اسمز معکوس (RO)

اسمز معکوس

جهت استفاده از دستگاه هاي اسمز معکوس براي تصفيه آب ابتدا بايد خصوصيات آب هاي گوناگون و ناخالصي هاي موجود را شناسايي و مطالعه نمود، لذا در ذيل به ذکر ويژگي هاي انواع آب مي پردازيم:

الف: ويژگی آب هاي زيرزمينی

  • مواد معلق در آنها کم است.
  • معمولا مواد آلي بسيار کم دارند.
  • ممکن است داراي ذرات شن باشند.
  • آب های زیرزمینی حاوي آهن محلول و گاهي هم منگنز محلول هستند که وقتي آب در معرض اتمسفر قرار مي گيرد در اثر اکسيد شدن توسط هوا، ذرات زرد- قهوه اي درآنها ظاهر مي شود.
  • Ph اين آب ها معمولا ۶٫۹ – ۷٫۹ مي باشد. آب چاه هاي خيلي عميق معمولا عاري از ميکروب ها و ديگر ميکروارگانيسم ها مي باشد ولي آب چاه هاي کم عمق معمولا آلوده به ميکروارگانيسم ها هستند.
  • دي اکسيد کربن ممکن است در اين آب ها زياد باشد.
  • به خاطر انحلال جزئي مواد معدني، معمولا آب های زیرزمینی داراي املاح زياد مي باشند که بيشترين جزء آن بي کربنات کلسيم است.

ب: ويژگی آب های سطحی

  • زلال نيستند.
  • PH اين آب ها حدود ۸-۷ است.
  • مواد عالي موجود در اين آب ها در نقاط مختلف متفاوت است و ممکن است حاوي دترجنت ها، نفت، روغن و فلزات سنگين باشند.
  • معمولا آلوده به ميکروارگانيسم ها هستند.
  • مقدار آمونياک، فنل و نيترات اين آب ها ممکن است زياد است.
  • اگر آب هاي سطحي از آب هاي کشاورزي ناشي شوند، معمولا داراي نيترات و فسفات قابل توجهي هستند، بويژه در مناطقي که از کودهاي شيميايي استفاده مي شود.

ج: ويژگی آب های شور

  • مقدار املاح اين آب ها بسيار زياد و معمولا بيشتر از۵۰۰ میلی گرم در لیتر می باشد.

اسمز معکوس(RO)

در این روش که یکی از پیشرفته ترین روش های تصفیه آب می باشد یک غشای نیمه تراوا املاح محلول، موادآلی، ویروس ها، باکتری ها و…. را تا قطر ۰٫۰۰۰۱ میکرون از آب جدا کرده و فقط ملکول آب خالص از آن عبورمی کند سیستم اسمز معکوس قادر به جداسازی ۹۹-۹۵% مجموع املاح آب (TDS) و ۹۹% کل باکتری ها می باشد به این ترتیب آب خالص و مطمئن را تولید می کند که در تأمین آب مورد مصرف برای صنایع غذایی یخ سازی و آب مقطر سازی و نوع خاصی از این دستگاه ها جهت تهیه آب آشامیدنی استاندارد از آب شور و چاه های نزدیک به دریا استفاده می شود.

دستگاه تصفیه آب صنعتی در روش اسمز معکوس یا آب شیرین کن عموماً شامل قطعات زیر می باشند:

  • پمپ ورودی (feed pump )
  • فیلتر شنی
  • فیلتر کربنی
  • فیلتر میکرونی
  • پمپ تزریق مواد شیمیائی
  • پمپ طبقاتی فشار بالا
  • ممبران
  • تابلو برق
  • فلومتر تولید و پساب
  • شاسی مقاوم
  • پرشر سوئیچ
  • شیر برقی
  • واحد CIP و تخلیه آب ممبران
  • شیرهای کنترل دستی
  • لوله کشی های فشار بالا (عموماً استنلس استیل)
  • لوله کشی های فشار پایین ( عموماً upvc)

موارد دیگر قابل سفارش بر اساس تقاضای مشتری می باشد.

