هر گاه دو محلول آب با غلظت های متفاوت نمک، توسط یک غشاء نیمه تراوا، که فقط امکان عبور آب را فراهم می سازد، از هم جدا شده باشند، به صورت طبیعی آب از سمت محلول رقیق به سمت محلول غلیظ منتقل می شود. این فرایند تحت فشاری انجام می شود که آن را فشار اسمزی Osmotic Pressure” ” می نامند:
Π = RT.n / V = R.T.C
:Where
ח( Osmotic pressure (Pa:
(T: Temperature (°K
(R: Ideal gas constant = 8.314 (J/ mol.° K
(C: Concentration gradient (difference
اسمزمعکوس RO) Reverse Osmosis) اسمز Osmosis
حال چنانچه فشاری به اندازهP> )P) روی محلول غلیظ وارد شود، جهت انتقال آب، معکوس می شود. به این ترتیب، آب از محلول شور جدا می شود و آب شیرین تولید می گردد.
برای آب دریاP:400-600 psi (23-27atm) و برای آب لب شور100-150 psi
استات سلولز
پلی آمیدهای حلقوی (B9 برای TDS پائین وB10T برای TDS بالا)
مشکل اصلی غشا گرفتگی یا Fouling می باشد
فیلتراسیون غشایی: فرآیند فیزیکی با استفاده از غشاهای نیمه تراوا جهت حذف ذرات و نمک ها با راندمان بالا و کمترین هزینه های عملیاتی
4 فناوری غشایی که بستگی به اندازه ذرات / مولکولهای حذف شده دارد:
نانوفیلتراسیون و اسمز معکوس Nanofiltration and Reverse Osmosis
نانو فیلتراسیون و اسمز معکوس تنها فن آوری های غشایی هستند جهت حذف یون / نمک از آب!
فرآیند اسمز OSMOSIS
فشار اسمزی Osmotic pressure π
اسمز معکوس Reverse Osmosis
نحوه توسعه غشاهای اسمز معکوس Development of Reverse Osmosis Membranes
غشای کامپوزیت فیلم نازک سیستم اسمز معکوس RO
Thin film composite RO membrane
Crossflow RO membrane filtration
ساختار ماژول غشای کامپوزیت فیلم نازک سیستم اسمز معکوس RO
Structure of thin film composite membrane module
ساختار ماژول های فیلتر غشای متقاطع سیستم اسمز معکوس RO
Structure of thin film composite membrane module
تصویر غشای کامپوزیت فیلم نازک سیستم اسمز معکوس RO
Thin film composite RO membrane module
Operation pressure influence on reverse osmosis
RO Membrane systems, concentration factor
:Example
Recovery = 75 % = 0,75
CF = 1:1-0,75 = 1:0,25 = 4
i.e. there will be a 4-fold salt concentration in the reverse osmosis
concentrate so a 4-fold osmotic pressure
مثال:
راندمان = 75٪ = 0،75
فاکتور تغلیظ CF = 1: 1-0،75 = 1: 0،25 = 4
یعنی هنگامیکه غلظت نمک در پساب سیستم اسمز معکوسRO 4 برابرباشد، فشار اسمزی 4 برابر وجود خواهد داشت.
راندمان حذف املاح محلول در سیستم اسمز معکوس RO
RO Membrane systems, salt passage/salt rejection
راندمان حذف املاح محلول در سیستم اسمز معکوس RO تحت تأثیر عوامل زیر قرار می گیرد:
افزایش فشار سیستم اسمز معکوسRO (کاهش عبور) و همچنین افزایش دمای آب در سیستم اسمز معکوسRO (عبور بیشتر، به دلیل انتشار بیشتر).
سیستم اسمز معکوس RO به یک فشار و درجه حرارت خاص محدود می شود و هیچ عملکرد خطی ندارد. با این حال در سیستم اسمز معکوس RO، اثر فشار بالا قوی تر از درجه حرارت بالاتر است.
بطور معمول میزان عبور املاح محلول در یک سیستم اسمز معکوس RO، بسته به نوع غشا اسمز معکوس RO Membrane و طراحی دستگاه اسمز معکوس RO عموما بین 1 تا 10 درصد است.
