RO

اسمز معکوس (Reverse Osmosis)

مقدمه

اسمز معکوس (RO) یک فرآیند تصفیه غشایی است که برای جداسازی اجزای محلول آب مورد استفاده قرار می­گیرد. در این فرآیند از غشاء تحت فشار برای جداسازی استفاده می­شود. غشاء های RO از مواد سنتتیک نیمه تراوا ساخته می­شوند. نیمه تراوا به این معنی است که برخی از اجزاء از آن عبور می­نمایند و برخی دیگر از اجزاء موجود در جریان خوراک، قادر به عبور از آن نیستند. قطر این غشاء ها کمتر از mm1 است. آب با فشار بالا بر روی سطح غشاء پمپ می­شود و همانطور که در شکل شماتیک زیر نشان داده شده است، بخشی از آب از غشاء عبور می­نماید. آب عبوری از غشاء، اصطلاحاً، آب تولیدی (permeate) نامیده می­شود. این آب تقریباً عاری از جامدات محلول است، در حالیکه آب باقیمانده که از غشاء عبور نکرده است آب تغلیظ شده (concentrate) است که به طور متداول، شورابه یا آب دور ریز نامیده می­شود و از انتهای مخزن فشار (pressure vessel) خارج می­شود.

شماتیک فرآیند جداسازی از طریق غشاء اسمز معکوس

کاربردهای اسمز معکوس

کمبود منابع آب شیرین در دنیا به معنی توسعه روز افزون استفاده از RO برای نمک­زدایی آب اقیانوس­ها و دریاهاست. در حدود 5/97 درصد از آب موجود در زمین در اقیانوس­ها است و در حدود 75 درصد از جمعیت جهان در نواحی ساحلی زندگی می­نمایند. شوری آب اقیانوس­ها در محدوده­ی 34000 تا 38000 میلی­گرم در لیتر به صورت کل جامدات محلول (TDS) است، که تقریباً 100 برابر بیش­تر از آب آشامیدنی است (مقدار رهنمون سازمان جهانی بهداشت برای TDS برابر با mg/L 1000 است و ایالات متحده استاندارد ثانویه mg/L 500 را برای آن وضع کرده است).

در حال حاضر، خاورمیانه بزرگ­ترین بازار نمک­زدایی آب اقیانوس را به خود اختصاص داده است به طوریکه 44 درصد از کل ظرفیت نمک­زدایی در خاورمیانه به روش RO انجام می­شود.

سایر کاربردهای RO عبارتد از حذف سختی آب، حذف مواد آلی طبیعی (NOM) به منظور کنترل تشکیل محصولات جانبی گندزدایی (DBP)، نمک­زدایی آب­های زیر­زمینی لب شور و حذف آلاینده­های خاص نظیر آرسنیک، باریوم، فلوراید، نیترات، نیتریت و سلنیوم. همچنین RO به طور موثری برای حذف مواد آلی مصنوعی با وزن مولکولی بالاتر نظیر آفت­کش­ها قابل استفاده است.

توصیف فرآیند

اسمز معکوس برای جداسازی اجزای محلول از آب استفاده می­شود. جریان تحت فشار از سطح غشاء نیمه­تراوا عبور می­نماید و به دلیل اختلاف فشار بین بخش ورودی و تولیدی غشاء، بخشی از آب ورودی از میان غشاء عبور می­نماید. با عبور آب، اجزای محلول زدایش شده و جریان ورودی غلیظ­تر می­شود. آب تولیدی با فشاری نزدیک به فشار اتمسفر خارج می­شود، درحالیکه فشار شورابه در حد فشار آب ورودی باقی می­ماند.

تجهیزات معمول RO در شکل زیر نشان داده شده است. کوچک­ترین واحد فیزیکی در یک واحد غشایی، المان نامیده می­شود. المان­های غشایی در وسل­های تحت فشار قرار می­گیرند. این وسل­ها دارای اتصالات لوله­کشی برای آب تولیدی، آب ورودی و آب دورریز هستند. یک گروه از وسل­های تحت فشار که به صورت موازی بهره برداری می­شوند در اصطلاح stage یا مرحله نامیده می­شوند.

یک سیستم متداول اسمز معکوس همراه با اتصالات آن

به منظور افزایش بازیابی، شورابه مرحله اول به عنوان خوراک به مرحله بعد وارد می­شود که در این حالت تحت عنوان سیستم چند مرحله­ای و گاهی اوقات brine-staged system شناخته می­شود. همچنین می­توان به منظور افزایش مقدار حذف اجزای محلول آب، آب تولیدی مرحله اول را به عنوان خوراک وارد مرحله دوم نمود که در این حالت تحت عنوان two-pass system یا برخی اوقات permeate-staged system نامیده می­شود. در سیستم­های چند مرحله­ای تعداد وسل­های تحت فشار به ترتیب کاهش می­یابد تا سرعت آب ورودی در حد مطلوب حفظ گردد. یک واحد آب شیرین کن که ممکن است دارای یک یا چندین مرحله باشد آرایه (array) نامیده می­شود. شماتیک آرایه­های مختلف در شکل زیر نشان داده شده است.

نسبت آب تولیدی به آب ورودی نرخ بازیابی نامیده می­شود که برای سیستم­های RO آب دریا در حدود 50 درصد است. عوامل محدود کننده­ی بازیابی عبارتند از فشار اسمزی، قطبیت غلظت و حداقل انحلال پذیری نمک­های محلول.