پمپ و دوزينگ پمپ

اسمز معكوس (به انگليسي: Reverse Osmosis) فرايند تصفيه آبي است كه در آن از فشار براي معكوس نمودن جريان اسمزي آب از درون يك غشاي نيمه‌تراوا براي توليد آب خالص و حذف يون‌ها، مولكول‌ها و ذرات بزرگتر حل شده در آب استفاده مي‌شود. اگر يك غشاي نيمه‌تراوا بين دو محلول آب خالص و آب ناخالص قرار گيرد آب به صورت طبيعي و تحت خاصيت اسمزي از غلظت پايين‌تر به غلظت بالاتر جريان مي‌يابد. اين پديده تا هنگامي كه پتانسيل‌هاي شيميايي دو طرف برابر گردند ادامه خواهد يافت. در حالت تعادل اختلاف فشار بين دو طرف غشا برابر اختلاف فشار اسمزي است. اگر فشاري برابر با اختلاف فشار اسمزي به محلول غليظ‌تر اعمال گردد جريان آب قطع خواهد شد. در صورتي‌كه فشار اعمال شده بيشتر از فشار اسمزي باشد، جهت جريان طبيعي آب، معكوس خواهد گرديد.
در اين روش آب با فشار از ميان غشايي گذرانده مي‌شود كه نيترات و ساير مواد معدني و بسياري از مواد شيميايي و ميكروارگانيسم‌ها (عمدتاً باكتري‌ها) را حذف مي‌كند. نيم تا دو سوم آب پشت اين غشا باقي مي‌ماند كه به عنوان آب پسمانده (Concentrate) دور ريخته مي‌شود. مي‌توان پسماند خروجي را مجدداً به سيستم بازگرداند تا در مصرف آب صرفه جويي به عمل آيد. اگر پسآب خروجي كه نيم تا دو سوم آب را تشكيل مي‌دهد در يك سيكل چرخشي وارد شود مي‌توان راندمان سيستم را افزايش داد.
همچنين بهترين روش نمك زدائي از آب‌هاي شور استفاده از فرايند اسمز معكوس مي‌باشد، زيرا سيستم پيچيده‌اي نداشته و راهبري آن قابليت كنترل بيشتري از ديگر روش‌ها دارا مي‌باشد و با توجه به توسعه روش‌هاي پيشرفته توليد غشاهاي پليمري، به‌كارگيري اين روش، توجيه بيشتري دارد.
صنايع امروز براي تصفيه آب مورد استفاده در بخش‌هاي توليد بخار و فرايند خود از سيستم اسمز معكوس به فراواني استفاده مي‌كنند. اساس كار اين دستگاه‌ها بر عبور مولكول‌هاي غير يوني مثل آب از يك غشاء با روزنه‌هاي بسيار ريز بنا شده‌است. اين غشاءها به صورتي ساخته شده‌اند كه مولكول‌هاي خنثي را به راحتي از خود عبور مي‌دهند. به همين دليل آب ورودي به سيستم، كه داراي املاح مختلف است به آب تقريباً خالص تبديل مي‌گردد. در سيستم اسمز معكوس، جريان ورودي يا خوراك (Feed) به دو جريان آب تصفيه شده (Permeate) و پساب غليظ (Concentrate) يا (Brine) تبديل مي‌شود. سيستم اسمز معكوس كه به واسطه فيلتري كه به آن ممبران يا غشاء گفته مي‌شود عمليات جداسازي مولكول را انجام مي‌دهد. به اين صورت كه غشاء يا لايه‌هاي به هم تابيده شده به دور يك لوله استوانه اي كه بيشتر از جنس پلاستيك است با روزنه‌هايي كه اندازه آن‌ها از يك ده هزارم ميكرون كوچكتر هستند آلاينده‌هاي آب را جداسازي مي‌كند. اين آلاينده‌هاي آب شامل نيترات، انگل، باكتري، قارچ، سموم كشاورزي، نمك و ساير املاح محلول آلوده‌كننده مي‌باشند.