ابتدا آب خام به منظور حذف ذرات معلق و كاهش كدورت وارد دستگاه فيلتر شني پیش تصفیه سيستم اسمز معکوس RO مي گردد . پس آز آن جهت حذف طعم و بوي آب از فيلتر كربن اكتيو پیش تصفیه سيستم اسمز معکوس RO عبور كرده و در ادامه ،pH آب ورودي به سيستم اسمز معکوس RO به گونه اي تنظيم مي شود تا از تشكيل رسوب جلوگيري به عمل آيد . جهت حفاظت ممبران های سيستم اسمز معکوس RO ماده شيميايي ضد رسوب ( آنتي اسكالانت ) نيز تزريق مي شود و در مرحله بعد براي حذف ذرات معلق ورودی به ممبرانهایدستگاه اسمز معکوس RO تا قطر 5 ميكرون وارد فيلتر كارتريج مي شود .
پس از آن آب توسط پمپ فشار قوي وارد ممبران هاي دستگاه اسمز معكوس( RO ) مي شود تا آب تصفيه شده كه حداقل 98% املاح خود را از دست داده است حاصل گردد.
تجهیزات و بخش های مختلف سیستم اسمز معکوس RO
شماتیک طراحی کلی دستگاه اسمز معکوس RO
بخش پيش تصفيه سيستم اسمز معکوس RO شامل قسمتهاي زیرمي باشد:
– واحدتزريق كلر سيستم اسمز معکوس RO
– واحد تزريق متا بي سولفيت سديم سيستم اسمز معکوس RO
– واحد تزريق آنتي اسكالانت سيستم اسمز معکوس RO
– واحد تزریق اسید سيستم اسمز معکوس RO
– واحد تزریق سود سيستم اسمز معکوس RO
واحد پيش تصفيه سیستم اسمز معکوس(RO (RO Pretreatment unit برحسب آنالیز آب ورودی به سیستم اسمز معکوسRO شامل همه یا برخی از واحدهای اشاره شده در بخش های زیر و یا بیشتر از آن می باشد:
– سیستم سختی زدایی پيش تصفيه سیستم اسمز معکوسRO
– فیلتر شنی پيش تصفيه سیستم اسمز معکوسRO
– فیلتر کربنی پيش تصفيه سیستم اسمز معکوسRO
– سیستم الترافیلتراسیون پيش تصفيه سیستم اسمز معکوسRO
– کارتریج فیلتر پيش تصفيه سیستم اسمز معکوسRO
– پمپ فشار قويHigh Pressure Pump سیستم اسمز معکوسRO
– ممبران Membrane سیستم اسمز معکوسRO
– پرشر وسل Pressure Vessel سیستم اسمز معکوسRO
– سيستم شستشوي دوره اي CIP سیستم اسمز معکوسRO
– شير آلات و اتصالات سیستم اسمز معکوسRO
– شاسي SKID سیستم اسمز معکوسRO
نمایی از دستگاه اسمز معکوس RO:
1- محفظه های تحت فشار (پرشر وسل) جهت نگهداری ممبرانهای سیستم اسمز معکوس RO
2- تابلو برق دستگاه اسمز معکوس RO جهت کنترل کارکرد سیستم اسمز معکوسRO
3- سیستم شستشوی دوره ای CIP سیستم اسمز معکوس ROکه شامل پمپ CIP، مخزن CIP و کاتریج فیلتر جهت شستشوی ممبرنهای سیستم اسمز معکوس با اسید و باز در نظر گرفته شده است
4- فلومتر (جریان سنج) آب ورودی به سیستم اسمز معکوس RO، پساب سیستم اسمز معکوس RO، آب تولید سیستم اسمز معکوس ROجهت اندازه گیری میزان آب تولید و پساب سیستم اسمز معکوس RO
5- فیلتر کارتریج 5 میکرون جهت پیش تصفیه سیستم اسمز معکوس ROو حذف ذرات تا قطر 5 میکرون
6- EC Meter حسگر میزان حذف املاح محلول توسط سیستم اسمز معکوس RO
7- پمپ فشار قوي سیستم اسمز معکوسRO جهت تامین فشار اسمزی مورد نیاز آب برای عبور از ممبرانهای سیستم اسمز معکوسRO
– سیستم شستشوی دوره ای (CIP) سیستم اسمز معکوسRO
– سیستم فلاشینگ (Flushing) سیستم اسمز معکوسRO
مطابق با استانداردها و دستورالعمل¬هاي سازندگان غشاهای سیستم اسمز معکوس RO، سيستم شستشوي دوره¬اي CIPداراي قطعات به شرح ذيل مي باشد :
– پمپ Low-Pressure Pump, 316 SS or non-metallic composite
– کارتريج فيلتر Cartridge Filter, 5-10 micron
– مخازن محلولسازي Chemical Mixing Tank
– مخازن انتقال مواد شيميايي Chemical Transfer Tank
– هيتر الکتريکي Immersion Heater
– دماسنج Temperature Indicator
– لول¬سنج Lower Level Switch to shut off pump
– فشار¬سنج Pressure Transmitter
– فلومتر Flow Transmitter
– pHمتر pH Meter
پس از خاموش کردن و خارج كردن سيستم اسمز معکوسRO از سرويس، املاح موجود در آب مدت زمان زيادي به حالت راكد باقي مانده و فرصت لازم جهت رسوب در پشت ممبرانهای سيستم اسمز معکوسRO را خواهند داشت. عمليات فلاشينگ سيستم اسمز معکوسRO ، شامل فرستادن آب محصول به داخل سيستم اسمز معکوس RO است و اين كار تا زماني ادامه مي يابد كه آب تغليظ شده به خارج از سيستم اسمز معکوسRO انتقال يافته و تنها آب تصفيه شده سيستم اسمز معکوسRO در تماس با ممبران ها قرار گرفته تا از رسوب املاح در پشت ممبرانهای سيستم اسمز معکوسRO جلوگيري شود.
