ممبران اسمز معکوس
ممبران اسمز معکوس یا غشای اسمز معکوس که به اختصار (RO) گویند؛ در فرآیند‌های تصفیه آب شور، آب دریا، پساب‌های صنعتی و شهری مورد توجه و استفاده هستند و نقش اساسی را در سیستم‌های تصفیه خانگی یا صنعتی بر عهده دارند. با استفاده از غشای اسمز معکوس می‌توان آلاینده و آلودگی‌های زیادی از قبیل: نمک های محلول و غیر محلول، نیترات، فلزات سنگین و سرطان زا، ذرات ریز و پودری معلق را از آب جدا کرد و به آبی تمیز، شیرین و تصفیه شده دست پیدا کرد. ممبران اسمز معکوس با توجه به بزرگی سیستم تصفیه آبی که در آن مورد استفاده قرار می‌گیرند، ابعاد گوناگونی دارند. از این دستگاه در ابعاد کوچک در تصفیه آبهای خانگی استفاده می‌شود. به طور کلی ممبران اسمز معکوس در قطر ۲/۵ اینچ در تصفیه آبهای خانگی و با قطر ۴ یا ۸ اینج در تصفیه خانه‌های بزرگتر موجود در کارخانجات، مراکز صنعتی و شهری استفاده می‌شود.
عملکرد ممبران اسمز معکوس
به منظور شناخت بیشتر ممبران اسمز معکوس بهتر است ابتدا با مفاهیم عملی اسمز و اسمز معکوس آشنا شوید. مفهوم عملی اسمز براساس پدیده انتقال جرم رخ می‌دهد. انتقال جرم از محیط با غلظت بیشتر به محیط با غلظت کمتر به طور طبیعی صورت می‌گیرد. به فشار ایجاد در این فرایند، فشار اسمزی گویند. اگر فشار بیشتر از فشار اسمزی و برخلاف جهت و معکوس به محلول وارد شود، اسمز معکوس پدید می‌آید. اسمز معکوس به تنهایی برای انجام تصفیه کافی نیست و بدون غشای نیمه تراوا استفاده از آن بی‌نتیجه است. غشای نیمه تراوا محیط جداکننده ای و فیلتر مانندی است که فقط به برخی از اتم‌ها و مولکول‌ها را از خود عبور می‌دهد و مانع از عبور دیگر مولکول‌ها می‌شود. غشای نیمه تراوا به صورت مارپیچی در اطراف یک میله از جنس پلاستیک پیچیده شده است و از صفحاتی با سوراخ‌های بسیار ریز تشکیل شده که از عبور آلاینده‌ها از درون خود جلوگیری می کنند. غشای نیمه تراوا داخل پوشش و محفظه‌ی به نام هوزینگ فیلتر کارتریج قرار می‌گیرد.
برای اینکه بیشتر متوجه چگونگی فرایند تصفیه آب شوید، یک مثال می‌زنیم: فرض کنید یک ظرف آب نمک را توسط لوله به ظرفی مشابه که در آن آب خالص با ارتفاع و مقدار یکسان است، متصل کنیم. به طور طبیعی یون‌های سدیم و کلراید از ظرف آب نمک و از طریق نفوذ مولکولی به طرف آب خالص حرکت می‌کنند. اگر بین این دو ظرف یک غشای نیمه تراوا قرار گیرد، فقط اجازه‌ی عبور مولکول‌های آب را می‌دهد ومانع از عبور مولکول‌های دیگر چون نمک می‌شود. حال با افزایش فشار سطح در ظرف آب نمک مسیر حرکت آب از این ظرف به ظرف آب خالص جریان می‌یابد و آب نمک با عبور از غشای نیمه تراوا تصفیه می‌شود. اساس کار آب شیرین‌کن‌ها همین فرایند است.
انواع ممبران اسمز معکوس
ممبران اسمز که به فلیتر مرحله چهارم در دستگاه‌های تصفیه آب معروف است، براساس نوع آبی که از آن عبور می‌کند انواع متفاوتی دارد:
- نوع SW : این نوع ماژول برای تصفیه آب دریا و نیز آبهای با TDSبالاتر از ۱۰۰۰۰ میلی گرم بر لیتر به کار می‌رود
- نوع BW : این نوع ماژول برای تصفیه آبهای شور و آبهای با TDS کمتر از ۱۰۰۰۰ میلی گرم بر لیتر کاربرد دارد.
