ممبران اسمز معکوس :

اسمز معکوس به انگلیسی: (Reverse Osmosis) فرایند تصفیه آبی است که در آن از فشار برای معکوس نمودن جریان اسمزی آب از درون یک غشای نیمه ‌تراوا برای تولید آب خالص و حذف یون‌ها، مولکول‌ها و ذرات بزرگتر حل شده در آب استفاده می‌شود. اگر یک غشای نیمه‌ تراوا بین دو محلول آب خالص و آب ناخالص قرار گیرد آب به صورت طبیعی و تحت خاصیت اسمزی از غلظت پایین‌تر به غلظت بالاتر جریان می‌یابد. این پدیده تا هنگامی 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 می‌شود که نیترات و سایر مواد معدنی و بسیاری از مواد شیمیایی و میکروارگانیسم‌ها (عمدتاً باکتری‌ها) را حذف می‌کند. نیم تا دو سوم آب پشت این غشا باقی می‌ماند که به عنوان آب پسمانده (Concentrate) دور ریخته می‌شود. می‌توان پسماند خروجی را مجدداً به سیستم بازگرداند تا در مصرف آب صرفه جویی به عمل آید. اگر پسآب خروجی که نیم تا دو سوم آب را تشکیل می‌دهد در یک سیکل چرخشی وارد شود می‌توان راندمان سیستم را افزایش داد.

همچنین بهترین روش نمک زدائی از آب‌های شور استفاده از فرایند اسمز معکوس می‌باشد، زیرا سیستم پیچیده‌ای نداشته و راهبری آن قابلیت کنترل بیشتری از دیگر روش‌ها دارا می‌باشد و با توجه به توسعه روش‌های پیشرفته تولید غشاهای پلیمری، به‌کارگیری این روش، توجیه بیشتری دارد.

صنایع امروز برای تصفیه آب مورد استفاده در بخش‌های تولید بخار و فرایند خود از سیستم اسمز معکوس به فراوانی استفاده می‌کنند. اساس کار این دستگاه‌ها بر عبور مولکول‌های غیر یونی مثل آب از یک غشاء با روزنه‌های بسیار ریز بنا شده‌است. این غشاءها به صورتی ساخته شده‌اند که مولکول‌های خنثی را به راحتی از خود عبور می‌دهند. به همین دلیل آب ورودی به سیستم، که دارای املاح مختلف است به آب تقریباً خالص تبدیل می‌گردد. در سیستم اسمز معکوس، جریان ورودی یا خوراک (Feed) به دو جریان آب تصفیه شده (Permeate) و پساب غلیظ (Concentrate) یا (Brine) تبدیل می‌شود. سیستم اسمز معکوس که به واسطه فیلتری که به آن ممبران یا غشاء گفته می‌شود عملیات جداسازی مولکول را انجام می‌دهد. به این صورت که غشاء یا لایه‌های به هم تابیده شده به دور یک لوله استوانه ای که بیشتر از جنس پلاستیک است با روزنه‌هایی که اندازه آن‌ها از یک ده هزارم میکرون کوچکتر هستند آلاینده‌های آب را جداسازی می‌کند. این آلاینده‌های آب شامل نیترات، انگل، باکتری، قارچ، سموم کشاورزی، نمک و سایر املاح محلول آلوده‌کننده می‌باشند.

ممبران اسمز معکوس RO

اساس کار اسمز معکوس:

فرض کنید دو ظرف، یکی حاوی آب نمک (۱) و دیگری حاوی آب خالص (۲) توسط یک لوله به یکدیگر متصل بوده و هر 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؛ لذا برای برقراری تعادل در غلظت، آب خالص از ظرف شماره (۲) به ظرف شماره (۱) انتقال می‌یابد و این عمل تا آنجا ادامه می‌یابد که افزایش ارتفاع حاصله در ظرف آب نمک، فشار مضاعف ایجاد کرده و اجازه انتقال آب از ظرف شماره (۲) به ظرف شماره (۱) را ندهد. این فشار را فشار اسمزی می‌گویند و تابعی از غلظت نمک در هر دو طرف غشاء می‌باشد.

