نمک‌زدائی به روش اسمز معکوس

شرح فنی فرآیند
برای نمک زدائی از دو فرآیند غشائی اسمز معکوس (RO)
و الکترودیالیز (ED) استفاده می‌شود. فرآیند
الکترودیالیز معمولاً در آمریکای لاتین و دریای
کارائیب کاربردی ندارد. در فرآیند اسمز معکوس آب
محلول نمکی (شور) بافشار تنظیم شده باعبور از یک
غشاء نفوذپذیر نسبت به آب از نمک‌های موجود در محلول
جدا می‌شود. اختلاف فشار ایجاد شده بین فشار آب
ورودی و آب حاصل باعث عبور جریان آب از غشاء
نفوذناپذیر می‌شود و فشار اولیه آب ورودی انرژی
زیادی لازم است میزان فشار لازم جهت انجام عمل
نمک‌زدائی برای آب‌های شور از ۲۵۰ تا Psi ۴۰۰ و برای
آب دریا از ۸۰۰ تا ۱۰۰۰Psi می‌باشد.
در عمل آب ورودی به یک محفظه بسته در برابر غشاء پمپ
تا فشارش تنظیم شود. با عبور آب حاصل از غشاء، آب
ورودی باقیمانده و محلول شور مدام غلیظ‌تر می‌شوند و
به‌منظور کاهش غلظت املاح محلول باقیمانده باید بخشی
از این محلول ورودی غلیظ شده شور از محفظه خارج شود.
اگر این املاح تخلیه نشوند غلظت املاح موجود در آب
ورودی افزایش می‌یابد و برای غلبه بر فشار اسمزی که
به‌طور طبیعی افزایش یافته نیاز به انرژی ورودی
زیادی می‌باشد. روش اسمز معکوس دارای چهار فرآیند
مهم می‌باشد: ۱) پیش تصفیه ۲) تنظیم فشار ۳) جداسازی
غشائی ۴) پس تصفیه
● پیش تصفیه
آب ورودی به‌وسیله خارج کردن ذرات جامد معلق، تنظیم
PH و قرار دادن یک مانع برای جلوگیری و کنترل گرفتگی
منافذ غشائی به‌وسیله ذراتی نظیر: سولفات کلسیم، از
بیش تصفیه می‌شود تا متناسب با اندازه منافذ غشاها
شود.
● تنظیم فشار
پمپ فشار آب ورودی را به اندازه‌ای بالا می‌برد تا
مناسب با منافذ غشاء و میزان نمک موجود در آب ورودی
شود.
● جداسازی
آب حاصل از فرآیند نمک‌زدائی از غشاهای نفوذپذیر
عبور می‌کنند در حالی که این غشاها منابع عبور
نمک‌های محلول می‌شوند. عبور آب ورودی از غشاء منجر
به تولید جریان آب شیرین و جریان آب شور تغلیظ شده
می‌شود. از آنجائی که غشاها نمی‌توانند کاملاً مانع
عبور نمک‌های محلول در آب شوند، درصد ناچیزی از نمک
از غشا عبور می‌کند و در آب حاصل باقی می‌ماند. نحوه
قرار گرفتن غشاهای مارپیچی و رشته‌ای کوچک تو خالی
از رایج‌ترین غشاهای مورد استفاده می‌باشند.
معمولاً غشاها را از استات سلوز، پلی‌آمیدهای
آروماتیک و یا امروزه از ترکیبات با لایه نازکی از
پلیمر می‌سازند. از هر دو نوع غشا برای نمک‌زدائی
آب‌شور و آب دریا استفاده می‌شود گرچه نوع غشا و
ساختمان مجرای فشار بسته به فشارهای عملیاتی مختلف
مورد استفاده برای همه دو نوع آب متفاوت می‌باشد.