  1. پمپ ورودی: انتخاب این بوستر پمپ با توجه به مقدار آب خام مورد نیاز که حاصل جمع تولید و پساب دستگاه می باشد و فشار لازم جهت بک واش فیلترهای شنی و کربنی صورت می گیرد.
  2. فیلترشنی: آب در فیلتر شنی با سرعت کم و تدریجی گذر می نماید تا کدورت آن به طور قابل توجه ای کاهش یابد. فیلتر شنی جهت حذف ذرات معلق تا ۵۰ میکرون و یا به بیان ساده تر کاهش کدورت آب می باشد. در این صافی ها با عبور مایع از بستر، ذرات معلق در بین خلل و فرج بستر باقی می مانند و آب زلال خارج می گردد. این فیلترها در انواع دستی نیمه اتوماتیک واتومات با بدنه هایی از جنس فلزی و FRP در بازار موجود است. جهت کسب اطلاعات بیشتر به صفحه فیلتر شنی مراجعه نمایید.
  3. فیلتر کربنی: از نظر ساختاری کاملا شبیه فیلتر شنی می باشد با این تفاوت که در آن به جای سیلیس از کربن اکتیو استفاده می شود. وظیفه اصلی فیلتر کربنی حذف کلر از آب می باشد. وجود کلر آزاد CL2 می تواند صدمات جدی به غشا ممبران وارد کند. برخلاف تصور اکثر کاربران، کربن تاثیر جدی بر رنگ و بوی آب ندارد. جهت کسب اطلاعات بیشتر به صفحه فیلتر کربنی مراجعه نمایید.
  4. فیلتر میکرونی: اندازه فیلتر کارتریج ها معمولأ ۲۰ اینچ است، بنابراین صنایع سازنده فیلتر، این اندازه را به عنوان مبنا برای سایر موارد در نظر می گیرند. این فیلترها نیز در حذف مواد معلق تا قطر ۱ میکرون، نقش ایفا می کنند. فیلتر پس از اینکه به مدت یک هفته در سرویس بود، باید از سرویس خارج شود و مورد بازرسی قرار گیرد. اگر مقدار لجن در فیلترهای میکرونی زیاد باشد، شستشوی معکوس فیلترهای شنی باید بیشتر انجام شود. چنانچه رنگ فیلترها از حالت اولیه خارج شده و رنگ زرد مایل به قهوه ای متمایل شده باشد، زمان تعویض فیلترها می باشد.
  5. پمپ تزریق ضد رسوب « دوزینگ پمپ»: عموماً از این پمپ ها جهت تزریق آنتی اسکالنت« ضد رسوب» به آب ورودی استفاده می شود. تزریق آنتی اسکالنت به آب جهت جلوگیری از رسوب گذاری در ممبرانها امری واجب است. مقدار تزریق آنتی اسکالنت به آب با توجه به آنالیز آب به وسیله دوزینگ پمپ قابل تنظیم می باشد.
  6. پمپ طبقاتی فشار بالا: پمپ فشار بالا یکی از اجزاء اصلی سیستم است. جریان آرام و پیوسته برای غشاء باید توسط پمپ تامین شود. ظرفیت آن باید به اندازه ای باشد که قادر به تامین جریان لازم با فشار مطلوب در شرایط مختلف بهره برداری از غشاء باشد .این فشار در ممبرانهای نوع کم فشار ۱۵۰ psi در ممبرانهای معمولی ۲۲۰ psi و در ممبرانهای آب دریا ۵۰۰ psi می باشد. جنس قطعات پمپ که در تماس با آب هستند، برای کاربرد در سیستم باید ارزیابی شوند، به عنوان نمونه پره های پمپ و یاتاقان هر دو از استیل ساخته می شود.
  7. ممبران: ممبران قطعه ای سیلندری شکل است که در واقع همان غشاء های نیمه تراوا می باشد. با ایجاد فشار اسمزی در جداره خارجی آن عمل فیلتراسیون (کاهش املاح محلول) صورت می گیرد. ممبران ها نسبت به کیفیت آب ورودی و نحوه نگهداری طول عمر متفاوتی دارند. عمر مفید غشاء اسمز معکوس برای تصفیه آبهای تا  TDS=3000 ppm  و کدورت کمتر از ۱ NTU در شرایط عادی حدود ۲.۵ سال می باشد. کدورت مهمترین و مخرب ترین عامل در از کارافتادگی این بخش حساس می باشد.
  8. CIP: غشای نیمه تراوا «ممبران ها» به عنوان مهمترین المان تصفیه آب به شمار می روند که بیشترین هزینه نگهداری را به مصرف کننده تحمیل می کنند لذا اگر مصرف کننده نتواند از مکانیزم عمر مفید این المان استفاده نماید متحمل ضررهای تصاعدی خواهد شد. یکی از مفیدترین روشها برای بالا بردن عمر مفید ممبرانها شستشوی مداوم سیستم با آب خالص است. علاوه بر آن به طور معمول هر ۲۰۰۰ ساعت یکبار بر اساس نوع گرفتگی غشاها سیستم احتیاج به شستشو با اسید و باز پیدا می کند. سیستمCIP (in place cleaning) آب خالص یا محلول اسید و باز را از مخزن ذخیره به وسیله پمپ اصلی یا پمپ که به این منظور در نظر گرفته شده از داخل ممبران عبور می دهد.
  9. تابلو برق: تابلوی برق جهت کنترل دستگاه به کار می رود، که شامل کنترل فاز، بی متال، کلیدهای حرارتی مغناطیسی، کنتاکتور، کلیدهای فرمان، کلیدهای اتوماتیک، آمپرمتر و ولت متر و تایمر می باشد. در نوع پیشرفته جهت کنترل سیستم از PLC استفاده می شود.
  10. سنسورهای کنترل فشار: این سنسورها که به پرشر سویچ معروف می باشند باعث توقف کار سیستم در فشار بالاتر و یا پایین تر از حد مجاز می شوند.
  11. فلومتر تولید و پساب: بر روی پانل دستگاه دو ستون شیشه ای نصب می شود که میزان آب تولید و آب دور ریز را به ما نشان می دهد. بهترین راه برای کالیبره کردن دبی سنج، این است که جریانی که از آن عبور می کند در داخل یک مخزن مندرج بزرگ ریخته شود و  زمان پر شدن آن با یک کرنومتر اندازه گیری شود.
  12. TDS متر: TDS غلظت کل جامدات محلول در سیستم است که سنسور این دستگاه در مسیر آب تولیدی قرار می گیرد و TDS آب تولیدی را نشان می دهد.
  13. شیر کنترل پساب: یک شیر کنترل بر روی پانل دستگاه قرار می گیرد که میزان فشار سیستم و میزان دور ریز و تولید دستگاه با تنظیم این شیر میسر می شود.
  14. گیج فشار: در نقاط مختلف سیستم نصب می گردد که با نشان دادن فشار در این نقاط به تحلیل عملکرد سیستم کمک می کند.

