شیوه عملکرد سیستم اسمز معکوس در تصفیه آب

اسمز معکوس فرآیندی است که از طریق آن مواد جامد محلول و غیر آلی (مانند نمک) از درون یک محلول (مانند آب) حذف می شوند. این امر با استفاده از تحت فشار قرار دادن آب مصرفی در منزل، و جاری کردن آن از میان یک غشای نیمه تراوا انجام می گردد. این غشا (که به ضخامت یک سلفون است) به آب اجازه عبور می دهد، در حالی که ناخالصی ها و مواد آلاینده قادر به رد شدن از آن نمی باشند. سپس، این ناخالصی ها و آلاینده ها از سیستم خارج می شوند.

عوامل موثر بر شیوه عملکرد سیستم اسمز معکوس ، عبارتند از

  • فشار آب ورودی
  • درجه حرارت آب
  • نوع و مقدار کل جامدات محلول (TDS) در آب لوله کشی
  • کیفیت فیلترها و ممبرین های استفاده شده در سیستم RO

نمایی از یک ممبرین اسمز معکوس

ممبرین اسمز معکوس
ممبرین اسمز معکوس

سیستم اسمز معکوس چه موادی را حذف می کند؟

ممبرین اسمز معکوس قادر است که ناخالصی ها و ذرات بزرگتر از ۰٫۰۰۱ میکرون را حذف کند.

حذف ناخالصی ممبران اسمز معکوس
حذف ناخالصی ممبران اسمز معکوس

مشخصات مربوط به مواد دفع شده با استفاده از ممبرین های RO

درصد دفع عنصر
۸۵ – ۹۴% سدیم
۹۶ – ۹۸% سولفات
۹۴ – ۹۸% کلسیم
۸۵ – ۹۵% پتاسیم
۶۰ –۷۵% نیترات
۹۴ – ۹۸% آهن
۹۵ – ۹۸% روی
۹۵ – ۹۸% جیوه
۹۴ – ۹۶% سلنیوم
۹۶ – ۹۸% فسفات
۹۵ – ۹۸% سرب
۹۲ – ۹۶% آرسنیک
۹۴ – ۹۸% منیزیم
۹۶ – ۹۸% نیکل
۸۵ – ۹۲% فلوراید
۹۴ – ۹۸% منگنز
۹۵ – ۹۸% کادمیوم
۹۵ – ۹۸% باریوم
۸۴ – ۹۲% سیانید
۸۵ – ۹۲% کلراید

* مقدار درصدها می توانند بر حسب نوع غشا، فشار آب، درجه حرارت و TDS آب، تغییر کنند.