نکاتی که قبل از خرید ممبران اسمز معکوس باید در نظر گرفت:
ممبران RO با توجه به نوع ساختار طراحی شده ممکن است شرایط استفاده‌ی خاص و محدودیت‌هایی در عملکرد داشته باشد که بهتر است قبل از انتخاب و خرید آن‌ها را در نظر بگیرید. این شرایط استفاده با توجه به نوع، برند و شرکت سازنده متفاوت است و معمولاً لیست کامل شرایط استفاده‌ی هر ممبران اسمز معکوس در دفترچه راهنمایی آن موجود است. اما بعضی از محدودیت‌ها در بیشتر RO ها وجود دارد که عبارتند از:
- PH
ممبران اسمز معکوس معمولاً برای کار در pH های ۲-۱۲ طراحی و تولید می‌شوند و در خارج از این محدوده کارایی آن‌ها کاهش می‌یابد.
- دما
دمای آب یکی دیگر از عوامل تأثیرگذار بر عملکرد ممبران است که نباید از ۴۵ درجه سانتی‌گراد تجاوز کند.
- کلر
در ممبران اسمز معکوس معمولاً جنس غشای نیمه تراوا پلی آمید است. این متریال در برابر کلر موجود در آب بسیار حساس و آسیب پذیر است. کلر در مراحل اولیه‌ی تصفیه آب تزریق می‌شود و مانع از گرفتگی بیولوژگی ممبران نیز می‌شود اما اگر میزان کلر موجود در آب از ۰/۱ میلی گرم در لیتر فراتر رود باعث آسیب به غشای نیمه تراوا شده و عملکرد دستگاه تصفیه آب را مختل می‌کند.
عوامل تأثیرگذار در طول عمر ممبران اسمز
فاکتورهای زیادی بر میزان طول عمر ممبران RO تأثیرگذار هستند اما معمولاً و در شرایط ایده‌آل طول عمر این ماژول بیش از ۲ سال خواهد بود. از عوامل مؤثر بر طول عمر ممبران اسمز می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
طراحی ساختار سیستم تصفیه آب
آن چه مسلم است اگر سیستم تصفیه آب صنعتی به درستی و بر اساس اصول طراحی و ساخته نشود، علاوه بر اختلال در عملکرد سیستم و بالا بردن هزینه‌ها، فشار زیادی را بر ممبران اسمز معکوس وارد می‌سازد که این فشار باعث کاهش شدید طول عمر مفید آن خواهد شد.
بنابراین قدم اول برای استفاده هرچه بیشتر و بهتر از ممبران اسمز طراحی ساختار اصولی است.
کیفیت آب خوراک
کیفیت آب خوراک ممبران ROنیز بر عملکرد و طول عمر آن تأثیر مستقیم دارد. هرچه آب خوراک میزان آلودگی بیشتری داشته باشد احتمال ایجاد گرفتگی یا فولینگ در غشای نیمه تراوا بالاتر می‌رود که این گرفتگی‌ها دلیل اصلی کاهش عملکرد سیستم خواهند بود.
گرچه در مراحل پیش تصفیه تا حدود زیادی آلودگی های موجود در آب فیلتر می‌شود اما باز هم ذرات جامد ریز، میکروارگانیسم‌ها و … باعث گرفتگی و فولینگ غشای ممبران اسمز خواهند شد.
نوع نگهداری و شستشوی ممبران
نگهداری اصولی و استفاده نکردن از ممبران در خارج از محدودیت‌های دمای، PH و… مجاز نیز تأثیر به سزایی در افزایش طول عمر ممبران دارد.
همان‌طور که قبلاً گفتیم با وجود کیفیت بالایی آب خوراک و پیش تصفیه‌های قوی باز هم فولینگ و گرفتگی به مرور زمان در اسمز معکوس ایجاد می‌شود. شستشوی اصولی و منظم تا حد زیادی می‌تواند رسوبات سطح غشا را از بین برده و به افزایش طول عمر ممبران بیانجامد.