ساخت تجهیزات سیستم اسمز معکوسRO، نصب وراه اندازي سيستم اسمز معکوس RO
ساخت سيستم تصفيه آب اسمز معکوس RO از 4 بخش اصلي زير تشكيل شده است كه به موازات يكديگر صورت پذيرفته است.
1- ساخت شاسي سيستم اسمز معکوس RO
2- مونتاژ قطعات سيستم اسمز معکوس RO
3- لوله کشي و نصب اتصالات و ابزار دقيق سيستم اسمز معکوس RO
4- ساخت تابلو کنترل سیستم اسمز معکوس RO
مراحل مونتاژ قطعات دستگاه اسمز معکوس RO به شرح ذيل مي باشد:
1- ساخت شاسي دستگاه اسمز معکوس RO
2- رنگ آميزي شاسي دستگاه اسمز معکوس RO
3- نصب محفظه‌هاي تحت فشار دستگاه اسمز معکوس RO
4- نصب ميكرو فيلترها دستگاه اسمز معکوس RO
5- نصب پمپهاي فشار قوي و بوستر پمپ دستگاه اسمز معکوس RO
6- انجام لوله كشي فشار ضعيف دستگاه اسمز معکوس RO
7- انجام لوله كشي‌هاي فشار قوي دستگاه اسمز معکوس RO
8- نصب تابلو برق دستگاه اسمز معکوس RO
9- نصب ابزار دقيق دستگاه اسمز معکوس RO
10- ساخت شاسي سيستم CIP دستگاه اسمز معکوس RO
11- نصب مخزن و ميكرفيلتر دستگاه اسمز معکوس RO و پمپ CIP دستگاه اسمز معکوس RO
12- نصب مخازن سيستم اسمز معکوس RO و پمپهاي واحد تزريق مواد شيميايي دستگاه اسمز معکوس RO
13- كابل كشي ابزار دقيق سيستم اسمز معکوس RO به تابلو برق دستگاه اسمز معکوس RO
14- انجام تست لوله کشي و ابزار دقيق سيستم اسمز معکوس RO و تست کارکرد دستگاه اسمز معکوس RO
1- آب از طريق پمپهاي تغذيه تعبيه شده در کنار مخزن آب فيلتر شده به سمت دستگاه اسمز معکوس RO هدايت گرديده و شير برقي ورودي سيستم اسمز معکوس RO باز مي‌گردد. در صورت کافي نبودن فشار آب ورودي به سيستم اسمز معکوس RO که توسط Pressure transmitter اندازه گيري مي‌شود، پمپ تغذيه Standby سيستم اسمز معکوس RO وارد مدار مي‌گردد.
2- پس از جاري شدن آب، به ترتيب متابي‌سولفيت سديم، آنتي اسکالانت و اسيد کلريدريک توسط پمپهاي تزريق سيستم اسمز معکوس RO قبل از ورود آب به ميکرو فيلترهای دستگاه اسمز معکوس RO تزريق مي‌گردد. همچنين پارامترهاي دما و کلر آزاد موجود در آب توسط ابزار دقيق Temprature transmitter و ORP meter pH meter, نصب شده بر روي سيستم اسمز معکوس RO اندازه گيري و بر روي تابلوي کنترل دستگاه اسمز معکوس RO ثبت مي گردد و در صورت مساعد نبودن شرايط مطابق با برنامه تعريف شده بر روي سيستم اسمز معکوس RO ميزان تزريق مواد شيميايي کم يا زياد خواهد شد.
