SWRO محلول نمک زدایی آب دریا ---- سیستم اسمز معکوس نمک زدایی آب دریا برای تصفیه آب
آب منبع حیات، منبع طبیعی گرانبها و بی بدیل برای انسان و مایه حیات توسعه اجتماعی و اقتصادی است. کمبود منابع آب و آلودگی شدید آب به گلوگاهی تبدیل شده است که پیشرفت اجتماعی و توسعه اقتصادی را محدود می کند. علاوه بر مدیریت علمی و تخصیص بهینه منابع آب، ایفای کامل نقش ابزارهای پیشرفته در استفاده مجدد از آب نیز بسیار حیاتی است. نمک زدایی آب دریا یک سیستم مهم برای رفع کمبود منابع آب است. تاکنون ده ها روش نمک زدایی آب دریا وجود داشته است که عمدتاً شامل تقطیر، روش غشایی، روش الکترودیالیز و روش انجماد می باشد. در این میان، روش اسمز معکوس (SWRO) روش غشایی سریعترین توسعه، کمترین سرمایه گذاری، بیشترین صرفه جویی در انرژی و کم هزینه ترین فناوری نمک زدایی است. سیستم اسمز معکوس یک فناوری تصفیه آب کارآمد و سازگار با محیط زیست است که به طور گسترده در نمک زدایی آب دریا، تصفیه آب صنعتی، تصفیه آب آشامیدنی و سایر زمینه ها استفاده می شود.
اصل کار سیستم نمک زدایی آب دریا با اسمز معکوس عمدتاً مبتنی بر فناوری جداسازی غشایی است. فناوری جداسازی غشایی نوعی فناوری برای جداسازی و خالص‌سازی مواد مختلف با عبور انتخابی از لایه‌های پلیمری است. در سیستم های آب شیرین کن اسمز معکوس، لایه پلیمری یک ساختار نامتقارن است که از یک قشر متراکم و یک لایه نگهدارنده شل تشکیل شده است. قشر متراکم لایه فیلتر غشا است و اندازه منافذی در سطح میکرومتر دارد که از عبور بیشتر مواد معلق، مواد محلول و میکروارگانیسم ها جلوگیری می کند. لایه تکیه گاه شل لایه پشتیبان غشا است که قطر منافذ زیادی دارد و می تواند استحکام مکانیکی کلی غشا را تضمین کند.
جریان فرآیند سیستم اسمز معکوس نمک زدایی آب دریا سیستم‌های نمک‌زدایی آب دریا با اسمز معکوس (SWRO) به یک فناوری مهم در زمینه نمک‌زدایی آب دریا تبدیل شده‌اند و راه‌حلی پایدار برای مشکل جدی کمبود آب جهانی ارائه می‌دهند. فرآیند اسمز معکوس آب دریا شامل چندین مرحله کلیدی برای اطمینان از تولید آب آشامیدنی با کیفیت بالا از آب دریا است. درک میزان جریان یک سیستم اسمز معکوس برای درک کارایی و مزایای نمک‌زدایی آن ضروری است. فرآیند سیستم شامل مراحل زیر است: 1. فیلتراسیون اولیه: آب دریای خام ابتدا از فیلتر اولیه عبور می کند تا ذرات بزرگ، جامدات معلق و برخی ناخالصی ها را به طور موثر حذف کند. این مرحله برای آماده سازی آب دریا برای پردازش بیشتر، حصول اطمینان از اینکه پردازش بعدی کارآمدتر است، بسیار مهم است.
2. فیلتراسیون ثانویه: آب تصفیه شده اولیه برای فیلتراسیون ثانویه از فیلتر کربن فعال عبور می کند. هدف از این مرحله حذف مواد مضر مانند مواد آلی و کلر باقی مانده، تصفیه بیشتر آب دریا و آماده سازی برای مرحله بعدی تصفیه است. 3. فیلتراسیون دقیق: سپس آب با دقت از طریق یک فیلتر دقیق فیلتر می شود تا ذرات، باکتری ها و سایر ناخالصی ها حذف شوند. این مرحله تضمین می کند که آب قبل از ورود به قلب فرآیند اسمز معکوس کاملاً تصفیه شده است. 4. غشای اسمز معکوس: سپس آب فیلتر شده دقیق از طریق غشای اسمز معکوس که جزء کلیدی سیستم است هدایت می شود. غشاهای اسمز معکوس به جداسازی و حذف نمک ها، مواد آلی، فلزات سنگین و سایر مواد برای تولید آب خالص و نمک زدایی کمک می کنند. 5. ضد عفونی و ذخیره سازی: پس از عبور آب از غشای اسمز معکوس، ضد عفونی می شود تا میکروارگانیسم های باقی مانده از بین برود. سپس آب تصفیه شده در مخازن آماده برای توزیع و استفاده ذخیره می شود.
