طراحی پیشرفته سیستم اسمز معکوس صنعتی

با توجه به ضرورت وجود این سیستم ها در صنایع آب و فاضلاب، پتروشیمی، پالایشگاه، فولاد و سایر صنایعی که نیازمند آب با کیفیت در پروسه تولید هستند، انتظار می رود که در انتهای این آموزش فرد بتواند به عنوان طراح و متخصص در این زمینه مشغول به کار شود. باید توجه داشت که طراحی سیستم های تصفیه آب RO تنها به طراحی با نرم افزار محدود نمی شوند و نیازمند دانش کافی در حوزه سیستم های اسمز است. 
مهندسان مجموعه آبین طراحی تخصصی واحدهای صنعتی اسمز معکوس را به صورت بهینه و با کمترین هزینه بهره برداری انجام می دهند. در این مقاله قصد داریم با مهمترین پارامترهای مورد نیاز برای طراحی سیستم های RO آشنا شویم.

 
پارامترهای مهم در طراحی سیستم RO

در طراحی تخصصی سیستم های اسمز معکوس به عوامل مهم زیر توجه ویژه می شود:

1.    آنالیز آب خوراک (Feed water data)

•    نوع آب خوراک: در طراحی دستگاه تصفیه آب RO انتخاب نوع آب ورودی به سیستم اهمیت زیادی دارد. به عبارت دیگر باید تعیین شود که قصد داریم چه نوع آبی را توسط سیستم تصفیه کنیم. منبع خوراک در طراحی RO می تواند یکی از انواع آب لب شور، سطحی، آب پیش تصفیه شده یا آب دریا باشد. 

•    SDI آب خوراک و پیش تصفیه: شاخص Silt Density index) SDI) نشان دهنده کیفیت آب ورودی به سیستم اسمز معکوس و میزان ذرات معلق و کلوییدی در آب است. 

•    ترکیب شیمیای آب خوراک: مهمترین مرحله در طراحی سیستم تصفیه آب اسمز معکوس، ارزیابی کیفیت و کمیت آب خوراک است که توسط آزمایش مشخص می شود. در این آزمایش میزان ترکیباتی مانند: آلومینیم، آلومینا، آرسنیک، پتاسیم، سلنیوم، سیلیکا کلوییدی و محلول، نقره، باریم، سدیم، کادمیم، کلسیم، کربنات، سولفات، روی، فلوراید، منیزیم، نیکل و ... در آب اندازه گیری می شود.  

•    TDS آب خوراک (ورودی): TDS بیانگر غلظت کل ترکیبات جامد محلول در آب است. هرچه مقدار این پارامتر کمتر باشد، آب ورودی خلوص و کیفیت بیشتری دارد. با توجه به میزان TDS آب ورودی، نوع ماژول ها و حتی جنس پمپ و اتصالات در طراحی سیستم مشخص می شوند. وظیفه اصلی سیستم تصفیه آب اسمز معکوس کاهش این پارامتر می باشد. در طراحی سیستم RO با این کمیت بسیار سر و کار داریم و اجزای سیستم اسمز معکوس را بر اساس TDS آب خوراک انتخاب و طراحی می کنیم. 

•    PH آب خوراک: یکی از مشخصات آب خوراک میزان PH آن است و برای طراحی سیستم اسمز معکوس پارامتر مهمی محسوب می شود.

2.    مشخصات آب خروجی سیستم RO

یکی از نکات مهم در طراحی دستگاه RO توجه به مشخصات محصول نهایی است که انتظار داریم توسط سیستم اسمز معکوس برای ما تولید شود. مشخصات این محصول شامل حجم یا دبی آب تصفیه شده و کیفیت آن است.

•    کیفیت محصول: کیفیت آب تصفیه شده به میزان  TDS آن بستگی دارد. معمولاً مقدار تقریبی آن پیش از طراحی با نرم افزار توسط کارفرما بیان می گردد. نرم افزارهایی که امروزه برای طراحی سیستم اسمز معکوس صنعتی به کار می روند، پس از گزارش گیری میزان دقیق TDS آب خروجی را مشخص می کنند. 