اساس كار اسمز معكوس:

فرض كنيد دو ظرف، يكي حاوي آب نمك (۱) و ديگري حاوي آب خالص (۲) توسط يك لوله به يكديگر متصل بوده و هر دو داراي ارتفاع مساوي از آب و در يك سطح قرار داشته باشند. جهت برقراري تعادل در غلظت يون‌هاي سديم و كلرايد از ظرف آب نمك، يون‌هاي نمك به صورت نفوذ مولكولي به ظرف آب خالص انتقال يافته تا تعادل غلظت بين هر دو ظرف برقرار گردد. اما اگر بين اين دو ظرف و در مسير جريان آب يك غشاء قرار گيرد كه فقط اجازه دهد مولكول‌هاي آب از آن عبور كنند، يون‌هاي نمك اجازه عبور نخواهند داشت؛ لذا براي برقراري تعادل در غلظت، آب خالص از ظرف شماره (۲) به ظرف شماره (۱) انتقال مي‌يابد و اين عمل تا آنجا ادامه مي‌يابد كه افزايش ارتفاع حاصله در ظرف آب نمك، فشار مضاعف ايجاد كرده و اجازه انتقال آب از ظرف شماره (۲) به ظرف شماره (۱) را ندهد. اين فشار را فشار اسمزي مي‌گويند و تابعي از غلظت نمك در هر دو طرف غشاء مي‌باشد.

تاريخچه:

فرايند اسمزي از طريق غشاهاي نيمه تراوا ابتدا در سال ۱۷۴۸ توسط ژان آنتوان نولت مشاهده شد. تا ۲۰۰ سال بعد، اسمز تنها پديده اي بود كه در آزمايشگاه مشاهده شد. در سال ۱۹۵۰، دانشگاه كاليفرنيا در لس آنجلس ابتدا آب نمك زدايي را با استفاده از غشاهاي نيمه تراوا مورد بررسي قرار داد. محققان هر دو دانشگاه كاليفرنيا در لس آنجلس و دانشگاه فلوريدا در اواسط دهه ۱۹۵۰ از آب دريا، آب شيرين توليد مي‌كردند، اما جريان به قدري كم بود كه قابل تجاري سازي نبود.
انتخاب غشاءدر سيستم اسمز معكوس غشاء يا ممبران مهم‌ترين و حساسترين قسمت دستگاه مي‌باشد. زيرا فشار عملياتي مورد نياز ارتباط مستقيم با ضخامت غشاء و قطر سوراخ‌هاي آن دارد. همچنين غشاء به علت تماس مداوم با مواد شيميايي افزوده شده به آب، بايستي مقاوم بوده و با مواد بازدارنده و ضد رسوب‌گذار و زيست كُش‌ها (Biocides) واكنش ندهد.

عوامل مؤثر براي مقايسه غشاءها عبارتند از:
قطر سوراخ‌هاضخامتمقاومت در مقابل مواد شيمياييافت فشارشركت سازندهقيمتسعي مي‌شود آب قبل از ورود به دستگاه اسمز معكوس، حتماً تصفيه مقدماتي گردد.
به علت كيفيت بسيار عالي آب خروجي از سيستم اسمز معكوس امروزه بيشتر صنايع از اين روش، به جاي به‌كارگيري سيستم‌هاي تبادل يوني استفاده مي‌كنند. زيرا مبادله‌كننده‌هاي يوني به علت مصرف زياد مواد شيميايي و رزين تبادل يوني، داراي هزينه راهبري و نگهداري زيادي مي‌باشند.

پمپ‌هاي فشار قويپمپ‌هاي فشار بالا فشار لازم براي عبور آب از غشا را فراهم مي‌كنند. فشار لازم براي آب لب شور معمولي از ۱٫۶ تا ۲٫۶ مگاپاسكال (۲۲۵ تا 376 psi) است. در مورد آب دريا، فشار از ۵٫۵ تا ۸ مگاپاسكال (۸۰۰ تا 1180 psi) متغير است. تأمين اين فشار نياز به مقدار زيادي انرژي دارد. در سيستم‌هايي كه از بازيافت انرژي استفاده مي‌شود، بخشي از كار پمپ فشار بالا توسط دستگاه بازيابي انرژي تأمين مي‌شود، كه باعث كاهش انرژي ورودي به سيستم مي‌شود.

