مقالات تخصصي تاسيسات



موضوع مقاله

تصفيه آب به روش سيستم اسمز معکوس (RO) :

متن :


اسمز معکوس چيست
اسمز معكوس، تكنولوژي مدرني است كه آب را براي مصارف متعددي از جمله نيمه رساناها، خوراک‌پزي، تكنولوژي زيستي، داروها، توليد برق، نمک زدايي آب دريا و آب خوردني شهري، تصفيه مي‌نمايد.
از اولين آزمايشاتي كه در سال 1950 انجام شد طي آن هر ساعت چند قطره آب توليد مي‌شد، امروزه نتيجه صنعت اسمز معكوس در توليد مشترک جهاني به بيشتر از 7/1 ميليون گالن در هر روز رسيده است.
با افزايش روز افزون تقاضاها براي آب خالص (تصفيه شده)، رشد صنعت اسمز معكوس در قرن آينده با افزايش روبه‌رو خواهد شد.


پيشينه‌ي تاريخي
تحقيق در مورد اسمز معكوس در سال 1950 در دانشگاه فلوريدا، جايي كه ريد و بوتون كه توانستند خاصيت نمک زدايي ممبرن استات سلولز را شرح دهند، آغاز شد.
لوب و سوريرجان، گسترش تكنولژي اسمز معكوس را با ايجاد نخستين ممبرن استات سلولز نا متقارن ادامه دادند.
تحقيق در مورد اين پيشرفت خوب و اميدوار كننده منجر به ايجاد پيكر بندي بهتر و جديدتر اجزاي اسمز معكوس شد، به طوريكه امروزه اين صنعت اكثرا اجزاي مارپيچ فنري و در برخي موارد اجزاي فيبر توخالي را توليد مي‌كنند. دراوايل سال 1980 تحقيق و بررسي در لابراتوارهاي دولتي آمريكا، منجر به توليد نخستين ممبرن پلي آمير مركب شد. اين ممبرن‌ها عمدتا نسبت به ممبرن‌هاي سلولزيک، از جريان تراوش و نمک زدايي بالاتري برخوردارند.
امروزه با معرفي ESPA3 توسط هيدراناتيک‌ها، اين صنعت با ترتيب كاهش بزرگي در مسير نمک، به افزايش 20 دفعه‌اي در جريان هر فشار بر روي ممبرن‌هاي سلولزيک اصلي رسيده است.


نيمه تراوا چيست
نيمه تراوا به ممبرني اشاره مي‌كند كه بطور انتخابي به اقسام خاصي اجازه‌ي عبور مي‌دهد در حاليكه الباقي گونه‌ها باقي مي‌مانند.
در واقع بيش‌تر گونه‌ها از ممبرن خواهند گذشت اما با سرعت متفاوت و قابل توجه.
در اسمز معكوس، محلول (آب) با سرعت بيش‌تري نسبت به ذرات نامحلول (نمک‌ها) از ممبرن‌ها عبور مي‌كنند، با توجه به اينكه آب خالص توليد مي‌شود، پيامد نهايي اين است كه تفكيک حلال حل شده روي مي‌دهد. در برخي موارد عدم آبياري باعث غليظ شدن نمک مي‌شود.


اسمز چيست
اسمز يک روش و شيوه‌ي نرمال (طبيعي) شامل عبور يک محلول غيلظ از ميان مانع ممبرن نيمه تراوا مي‌باشد. يک مخزن آب خالص را با ممبرن نيمه تراوا كه به دو قسمت تقسيم شده، تصور كنيد. آب خالص در مقايسه با دو قسمت يک ممبرن نيمه تراوا ايده‌آل در فشار و دما برابر از ميان ممبرن‌ها عبور نمي‌كند، زيرا اختلاف سطح شيميايي دو قسمت برابر است.

اگر نمک قابل حل به يک قسمت اضافه شود، اختلاف سطح شيميايي اين محلول نمک كاهش پيدا مي‌كند. استمرارا قسمت آب خالص از ميان ممبرن به سمت قسمت محلول نمک حركت مي‌كند تا تعادل اختلاف سطح شيميايي احيا گردد.
در شرايط علمي، دو قسمت مخزن از لحاظ اختلاف سطح شيميايي شان تفاوت دارند و محلول، از طرف اسمز، اختلاف سطح شيميايي‌اش را در كل سيستم همسان مي‌سازد. تعادل زماني برقرار مي‌شود كه ناهمساني و تفاوت فشار هيدرواستاتيک ناشي از تغييرات گنجايش حجم در قسمت، با فشار اسمزي برابر مي‌شود. فشار اسمزي، يک تناسب خاصيت محلول به غلظت نمک و استقلال ممبرن است.


اسمز معكوس چيست
در مخزن، آب به سمت قسمت نمک‌دار ممبرن حركت مي‌كند تا تعادل برقرار شود. بكارگيري فشار خارجي براي همسان سازي قسمت محلول نمک با فشار اسمزي همچنين باعث برقراري تعادل خواهد شد. فشار مضاعف باعث افزايش اختلاف سطح شيميايي آب موجود در محلول نمک مي‌شود و سبب عبور حلال به سمت قسمت آب خالص مي‌گردد. زيرا در آن حالت داراي اختلاف سطح شيميايي پايين‌تري مي‌باشد. اين پديده اسمز معكوس ناميده مي‌شود.

نيروي محرک شيوه‌ي اسمز معكوس، فشار كاربردي است. مقدار انرژي مورد نياز براي تفكيک اسمزي مستقيما به ميزان شوري حلال مربوط مي‌شود. بنابراين، انرژي بيش‌تري براي توليد مقدار يكسان آب از حلال با غلظت بالاي نمک لازم است.


