در سیستم های اسمز معکوس با آرایش حلزونی طول ظرف استوانه تحت فشار یا مدول در برگیرنده المنتهاکه گاهی پوسته نگهدارنده نامیده میشوند، متغیری است که بیشترین تأثیر را روی طراحی سایر اجزاء سیستم میگذارد. طراحی مدول روی طراحی ساختار فلزی سیستم، هیدرولیک جریان در سیستم و طراحی پمپهای فشاربالای سیستم اثر مستقیم دارد.
برای انتخاب طول مدول نیاز به اطلاع از مشخصات فضای در نظر گرفته شده برای نصب سیستم میباشد. بایددر دو انتهای مدولها فضای کافی برای نصب و تعویض المنت ها وجود داشته باشد.
در غیر این صورت به هنگام نیاز به تعویض المنت ها مجبور به جابجائی کل مدول به محل دیگری خواهد بود. از این رو حداقل فاصله 5 فوت از هر طرف مدول پیشنهاد میشود. این فاکتور احتمالاً طول مدول مورد استفاده برای سیستم را تحت تأثیر قرار میدهد.
از نظر اقتصادی، مقرون به صرفه است که تا حد امکان از طویلترین محفظه المنت استفاده شود، زیرا در این صورت، تعداد آنها به حداقل میرسد. به هرحال به علت ظرافت در کار، برای سیستم های کوچک اسمز معکوس ازتعداد محفظه المنت بیشتر و با طول کمتر استفاده میشود.
به عنوان مثال سه پوسته نگهدارنده (مدول) با طول 80 اینچ تصویر زیباتری نسبت به یک مدول با طول 240 اینچ خواهد داشت. همچنین حمل و نقل آن آسانتر بوده وفضای کمتری را برای نصب اشغال مینماید.
سازندگان مدولها آنها را بنحوی میسازند که در فشاری معادل تا 6 برابر فشار کارکرد نرمال را تحمل کند. هر پوسته در1.5 برابر فشار کارکرد چک می شود.
سازندگان مدولها آنها را بنحوی میسازند که در فشاری معادل تا 6 برابر فشار کارکرد نرمال را تحمل کند. هر پوسته در1.5 برابر فشار کارکرد چک می شود.
از مزایای محفظه های المنت فولاد زنگ نزن فشار قوی این است که از نظراسکلت ساختمانی،قادربه داشتن مدخل ورودی و خروجی از پهلو م یباشند. لوله های ورودی و خروجی شاهراه می توانند به کناره های محفظه المنت متصل شوند. اما زمانی که مدول از جنس فایبرگلاس باشد نمیتوان این کار را انجام داد. زیرا بر مقاومت کل مدول تأثیر منفی میگذارد.
در مدول های فایبرگلاس معمولاً مسیرهای ورودی و خروجی به دو انتهای مدول متصل میشود. در این اتصالات هنگام نیاز به تعویض المنتها باید ابتدا اتصالات دو انتها را باز نمود.
پوسته های فایبرگلاس همچنین در مقابل خوردگی مقاوم هستند.
یکی ازمزایای استفاده ازمحفظه المنت تحت فشار از جنس فولاد زنگ نزن، صلب بودن چهارچوب نگهدارنده RO است.
برای کاربرد در فشارهای پایین، محفظه المنت انتهای باز از جنس فولاد زنگ نزن عمدتاً گرانتر از نوع فایبرگلاس هستند. برای سیستمROبا المنتها غشا از نوع حلزونی با قطر 2 اینچ، ارزانترین محفظه در دسترس مدولهای از جنس پلی ونیل کلراید(PVC) میباشد.
* برای مشاهده پروژه هایی که شرکت آبسان زلال از سیستم اسمز معکوس استفاده می کند کلیک کنید .
اسکلت ساختمانیRO
با توجه به اسکلت ساختمانی هریک از قطعات،ROاستحکام آنها باید به انداز های باشد که قابل حمل و نقل ،RO با توجه به اسکلت ساختمانی هریک از قطعات باشند.
اسکلت باید به اندازه کافی صلب باشد تا هم محوری الکتروموتور و پمپ فشار قوی را حفظ کند و نیز به خوبی از محفظه های المنت غشاها و اتصالات لوله های ورودی و خروجی محافظت کند. همچنین باید به اندازه کافی صلب باشد تا از وقوع ارتعاشات جلوگیری کند.معمولترین ماده مورد استفاده در ساخت اسکلت کربن استیل (رنگ خورده) میباشد.
البته در نواحی با نرخ خوردگی بالا نظیر محلهای شیرین سازی آب دریا از اسکلت فایبرگلاس استفاده می شود. فولاد زنگ نزن، اغلب درصنایع دارویی و غذایی مورد استفاده قرار میگیرد.
یک سیستم کوچکROبا توجه به وزنش م یتواند توسط چهار چوبی که از میل ههای 4 و 6 اینچی ساخته شده، نگه داشته شود.
در سیستم هایROکه طول آن بزرگتر از 180 اینچ است، از میل ههایی با سطح مقطع(I) برای ساخت چهارچوب نگهدارنده استفاده میشود شکل (3) همچنین اسکلت باید شامل میله های قطری مورب باشد تا در طی حمل و نقل از سیستم محافظت کند.
