اصول طراحی سیستم اسمز معکوس RO

طراحی و جنس لوله ها:

بایدلوله های فشار بالا کاملاً قادر به تحمل حداکثر پتانسیل فشار موجود در سیستم باشندمعمولاً از فولادزنگ نزن برای ساخت لوله های تحت فشار بالا استفاده م یشود. معمولاً اتصالات اصلیROجوشی هستند.

لیکن گاه از لوله و اتصالات پیچ و مهرهای استفاده میشود که استحکام کمی داشته و از زیبایی ظاهری هم برخوردارنمی باشند.

در ارتباط با منابع آبی که غلظت کلراید آنها از چند هزارppmتجاوز میکند، استفاده از لوله و اتصالات از جنس فولاد316Lپیشنهاد میگردد.

 غالباً برای لوله و اتصالات فشار پائین سیستم RO از جنس PVC استفاده میشود.

گاهی نیز برای سیستمهای تولید آب فوق خالص پلی وینیل دیفلوراید (PVDF) بکار میرود. لوله های  فولاد زنگ نزن در سیستم هایی که جریان آب کم است نیز مورد استفاده قرار می گیرند.

 در صورتیکه قطر لوله بیش از 4/3اینچ باشد، خم و جفت کردن آن مشکل است. اگر قطر لوله زیادتر باشد،شاهراه از جنس فولاد زنگ نزن باید از طریق جفت کردن و جوشکاری قطعات لوله های کوچکتر به یکدیگر ساخته شود.

اگر این جوش توسط گاز بی اثر تنگستن (جوشکاری (TIG انجام شود، کربن کمتری در جوش به وجود م یآید.

سپس شاهراه توسط اسید نیتریک غلیظ در دمای120 (Fشستشوی شیمیایی می شود تا یک لایه محافظ بر روی آن بوجود آید. این عمل، موجب دفع آهن و سایر آلودگیها تا عمق1 mm می شود و از تشکیل باقیمانده های حاصل از زنگ زدگی که به راحتی در جوشهای فولاد زنگ نزن که بدون لایه محافظ قابل دیدن م یباشند، جلوگیری می کند.

امکان ساخت لول ههای شاهراه با استفاده از جفت کنند ههای رزوه ای وجود دارد. اشکال این نوع طراحی، نشتی زیاد

است و از نظر ساختمانی، صحیح نیست و همچنین، ظاهر خوشایندی ندارد.

شیلنگ های قابل انعطاف و مقاومی در دسترس است که قادر به تحمل فشارهای بالا هستند.

شیلنگهای قابل انعطاف، نه تنها دوام لوله های فولاد زنگ نزن را ندارد، بلکه ساختمان آنها از صلبیت لازم، برخوردار نیست.

 به هرحال،مزیت این شیلنگ ها آن است که به دلیل انعطاف پذیری به راحتی انتهای محفظه المنت را به مرکزشاهراه متصل می کنند.

 بنابراین هنگام بازکردن ارتباط دهنده بین انتهای محفظه المنت و شاهراه در زمان صرفه جویی و انرژیک متری نیز صرف می شود.

اگر شیلنگ های قابل انعطاف در معرض تابش مستقیم نور خورشید قرار گیرند (در سیستم های نصب شده در هوای آزاد)، تابش اشعه ماورای بنفش موجب شکنندگی شیلنگ میشود و باید هر دو سالیک بار تعویض شود در زمان انجام شستشوی شیمیایی، بهتر است که شاهراه فشار قوی مرحله میانی در دسترس باشد.

 این کاررا می توان با مسدود کردن اتصالات انجام داد و یا اینکه یک شیر توپی فشار قوی در داخل شاهراه نصب کرد. این کارطی شستشوی شیمیایی میتواند مفید واقع شود تا به وسیله آن محلول شیمیایی قادر به چرخش در تک تک غشاهاباشد، همچنین این کار، امکان رسیدن به حداکثر سرعت تمیز کاری در تمام محفظه های المنت را میسر می سازد.

در برخی موارد از شیرهای توپی در مسیر جریانهای آب خوراک و دورریز محفظه های المنت مشخص استفاده م یشود.

این شیرها در سیستم های بزرگ RO به منظور ایزوله کردن محفظه های المنت به کار می روند (سیستم هایی که بیش از 200 gal/min) ) تولید آب محصول داشته باشند).