3- آب پس از ورود به ميکرو فيلترهای سيستم اسمز معکوس RO و عبور از آنها به سمت پمپهاي فشار قوي هدايت مي‌شود.
4- در صورت مورد قبول بودن پارامتر فشار Pressure transmitter، پمپ هاي فشار قوي سيستم اسمز معکوس RO شروع به کار مي‌کنند.
5- آب وارد پرشر وسل‌هاي سيستم اسمز معکوس RO مي شود، و فشار ورودي و خروجي سيستم اسمز معکوس RO تحت کنترل قرار مي‌گيرد.
6- پس از عبور آب از مرحله اول سيستم اسمز معکوس RO، بوستر پمپ جهت تقويت فشار آب وارد عمل شده و آب را وارد وسل‌هاي مرحله دوم سيستم اسمز معکوس RO مي نمايد. فشار قبل و بعد از اين پمپ توسط Pressure transmitter كنترل مي‌گردد.
7- فاضلاب خروجي سيستم اسمز معکوس RO به خارج هدايت شده و ميزان فشار و جريان آن توسط Pressure transmitter و فلومتر اندازه‌گيري شده و بر روي تابلوي کنترل سيستم اسمز معکوس RO ثبت مي گردد.
8- در اين محل آب تصفيه شده توسط سيستم اسمز معکوس RO به مخزن ذخيره آب تصفيه شده سيستم اسمز معکوس RO هدايت مي‌گردد و ميزان جريان توسط فلومتر و ميزان خلوص آب تصفيه شده توسط EC meter نمايش داده مي‌شود.
راه اندازي واحد شستشوی دوره ای CIP دستگاه اسمز معکوسRO
1- در اين مرحله شير برقي خروجي سيستم اسمز معکوس RO باز شده و آب تميز قبل از مخزن ذخيره جهت پر کردن تانک شستشوی دوره ای CIP نيز هدايت شده و آن واحد را جهت عمليات شستشو آماده مي‌سازد. پس از پر شدن تانك مذكور شير برقي سيستم اسمز معکوس RO با فرمان فلوتر بسته مي‌شود.
2- هنگام شستشوي دوره اي سيستم اسمز معکوس RO، واحد شستشوی دوره ای CIP آب را از تانک شستشوی دوره ای CIP توسط پمپ شستشوی دوره ای CIP با فشار 1.5 تا 4 بار به سيستم تزريق مي‌نمايد و عملياتCleaning صورت مي‌پذيرد.
– تصفیه آب خانگی توسط سیستم اسمز معکوس RO (به طورمعمولاملاح محلول آب خوراک تا 1.000 میلی گرم در لیتر می باشد
– نمک زدایی آب شور یا شیرین سازی آب شور توسط سیستم اسمز معکوس RO (به طورمعمولاملاح محلول آب خوراک 1.500 تا 8.000 میلی گرم در لیتر می باشد
– نمک زدایی آب دریا یا شیرین سازی آب دریا توسط سیستم اسمز معکوس RO (به طورمعمولاملاح محلول آب خوراک بیش از 35000 میلی گرم در لیتر می باشد
• تولید آب صنعتی توسط سیستم اسمز معکوس RO
– تصفیه Tap Water توسط سیستم اسمز معکوس RO
– تصفیه آب دیگ بخار جهت تولید بخار توسط سیستم اسمز معکوس RO
– تولید آب رقیق سازی برای تولید آب- و نوشابه توسط سیستم اسمز معکوس RO
– تولید آب بطری شده توسط سیستم اسمز معکوس RO
• تولید آب آشامیدنی توسط سیستم اسمز معکوسRO
– شیرین سازی آب شور و دریا توسط سیستم اسمز معکوس RO
– کاهش نیترات توسط سیستم اسمز معکوسRO
– کاهش فلوراید توسط سیستم اسمز معکوسRO
– کاهش آرسنیک توسط سیستم اسمز معکوسRO
اسمز معکوس بهترين فناوري نمک‌زدايي در دسترس است که بدليل بازدهي انرژي، قيمت تمام شده آب، انعطاف راهبري، اثرات زيست محيطي کمتر و …. در محدوده وسيعي از مکان ها و شرايط بکار برده مي‌شود.