● پایابی
قبل از انتقال آب حاصل از غشا به سیستم توزیع و مصرف
آن به‌عنوان آب آشامیدنی باید PH آن تنظیم و گاز
زدائی شود. آب حاصل از میان ستون تهویه عبور می‌کند
و Ph ان تقریباً از ۵ به ۷ افزایش می‌یابد. در بیشتر
مواقع آب حاصل در مخزن ذخیره می‌شود تا بعدها مورد
استفاده قرار گیرد.
● موارد کاربرد
از سال ۱۹۶۰ تا ۱۹۸۰ (در طی ۲۰ سال) ظرفیت
دستگاه‌های نمک‌زدائی اسمز معکوس فروخته یانصب شده
۱،۰۵۰،۶۰۰ متر مکعب در روز بوده است. در طی ۱۵ سال
گذشته به‌دلیل کاهش هزینه و پیشرفت‌های فنی این
ظرفیت رو به افزایش بوده است. آب نمک زدائی شده به
روش اسمز معکوس برای آشامیدن مناسب و دارای مصارف
صنعتی و کشاورزی می‌باشد.
● آب آشامیدنی
از فن‌آوری اسمز معکوس اخیراً در آرژانتین و منطقه
شمال شرق برزیل برای نمک‌زدائی آب‌های زیرزمینی مورد
استفاده قرار می‌گیرد. نحوه طراحی غشاهای جدید به
گونه‌ای است که در فشارهای بالاتر (۷ تا ۵/۸ اتمسفر)
قابل بهره‌بردای هستند و دارای کارآئی بیشتری نیز
می‌باشند (۶۰ تا ۷۵ درصد از املاح (نمک) به اضافه
تقریباً همه موجودات ریز زنده، ویروس‌ها، باکتری‌ها
و سایر آلاینده‌های شیمیائی از آب ورودی می‌شوند).
● صنعت
در صنایعی نظیر ساخت و تولید قطعات الکتریکی مخصوصاً
صنایع غذائی و فرآورده‌های داروئی نیاز به آب خالص
است که از اسمز معکوس به‌عنوان عامل فرآیند تولید
جائی که غلیظ شدن و یا تجزیه و تفکیک جریانی از مایع
استفاده می‌شود.
● کشاورزی
کشاورزان گلخانه‌ای و آبکشتی نیز اقدام به استفاده
از اسمز معکوس برای نمک‌زدائی و تصفیه آب مورد نیاز
جهت آبیاری کرده‌اند (تعداد باکتری‌ها و نماتدهای
موجود در آب حاصل از اسمز معکوس رو به کاهش است که
این مسئله همچنین باعث کنترل بیماری‌های گیاهان نیز
می‌شود). در ایالت فلوریدای آمریکا کشاورزی که تولید
کننده خیارهای اروپائی در گل‌خانه‌ای به اندازه ac۲۲
است. برای آب‌یاری به‌جای استفاده از آب‌های سطحی
آلوده از یک منبع آب زیرزمینی شور که به روش اسمز
معکوس نمک‌زدائی شده است استفاده کرده که محصولش از
۴۰۰۰dozen خیار در روز به ۷۰۰۰dozen افزایش یافته
است. دستگاه اسمزی به ظرفیت ۳۰۰۰ لیتر در روز آبی با
کمتر از ۱۵ میلیگرم لیتر سدیم تولید می‌کند.
در برخی از جزایر دریای کارائیب مانند آنتیگوا، با
هاماس و جزایر دست نخورده انگلیس از فن‌آوری اسمز
معکوس برای تأمین ذخایر آب همگانی که نسبتاً موفق
نیز بوده است استفاده می‌شود. شرکت آب آنتیگوا با
استفاده از ۵ دستگاه اسمز معکوس آب مورد نیاز منطقه
را تأمین می‌کند. هر دستگاه اسمز معکوس ظرفیتی معادل
۷۵۰،۰۰۰ لیتر در روز دارد.
از ژانویه ۱۹۹۴ تا جون ۱۹۹۵ (در طی ۱۸ ماه) دستگاه
آنتیگوا آبی در حدود ۱/۶ تا ۷/۹ میلیون لیتر در روز
تولید کرده است.