اسمز معكوس چگونه كار مي‌كند
براي درک اسمز معكوس بهتر است با اسمز نرمال شروع كنيم. بر طبق ديكشنري وبستر هريام، اسمز به معناي حركت و جنبش حلال از ممبرن نيمه تراوا (مثل سلول زنده) به داخل محلول بسيار غليظ شده‌اي است كه تمايل به همسان سازي غلظت حل شده روي دو طرف ممبرن دارند. اين يک تعريف صحيح محسوب مي‌شود. در سمت چپ، بشر پر از آب قرار دارد و مخزني كه در آب نيمه غوطه ور است. همانطور كه انتظار داريد سطح آب در مخزن به اندازه‌ي سطح آب در بشر است. در آن جا، انتهاي مخزن به ممبرن نيمه تراوا چسبيده است و مخزن با محلول نمكي نيمه پر است و در آن غوطه ور است. در ابتدا سطح محلول نمک و آب برابر است اما با گذشت زمان، وقايع غير منتظره‌اي روي مي‌دهد. آب داخل مخزن افزايش ميابد. اين افزايش را به فشار اسمزي نسبت مي‌دهند.
ممبرن نيمه تراوا ممبرني است كه برخي از اتم‌ها يا مولكول‌ها را عبور مي‌دهد، اما مانع عبور بقيه مي‌گردد.
ممبرن است اما تقريبا براي هر چيزي كه ما معمولا از آن عبور مي‌دهيم، ناتراوا مي‌باشد.

مثال ممبرن نا تراوا، آستر روده‌هاي شما يا ديوار سلول است gore-tex از يک ممبرن نيمه تراوا معمول ديگر است.
ساختار gore-tex شامل لايه‌ي نسبتا نازک پلاستيكي است كه در داخل آن ميليون‌ها روزنه‌ي كوچک ايجاد كرده‌اند. روزنه‌ها براي عبور بخار آب از آن به اندازه كافي بزرگ هستند اما براي جلوگيري از عبور آب مايع به اندازه كافي كوچک‌اند.
ممبرن به غير از مولكول‌هاي نمک به مولكول‌هاي آب اجازه عبور مي‌دهد.
يک روش براي درک فشار اسمزي اين است كه مولكول‌هاي آب را بر روي دو طرف ممبرن تصور كنيد.
اين تصور در تضاد با Brownian motion است.
بر روي قسمت نمكي، بعضي از روزنه‌ها با اتم‌هاي نمک مسدود شده‌اند اما در قسمت آب خالص چنين چيزي وجود ندارد.
بنابراين آب بيش‌تري از قسمت آب خالص عبور مي‌كند، چون روزنه‌هاي بيش‌تري براي عبور آب خالص در قسمت آب خالص وجود دارد.

آب موجود در قسمت نمكي افزايش مي‌يابد تا يكي از اين دو حالت روي دهد:
غلظت نمک در دو طرف ممبرن مساوي شود، البته در اين مورد اين حالت روي نمي‌دهد، چون آب خالص در يک قسمت و آب شور در طرف ديگر وجود دارد.
همان‌طور كه ارتفاع ستون آب شور افزايش مي‌يابد فشار آب نيز افزايش پيدا مي‌كند تا اينكه فشار اسمزي برابر شود. در اين نقطه اسمز متوقف خواهد شد.
به هر حال، اسمز دليل اين مسئله است كه نوشيدن آب شور(مثل آب اقيانوس) شما را خواهد كشت. زمانيكه آب شور وارد معده‌تان مي‌شود، فشار اسمزي، آب را به بيرون بدنتان هدايت مي‌كند، تا نمک در داخل معده‌ي شما رقيق شود، بنابر اين شما آب بدنتان را از دست مي‌دهيد (آب بدنتان خشک مي‌شود) و مي‌ميريد.
در اسمز معكوس، هدف اين است كه از ممبرن به گونه‌اي استفاده شود كه شبيه فيلتري براي توليد آب قابل نوشيدني آب شور (يا آب آلوده‌ي ديگر) عمل نمايد.
آب شور روي يک طرف ممبرن گذاشته مي‌شود و فشار براي متوقف كردن اعمال مي‌شود.
سپس وارونه مي‌شود، يعني جريان اسمزي روي مي‌دهد، در مجموع اين كار فشار زيادي مي‌گيرد و نسبتا كند پيش مي‌رود اما به هر حال اين كار انجام مي‌شود.


بازگشت
مطالب مرتبط با این مقاله

•  چگونگي بهره برداري بهينه از کولرهاي گازي و اسپليت ها
•  نحوه محاصبه تناژ برج خنک کننده مناسب
•  مقايسه مصرف برق کولر گازي با داکت اسپليت
•  معرفي پرده هوا
•  تفاوت عملکرد کولرهاي آبي و گازي در چيست؟
•  تنوع ظاهري رادياتورها
•  نکات مهم در اجراي سوناي خشک
•  انواع سيستم هاي تهويه مطبوع
•  تست دستگاه تصفيه آب خانگي
•  تاريخچه چيلرهاي جذبي
•  انواع سيستم هاي گرمايشي براي فصل سرما
•  نكاتي در مورد نگهداري از بويلر
•  راهنماي نصب پکيج ديواري
•  اثرات جانبي كمبود رطوبت در محل زندگي شما چيست؟
•  آشنايي با انواع چيلر جذبي و ميني چيلر

دانستنيهاي فني و تاسيساتي : گردآوری گروه تهویه مطبوع مهاجر