات بین سلولی استفاده میشود. فرایند انتشار زمانی اتفاق می‌افتد که مولکول‌ها یا اتم‌ها از ناحیه‌‌ای با غلظت بالا به منطقه‌ای با غلظت کم منتقل میشوند. پدیده اسمز در مواردی رخ میدهد. که یک ماده از یک «غشای نیمه نفوذپذیر» عبور میکند تا بتواند غلظت ماده دیگری را متعادل کند. حال که با فرِآیند اسمزی بیشتر آشنا شدید در ادامه به معرفی فرآیند اسمز معکوس خواهیم پرداخت.
معرفی فرآیند اسمز معکوس
همان طور که اشاره شد ، فرآیند اسمز معکوس دقیقه برعکس فرآیند اسمز صورت میگیرد. فشار اسمزی مورد نیاز در این فرآیند را پمپ های آب تأمین میکند. همچنین در تجهیزاتی مانند آب شیرین کن صنعتی این آب ها از فیلتر های خاصی عبور داده میشوند که منافذ بسیار ریزی دارد. این منافذ تنها به مولکول های آب اجازه عبور میدهند. لذا در سیستم های تصفیه آبی که از فرآیند اسمز معکوس یا همان RO بهره می گیرند، کیفیت آب خروجی بسیار بالا خواهد. به عبارت دیگر اسمز معکوس یک فرآیند اسمز به صورت معکوس است. از طرف دیگر فرآیندهای اسمز به طور طبیعی بدون نیاز به انرژی اتفاق می‌افتد، که در نتیجه جهت معکوس کردن فرایند اسمز نیاز به استفاده از فشار معکوس برای عبور از محلول با شوری زیاد به محلول خالص را داریم.
در خصوص فیلتر های مورد استفاده در فرآیند RO باید گفت که این تجهیزات شامل غشایی نیمه‌تراوا است. همان ور که گفته شد این فیلترها اجازه‌ی عبور به مولکول‌های آب را میدهد. در حالی که این امکان برای مهاجرت نمک‌های محلول، مواد آلی، باکتری‌ها و pyrogenها وجود ندارد. با این وجود، باید آب را از طریق غشای نیمه‌تراوا با به کارگیری فشار به سمت جلو فشار دهید. این فشار به طور طبیعی از فشار اسمزی جهت نمک‌زدایی یا همان یونیزه کردن آب به مراتب بیشتر است. که همین فشار نیز باعث تصفیه آب ها در سیستم های مرتبط میشود. این فرآیند کاربرد زیادی در دستگاه ها و تجهیزات تصفیه آب دارد.
دستگاه تصفیه آب اسمز معکوس :
همان طور که گفته شد دستگاه و سیستم های تصفیه آب اسمز معکوس یکی از بهترین موارد برای شیرین سازی آبها میباشد. این تجهیزات حتی قادر به تصفیه آب های شور دریا نیز میباشد. فرآیند اسمز معکوس در این دستگاه ها سهولت استفاده از آنها را بسیار بیشتر میکند. به طوری که نیاز به تجهیزات بسیار سنگین مانند دیگ های بخار در این روش وجود ندارد.
کاربرد اسمز معکوس تصفیه آب چیست؟
فناوری اسمز معکوس در تصفیه آب در شرایط شهری، صنعتی و آب‌های شور و لب شور کاربرد دارد و برای هر کدام در قالب سیستم تصفیه آب با شرایط متفاوتی تولید میشود. میزان فیلتراسیون ممبران‌های اسمز معکوس در قالب سیستم‌های مختلف متفاوت است. برای مثال فیلترها در دستگاه تصفیه خانگی آب خام با ۱۰۰۰TDS را تصفیه کرده و پس از عبور از مراحل، آب تصفیه شده به میزان مواد معلق کم‌تر از ۱۰۰TDS خواهد رسید که این کاهش می‌تواند تأثیرات مثبت فراوانی بگذارد.