اجزای اصلی تمامی سیستم های اسمز معکوس

  • شیر آب سرد (Cold Water Line Valve) : این شیر بر روی لوله آب سرد نصب می شود و قسمتی دارد که توسط آن به ورودی فیلتر پیش تصفیه متصل می گردد. در حقیقت منبع تامین کننده ی آب برای سیستم RO محسوب می شود.
  • فیلتر (یا فیلترهای) پیش تصفیه (Pre-Filter(s)): آب از طریق لوله ی تامین کننده ی آب سرد، وارد اولین پیش فیلتر موجود در دستگاه اسمز معکوس می شود. امکان دارد که در یک سیستم اسمز معکوس، بیش از یک پیش فیلتر وجود داشته باشد. اغلب پیش فیلترهای استفاده شده از نوع فیلترهای رسوبی هستند. از این فیلترها برای حذف شن، گل و لای، و رسوبات دیگر استفاده می کنند. علاوه بر این، از فیلترهای کربنی هم برای حذف کلر استفاده می کنند، زیرا کلر، تاثیری منفی بر روی ممبرین های TFC (thin film composite) و TFM (thin film material) بر جای می گذارد. در مواردی که ممبرین CTA (cellulose tri-acetate) در سیستم اسمز معکوس مورد استفاده قرار گرفته باشد، از فیلتر کربن به عنوان پیش فیلتر استفاده نمی شود.
  • ممبرین اسمز معکوس (RO Membrane): ممبرین اسمز معکوس در حقیقت قلب سیستم می باشد. معمولاً از ممبرین spiral wound استفاده می شود که دو نوع دارد: ممبرین CTA (cellulose tri-acetate) که در برابر کلر مقاوم است، و ممبرین                           TFC/TFM (thin film composite/material) که در برابر کلر مقاوم نیست.
  • پست فیلتر(ها) (Post Filter(s)): آب تصفیه شده پس از خروج از مخزن ذخیره ی RO و قبل از وارد شدن به شیر RO، از میان پست فیلترها (post filters) عبور می کند. پست فیلتر معمولاً از نوع کربنی انتخاب می شوند (کربن گرانولی و یا کربن بلاک). در این قسمت هر گونه مزه و بوی باقیمانده در آب تصفیه شده، حذف می گردد.
  • شیر اتوماتیک قطع کننده جریان (Automatic Shut Off Valve (SOV)): به منظور حفظ آب، سیستم RO به یک شیر shut off اتوماتیک مجهز می باشد. وقتی که مخزن ذخیره پر می شود ( که البته این امر بستگی به فشار آب ورودی نیز دارد)، این شیر مانع از ورود بیشتر آب به ممبرین می شود، بنابراین تصفیه ی آب متوقف می گردد. با بسته شدن این شیر، جریان آب به بخش تخلیه نیز قطع می شود. هنگامی که آب به سمت شیر مربوط به آب آشامیدنی RO هدایت می شود، فشار مخزن کاهش می یابد و شیر قطع کننده ی اتوماتیک، باز می شود. به این ترتیب آب به سمت ممبرین، و پساب به سمت خروجی مخصوص هدایت می شود.
  • شیر یکطرفه (Check Valve): یک عدد شیر یکطرفه در قسمت خروجی محفظه ی مربوط به ممبرین نصب می شود. این شیر از برگشت جریان آب تصفیه شده به مخزن ذخیره ی سیستم RO جلوگیری می کند. برگشت جریان می تواند باعث پارگی ممبرین شود.
  • محدود کننده جریان (Flow Restrictor): جریان آب داخل ممبرین RO توسط یک عدد کنترل کننده ی جریان تنظیم می شود. کنترل کننده های جریان در انواع بسیار گوناگونی وجود دارند. این دستگاه، نرخ شدت جریان لازم برای به دست آوردن آب آشامیدنی با بالاترین کیفیت را ثابت نگه می دارد (مبتنی بر ظرفیت ممبرین). همچنین این دستگاه کمک می کند که فشار در سمت ورودی ممبرین ثابت نگه داشته شود. بدون کنترل کننده ی جریان، تولید آب آشامیدنی بسیار کم می شود زیرا کل آب ورودی از مسیری جاری می شود که دارای کمترین مقاومت است و به آسانی به سمت لوله ی تخلیه هدایت می گردد. کنترل کننده ی جریان بر روی لوله ی تخلیه RO نصب می شود.
  • مخزن ذخیره (Storage Tank): یک مخزن ذخیره ی استاندارد برای سیستم RO، تا ۲٫۵ گالن آب را می تواند ذخیره کند. وقتی مخزن پر است، یک کیسه داخلی (bladder) ، آب تحت فشار را در مخزن نگه می دارد.
  • شیر آب (Faucet): دستگاه RO ، دارای یک شیر آب مخصوص به خود است که معمولاً بر روی سینک آشپزخانه قرار می گیرد.
  • لوله مخصوص تخلیه (Drain line): این خط لوله در انتهای خروجی محفظه ی ممبرین اسمز معکوس قرار دارد. از این مسیر برای تخلیه ناخالصی ها و آلودگی های موجود در آب ورودی (آب لوله کشی) استفاده می شود. کنترل کننده ی جریان نیز بر روی این لوله نصب می شود.

نموداری از قطعات اصلی اسمز معکوس

شیوه عملکرد سیستم اسمز معکوس در تصفیه آب
شیوه عملکرد سیستم اسمز معکوس در تصفیه آب

 

فروشگاه دستگاه تصفیه آب خانگی و دستگاه تصفیه آب صنعتی عمران سازان مهاب

تصفیه آب با سیستم های RO چه مزایا و چه معایبی دارد؟

اسمز و حذف مواد معدنی از آب آشامیدنی

بطور کلی اسمز معکوس می تواند موادی همچون نمک، منگنز، آهن، فلوراید، سرب و کلسیم را حذف کند (Binnie et. al., 2002). بیشتر ترکیبات معدنی موجود در آب از نظر فیزیکی بزرگتر از مولکولهای آب هستند و بدین جهت در غشای نیمه تراوا بدام می افتند و زمانی که آب شرب با استفاده از سیستم RO فیلتر می شود، از آن جدا می گردند (AllAboutWater.org, 2004). البته کسانی که از این سیستم استفاده می کنند همواره از جدا شدن مواد معدنی از آب شرب‌ خود نگران هستند.