خطر استفاده از شیرهای ایزوله کننده این است که در زمانی که محفظه المنت غشا ایزوله شده است و شیر نشتی دارد، رسوبات حاصل از آب نشت کرده به درون غشا در تمام سطح آن ته نشین خواهد شد.

همچنین، همیشه این احتمال وجود دارد که اپراتور در باز یا بستن شیر اشتباه کند و در نتیجه توازن هیدرولیکی سیستم به هم بخورد. بنا به دلایل فوق، استفاده از شیرهای ایزوله کننده به غیر از مواد خاص، پیشنهاد نمیشود.

تقلیل فشار زیاد

از جمله اهداف تقلیل فشار آب دور ریز RO کنترل دقیق سرعت جریان در زمانی است که افت فشار به میزان Psid 800 (بسته به فشار سیستمROوجود داشته باشد. همیشه بهتر است که توسط یک شیر یا اریفیس که بدون ایجاد سر و صدای زیاد قادر به انجام این کار باشد، فشار را کاهش داد تا از تلاطمی که در صورت استفاده ازشیر تولید خواهد شد، جلوگیری شود

شیرهای توپی معمولاً انتخاب خوبی برای این منظور نیستند. این شیرها برای کنترل جریان، طراحی نشده اند.

در حقیقت به غیر از ساختار بسیار محکم شیر در طی زمان سرویس به علت افت فشار زیاد، شیر تمایل به بستن دارد. اگر زمانی که سیستمROدر حال کار است، شیر بسته شود، میتواند برای پمپ فشار قوی خطر ساز باشد و جریانی کمتر از مقدار مورد نظر برای غشاها تأمین کند.

شیرهای توپی موجب ایجاد تلاطم می شوندکه به نوبه خود موجب ایجاد سر و صدا و احتمال خطر برای لوله mهای پایین دستی می شود.

شیرهای سوزنی از جنس فولاد زن گ نزن برای تقلیل فشارهای زیاد کارآیی خوبی داشته و مخصوص این کارطراحی شده اند. فولاد زنگ نزن باید از نوعی باشد که دارای غلظت کربن کمتری باشد و L 316 این خاصیت را دارد.

طراحی المنتهای هر ردیف

همزمان با گذر آب خوراک از میان غشا، آب نفوذی یا محصول خارج میشود و میزان نرخ جریان باقیمانده کاهش مییابد. عموماً سیستمهای RO با آرایش حلزونی یا المنتهای الیاف توخالی به نحوی طراحی میشوند که یک نرخ جریان عرضی مطلوب روی هر المنت بوجود آید تا:

• با ایجاد تلاطم کافی در جریان عرضی از فولینگ و ترسیب روی سطح غشا جلوگیری بعمل آید.
• اختلاف فشار در دو سر سیستم به حداقل ممکن برسد . این اختلاف از نیروی رانش در ان تهای سیستم ناشی می شود و بنابراین جریان آب محصول را کاهش م یدهد. همچنین اختلاف فشار بیش از حد، از نظر مکانیکیمی تواند به غشا آسیب وارد کند
• .نرخ جریان غلیظ در المنتهای انتهائی در حد مطلوب باشد.

برای طراحی یک آرایش بخصوص، ابتدا دو چیز باید مشخص شود (حداقل جریان تغلیظ شده و حداکثربازدهی المنت). امکان دارد مقدار جریان تغلیظ شده بیش از آنچه در طراحی مشخص شده، باشد.

البته این مسئلهلزوماً یک مشکل نیست، اما پیامد آن احتیاج به پمپ و انرژی اضافی دارد. اگر از  سیستم هایی که قادر به برگرداندن آب تغلیظ شده به جریان آب خوراک باشند، استفاده نشود، پیامد آن، مصرف آب خوراک بیشتر، مجرای فاضلاب اضافی، مصرف بیشتر مواد شیمیایی- که برای پیش تصفیه مورد استفاده قرار م یگیرند- خواهد بود.

آرایش1-2 طرح معمول مورد استفاده در سیستمهای RO با 75 درصد بازیافت کل میباشد. بازیافت هر مرحله برابر 50 درصد و بازیافت کل 75 درصد میگردد. آرایش1-2 یعنی دو مرحله که مدولهای مرحله دوم نصف مدولهای مرحله اول باشد.