انواع ممبران اسمز معکوس:

ماژول های اسمز معکوس بر اساس نوع آب خوراکی که قرار است تصفیه کنند، در انواع مختلفی عرضه می شوند. ماژول های SW برای تصفیه آب دریا مناسب هستند و ماژول های BW برای آب های شور. ولی معیار اصلی ما در تعیین نوع مناسب ممبران برای خوراکی که قرار است تصفیه کنیم میزان TDS است. اگر TDS آب خوراک کمتر از ۱۰ هزار میلی گرم بر لیتر باشد از ماژول‌های BW استفاده می‌کنیم، و اگر TDS بالاتر از این عدد باشد بهتر است ماژول‌های SW که مخصوص تصفیه آب دریا هستند، بکار برده شوند.

همچنین، ممبران های اسمز معکوس بر اساس ظرفیت سیستم تصفیه آب، در ابعاد مختلفی به بازار عرضه می شوند. این ماژول ها را می‌توان در قطر ۲/۵، ۴ و ۸ تهیه کرد. ماژول‌های ۴ و ۸ اینچ برای مصارف صنعتی هستند، و ماژول های ۲/۵ اینچ بیشتر در سیستم های تصفیه آب خانگی بکار برده می شوند.

انواع ممبران اسمز معکوس

محدودیت‌های عملیاتی ممبران اسمز معکوس:

هر ممبران RO بسته به نوع و شرکت سازنده دارای محدودیت‌های عملیاتی است که باید مورد توجه قرار گیرد. این محدودیت ها را می توان از کاتالوگ همراه ماژول یا وبسایت شرکت سازنده مشاهده کرد. ولی یک سری محدودیت های عمومی وجود دارد که برای تمام ممبران ها صادق است. در ادامه به چند مورد اشاره می کنیم:

محدودیت pH و دما :

المان های ممبرین می توانند در محدوده pH بین ۲ تا ۱۲ بخوبی کار کنند. دما یکی دیگر از پارامترهای فرآیندی است که بر عملکرد و کیفیت فیلتراسیون ممبران تاثیر گذار است. حداکثر دمای مجاز آب ورودی به ممبران تا ۴۵ درجه سانتی گراد است.

کلر (هیپوکلریت) :

تزریق کلر درون آب یکی از عملیات‌های پیش تصفیه اسمز معکوس است که برای جلوگیری از گرفتگی بیولوژیکی ممبران، استفاده می‌شود. لایه انتخابگر ممبران اسمز معکوس معمولا از جنس پلی آمید ساخته شده است و این لایه، که وظیفه اصلی حذف مواد و آلودگی‌ها را از آب انجام می دهد، در در برابر حضور کلر آسیب پذیر است. حد مجاز کلر آزاد برای ممبران کمتر از ۰/۱ میلی گرم در لیتر می باشد، و بیشتر از این مقدار می‌تواند لایه پلی آمیدی غشا را تخریب کرده و عملکرد آن را با مشکلات جدی مواجه کند.

افزایش طول عمر ممبران اسمز معکوس صنعتی:

به طور معمول، انتظار می رود ممبران RO حداقل ۲ سال عمر مفید داشته باشد. ولی عوامل زیادی بر طول عمر آن تاثیر دارد. یکی از مهمترین عامل ها کیفیت آب خوراک است. برای جلوگیری از آسیب به ممبران و افزایش طول عمر آن، همیشه قبل از ورود آب خوراک به سیستم RO از پیش تصفیه های مختلفی استفاده می شود. همچنین طراحی درست و اصولی یک سیستم تصفیه آب از مهم‌ترین مواردی است که می‌تواند دوام ممبران‌ها را تضمین کند. البته به اهمیت نگهداری و شستشوی ممبران‌ها نیز باید توجه ویژه‌ای داشت.