علاوه بر این هتل‌های بزرگ و یک شرکت بطری سازی نیز
مجهز به دستگاه‌های نمک‌زدائی شده‌اند.
در جزایر دست نخورده انگلیس کل آب مورد نیاز
جزیرهتورتولا و تقریبا ۹۰ درصد آب مورد نیاز
جزیرهدست نخورده گورد با استفاده از نمک‌زدائی تأمین
می‌شود. در تورتولا با استفاده از ۴۰۰۰ اتصال آبی
موجود، آب مورد نیاز ساکنان آن که در حدود ۱۳۵۰۰ نفر
و بازدید کنندگان که تقریباً ۲۵۶،۰۰۰ نفر در سال
هستند، تأمین می‌شود. در سال ۱۹۹۴شرکت آب تورتولا
۹۵۰ میلیون لیتر آب نمک‌زدائ شده خریداری کرد.
جزیره گورد دارای دو دستگاه نمک‌زدائی آب دریا است
که هر دو دستگاه دارای دو ورودی به دریا هستند که در
حدود ۴۵۰ متر در امتداد دریا گسترده شده‌اند. این
دستگاه‌ها ساکنان این منطقه را که حدود ۲۵۰۰نفر
هستند و گردشگران سالیانه آن که در حدود ۴۹۰۰۰ نفر
می‌باشند تحت پوشش قرار داده است. در گورد حدود ۶۷۵
مشترک آب شهری وجود دارد.در سال ۱۹۹۴ شرکت آب جزیره
گورد ۸۰ میلیون لیتر آب برای توزیع خریداری کرد. در
آمریکای جنوبی مخصوصاً در نواحی روستانشین آرژانتین،
برزیل و شیلی شمالی از روش اسمز معکوس برای
نمک‌زدائی کمتر استفاده می‌شود.
● راه‌اندازی و نگهداری
در طی ۱۵ سال گذشته نحوه استفاده و کار با فن‌آوری
اسمز معکوس بهتر شده است و تعداد کمی از دستگاه‌ها
دارای مشکلات کاربردی دراز مدتی بوده‌اند. زمانی که
دستگاهی که دارای طراحی و ساخت مناسبیاست نصب
می‌شود. برای استفاده از فن‌آوری اسمز معکوس باید
سیستم به‌طور روزانه کنترل شود وی ک برنامه سازمان
یافته‌ای جهت حفاظت پیشگیرانه وجود داشته باشد.
محافظت پیشگیرانه شامل کالیبره کردن وسایل، تنظیم
پمپ، بررسی و تنظیم سوخت شیمیائی، یافتن محل نشت و
تعمیر آن، تعمیر ساختاری سیستم براسا یک برنامه
زمان‌بندی شده می‌باشد. مشکل اصلی کاربردی (عملیاتی)
که مرتبط می‌شود به استفاده از دستگاه‌‌های اسمز
معکوس؛ گرفتگی منافذ غشاها می‌باشد.
گرفتگی زمانی ایجاد می‌شود که منافذ غشاها به‌وسیله
املاح یا ذرات ریز معلق مسدود می‌شوند که این مسئله
باعث کاهش مقدار آبی می‌شود که می‌تواند تصفیه شود.
گرفتگی غشاء را می‌توان به‌وسیله شستشو یا تمیز کردن
(هر ۴ ماه یکبار) و یا به‌وسیله تعویض قطعات صافی
فشنگی (هر ۸ هفته یک بار) بر طرف کرد. عمر غشاها در
آرژانتین ۲ تا ۳ سال است گرچه در کاتالوگ عمر آن
بیشتر گزارش شده است.
