دریافت بخش دوم جلد سوم

2- اصول اسمز معکوساسمز معکوس ، فرآیند حذف مواد معدنی است که مبتنی بر استفاده از غشاء نیمهتراوا ، جهت جداسازي جامدات حلشده از مایعمیباشد.‏ غشاء نیمهتراوا به مایع و برخی از یونها اجازهي عبور میدهد ، اما جامدات حل شده را به تودهي سیال بازمیگرداند.‏اگرچه میتوان از مایعات ‏(حلالهاي)‏ زیادي استفاده نمود ، اما کاربرد اصلی RO در سیستمهاي آبی میباشد.‏ بههرحال ، کلیهيمباحث و مثالهاي بعدي مبتنی بر استفاده از آب بهعنوان حلال مایع میباشند.‏جهت درك طرز کار ، RO ابتدا لازم است که فرآیند طبیعی اسمز فهمیده شود.‏ این فصل حاوي مطالبی در خصوص اسمز و اسمزمعکوس میباشد.‏- 2-1 اسمز2-1 شکلاسمز یک فرآیند طبیعی است که در آن ، آب موجود در محلولی که حاوي جامدات حلشده با غلظت کم است ، از میان غشاءنیمهتراوا عبور میکند.‏، تصویر یک ظرف است که توسط غشاء نیمهتراوا به دو بخش تقسیم شده است.‏ این غشاء به آب و برخی از یونهااجازهي عبور میدهد ، اما براي بیشتر جامدات حلشده نفوذناپذیر است.‏ یک قسمت از ظرف حاوي محلول با غلظت بالایی ازجامدات حلشده میباشد،در حالیکه در بخش دیگر محلول با غلظت کم از جامدات حلشده وجود دارد.‏ اسمز یک فرآیندطبیعی است که در آن ، آب از بخشی که حاوي جامدات حلشده با غلظت کم است به بخش دیگر که غلظت بالایی از جامداتحلشده دارد ، جریان مییابد.‏ جریان آب از میان غشاء تا جایی ادامه مییابد که غلظت در دو طرف غشاء مساوي شود.‏در حالت تعادل ، غلظت جامدات حلشده در دو بخش یکسان است(2-2 شکل )، در این هنگام هیچ جریانی بین این قسمتهاوجود ندارد.‏ اگرچه ، سطح آب در قسمتیکه حاوي محلول با غلظت بیشتر بود ، اکنون بالاتر از دیگر قسمتها است.‏اختلاف ارتفاع بین دو قسمت مربوط به فشار اسمز محلول است که اکنون در حالت تعادل قرار دارد.‏شکل 2-1 ظرفی که توسط غشاء نیمهتراوا به دو بخش تقسیم شده است.آب با استفاده از فرآیند اسمز با عبور از میان غشاءنیمهتراوا ، از بخشی که حاوي محلول با غلظت کم است ، به بخش دیگر که حاوي محلول با غلظت بالا است جاري میشود.‏غشاء نیمهتراوا

شکل 2-2 حالت تعادل غلظت . اختلاف ارتفاع بهعلت وجود فشار اسمز محلول .فشار اسمزيهر)که معمولاً‏ π یپ(‏(غشاء نیمهتراوانامیده میشود)‏ تابعی از غلظت جامدات حلشده است.‏ مقدار آن بینpsi 1.1 تا 0.6ppm 100تقریباً‏ مساوي بااز کل جامدات حلشده(TDS)میباشد.‏ براي مثال ، فشار اسمز آب لبشور بابرابر با TDSبهازاي، ppm 1500psi 15میباشد.‏ در مورد آب دریا با TDS برابر باppm 35000، فشار اسمز تقریباً‏ مساوي باpsi 3502-2اسمز معکوساست.‏اسمز معکوس فرآیندي است که توسط وارد آوردن فشاري بیش از فشار اسمز ، بر روي بخشی که حاوي محلول با غلظت زیاد است، کار میکند ‏(شکلشکل.(2-32-3اسمز معکوس فرآیندي است که توسط وارد آوردن فشاري بیش از فشار اسمز ، بر روي بخشی که حاوي محلول باغلظت زیاد است ، کار میکند ، آب تحت فشار از میان غشاء نیمهتراوا خلاف جهت اسمز جاري میشود.‏غشاء نیمهتراوا