مزایای سیستم های اسمز معکوس در نمک زدایی آب دریا بسیار زیاد است. این سیستم دارای ویژگی های راندمان بالا، حفاظت از محیط زیست، صرفه جویی در انرژی و ایمنی است. فناوری اسمز معکوس می تواند بیش از 99 درصد از مواد مضر مانند نمک، مواد آلی، فلزات سنگین و غیره را حذف کند و از تولید آب خالص از آب دریا اطمینان حاصل کند و نیاز فوری به منابع آب شیرین را برطرف کند. مزایای زیست محیطی سیستم های اسمز معکوس نیز قابل توجه است. برخلاف روش‌های سنتی نمک‌زدایی آب دریا، سیستم‌های RO به مقدار زیادی مواد شیمیایی نیاز ندارند، فاضلاب تولید نمی‌کنند و سازگار با محیط زیست هستند. این رویکرد پایدار برای نمک‌زدایی با تلاش‌های جهانی برای ترویج راه‌حل‌های تصفیه و حفاظت از آب سازگار با محیط‌زیست هماهنگ است.
علاوه بر مزایای زیست‌محیطی، سیستم‌های اسمز معکوس تعمیر و نگهداری کم، کارکرد آسان و مناسب برای انواع شرایط آب هستند. این ویژگی‌ها، سیستم‌های اسمز معکوس را به گزینه‌ای کاربردی و قابل اعتماد برای نمک‌زدایی، به‌ویژه در مناطقی که منابع آب شیرین محدودی دارند، تبدیل می‌کند. به طور خلاصه، فرآیند یک سیستم اسمز معکوس در نمک‌زدایی شامل یک سری مراحل اساسی است که در نهایت آب آشامیدنی خالص را از آب دریا تولید می‌کند. با بهره وری، مزایای زیست محیطی و سازگاری، سیستم های اسمز معکوس یک فناوری کلیدی برای رفع کمبود آب و تضمین دسترسی پایدار به منابع آب شیرین هستند.
اسمز معکوس فرآیند معکوس اسمز است. نفوذپذیری یک پدیده طبیعی است. مولکول های آب در محلول رقیق از طریق غشای نیمه تراوا به سمت محلول غلیظ با سرعت نسبتاً سریعی پخش می شوند. همانطور که در شکل نشان داده شده است، سطح مایع در سمت آب شیرین همچنان کاهش می یابد و در نتیجه اختلاف فشار هیدرواستاتیکی ایجاد می شود. اختلاف فشار هیدرواستاتیک در این نقطه فشار اسمزی نامیده می شود (فشار اسمزی بین فصل مشترک آب دریا و آب شیرین حدود 2.4 مگاپاسکال است).
فرآیند اسمز معکوس درست برعکس است. در SWRO فشاری بیشتر از فشار اسمزی آب دریا در یک طرف باعث می شود که مولکول های آب در آب دریا از غشاء عبور کرده و نمک به دام بیفتد. از نظر تئوری، هر چه فشار خارجی بیشتر باشد، اسمز معکوس مولکول های آب در آب دریا سریعتر خواهد بود. جزء اصلی فرآیند اسمز معکوس یک غشای نیمه تراوا مصنوعی است که تقریباً فقط به مولکول های آب اجازه عبور می دهد. غشای مسطح غشای اسمز معکوس قبل از استفاده در مهندسی تصفیه آب باید به یک پیکربندی خاص تبدیل شود. امروزه در نمک زدایی آب دریا عمدتاً از المان غشایی کویل پلی آمید آروماتیک استفاده می شود.