اهمیت طراحی در افزایش طول عمر و دوام ممبران اسمز معکوس:

متأسفانه در ایران به اهمیت طراحی سیستم تصفیه آب کمتر توجه می‌شود و این نه‌تنها باعث می‌شود سیستم به‌درستی کار نکند، بلکه عمر و دوام ممبران‌ اسمز معکوس را هم بشدت کاهش می‌دهد. پس برای اینکه بتوانیم از ماژول‌های دستگاه تصفیه آب صنعتی به مدت طولانی استفاده کنیم و در هزینه‌ها صرفه جویی کنیم، اولین قدم ما باید اطمینان از طراحی سیستم باشد.

افزایش طول عمر فیلتر ممبران RO از طریق کاهش فولینگ یا گرفتگی:

ماژول های اسمز معکوس وقتی عملیات تصفیه را انجام می‌دهند، به مرور عملکرد خود را از دست می دهند. فولینگ (Fouling) یا گرفتگی اصلی ترین دلیل کاهش عملکرد غشا است. اگر چه استفاده از پیش تصفیه RO می‌تواند تا حد زیادی این گرفتگی ها را کاهش دهد، ولی فولینگ در تمام فرآیندهای غشایی امری اجتناب ناپذیر است. مواد جامد معلق، میکروارگانیسم ها و دیگر ذرات روی سطح غشای RO ایجاد رسوب می‌کنند و باعث فولینگ می‌شوند.

شستشوی ممبران اسمز معکوس:

همان‌طور که گفتیم فولینگ در سیستم اسمز معکوس پدیده‌ای اجتناب ناپذیر است. حتی اگر بهترین طراحی را انجام دهیم و از پیشرفته‌ترین پیش تصفیه‌ها نیز استفاده کنیم باز هم فولینگ و گرفتگی روی سطح ممبران‌‌ ایجاد می‌شود. ولی عملیات شستشو می‌تواند راه‌ گشا باشد و این رسوبات ایجاد شده روی سطح غشا را تمیز کند. شستشوی دوره‌ای ممبران RO یکی دیگر از راه کارهای کم هزینه است، که اگر به طور منظم انجام شود می تواند باعث افزایش هر چه بیشتر طول عمر ممبران شود.

شرکت های تولید کننده ممبران اسمز معکوس:

تا چند سال پیش تکنولوژی ساخت ممبران در انحصار چند کشور خاص شامل آمریکا، آلمان و ژاپن بود. ولی امروزه کشورهای دیگری به این تکنولوژی دست یافته اند و یا امتیاز آن را خریداری کرده اند.

شرکت DOW ( ایالات متحده آمریکا )

شرکت DOW در زمینه های مختلفی فعالیت می کند که یکی از فعالیت‌های آن تولید ممبران اسمز معکوس برای سیستم‌های تصفیه آب در همه ابعاد خانگی و صنعتی است. این شرکت ماژول های غشایی خود را با نام تجاری FilmTec به بازار عرضه می‌کند. امروزه کیفیت بسیار بالای ماژول‌های FilmTec، آن‌ها را به محبوب‌ترین فیلترهای ممبران RO در دنیا تبدیل کرده است.

شرکت Toray ( ژاپن )

فعالیت اصلی این شرکت طراحی سیستم های تصفیه آب و تولید ممبران است. شرکت Toray در سراسر دنیا دفتر نمایندگی دارد که یکی از آن ها در خاورمیانه قرار دارد.

شرکت Koch ( آمریکا )

این شرکت آمریکایی طیف وسیعی از غشاهای (UF، MF، RO، NF ) و سیستم های مختلف را برای استفاده در تصفیه آب آشامیدنی، فاضلاب صنعتی و شهری، صنایع لبنی، و … به بازار عرضه می‌کند. همچنین، راه حل هایی برای صنایع مختلف از جمله مواد غذایی، خودرو، صنایع نساجی، صنایع دارویی و زیستی و … با استفاده از فرایندهای غشایی ارائه می دهد.