از کاربرد اسمز معکوس آب شیرین کن، می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
- تأمین آب مورد نیاز بویلر با استفاده از کاهش سختی آب به وسیله سدیم
- افزایش خلوص آب و جداسازی و بازیافت جامدات محلول
- کاربرد در تصفیه آب فاضلاب شهری و صنعتی
- تولید آب با درصد خلوص بالا برای صنایع الکترونیکی
- تولید آب مورد نیاز برای صنایع غذایی
- وارد چرخه کردن مجدد مواد مصرفی در فلزکاری و نساجی با استفاده بازیافت پساب
- تصفیه آب دریا و آب لب‌شور (چاه) و شیرین سازی آب
اسمز معکوس چگونه کار میکند؟
در اسمز معکوس تصفیه آب صنعتی، برای شروع فعالیت و شیرین سازی آب، ابتدا آب خام از فیلترهای سیستم پیش تصفیه عبور می‌کنند تا ذرات درشت جامد محلول در آب به واسطه این فیلترها از آب جدا شوند. ذراتی مانند شن، ماسه و سنگ‌ریزه در این مرحله از آب جدا شده و بعد از این مرحله آب طبیعتاً به دلیل حذف جامدات زلال‌تر خواهد شد.
بعد این مرحله آب وارد قسمت فیلتر اسمز معکوس تصفیه آب میشود که این فیلتر خود شامل چندین غشای نیمه تراوا است که منافذ خروجی آن بسیار ریز بود و اجازه عبور حتی به ویروس‌ها و باکتری‌ها را نمی‌دهد. فیلتر ممبران RO در این سیستم نقش یک صافی با دقت بالا را دارد و اجازه عبور هیچ ناخالصی از خود را نداده و آب با درصد خلوص بسیار بالا را از خود خارج می‌نماید.
مزایا و معایب دستگاه اسمز معکوس RO چیست؟
اسمز معکوس مزایای زیادی دارد که در زیر برای برخی از این موارد اشاره شده است:
۱) مصرف کم‌تر مواد شیمیایی در روش‌های تصفیه دیگر: در تصفیه آب با سیستم اسمز معکوس دستگاه تصفیه آب، به دلیل استفاده از فیلترهای مختلف که ویژگی‌های متفاوتی دارند، از مواد شیمیایی برای تصفیه آب استفاده نشده که این احتمال محلول بودن مواد شیمیایی در آب را به اندازه زیادی کاهش خواهد داد.
۲)کاربری آسان: فرایندهایی که در اسمز معکوس RO اتفاق می‌افتد، تقریباً به صورت اتوماتیک و نیمه اتوماتیک هستند که موضوع باعث میشود تا استفاده از این دستگاه اسمز معکوس را آسوده کند و بدون نیاز به کارشناس مجرب مدیریت سیستم امکان پذیر است.
۳) کاهش آلاینده‌های آب: با توجه به فیلترهای متعددی که در سیستم تصفیه آب اسمز معکوس قرار دارد، تا ۹۹ درصد از مواد جامد موجود شامل نیترات، سولفات و باکتری‌ها، در آب خام از بین رفته و آلاینده‌ای به چرخه استفاده صنایع وارد نمی‌شود.
۴) تنوع و قیمت مناسب: سیستم‌های تصفیه آب اسمز معکوس، برای کاربری‌های مختلف در مدل‌های مختلفی طراحی و روانه بازار میشود که می‌توانید با توجه به نیازهای خود، مدل مدنظر را انتخاب کنید. البته این امکان وجود دارد تا با توجه به کاربردهایی که از تصفیه آب می‌خواهید، سیستم مربوط به صنعت خود را طراحی و اجرا کنید.
۵) صرفه جویی هزینه در مسئله نگهداری: پس از نصب دستگاه تصفیه اسمز معکوس آب، اگر موارد مربوط به تعویض به موقع فیلترها، شستشو فیلترها، اندازه گیری و کنترل متغیرها را به درستی انجام دهید، نگهداری از سیستم‌های اسمز معکوس برای شما هیچ هزینه‌ای در پیش نخواهد داشت.