دیافراگم تولید کننده آب بین دو قطعه غشایی صاف قرار می گیرد و لایه غشایی در امتداد سه لبه لایه غشایی به هم چسبانده می شود و سپس با دیافراگم ورودی آب با هم ترکیب می شود و روی لوله مرکزی متخلخل پیچیده می شود. در نهایت، درپوش انتهایی سوراخ شده در هر دو انتها نصب شده و برای ساختن عنصر غشایی نورد شده، محصور شده است. المنت های غشایی اسمز معکوس تجاری دارای مشخصات مختلفی هستند که بیشترین استفاده از عنصر غشایی در نمک زدایی دارای قطر 200 میلی متر و طول استاندارد 1000 میلی متر است.
دیافراگم تولید کننده آب بین دو قطعه غشایی صاف قرار می گیرد و لایه غشایی در امتداد سه لبه لایه غشایی به هم چسبانده می شود و سپس با دیافراگم ورودی آب با هم ترکیب می شود و روی لوله مرکزی متخلخل پیچیده می شود. در نهایت، درپوش انتهایی سوراخ شده در هر دو انتها نصب شده و برای ساختن عنصر غشایی نورد شده، محصور شده است. المنت های غشایی اسمز معکوس تجاری دارای مشخصات مختلفی هستند که بیشترین استفاده از عنصر غشایی در نمک زدایی دارای قطر 200 میلی متر و طول استاندارد 1000 میلی متر است.
SWRO از یک پمپ فشار بالا، یک مخزن تحت فشار و یک دستگاه بازیابی انرژی تشکیل شده است. پس از اینکه آب دریا توسط پمپ فشار قوی به مخزن تحت فشار واحد اسمز معکوس وارد شد، ابتدا آب دریا از اولین عنصر غشایی عبور کرده و در کانال مانع ورودی عنصر غشایی که به صورت مارپیچی زخمی می شود جریان می یابد. تحت فشار بالاتر، بخشی از مولکول های آب به طور مداوم از طریق غشاء نفوذ می کنند و از طریق کانال جریان سد تولید آب وارد لوله مرکزی عنصر غشایی سیم پیچ شده می شوند و آب محصول را تولید می کنند. بقیه آب ورودی به جریان در جهت جریان به عنصر غشایی بعدی ادامه می دهد. این فرآیند به نوبه خود انجام می شود. هنگامی که آب ورودی از عنصر غشایی بعدی عبور می کند، غلظت آب ورودی افزایش می یابد. هنگامی که از طریق آخرین عنصر غشایی جریان می یابد، آب ورودی به آب غلیظ تبدیل می شود.
متفاوت از روش حرارتی، SWRO فرآیند تبدیل فاز تبخیر و تراکم را ندارد. مصرف انرژی اصلی SWRO انرژی پمپاژ فشار بالا برای تحقق فرآیند اسمز معکوس است که باعث می شود هزینه تولید آب اسمز معکوس کمتر از روش حرارتی باشد. علاوه بر این، در مقایسه با روش حرارتی، تجهیزات آن نیز دارای ویژگی های ساختاری مدولار و انعطاف پذیری فرآیند بالا است. تعلیق و نگهداری تأسیسات محلی نمی تواند بر عملکرد بقیه کل سیستم تأثیر بگذارد. با این حال، SWRO به فرآیند پیش تصفیه پیچیده و دقیق نیاز دارد و تولید کنندگان مختلف غشاء تجاری الزامات سختگیرانه ای در مورد SDI، pH، دما، کلر باقیمانده و سایر شاخص های غشای اسمز معکوس پلی آمید دارند. هنگامی که پیش تصفیه در حد استاندارد نباشد، آلودگی و پوسته پوسته شدن سطح غشاء تسریع می شود و عمر سرویس، مصرف انرژی و کیفیت آب محصول ماژول غشاء تحت تأثیر قرار می گیرد و در نتیجه هزینه تولید آب افزایش می یابد. .