 سرویس و نگهداری

  • عمر مفید ممبران بر اساس کیفیت و کمیت آب ورودی بین دو تا پنج سال است.
  • جهت جلوگیری از گرفتگی ممبران مواد شیمیایی به نام آنتی اسکالنت باید به صورت مداوم به آب ورودی به سیستم تزریق شود.
  • در صورت گرفتگی غشاء ممبران باید به کمک مواد شوینده شیمیائی شستشو گردد.
  • فیلترهای شنی، کربنی و میکرونی هر کدام سرویس و نگهداری خود را دارند که در قسمت خودشان توضیح داده شد.

اصولی که برای خرید دستگاه تصفیه آب شیرین کن باید رعایت کرد 

  • در ظرفیت آب تصفیه شده باید دقت نمود، به عنوان مثال اگر یک گلخانه در شبانه روز نیاز به تصفیه آب به میزان ۱۰۰ متر مکعب داشته باشد بهتر است دستگاهی تهیه کنید که توانایی تصفیه آب به ظرفیت ۱۵۰ متر مکعب در شبانه روز را داشته باشد به جهت اینکه مجبور نباشیم کل ۲۴ ساعت دستگاه آب شیرین کن را روشن نگه داریم. که این امر باعث می شود استهلاک دستگاه تصفیه آب صنعتی بالا رود، پس حداقل باید روزانه ۶ الی ۸ ساعت دستگاه آب‌شیرین‌کن استراحت داشته باشد.
  • حتماً آنالیز کامل از آب را تهیه نماییم که اگر مشکلی در آب وجود دارد در پیش تصفیه دستگاه آب شیرین کن مشکل موجود را حل نمایید سپس این آب وارد فیلتر ممبران شود به عنوان مثال اگر کدورت آب بالاست ابتدا در پیش تصفیه آب شیرین کن صنعتی کدورت  را به حد مجاز برسانیم سپس این آب وارد ممبران شود.