چنین فشاري به آب نیرو وارد میکند تا از میان غشاء خلاف جهت اسمز عبور نماید.‏ اکنون آب از قسمتی که حاوي محلول باغلظت زیاد است بهطرف قسمتی که حاوي محلول با غلظت کم است ، جاري میشود.‏ در این حالت ، آب نسبتاً‏ خالص با عبور ازمیان غشاء ، از بخشی که جامدات حلشده را در خود نگهداشته است به طرف بخش دیگر حرکت میکند.‏ بههرحال آب موجود دریک قسمت تصفیه یا"عاري از مواد معدنی " شده است ، و غلظت جامدات در بخش دیگر زیاد شده یا آبگیري میشوند.‏بهعلت مقاومت افزودهي غشاء ، لازم است که فشار اعمال شده ، جهت انجام شدن فرآیند اسمز معکوس ، بهطور قابل توجهی بیشاز فشار اسمز باشد.‏ براي مثال ، براي آب لبشور بابرابر با TDSRO فشار عملیاتی ، ppm 1500میتواند تقریباً‏ بین150psi 400باشد.‏ براي آب دریا با TDS برابر باRO فشار عملیاتی ، ppm 35000برابر باpsi 15002-3فیلتراسیون با مجراي بستهنوعی از فیلتراسیون که در شکلهاي2-3 و 2-2 ، 2-1نشان داده شده است،‏ فیلتراسیون بامیباشد.‏تا‏"مجراي بسته"‏ ‏("جریان خاتمهیافته"‏ یا ‏"جریان مستقیم")‏ نامیده میشود.‏ از فیلتراسیون با مجراي بسته ، در عبور آب خوراك از میان غشاء و باقی ماندنجامدات در پشت غشاء استفاده میشود.‏2-4 شکلفیلتراسیون با مجراي بسته ، فرآیند ناپیوستهاي است که در آن یک جریان خروجی از یک جریان ورودي حاصلمیشود.‏یک فیلتر معمولی قهوه را مانند شکل2-4در نظر بگیرید.‏ آب ورودي با قهوهي تهنشین شده بر روي یک طرف فیلتر مخلوطمیشود.‏ سپس ، آب از میان فیلتر عبور میکند و تبدیل به قهوهاي میشود که تا حد زیادي عاري از رسوبات قهوه است.‏ بهطورواقعی تمام آب خوراك از میان فیلتر عبور میکند و تبدیل به قهوه میشود.‏ یک جریان ورودي ، که در این حالت آب میباشد ،فقط یک جریان خروجی تولید میکند ، که در این حالت قهوه است.‏ این فرآیند ، فیلتراسیون با مجراي بسته میباشد.‏فیلتراسیون با مجراي بسته ، یک فرآیند ناپیوسته میباشد.‏ یعنی فیلتر دچار انباشتگی میشود و سرانجام توسط ذراتی که مانع ازعبور آب میشوند ، مسدود می گردد.‏ در این حالت باید سیستم را از مدار خارج کرده و تمیز یا تعویض نمود.‏

2-4 فیلتراسیون با جریان متقاطع2-5در فیلتراسیون با جریان متقاطع ، آب خوراك بهطور مماس بر روي سطح غشاء ، نه بهصورت عمود بر آن ، عبور میکند.‏ آب وبرخی از جامدات حل شده از میان غشاء عبور میکنند تا زمانی که اکثر جامدات حل شده و مقداري از آب نتوانند از میان غشاءعبور کنند.‏ به هرحال ، فیلتراسیون با جریان متقاطع داراي یک جریان ورودي است اما دو جریان خروجی دارد.‏ این امر در شکلنشان داده شده است.‏2-5 شکلفیلتراسیون با جریان متقاطع یک فرآیند پیوسته است که از یک جریان ورودي ، دو جریان خروجی تولید میکند.‏جریان متقاطع به حداقل شدن لايگرفتگی یا رسوبگذاري در ممبرینهاي RO کمک میکند.‏ یک راه براي تمیز نگهداشتن سطحغشاء از جامداتی که میتوانند باعث انباشتگی و ایجاد لاي یا رسوب در ممبرین شوند ، وجود جریان مماسی در سراسر سطحممبرین است که به تمیز ماندن سطح از طریق شستشوي آن کمک میکند ؛ جهت مؤثر واقع شدن شستشوي سطح باید شدتجریانها در سراسر سطح غشاء حداقل باشند.‏ براي توضیحات بیشتر در مورد فیلتراسیون با جریان متقاطع و شدت جریانها درسیستم ، RO بخش 9-52-6 شکلرا ببینید.‏بهصورت تئوري ، جریان متقاطع یک عملیات پیوسته است ، مانند فرآیند شستشو که سطح غشاء را از رسوبات تمیز میکند.‏بههرحال در عمل ، کار شستشوي ناشی از جریان متقاطع ، اغلب براي جلوگیري از ایجاد لاي و رسوب کافی نمیباشد.‏ بهطورمتناوب ، ممبرینها باید از خط خارج شده و با انجام عملیات شستشو از موادي که بر روي سطح آنها انباشته شده اند،‏ پاك شوند.‏نموداري است که چگونگی عملکرد واقعی جریان متقاطع را در سیستم RO مشان میدهد.‏ خط مورب داخل مستطیل ،وجود غشاء را نشان میدهد.‏ این نمودار نشان میدهد که چگونه جریان ورودي ، با استفاده از فشاري بیشتر از فشار اسمزي محلول، به دو جریان خروجی تقسیم میشود.‏ محلولی که از میان غشاء عبور میکند جریان تصفیه شده یا تولید شده نامیده میشود ، ومحلولی که توسط غشاء نگهداشته میشود ، محلول غلیظ شده ، دفع شده ، پساب ، آب نمک ، یا رد نشده نامیده میشود.‏ شیرکنترل جریان بر روي جریان غلیظ شده ، فشار معکوس لازم جهت انجام فرآیند اسمز معکوس را تولید میکند.‏ بسته شدن اینشیر باعث میشود که نیروي محرکهي کل ناشی از فشار افزایش یابد ، و مطابق با آن مقدار جریان آب ورودي که از میان غشاء ردشده و به آب تصفیه شده تبدیل میگردد نیز بیشتر شود.‏

شکل 2-6 فیلتراسیون با جریان متقاطع همراه با نشان دادن شیر کنترل بر روي جریان غلیظ شده