اسکلت نگهدارنده وسایل ابزار دقیق و تابلوهای برق، مشابه اسکلت نگهدارنده غشاها است و می توان آن را از تیوب های 2 اینچی با ضخامت دیواره به اندازه 16/3 اینچ ساخت.
همچنین باید در ساخت و نصب اسکلت فلزی دقت کافی مبذول گردد، تا نواحی مرده(که امکان جمع آب و نخاله در آن وجود دارد) بوجود نیاید.
نشمینگاه یک سیستم اسمز معکوس کوچک
اسکلت باید طوری طراحی شود که به راحتی توسط جرثقیل چنگک دار، قابل جابه جا شدن باشد. جهت ازیک،RO حمل سیستم های بزرگتر به بالای تریلی به جرثقیل نیاز است و در صورت امکان برای بالا بردن اسکلتنصب شوند، هر RO چهارچوب در زیر اسکلت استفاده می شود.
حلقه های بالاتر(یا گوشواره ها) باید در مرکز ثقل چند که ممکن است اسکلت ساختمانی سنگین تری برای این کار لازم باشد، در عین حال از گوشواره ها می توان استفاده نمود.
معمولاً پانلهای برقی و ابزار دقیق روی اسکلت اصلی نصب میشوند.
حال اگر پمپهای فشار بالای سیستم هم روی همین اسکلت قرار دارند، باید دقت کافی صرف جلوگیری از اثر ارتعاش این پمپها روی کالیبراسیون تجهیزات ابزار دقیق گردد. باید در صورت نیاز از گیرنده لرزش استفاده نمود.
نشمینگاه یک سیستم بزرگ اسمز معکوس
باید سعی شود که توزیع بار سیستمROبر روی نشیمنگاه، به درستی انجام شود.در یک طراحی خوب RO باید سعی شود که توزیع بار سیستم نباید الکتروموتور پمپ های فشار قوی در قسمت انتهایی اسکلت نصب شوند.
درغیراینصورت،به هنگام انتقال،سیستم به خاطر سنگینی بیش از حد، به سمتی منحرف میشود که الکتروموتور در آنجا نصب شده است.اسکلت کربن استیل باید از خلوص کافی برخوردار باشد تا هم از خوردگی جلوگیری شود و هم زیبا باشد.
این اسکلت باید سند بلاست شده، شستشوی شیمیایی و سپس با ضد زنگ نقاشی شود. در مرحله بعد پوشش با دولایه اپوکسی با کیفیت بالا یا رنگ لعاب پیشنهاد میگردد (استفاده از رنگ لعاب آسانتر از اپوکسی بوده و پوششهای پودری بادوامتر میباشند)
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.
اندازه لوله:
قطرلوله باید طوری انتخاب شود که افت فشار جریان در لوله ها، زانوئیها و سایر اتصالات از حد مجاز بیشترنباشد. فشار برگشتی بیش از حد جریان محصول باعث برگشت جریان محصول به طرف خوراک غشا و از هم بازشدن لایه های غشا در آرایش حلزونی میگردد.
یکی از عوامل اصلی افت فشاردرلوله ها سرعت جریان غیر متناسب با قطر لوله و میزان جریان عبوری است.
افت فشار در لوله های قطور کمتر خواهد بود، زیرا نیروی تنشی در دیواره لوله پایین است. بنابراین در این لوله هاسرعت آب زیاد است، بدون اینکه افت فشار زیاد باشد. در جدول زیر رابطه بین جریان، قطر لوله و سرعت نشان داده شده است.
محفظه های المنتی که به طور کامل از المنت پر نشد هاند
المنتهای RO از نوع حلزونی جهت جمع آوری آب محصول، طوری طراحی شده اند که به طور سری در داخل محفظه المنت غشا به یکدیگر متصل شوند.
بنابراین ضروری است تا آب محصول فقط از یک طرف محفظه المنت دریافت شود. اگرچه ممکن است نوع بخصوصی از اتصال دهنده تیوب که ورقه پوچ یا المنت توخالی نامیده می شود (شکل 6)، در محفظه های المنتی که بطور کامل توسط المنت پر نشد هاند، مورد نیاز باشد.
این ورقه پوچ، آب محصول المنت انتهایی را به درب پوش انتهایی محفظه المنت متصل م یکند تا بدین طریق آب محصول از محفظه خارج شود.
جهت آگاهی از کیفیت آب محصول باید یک شیر نمونه گیر در مسیر آب محصول خروجی از هر محفظه المنت غشا نصب شود. همچنین استفاده از CheckValve در انتهای مسیر فرعی هر یک از مدول ها توصیه میگردد.
با این کار اولاً از احتمال برگشت آب به مدول در زمان راه اندازی جلوگیری بعمل میآید. ثانیاً اگر شیر نمونه گیر قبل از چک ولو باشد، امکان اختلاط آب محصول مدول های مختلف در حین نمونه گیری از میان میرود.
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.
منابع مورد استفاده
- روش های پیشرفته درصنعت تصفیه آب – تألیف مهندس محمد کرمانی، انتشارات شرکت ملی صنایع پتروشیمی 1382
- تئوری اسمز معکوس، راهنمای عملی برای استفاده در صنایع تصفیه آب، وس بایرن . ترجمه مهندس مجید خاکساری1383-