نظر به اینکه دستگاه آب شیرین کن از قطعات مختلف مونتاژ و روی شاسی سوار می شود، لذا بهتر است در انتخاب قطعات اصلی مثل پمپ ورودی، پمپ طبقاتی، مخازن فایبرگلاس، پرشروسل، تابلو برق، ابزار دقیق و… نهایت دقت را نمود.

In order to use reverse osmosis devices for water purification, characteristics of different types of water and impurities must first identify and study so below we will mention the characteristics of different types of water:

Characteristics of underground water:

  • Low suspended solids
  • Low organic substances
  • They may contain sand particles
  • Groundwater contains dissolved iron and manganese. when the water is exposed to the atmosphere, due to oxidation by the air, yellow-brown particles appear.
  • PH of these waters is usually between 6.9-7.9. groundwater is often very pure
    microbiologically but the water of shallow wells is usually contaminated with microorganisms.
  • High concentration of CO2
  • Underground water usually contains many salts Due to the partial dissolution of minerals, the most of which is calcium bicarbonate.

Characteristics of surface water

  • Heavy concentration of suspended solid
  • PH range between 7-8
  • these waters contain various concentration of organic substances in different places and also may contain detergents, petroleum, oil and heavy metals
  • They are usually contaminated with microorganisms
  • The amount of ammonia, phenol and nitrate in these waters is high.
  • in agricultural areas surface water usually contains significant nitrate and phosphate

Characteristics of Saline water

  • Saline water (more commonly known as salt water) is waterthat contains a high concentration of dissolved salts (mainly sodium chloride). On the United States Geological Survey (USGS) salinity scale, saline water is saltier than brackish water, but less salty than brine. The salt concentration is usually expressed in parts per thousand (permille,%) and parts per million (ppm). The USGS salinity scale defines three levels of saline water. The salt concentration in slightly saline water is 1,000 to 3,000 ppm (0.1–۰٫۳%); in moderately saline water is 3,000 to 10,000 ppm (0.3–۱%); and in highly saline water is 10,000 to 35,000 ppm (1–۳٫۵%). Seawater has a salinity of roughly 35,000 ppm, equivalent to 35 grams of salt per one liter (or kilogram) of water.

Reverse osmosis (RO)

In this method, which is one of the most advanced methods of water purification, a semi-permeable membrane separate dissolved solute, organic materials, viruses, bacteria, etc. from feed water and just let the pure water pass throw it. The reverse osmosis system is able to separate 95-95% of the total dissolved solids (TDS) and 99% of all bacteria from the water.

The industrial water purifier in the reverse osmosis generally, includes the following parts:

feed pump
Sand filter
Carbon filter
Micron filter
Chemical injection pump
High pressure pump
membranes
Electrical panel
permeate and reject water flowmeter
Durable chassis
pressure switch
electric valve
CIP unit and membrane water discharge
Manual control valves
High pressure piping (generally stainless steel)
Low pressure pipes (generally upvc)