اسمز معکوس مواد معدنی را حذف می کند

اسمز معکوس (RO) بیش از ۹۰ تا ۹۹٫۹۹٪ از کل آلاینده های موجود در منبع آب آشامیدنی، از جمله مواد معدنی را حذف می کند (شکل ۱ را ببینید). چون مولکولهای مواد معدنی بزرگتر از مولکولهای آب هستند، سیستم RO آنها را جدا می کند. موضوع مربوط به مواد معدنی و سیستم RO ، باعث بروز اختلافاتی میان اندیشمندان حوزه های آب و سلامت شده است. سازمان بهداشت جهانی (WHO) به روشنی تاکید دارد که اکثر مواد معدنی لازم برای حفظ سلامت انسان باید از طریق مواد غذایی و مصرف مکمل ها، و نه از طریق نوشیدن آب، تامین شوند. علاوه بر این، مواد معدنی موجود در آب می توانند برای سلامت انسان مضر باشند. ثابت شده است که کلسیم و منیزیم از عناصر ضروری برای بدن انسان هستند (WQA, 2011). با این حال برخی با استناد به دلایلی ضعیف، ادعا می کنند که ما باید کمبود این عناصر را از طریق مصرف آب جبران کنیم (WQA,2011). آب لوله کشی دارای مواد معدنی مختلفی است که بدن انسان به سختی قادر به جذب آنهاست (Misner, 2004). گمان می رود که وجود این مواد باعث بروز بسیاری از بیماری ها همچون سختی شریان ها (hardening of the arteries)، ورم مفاصل (arthritis)، سنگ کلیه (kidney stones)، سنگ کیسه صفرا (gall stones)، گلوکوم یا آب سیاه (glaucoma)، آب مروارید (cataracts)، کاهش شنوایی (hearing loss)، آمفیزم یا نفخ (emphysema)، دیابت (diabetes) و چاقی (obesity) می شود. مواد معدنی موجود در آبهای لوله کشی، مخصوصا در آبهایی با سخت بالا، به سختی جذب می شوند، و یا توسط بافتهای سلولی دفع می گردند و در صورت تخلیه نشدن، وجود آنها موجب مسدود شدن شریان ها و آسیب های داخلی می گردد (Dennison,193;Muehling,1994;Banik,1989).

مزایا و معایب تصفیه آب با سیستم های RO
مزایا و معایب تصفیه آب با سیستم های RO
(شکل ۱) ممبرین اسمز معکوس (منبع: DOI-BUR, 2009)

مواد معدنی آلی در برابر مواد معدنی غیر آلی

مواد معدنی موجود در آب بر دو نوعند، آلی و غیر آلی. فیزیولوژی بدن انسان از نظر بیولوژیکی مایل به ترکیب با مواد معدنی آلی است. بسیاری از مواد معدنی آلی برای عملکردهای بدن ما از طریق مواد غذایی گیاهی تامین می شوند (Misner, 2004). یک گیاه در حال رشد، مواد معدنی غیر آلی را از خاک جذب می کند و آن را به یک ماده معدنی آلی و مفید تبدیل می نماید (Misner, 2004). وقتی یک ماده معدنی آلی ( حاصل از مواد غذایی گیاهی) وارد معده می شود، باید خود را به یک مولکول پروتئینی خاص وصل کند (chelation) تا بتواند جذب گردیده و برای بافتهایی که به آن نیاز دارند قابل دسترسی شود (Misner, 2004). هنگامی که یک ماده معدنی گیاهی وارد بدن انسان می شود، به عنوان یک کوآنزیم (coenzyme – ترکیبی غیرپروتئینی که برای انجام عملکرد یک آنزیم ضروری است) برای تشکیل مایعات بدن، تشکیل سلول های خونی و استخوانی، و نیز حفظ سلامت انتقال دهنده های عصبی مورد استفاده قرار می گیرد (Balch & Balch 1990).

اسمز معکوس بر روی pH آب تاثیر اندکی می گذارد

وقتی که آب را مصرف می کنید و درون معده شما با مواد غذایی در تماس قرار می گیرد، سطح pH آن بطور خودکار تغییر می کند (Wise, 2011). حتی اگر معده خالی باشد باز هم این اتفاق رخ خواهد داد زیرا اسید معده شما خود به تنهایی چندین برابر اسیدی تر از آب تصفیه شده توسط سیستم RO (با pH بین ۶ تا ۸) است و مقدار آن در حدود ۲ می باشد (Wise, 2011). بدن انسان به طور ثابت سطح pH را تنظیم می کند تا مقدار متعادل را پیدا کند (شکل ۲ را ببینید). بنابراین در شرایط عادی، مقدار متعادل pH که در حدود ۷٫۴ است همیشه ثابت باقی می ماند (Wise, 2011). بدن سالم بسیار قوی است و می تواند به سرعت و به راحتی به pH مطلوب برسد (Wise, 2011). مقدار pH نوشابه های غیر الکلی و نوشیدنی های ورزشی معمولاً در حدود ۲٫۵ ، آب پرتقال در حدود ۳ ، و قهوه در حدود ۴ است، و این در حالی است که ما این نوشیدنی ها را همواره بدون هیچ گونه مشکلی مصرف می کنیم (Wise, 2011).

