شیرین سازی آب شور با غشای نیمه تراوا اسمز معکوس

کاهش قابل توجه سطح آبهای زیرزمینی و تراز منفی منابع آبی کشور، خشکسالی های پی در پی در کنار افزایش سریع تقاضا برای آب، بحران کم آبی را در بخش های مختلف مصرف اعم از شرب، کشاورزی و صنعت به موضوعی راهبردی در کشور تبدیل کرده است. کاهش چشمگیر منابع آب تجدید پذیر در دو دهه اخیر، زنگ خطر را به صدا درآورده است.

در سالهای اخیر با توجه به محدود بودن منابع آبی کشور، شیرین سازی آب شور دریا خصوصاً دریای خلیج فارس به عنوان یک راهکار برای جبران کمبود آب در بخش صنعت و شرب مورد توجه قرار گرفته شده است. فرایند اسمز معکوس با استفاده از غشا(ممبران) نیمه تراوا، راهکار صنعتی جهت تولید آب آشامیدنی از آب دریا است.

فناوری اسمز معکوس

توسعه فناوری اسمزمعکوس در سال های اخیر توجه گسترده ای را به خود جلب کرده است. اسمزمعکوس(به اختصار:RO ) به عنوان یکی از فناوری های نوین برای تولید آب شیرین از آب شور و سایر منابع فاضلاب، تا کنون به طور گسترده مورد استفاده قرار گرفته است. امروزه فناوری اسمز معکوس، به عنوان یک فرایند امید بخش برای جبران کم آبی در نقاط مختلف دنیا در نظر گرفته می شود.

اسمز معکوس فرایندی مبتنی بر اعمال فشار است که به موجب آن یک غشای نیمه تراوا یا همان ممبران، اجزای محلول در آب را از خود عبور نداده اما به آب خالص اجازه عبور می ‌دهد. ممبران ها لایه های نازکی هستند که می توانند اجزای آب را به طور انتخابی و با توجه به اندازه مولکولی آن ها از آب جدا کنند.

ممبران اسمز معکوس

ممبران اسمز معکوس اصلی ترین بخش فناوری اسمز معکوس به شمار می رود. آب شور ورودی با فشار بالا به ممبران وارد شده و طی فرایند اسمز معکوس به دو جریان آب شرب و آب شورتر تقسیم می شود. از کاربرد های ممبران اسمز معکوس می توان در صنایعی مانند شیرین سازی آبهای شور، دارو سازی، صنعت آرایشی، صنعت خودرو سازی، صنعت تولید برق و دیگر صنایع مصرف کننده آب نام برد.ممبران های اسمز معکوس بر اساس کیفیت آب ورودی به انواع مختلفی تقسیم می شوند:

ممبران های دریایی : این نوع ممبران برای تصفیه آب های شور با شوری بالا نظیر آب دریا کارایی دارد. ممبران های دریایی برای تولید آب شرب دارای تأییدیه از سازمان بهداشت جهانی و دارای مقاومت بالا در برابر رسوب گرفتگی و فولینگ هستند. ممبرانهای دریایی در انواع مختلف و با سطوح موثر مختلف تولید می شوند.

ممبران آب لب شور: این نوع ممبران برای تصفیه آب های لب شور کارایی دارد و آلاینده ها و املاح و شوری را از آب جدا می کند. از این نوع غشا ها می توان برای تصفیه آب های شهری نیز استفاده کرد و کیفیت آب را تا استاندارد آب آشامیدنی بالا برد.

ساختار و جنس ممبران

ممبران RO از سه لایه اصلی تشکیل شده است. این لایه ها شامل لایه ای مراقبتی از جنس پلی استر، لایه داخلی میکرو متخلخل با جنس پلی سولفون و لایه ای نازک از جنس پلی آمید است که در بخش بالایی ممبران قرار گرفته است.( یکی از موانع استفاده گسترده استفاده از غشای RO از جنس پلی آمید ، مستعد بودن رسوب است.)

صفحات مختلف ممبران به کمک چسب مخصوصی به یکدیگر متصل شده و با پیچیده شدن به دور یک لوله مرکزی، ساختار استوانه ای ممبران را تشکیل می‎دهند. قطر استوانه ممبران وابسته به میزان تولید و کاربری آن متغیر است. ممبران های صنعتی اغلب استوانه هایی با طول یک متر و قطر هشت اینچ هستند که در آب شیرین کن های صنعتی مورد استفاه قرار می گیرند.

از این نوع غشا برای جدا سازی املاح محلول در آب استفاده می شود. در این فرایند آب ناخالص از طریق نیرو محرکه فشاری از لایه های غشا عبور می کند و به آبی خالص تبدیل می شود. املاح زدایی از آب های شور دریا از این طریق بیش از ۹۹ درصد موفقیت آمیز است به همین دلیل برای شیرین سازی آب دریا و آب های دیگر از روش اسمز معکوس استفاده می شود.

نحوه کاربری ممبران

ممبران های صنعتی که از صفحات نیمه تراوای به هم پیچیده مارپیچ تشکیل شده به صورت استوانه های پشت سر هم داخل محفظه تحت فشار(pressure vessel) قرار می گیرند. آب شور با فشار بالا به داخل محفظه تحت فشار وراد می شود. آب ابتدا به ممبران ابتدایی محفظه تحت فشار وارد شده و سپس به ترتیت وارد ممبران های متوالی داخل محفظه تحت فشار می شود.

محفظه تحت فشار وظیفه هدایت آب تحت فشار و محافظت از لایه های ممبران را دارد. فشار زیاد موجود در محفظه، باعث می شود قسمتی از آب به ممبران اسمز معکوس نفوذ کرده و از لوله آب شیرین در مرکز استوانه ممfران خارج شود.

به طور معمول ممبران های اول در محفظه تحت فشار بیشتر در معرض رسوب گذاری قرار دارند. از نشانه های مهم رسوب می توان به اختلاف فشار آبی که وارد ممبران می شود نسبت به آبی که از ممبران خارج می شود اشاره کرد. علاوه بر این، کاهش میزان آب تصفیه شده از علائم مهم گرفتگی ممبران است.

شرکت دوپونت بزرگترین تولید کننده ممبران های اسمز معکوس در دنیا است. ممبران فیلمتک (FilmTec) در انواع مختلف و کاربری های متفاوت توسط این شرکت تولید و روانه بازار می شود. پر مصرف ترین ممبران فیلمتک برای شیرین سازی آب های لب شور در ایران، ممبران فیلمتک BW30-400 است که عموماً برای شیرین سازی آب چاه مورد استفاده قرار می گیرد.

شرکت مهندسی فران وارد کننده و تأمین کننده ممبران اوریجینال فیلمتک(FimTec) از مبادی اصلی است. طراحی و تولید آب شیرین کن های صنعتی برای انواع آب خام اعم از آب چاه، آب دریا و آب های سطحی با بهره گیری از دانش روز دنیا از خدمات قابل ارائه در شرکت مهندسی فران است.