تصفيه آب و فاضلاب:

آرايه اي از فيلترهاي اسمز معكوس در يك كارخانه آب شيرين كنتصفيه آب باران با روش اسمز معكوس براي آبياري فضاي سبز و مصارف سرمايش دستگاه‌هاي آب خنك در شهرهاي بزرگ دنيا به عنوان راه حلي براي مشكل كمبود آب مورد استفاده قرار مي‌گيرد.
در صنعت، در نيروگاه‌ها، اسمز معكوس مواد جامد حل شده را از آب ديگ‌هاي بخار حذف مي‌كند. اين كار رسوب گذاري را در تأسيسات كاهش داده و از خرابي آن‌ها جلوگيري مي‌كند. رسوب گذاري داخل يا خارج لوله‌هاي ديگ بخار با كاهش كارايي آن و همچنين توليد بخار ضعيف، باعث توليد برق ضعيف در توربين مي‌شود.
همچنين براي تميز كردن پساب و آب‌هاي زيرزميني لب شور از اسمز معكوس استفاده مي‌شود. فاضلاب در حجم‌هاي بزرگ (بيش از ۵۰۰ متر مكعب در روز) ابتدا بايد در يك تصفيه خانه پيش تصفيه شود و پس از آن پساب پاكيزه تحت سيستم اسمز معكوس قرار مي‌گيرد. به اين طريق هزينه تصفيه به‌طور قابل توجهي كاهش مي‌يابد و عمر غشاء سيستم اسمز معكوس افزايش مي‌يابد.
فرايند اسمز معكوس را مي‌توان براي توليد آب ديونيزه استفاده كرد.
فرايند اسمز معكوس براي تصفيه آب نياز به انرژي حرارتي ندارد. دبي جريان سيستم‌هاي اسمز معكوس را مي‌توان با پمپ‌هاي فشار بالا كنترل كرد. بازيابي آب خالص بستگي به عوامل مختلفي، از جمله اندازه غشاء، اندازه سوراخ‌هاي غشاء، دما، فشار عملياتي و مساحت جانبي غشاء دارد.

صنايع غذايي:

علاوه بر نمك زدايي، اسمز معكوس يك فرايند ارزان‌تر براي افزايش غلظت مايعات غذايي (براي مثال آب ميوه‌ها) نسبت به فرآيندهاي معمول حرارتي است. با تحقيقاتي كه روي افزايش غلظت آب پرتقال و آب گوجه فرنگي انجام شده‌است مزاياي آن عبارت بوده‌اند از: هزينه عملياتي پايين‌تر و توانايي اجتناب از فرايندهاي نياز به گرما كه آن را براي مواد حساس به گرما مانند پروتئين‌ها و آنزيم‌ها كه در اكثر محصولات غذايي موجود است مناسب مي‌سازد.
از اسمز معكوس به‌طور گسترده‌اي در صنعت لبني براي توليد پودر پروتئين وِي (Whey) و افزايش غلظت شير (براي كاهش هزينه‌هاي حمل و نقل) استفاده مي‌شود. در فراِيند ساخت پنير، آب پنير يا Whey (مايع باقي‌مانده پس از توليد پنير) با استفاده از اسمز معكوس از غلظت ۶٪ مواد جامد محلول به ۱۰–۲۰٪ مواد جامد محلول (قبل از الترافيلتراسيون) تغليظ مي‌شود. پس از اتمام فرايند اولترافيلتراسيون مي‌توان از پودرهاي مختلف آب پنير، از جمله پروتئين وِي ايزولات استفاده كرد. علاوه بر اين، خروجي رقيق (Permeate) فرايند اولترافيلتراسيون كه حاوي لاكتوز است، توسط اسمز معكوس از ۵٪ جامد تا ۲۲–۱۸٪ جامد تغليظ مي‌شود تا هزينه‌هاي كريستال سازي و خشك كردن پودر لاكتوز را كاهش داد.