تصفیه آب با سیستم های RO مزایا و معایب
تصفیه آب با سیستم های RO مزایا و معایب
(شکل ۲) مقایسه مقادیر pH (منبع: Wise, 2011)

نتیجه گیری در مورد مزایا و معایب دستگاه های RO

آب فیلتر شده یا تصفیه شده توسط سیستم های RO ، خالص، تمیز و سالم می باشد. سیستم تصفیه RO در حال حاضر تنها فن آوری است که می تواند بیشتر آلاینده های ظاهر شده (مانند داروهای تجویزی و پرکلرات) و دیگر آلاینده ها (مانند آرسنیک، سیانید و فلوراید) ، که جداسازی آنها با دیگر روش های تصفیه کار مشکلی می باشد، حذف نماید. مصرف بیشتر مواد معدنی غیرآلی و مضر بدین معنی است که بدن در مدت زمان طولانی تری باید تحت فشار قرار بگیرد تا بتواند موادی که در ابتدا بر عدم مصرف آنها تاکید شده است را جذب کند (Wise, 2011). استفاده کنندگان از سیستم های RO نباید در مورد حذف شدن مواد معدنی نگران باشند. WHO (2009) و WQA (2011) به وضوح متذکر شده اند که بدن انسان بیشتر مواد معدنی مورد نیاز را از طریق غذا و یا مکمل های غذایی، و نه آب آشامیدنی، بدست می آورد.

پیشینه اسمز معکوس و نیمه تراواها

تحقیق در مورد اسمز معکوس در سال ۱۹۵۰ در دانشگاه فلوریدا، جائیکه رید و بوتون که توانستند خاصیت نمک زدایی ممبرین استات سلولز را شرح دهند، آغاز شد.

تاریخچه و پیشینه اسمز معکوس و نیمه تراواها

لوب و سوریرجان، گسترش فرآیند اسمز معکوس در دستگاه تصفیه آب را با ایجاد نخستین ممبرین استات سلولز نا متقارن ادامه دادند.

تحقیق در مورد این پیشرفت خوب و امیدوار کننده منجر به ایجاد پیکربندی بهتر و جدیدتر اجزای اسمز معکوس شد، به طوریکه امروزه این صنعت اکثرا اجزای مارپیچ فنری و در برخی موارد اجزای فیبر توخالی را تولید می کنند. دراوایل سال ۱۹۸۰ تحقیق و بررسی در لابراتوارهای دولتی آمریکا، منجر به تولید نخستین ممبرین پلی آمیر مرکب شد. این ممبرین ها عمدتاً نسبت به ممبرین های سلولزیک، از جریان تراوش و نمک زدایی بالاتری برخوردارند.

پیشینه اسمز معکوس و نیمه تراواها
پیشینه اسمز معکوس و نیمه تراواها

امروزه با معرفی ESPA3 توسط هیدراناتیک ها، این صنعت با ترتیب کاهش بزرگی در مسیر نمک، به افزایش ۲۰ دفعه ای در جریان هر فشار بر روی ممبرین های سلولزیک اصلی رسیده است.

منبع: فروشگاه اینترنتی دستگاه های تصفیه آب خانگی و صنعتی عمران سازان مهاب

[divider]

Research on Reverse Osmosis in 1950 at the University of Florida, where Reed and Button that could explain cellulose acetate membrane desalination property began.

Where were the semi-permeable reverse osmosis?

Loeb and Svryrjan, the process of reverse osmosis membranes, cellulose acetate asymmetric continued with the creation of the first.

Research on this good progress and hopefully lead to better and newer components are configured for reverse osmosis was, as today, the industry often spiral spring components and in some cases produce hollow fiber components. In early 1980, government laboratories to study in America, leading to the production of the first composite membrane was made of Aamir. This membrane mainly to cellulosic membranes, desalination of leakage current and higher.

Today, with the introduction of ESPA3 by Hydranautics, the industry faces a major decrease in the salt, an increase of 20 times during any pressure on the main cellulosic membrane is reached.