در نقطه مقابل مزیت‌ها، سیستم اسمز معکوس RO معایب زیر را به دنبال دارد:
۱) هدررفت آب: یکی از مهم‌ترین و اصلی‌ترین ضعف‌های روش تصفیه اسمز معکوس RO ، هدر رفتن آب در فرایند تصفیه است. البته این موضوع نباید فراموش شود که با پیشرفت تکنولوژی، این هدر رفت آب به طور ویژه‌ای کاهش رفته می‌توان با توجه به این رشد گفت که تقریباً میزان آب هدر رفت یک سوم شده است که این عدد رشد مناسب در این زمینه را نمایان میکند.
۲) فیلتراسیون کندتر: به دلیل وجود مراحل مختلف فیلتراسیون در یک سیستم RO، دسترسی فوری به آب تصفیه شده زمان‌بر است. البته معمولاً از دو مخزن در تصفیه خانه آب صنعتی استفاده میشود که این موضوع سرعت را تا حد زیادی افزایش خواهد داد.
روش کار اسمز معکوس چگونه است؟
روش عمل کردن سیستم اسمز معکوس در واقع الهام گرفته شده از انتقال مواد غذایی در ساقه گیاهان با استفاده از فشار اسمزی است. در این روش در ساقه با قطر بسیار کم به وسیله فشاری که به فشار اسمزی معروف است روبه‌بالا حرکت کرده و به سایر اجزا انتقال می‌یابد. در روش تصفیه اسمز معکوس Reverse Osmosis آب، مانند گیاهان آب با فشار زیاد از داخل غشاهای فیلتر حرکت کرده و در این مسیر به دلیل وجود فیلترهایی در نقش صافی، املاح خود را از دست داده و آب بدون ناخالصی از فیلتر عبور میکند.
یکی از قابلیت‌هایی که سیستم اسمز معکوس دارد این است که پساب تولیدی در پایان خط را می‌توان مجدد به از ابتدای مسیر به سیستم وارد کرد تا مصرف آب نیز صرفه جویی انجام شود. این موضوع باعث افزایش راندمان سیستم میشود.
مراحل روش اسمز معکوس در تصفیه آب
مرحله اول)
فرایند پیش‌تصفیه آب: در این فرآیند همان‌طور که در بالا گفته شد، برای جلوگیری از ایجاد رسوب و گرفتگی در فیلترها، از فیلترهای خاصی در مرحله اول استفاده میشود که تا ذرات بزرگ‌تر از آب جدا کند. ذراتی که از آب جدا میشوند، قطر بالاتر از ۵ میکرون دارند. فیلترهای این مرحله در قیمت اسمز معکوس صنعتی تأثیرگذارند.
مرحله دوم)
استفاده از فیلتر کربن فعال: در واقع فیلتر کربن فعال (Activated Carbon) که در انتهای سیستم پیش‌تصفیه قرار دارد، برای تکمیل فرآیند پیش تصفیه است و می‌تواند ذرات فلزی مانند سرب که قطر پایین‌تر از ۵ میکرون دارند را از آب خارج کرده و از فیلترهای اصلی در مقابل رسوب محافظت کند. وجود دو فیلتر کربن پشت هم می‌تواند عملکرد آن را بهبود بخشد که معمولاً از این ترفند استفاده میشود
مرحله سوم)
فیلتراسیون توسط ممبران RO : همان‌طور که در بالا درباره نوع عملکرد اسمز معکوس صحبت شد، در این مرحله فیلترهای اسمز معکوس وارد عمل شده و تیر آخر را به مواد معدنی و فلزات باقی مانده در آب با دقت ۰.۰۰۰۱ میکرون می‌زنند و تا ۹۸ درصد مواد جامد را از آب حذف می‌کنند و عملیات آب شیرین کن تقریباً به انتها می‌رسد.
مرحله چهارم)
استفاده از فیلتر پست کربن فعال: در مرحله آخر و قبل ورود آب به چرخه استفاده صنعت، یک فیلتر کربن فعال دیگر قرار دارد تا پایش نهایی را انجام داده و مواد شیمیایی مانند کلر که ممکن است در آب هنوز وجود داشته باشند به طور کامل حذف شده و عملیات فیلتراسیون نهایی هم به پایان می‌رسد.