نرخ جریان محصول مطلوب

در یک سیستم اسمز معکوس چند پارامتر می توانند بر دبی آب محصول RO تأثیرگذار باشد. این پارامترها شامل دمای آب، غلظت نمک و فشار غشا در حین عبور جریان آب خوراک از سیستم شود

برای سیستم های موجود RO امکان افزایش جریان آب محصول نیست، مگر اینکه این افزایش در طراحی در نظر گرفته شده باشد. بنابراین، پیشنهاد میشود که دبی موردنظر آب محصول در حدی در نظر گرفته شود که برای سیستم، خطری به وجود نیاید.

برای سیستم RO م یتوان تجهیزات کنترلی در نظر گرفت تا از تولید بیش از حد آب محصول توسط سیستم RO جلوگیری شود. معمولیترین روش کنترل سیستم RO با توجه به مقدار آب محصول، این است که سیستم RO به صورت ابزار دقیق با سطح تانک آب محصول مرتبط گردد.

اگر سطح آب در تانک بالا رود RO از سرویس خارج شود و اگر سطح آب در تانک پایین باشد RO در سرویس قرار بگیرد

سیستم RO باید طوری طراحی شود که ظرفیت تولید آن بیش از مقدار آب محصول مورد نیاز باشد. در عین حال، این افزایش ظرفیت نباید بیش از 50 % کل مصرف باشد.

اگر سیستم به صورت ابزار دقیق با تانک ذخیره آب مربوط گردد و تانک پر باشد در این صورت، سیستم برای مدت زمان محدودی از سرویس خارج خواهد شد. این کار می تواند موجب رشد بیولوژیکی در سیستم RO شود که نتیجه آن گرفتگی غشا و احتمالاً کاهش عمر آنها خواهد بود.

فشار رانش مطلوب غشا

فشار رانش غشا فشاری است که برای تولید آب محصول مورد نیاز است. تعیین فشار رانش مطلوب، بخشی از طراحی سیستم RO است که با توجه به نوع غشا و شرایط عملیاتی آن انتخاب می شود. هرچه فشار، افزایش یابد، جریان آب محصول بیشتر و دفع نمک بهتر است.

با افزایش فشار، برق بیشتری مصرف شده، سرعت گرفتگی غشاافزایش یافته و در نتیجه عمر غشا کاهش می یابد. علاوه بر این در فشارهای بالاتر ممکن است احتیاج به محفظه المنت یا لوله های مخصوصی باشد.

غشای سلولز استات اغلب در فشارهای زیر 005 تا 1000 کار می کند. در فشارهای بالاتر از Psig 500 فشردگی معمولاً موجب کاهش عمر غشا خواهد شد. در سیستم های بزرگ سلولزاستات و پلیآمید در مواردی که هدف، بازدهی بیشتر آب است فشار کاری Psig 200 و در مواردی که هدف دفع نمک بیشتر است فشار کاری Psig 400 می باشد.

سیستم های بزرگتر پلی سلوفان باردار یا پلیآمید به منظور افزایش بازدهی انرژی و کاهش سرعت گرفتگی در فشار Psig 200 مورد بهره برداری قرار م یگیرند؛ در نتیجه در این نوع سیستم های RO از محفظه های المنت تحت فشار ارزانتری در مقایسه با آنهایی که در فشار Psig 400 کار می کنند استفاده می شود.

نیروی رانش برای محاسبه تقریبی دبی آب محصول المنت معین مورد استفاده قرار م یگیرد. همچنین اگر

میزان نیاز به شار آب محصول کم باشد، تعیین نیروی رانش پیشنهاد می شود. فشار واقعی غشا بعد از تعیین سایرمقادیری که تأثیر در دبی آب محصول غشا دارند، محاسبه خواهد شد. همچنان که تشریح شد

به طوری که

فشار رانش: فشار رانش مطلوب غشا

فشار طراحی: فشار رانش طراحی شده توسط کارخانه سازنده غشا

ضریب گرفتگی : عددی کوچکتر از یک که به منظور احتساب اتلاف آب محصو ل در اثر گرفتگی غشا مورد

استفاده قرار می گیرد.

دبی طراحی شده: آب محصول توسط کارخانه سازنده غشا که برای المنتهای غشا انتخاب شده است.