نمک زدايي تجارتي مطمئن و در حال رشد است، بر همین اساس در ادامه به بررسی انواع فرآیندهای نمک زدایی Desalination می پردازیم.
گروه اول:
فرآیندهایی که در آنها آب از محلول جدا می شود.
گروه دوم:
فرآیندهایی که در آنها، نمک از محلول جدا می شود.
گروه اول:
1. فرآیند تقطیر یا تبخیر(Distillation; Evaporation)
2. انجماد (Freezing)
3. اسمز معکوس( Reverse Osmosis (RO
4. استخراج با حلال (Solvent Extraction)
گروه دوم:
1. فرآیند الکترودیالیز(Electrodialysis (ED
2. فرآیند تبادل یونی (Ion-exchange)
1- تقطیر ناگهانی چند مرحله ای (Multi-Stage Flash Distillation (MSF
2- تقطیر چند تأثیره (Multiple-Effect Distillation (MED
3- تقطیر با تراکم بخار (Vapor Compression (VC
4- تقطیر خورشیدی Solar Distillation
نیروی محرکه در جداسازی غشایی
میکروفیلتراسیون (P : Microfiltration (MF
اولترافیلتراسیون (P : Ultrafiltration (UF
نانو فیلتراسیون( P : Nanofiltration (NF
اسمز معکوس (P : Reverse Osmosis (RO
الکترودياليز (E : Electrodialysis (ED
فرآیندهای غشایی غلظت محور
دیالیز Dialysis : C
اسمز Osmosis: C
انرژی حرارتی حاصل از سوخت های فسیلی
انرژی خورشیدی
انرژی آب
انرژی گرمایی زمین
انرژی هسته ای
انرژی باد
انرژی امواج دریا
فرآیند تقطیر
تشکیل بخار آب (از آب دریا)
جداسازی بخار آب
میعان بخارآب و بازیابی حرارتی
مشکلات عمده در روش تقطیر:
تشکیل Scale (کربنات و سولفات کلسیم، هیدرواکسید منیزیم،…)
کاهش ضریب تبادل حرارتی
افزایش انرژی مصرفی
کنترل دما وpH
تزریق اسید
استفاده از Antiscalants & Antifoam
شماتیک فرآیند تقطیر
1- تولید کریستال یخ (با بازیافت انرژی حرارتی از آب شور)
2- جداسازی کریستال یخ و شستشوی آن
3- ذوب کریستال و تولید آب شیرین
– هزینه های ساخت
– میزان مصرف انرژی
– خصوصیات منبع آب خام مصرفی
– خصوصیات آب تصفیه شده مورد نیاز
– سهولت بهره برداری و نگهداری
– محدودیت های جغرافیایی و موقعیت مکانی
– عوامل زیست محیطی و دفع پساب
– هزینه سرمایه گزاری
– هزینه انرژی های مصرفی
– هزینه بهره برداری و نگهداری
– هزینه تعمیرات
– هزینه مواد شیمیایی مصرفی
– هزینه نیروی انسانی
– هزینه های عمومی
پساب واحد های نمکزدایی بسیار غلیظ است (مشتمل برهمة املاح جدا شده از آب، بعلاوه مسی که در اثر خوردگی لوله ها و سیستم های مبدل حرارتی واردآب شده است، و باقیمانده مواد شیمیایی مصرفی).
1- تخلیه به دریا (برای واحدهایی که در مناطق ساحلی استقراریافته اند)، از طریق لوله کشی تا فاصله حداقل 2 کیلومتری از ساحل و استفاده ازJet Diffusers)
2- تبخیر خورشیدی در حوضچه هایی که برای این کار ایجاد شده اند (برای واحد های داخل خشکی). نمک حاصل در حوضچه تبخیر را می توان با برنامه ریزی مناسب، جداسازی نموده و در داروسازی قابل استفاده است.
1 ـ دفع پساب شور از طريق تخليه مستقيم به اقيانوس (بواسطه يک لوله تخليه)
2 ـ تخليه به ساحل يا کناره دريا
3 ـ دفع پساب شور از طريق اختلاط با آب دفعي برج هاي خنک کننده نيروگاه
4 ـ دفع پساب شور از طريق اختلاط با پساب تصفيه شده فاضلاب
5 ـ دفع پساب شور از طريق احداث يک سازه تخليه کننده زير سطحي
6 ـ تزريق در چاه هاي عميق
7 ـ استخرهاي تبخير
8 ـ استخرهاي خورشيد
قوانين و مقررات
اشتراک
گزارش
My comments