جهت راه اندازی، نگهداری، کنترل و تنظیم دستگاه‌های
اسمز معکوس کادر مهندسی آموزش دیده مورد نیاز برای
دستگاهی به ظرفیت ۲۰۰ متر مکعب در روز تقریباً یک
نفر و دستگاهی به ظرفیت ۴۰۰۰ متر مکعب در روز سه نفر
می‌باشد.
● پیچیدگی دستگاه
با توجه به هزینه زیاددستگاه‌های اسمز معکوس، تنها
شرکت‌های خدماتی نظیر شرکت آب با تعداد زیادی مصرف
کننده و صنایع و هتل‌ها از این تکنولوژی استفاده
می‌کنند.
در نواحی روستانشین جائی که هیچ راه دیگری برای
تأمین آب وجود ندارد از دستگاه‌های اسمز معکوس با
ظرفیت کم، استفاده می‌شود. در مناطقی نظیر جزایر دست
نخورده انگلیس، دولت زمین مورد نیاز را تأمین و
مالیات و بخشودگی‌های مالیاتی را پرداخت و کیفیت و
کمیت آب حاصل را کنترل می‌کند. دولت همچنین آب را
توزیع کرده و در برخی موارد در راه اندازی دستگاه‌ها
نیز مشارکت می‌کند.
● هزینه‌ها
علاوه بر سرماه اصلی جهت راه اندازی دستگاه‌های اسمز
معکوس هزینه‌هائی نظیر برق، تعویض غشاء، و کارگر نیز
وجود دارد.
تمام فن آوری‌های نمک‌زدائی متداول نیاز به انرژی
زیادی دارند. مجمع بین‌المللی نمک زدائی با طراحی
برنامه نرم‌افزاری درباره هزینه‌های نمک‌زدائی آب
دریا باعث فراهم آوردن ابزارهای ریاضی (دقیق و حساب
شده) به منظور بر آورد سرمایه نسبی و کل هزینه‌های
مربوط به فرآیندهای نمک‌زدائی آب دریا شده است.
● سودمندی فن‌آوری
۲۵ سال پیش محققان تلاش می‌کردند تا با استفاده از
فشار ۶۰۰psi و با عبور جریانی معادل ۱۸۰ از غشا سبب
جدا شدن آب از آب ورودی شوری که دارای ۹۰ درصد نمک
است (کل املاح محلول در آب ۱۵۰۰ میلیگرم در لیتر)
شوند.
امروزه تأسیسات آب‌های شور می‌توانند ۹۸ درصد از نمک
آب ورودی که کل املاح محلول آب ۲۵۰۰ تا ۳۰۰۰ میلیگرم
در لیتر می‌باشد را با استفاده از فشار ۶/۱۳ تا ۱۷
اتمسفر و با عبور جریانی معادل ۲۴ متر مکعب در روز و
با ضمانت ۵ سال کار بدون تعویض غشا جدا کنند.در
پیشرفته‌ترین فن‌آوری روز به جای استفاده از غشاهای
استات سلولز و پلی آمید از غشاهای مرکب با لایه نازک
استفاده می‌کنند.
غشاهای مرکب می‌توانند در میدان بیشتری از تغییرات
PH در دما‌های بالاتر و در محدوده شیمیائی وسیعتری
کار کنند و نسبت به شرایط و استفاده‌های نادرست
موجود در بیشتر مصارف صنعتی مقاوم می‌باشند. به‌وطر
کلی با گذشت زمان بهبود کارآئی دستگاه‌های نمک‌زدائی
اسمز معکوس افزایش یافته تا جائی که دیگر غشاها دچار
گرفتگی و انسداد نمی‌شوند. استفاده از این تکنولوژی
در مناطقی که به‌راحتی به آب دریا و یا آب‌های
زیرزمینی شور دسترسی دارند مناسب می‌باشد.
● مزایا
▪ روش انجام فرآیند کار ساده‌ای است، تنها مشکل
یافتن یا تولید کردن یک منبع آب ورودی بدون مواد
خارجی می‌باشد که این مسئله سبب می‌شود تا غشا کمتر
نیاز به شستشو داشته باشد.
