اسمز معکوس و کارایی نرم افزار ROSA

Reverse Osmosis یا رویه تصفیه و گردش خاص آب به نام اسمز معکوس، فرآیندی تماما فیزیکی بوده و می تواند از محلولی (حلال + ناخالصی) به کمک غشاء تقریبا نفوذپذیر با همراه حلالی نسبتا خالص تهیه شود. این روش بهترین مدل حذف یون های موجود در آب می باشد که مولکول های محلول ( از جمله قند، نمک و مابقی املاح موجود در آب ) عقب غشاء باقی می مانند و پس از گذار چرخه  از آب حذف می شوند. این روش کارآمد می تواند تا 98 درصد از املاح موجود در آب را با تکنیک خاص خودش، که در ادامه بحث می شود و به شبیه سازی این روش تصفیه آب در نرم افزار rosa اشاره خواهد شد؛ به طور کامل حذف کند.

در رویه اسمز طبیعی دو محلولی که با غلظت های متفاوت توسط یک غشای نیمه نفوذپذیر از هم جداشده اند، فشار اسمزی را در آب تماما خالص از طریق منفذهای تعبیه شده در غشاء، به داخل محلول غلظت بالا هدایت می کند و این فرآیند تا آنجایی ادامه پیدا می کند که غلظت هر دو محلول برابر شده و آب سالم را در طرفی داشته باشیم.

و اما در روش اسمز معکوس، یک غشاء اصطلاحاً نیمه تراوا یا همان نیمه نفوذپذیر (با نفوذ سیال کنترل شده)، بین دو محلول با غلظت متفاوت، محلول رقیق تر از طرفی به طرف دیگر منتقل می شود. این غشاء ها معمولا از جنس پلی آمید یا استات سلولوز می باشند و بعضا اختلاطی از تری استات سلولوز های مهندسی شده در متریال این دسته از غشاء های جداکننده به کار می رود.

در اصل با ایجاد فشار مکانیکی در آب شور این روند هم رو به خالص سازی می رود، با این تفاوت که جداسازی با فشاری خارجی صورت می گیرد و چیزی به نام فشار اسمزی داخلی نخواهیم داشت. امروزه صنایع مختلفی برای آب مورد استفاده در کارهای مختلف خود از جمله ماشین کاری ها و استفاده در تجهیزات خود به منظورهای متفاوت از روش اسمز معکوس برای سبک کردن آب به چگالی مورد نظرشان استفاده می کنند.

اساس کار روش اسمز معکوس

اساس کار این دستگاه ها بر گذار ذرات غیر یونی مثل آب از یک غشاء با روزنه های بسیار ریز که مولکول های خنثی شده را هم از خود عبور می دهند می باشد. در این سیستم ها جریان های ورودی سیال آب، به دو جریان پساب غلیظ و آب تصفیه شده مبدل گشته و فیلتر های ممبران که غشاء سیستمی این دسته از تجهیزات نام گذاری شده اند، پروسه اصلی را انجام می دهند. آلاینده های آب که در مکان ها و کار های مختلف از آب جدا می شوند را می توان به باکتری ها، نیترات ها، قارچ ها، سم های کشاورزی، انگل ها، ویروس ها، نمک ها، سولفید ها و سایر املاح ریز و درشت تقسیم کرد.

از تاریخچه تجهیزات اسمز معکوس می توان به ژان آنتوان نولت اشاره کرد که پس از الهام گرفتن از طبیعت به نظریه ای در این باره پرداخت و تا 200 سال بعد اسمز تنها پدیده ای بود که در آزمایشگاه ها مشاهده شد و به آن بصورت تکنیکی پرداخته نشده بود. در سال 1950 بود که دانشگاه کالیفرنیا در لس آنجلس ابتدای کار را با مطالعه بر نمک زدایی آب ها توسط غشاء هایی شامل مواد شیمیایی با رویکرد های مختلف از آب دریا آب های شیرین تولید کرده و جریان کم این آبها دلیلی بر عدم تجاری سازی شان شده بود.