متفاوت از روش حرارتی، SWRO فرآیند تبدیل فاز تبخیر و تراکم را ندارد. مصرف انرژی اصلی SWRO انرژی پمپاژ فشار بالا برای تحقق فرآیند اسمز معکوس است که باعث می شود هزینه تولید آب اسمز معکوس کمتر از روش حرارتی باشد. علاوه بر این، در مقایسه با روش حرارتی، تجهیزات آن نیز دارای ویژگی های ساختاری مدولار و انعطاف پذیری فرآیند بالا است. تعلیق و نگهداری تأسیسات محلی نمی تواند بر عملکرد بقیه کل سیستم تأثیر بگذارد. با این حال، SWRO به فرآیند پیش تصفیه پیچیده و دقیق نیاز دارد و تولید کنندگان مختلف غشاء تجاری الزامات سختگیرانه ای در مورد SDI، pH، دما، کلر باقیمانده و سایر شاخص های غشای اسمز معکوس پلی آمید دارند. هنگامی که پیش تصفیه در حد استاندارد نباشد، آلودگی و پوسته پوسته شدن سطح غشاء تسریع می شود و عمر سرویس، مصرف انرژی و کیفیت آب محصول ماژول غشاء تحت تأثیر قرار می گیرد و در نتیجه هزینه تولید آب افزایش می یابد. .
دستگاه بازیابی انرژی یکی دیگر از تجهیزات کلیدی است. توسعه سریع SWRO به استفاده از دستگاه بازیابی انرژی با افزایش راندمان در سیستم اسمز معکوس علاوه بر بهینه سازی مداوم مواد غشایی و اجزای غشا نسبت داده می شود. امروزه واحدهای بازیابی فشار بسیار کارآمد از نوع PX می توانند بیش از 95 درصد انرژی موجود در آب غلیظ شده را بازیابی کرده و آن را به آب دریا تحت فشار قرار دهند و مصرف انرژی فرآیند اسمز معکوس را تقریباً به نصف کاهش دهند. TDS پساب اسمز معکوس اولیه حدود 300-500 میلی گرم در لیتر است که نیازهای محدود سازمان بهداشت جهانی برای شاخص TDS آب آشامیدنی (500 میلی گرم در لیتر) را برآورده کرده است. SWRO برای تامین آب آشامیدنی در مقیاس وسیع در مناطق کم آب مورد استفاده قرار گرفته است. در دهه 1980، SWRO شروع به رقابت با فرآیند حرارتی سنتی کرد. با توجه به مزایای سرمایه گذاری کم تجهیزات، چرخه ساخت کوتاه، مصرف کم انرژی و بسیاری از مزایای دیگر، SWRO به سرعت توسعه یافته و به مهم ترین فرآیند در بازار جهانی نمک زدایی تبدیل شده است. در حال حاضر SWRO اولیه بیشتر در صنعت شهری استفاده می شود و به همین دلیل ظرفیت فرآیند اسمز معکوس به سرعت در حال رشد است. تحقیقات آتی در مورد فرآیند اسمز معکوس بر توسعه غشاء و اجزای غشایی اسمز معکوس جدید با صرفه جویی در انرژی و بادوام، کاهش مصرف انرژی و هزینه های تعمیر و نگهداری و کاهش هزینه تولید آب متمرکز خواهد بود.
در عمل، سیستم اسمز معکوس به یک فناوری مهم در زمینه تصفیه آب تبدیل شده است. به عنوان مثال، در زمینه نمک‌زدایی آب دریا، سیستم‌های اسمز معکوس می‌توانند به طور موثر بیش از 99 درصد نمک و سایر مواد مضر را از آب دریا حذف کنند و به شیرین‌سازی کارآمد آب دریا دست یابند. در زمینه تصفیه آب صنعتی، سیستم اسمز معکوس می تواند آب فرآیندی با کیفیت بالا را فراهم کند، راندمان تولید و کیفیت محصول را بهبود بخشد. در زمینه تصفیه آب آشامیدنی، سیستم اسمز معکوس می تواند مواد مضر مختلف موجود در آب را حذف کرده و آب آشامیدنی سالم و سالم را تامین کند. به طور خلاصه، سیستم اسمز معکوس یک فناوری تصفیه آب کارآمد و سازگار با محیط زیست با طیف گسترده ای از چشم انداز کاربرد است. با توسعه مداوم علم و فناوری، سیستم اسمز معکوس به بهبود و بهینه سازی ادامه خواهد داد تا آب آشامیدنی و آب صنعتی با کیفیت بهتری برای انسان فراهم کند.