▪ ممکن است نحوه مونتاژ دستگاه‌ها از قطعات از پیش
بسته‌بندی شده باشد که میزان تولید آب حاصل از چند
لیتر در روز تا ۷۵۰ هزار لیتر در روز برای آب‌های
شوروتا ۴۰۰ هزار لیتر در روز برای آب دریا می‌باشد و
در نتیجه دستگاه‌های اسمز معکوس در مواقع مورد نیاز
برای استفاده از آب ذخیره بسیار مناسب می‌باشد.
▪ هزینه نصب پائین
▪ ظرفیت تولید دستگاه‌های اسمز معکوس خیلی زیاد است
و از ۲۵،۰۰۰ تا ۶۰،۰۰۰ متر مکعب در روز می‌باشد.
▪ در ساخت دستگاه‌ها از مواد غیر فلزی که به نگهداری
کمتری نیاز دارند استفاده می‌شود.
▪ بای تولید ۱۰۰۰ لیتر آب حاصل از آب شور از ۱ تا ۳
کیلووات ساعت انرژی مورد نیاز می‌باشد.
فن‌آوری‌های اسمز معکوس می‌توانند از منابع آبی
نامحدودی چون دریا استفاده کند.
▪ به‌جزء نیاز به تخلیه آب شور اسمز معکوس دارای اثر
زیست محیطی بسیار ناچیزی دارد.
▪ این فن‌آوری استفاده از مواد شیمیائی را به حداقل
می‌رساند.
● معایب
▪ استفاده درست از غشاها
▪ معمولاً باید برای خروج ذرات بسیار ریز آب ورودی
از پیش تصفیه شود (به‌منظور افزایش طول عمر غشاء)
▪ در هنگام طوفان ممکن است وقفه‌ای در کار
دستگاه‌هائی که از آب دریا استفاده می‌کنند ایجاد
شود (به‌دلیل افزایش تعلیق ذرات بسیار ریز و افزایش
ذرات جامد معلق در آب دریا در واحد حجم).
▪ برای به کار انداختن دستگاه اسمز معکوس نیاز به
مصالح و تجهیزات استاندارد با کیفیت بالا می‌باشد.
▪ اغلب برای طراحی، ساخت و راه‌اندازی دستگاه‌ها
نیاز به افراد مجرب خارجی می‌باشد.
▪ باید لیستی از قطعات یدکی تهیه شود مخصوصاً اگر
دستگاه‌ها ساخت کشور خارجی باشند.
▪ برای جلوگیری از اثرات زیان بخش زیست محیطی باید
برای خارج کردن آب‌های خیلی شور دقت کافی به‌عمل
آید.
▪ در این فن‌آوری خطر آلوده شدن غشاها با باکتری‌ها
وجود دارد. وجود باکتری‌ها در جریان آب‌شور سبب رشد
آنها در روی غشا و این امر سبب بدبو و بدمزه شدن آب
حاصل می‌شود.
▪ فن‌آوری‌های نمک‌زدائی به منبع انرژی مطمئنی نیاز
دارند.
▪ فن‌آوری‌های نمک‌زدائی در مقایسه با سایر روش‌ها
نظیر استخراج آب‌های زیرزمینی یا بهره‌برداری از آب
باران بسیار پرهزینه هستند.
● پذیرش فرهنگی
چنین استنباط می‌شود که فن‌آوری اسمز معکوس پزهزینه
و پیچیده هستند و این‌که استفاده از این فن‌آوری
محدود می‌شود به مناطق ساحلی دارای آب‌های زیرزمینی
شور که دسترسی به فن‌آوری‌های متداولتر را ندارند،
بالتبع استفاده از این روش در شرایط معمولی که امکان
دسترسی به آب شرب از روش‌های ساده‌تر امکان‌پذیر
است، رایج‌ نمی‌باشد

سایت بهداشت محیط ایران

سایت بهداشت محیط ایران