دو تا از موارد مهم در مورد تجهیزات اسمز معکوس انتخاب پمپ های فشار قوی و همینطور غشاهای مورد استفاده در آنها بوده که بطور کلی در موردشان می توان اشاره کرد که ضخامت، قطر سوراخ ها، مقدار افت فشار و قیمت غشاءها از مسائل مورد بحث در این باره و همینطور فشار های لب شور که از 1 مگاپاسکال تا مقدار معمولی شان که بین 1.6 تا 2.6 مگاپاسکال می باشد در پمپ های این دستگاه ها لحاظ می شوند و افت فشار دینامیکی سیستم را مهندسی شده در آنها لحاظ می کنند.

این دستگاه های صنعتی در سازمان آب و فاضلاب هم بصورت روش مورد استفاده آنها یا همان اسمز معکوس هم مورد استفاده قرار می گیرند، که در این مورد استفاده ها یا انواع کاربری شان به ازای یک واحد تصفیه شده از آب سه واحد آب املاح دار را می توان به عنوان فاضلاب در نظر گرفت.  آخرین نکته ای که در این مورد قابل ذکر است ظرفیت 100میلیون متر مکعبی ای می باشد که در روز در کشور های مختلف جهان به این مقدار تصفیه رسیده اند.

نرم افزار ROSA و شبیه سازی تکنیک اسمز معکوس

در این خصوص از شبیه سازی های پژوهشی و صنعتی با اساس کاری معادلات حاکم بر سیالات، ترمودینامیک و انتقال حرارت و جرم مختص این دستگاه ها و سیستم های تصفیه ای نرم افزاری حرفه ای وجود دارد به نام ROSA که شامل حروف اختصاری عبارت Reverse Osmosis System Analysis می باشد.

این نرم افزار برای طراحی و اندازه گذاری، نصب و راه اندازی، تعمیرات و نگهداری و پیاده سازی سیستم های آب شیرین کن با استفاده از ماژول های تعریف شده روی نرم افزار برای آنالیزهای پیشرفته با توجه به ورودی و خروجی ها بکار می رود و همینطور ممبران ها و pressure vessel ها را قوانین و قیود مربوط به آنها بررسی می شود و در سیستم طراحی شده موارد مهندسی شان لحاظ می شود.

این نرم افزار با ممبران های مخصوص filmtec تنها و تنها برای سیستم های اسمز معکوس استفاده دارد و برای بخش ها و دستگاه ها و تجهیزات مختلف تصفیه آب ، برای یکپارچه کردن طرح های صنایع مختلف شرکت DOW نرم افزار شبیه سازی WAVE را بصورت توسعه یافته نسبت به دیگر رقبا ارائه داده است که در این توضیحات قابل ذکر بود. از این برنامه طراحی مهندسی برای طراحی گونه های بسیار گسترده‌ای شامل فرآیند‌های غشایی یا همان ممبران محور، نظیر واحد های تصفیه آب صنعتی و پسآب به روش NF ، RO و سیستم‌های آب شیرین کن SW استفاده می‌شود.

در این نرم افزار با وارد کردن داده های عملیاتی مختلف و فرمول نویسی ها ، انواع پمپ ها، پایپینگ ها، پیش تصفیه ها و پس تصفیه ها، تقسیم بندی سیستم های اسمز معکوس بر حسب نوع آب و دیگر موارد را در فضای نرم افزار از نظر multi pass بودن آنالیز های مختلف مانند آنالیز رسوب را بر حسب سیستم های پیش طراحی شده و محتمل بررسی کرده و مدل نهایی را برای بهره برداری فراهم کرده و خروجی می گیرند. آب های permanent و concentrate و دبی های جرمی ورودی - خروجی را می توان توسط نرم افزار Rosa با دیتا شیت های واقعی شبیه سازی نمود و تمامی اطلاعات یک سیستم آب شیرین کن را مدل سازی کرد.

جمع بندی

در مورد اسمز معکوس نکته ای که قابل توجه است، بکارگیری آن در کاربردها و صنایع مختلف از جمله آزمایشگاه های مهندسی شیمی و تاسیسات مکانیکی است که به عنوان مثال هدف بخشی از آنها بهبود عملکرد تصفیه ای و رساندن TDS آب به مقدار مد نظر برای کاربری مورد نیاز در آن بخش می باشد و در بخش تاسیسات مکانیکی در مخازن آبی و همینطور استخر ها مورد استفاده قرار می گیرد.

نویسنده : علیرضا خانی ، کارشناس دپارتمان مهندسی شیمی مؤسسه آموزشی پارس پژوهان