  1. feed pump: to choose this pump the required pressure for backwash of the sand and carbon filters and also the amount of raw water should be considered.
  2. Sand filter: Water passes through the sand filter at a slow and gradual speed to reduce its turbidity significantly. The sand filter is used to remove suspended particles up to 50 microns result, reduction water turbidity. In these filters, when the liquid passes through the bed, the suspended particles remain between the pores of them and the clear water comes out. These filters are available in three forms, manual, semi-automatic and automatic with metal and FRP casing. For more information, refer to the sand filter page.
  1. Carbon filter: Carbon filter structurally is similar to the sand filter, except that active carbon is used instead of silica. The main function of the carbon filter is to remove free chlorine from water. The presence of free chlorine can cause serious damage to the membrane. Despite other elements, carbon does not have a serious effect on the color and smell of the water. For more information, refer to the carbon filter page.
  1. Micron filter: The cartridge filter size is usually 20 inches, so filter manufacturing industries consider this size as the basis for other items. These filters also play a role in removing suspended materials up to 1 micron. After the filter has been in service for one week, it should be taken out of service and checked. If the amount of sludge in the micron filters is high, the sand filters should be backwash more often and also If the color of the filters changed to yellow-brownish, it is time to change the filters.
  1. Anti-fouling injection pump “Dosing pump”: Generally, these pumps are used to inject “anti-fouling” antiscalant into the feed water. It acts directly on the crystallization process, preventing crystal growth. The amount of antiscalant injected into the feed water can be adjusted according to the water analysis by the dosing pump.
  1. High pressure pump: The high-pressure pump is one of the main components of the RO system. continuous flow to the membrane must be provided by the pump. It should be able to provide the required flow with the desired pressure in different operating conditions. This pressure is 150 psi in low pressure type membranes, 220 psi in normal membranes and 500 psi in seawater membranes. pump spare parts material must be commensurate with water which are in contact, for example the pump impeller and bearings are both made of stainless steel.
  1. Membrane: Membrane is a cylindrical piece contains semi-permeable membranes. By creating osmotic pressure in its outer part, the action of filtration (decrease of dissolved solutes) takes place. Membranes have different service life according to the quality of the feed water and maintenance procedure. The useful life of reverse osmosis membrane for purifying water up to TDS=3000 ppm and turbidity less than 1 NTU is about 2.5 years under normal conditions. Turbidity is the most important and destructive factor in the failure of this main part.
  1. CIP: semi-permeable membrane is considered as the most important element of water purification, which impose the highest maintenance cost on the consumer. so, increasing its service life is very important task to decrease the maintenance cost. One of the most useful ways to increase the useful life of the membranes is to wash the membranes continuously with pure water. In addition, usually every 2000 hours, based on the type of membrane blockage, the system needs to be washed with acid and soda. The CIP (in place cleaning) system circulate pure water or acid and soda solution through the membranes of the system.
  1. Electrical panel: The electrical panel is used to control the device, which includes phase control, bimetal, magnetic thermal switches, contactors, command keys, automatic switches, amperemeter, voltmeter and timer. In the advanced version, PLC is used to control the system.
  1. Pressure control sensors: These sensors, which are known as pressure switches, stop the system when the pressure is higher or lower than the permissible limit.
  1. permeate and reject water flowmeter: two glass columns are installed on the device panel, show the amount of production water and waste water. The best way to calibrate a flowmeter is to pour a large container with the water flow through it and measure the filling time.
  1. TDS meter: TDS is the total concentration of dissolved solids in the system, the sensor of this device is placed in the path of the permeate water and shows the TDS of the produced water.
  1. Effluent control valve: A control valve is placed on the panel of the device, which can adjust the system pressure and also flow rate of reject and permeate water.
  1. Pressure gauge: It is installed at different part of the system, helps to analyze the performance of the system.

Preventive Maintenance

  • The service life of the membranes is between 2-5 years based on the quality and quantity of the feed water.
  • In order to prevent membrane fouling, chemical substances called anti-scalant must be continuously injected into the feed water.
  • membrane fouling should be washed with chemical detergents in appropriate time.
  • Sand, carbon and micron filters also should be service and maintenance, for more information visit their pages.

Tips to buy a water softener

  • the capacity of required permeate water should be considered, for example, if a greenhouse needs 100 cubic meters purified water per day, it is better to provide a device that can purify water with a capacity of 150 cubic meters per day. So that it is not necessary to keep the water softener in the service for the whole 24 hours. This causes increasing in depreciation of the water purifier. It is better to shut down the system least 6 to 8 hours a day.
  • the raw water must be analysis completely, in order to solve the existing problem in the pre-treatment, then use water as feed to the membrane filters.

Considering that the water purifier system is assembled from different parts and mounted on the chassis, it is better to choose the main parts such as inlet pump, high pressure pump, casing tanks, pressure switches, electrical panel, precision instruments, etc. rigorously