•    دبی آب خروجی یا محصول (Permeate flow): دبی محصول توسط کارفرما و معمولاً برحسب واحدهایی مانند متر مکعب بر ساعت (m3/h)، متر مکعب بر روز (m3/d) و یا گالن در دقیقه (gpm) گزارش شده و مقدار آن در طراحی سیستم اعمال می شود.

•    PH آب خروجی: در برخی موارد ممکن است PH آب تصفیه برای کارفرما یا مشتری اهمیت داشته باشد، بنابراین در مشخصات محصول معین می گردد.

3.    الگوی جریان سیستم RO

در سیستم اسمز معکوس سه نوع جریان خوراک، محصول (Permeate) و جریان دور ریز یا غلیظ شده (Concentrate) وجود دارد، بسته به نوع طراحی دستگاه و استفاده از این جریان غلیظ شده ، الگوی جریان دستگاه دارای سه نوع زیر می باشد:

•    الگوی جریان پیوسته (continuous): هنگامی که جریان غلیظ شده یا دور ریز به طور کامل از سیستم تخلیه شده و وارد فاضلاب می شود، الگوی جریان را پیوسته می گویند.

•    الگوی جریان ناپیوسته (Batch): زمانی که جریان غلیظ شده به طور کامل به پمپ RO و تانک خوراک برگشته و دوباره در سیستم RO تصفیه می شود، این جریان را ناپیوسته می گویند و هنگامی از این جریان استفاده می گردد که هدف از طراحی تصفیه و کاهش حجم دور ریز باشد. بنابراین بازیابی یا ریکاوری سیستم در این حالت بالا می رود. 

•    الگوی جریان نیمه پیوسته (Semi-continuous): ممکن است که طراحی دستگاه به گونه ای انجام شود که بخشی از جریان غلیظ شده مجدداً وارد سیستم RO شده و مورد تصفیه قرار بگیرد. بنابراین در این حالت سیستم آب دور ریز کمتری را تولید می کند.

4.    محدوده دمای سیستم اسمز معکوس

در طراحی پیشرفته دستگاه تصفیه آب صنعتی توسط نرم افزار دمای کاری سیستم بسیار حائز اهمیت بوده و لازم است که با دقت کافی معین شود. 

5.    انتخاب فلاکس طراحی

یکی از مهمترین پارامترها در محاسبه تعداد ماژول ها در سیستم، تعیین مقدار فلاکس طراحی می باشد. فلاکس طراحی بر اساس نوع آب خوراک و پیش تصفیه انجام شده (میزان SDI) مشخص می شود و دارای دو مقدار ماکزیمم و مینیمم می باشد. بدین منظور جدولی توسط شرکت DOW ارائه شده که انتخاب فلاکس طراحی در سیستم را آسان تر خواهد کرد. 

6.    ممبران و ماژول های سیستم RO 

مهمترین بخش یک سیستم تصفیه آب صنعتی ماژول های آن است که اگر به درستی انتخاب و طراحی گردد، موجب طول عمر بیشتر سیستم خواهد شد. در انتخاب ماژول ها در طراحی دستگاه به نوع و کیفیت آب خروجی، پتانسیل فولینگ آب ورودی و هزینه سرمایه گذاری یا عملیاتی توجه می گردد. مهمترین پارامترهای تعیین کننده در انتخاب ممبران شامل موارد زیر هستند: 

•    نوع ممبران: یکی از نکات بسیار مهم که طراحی سیستم RO باید توجه شود انتخاب نوع ماژول مناسب براساس نوع  آب خوراک است. معیار ما برای تشخیض نوع خوراک میزان TDS آن است. به طور کلی به آبی که TDS کمتر از 10000، آب لب شور (Brackish water) و خوراک بیشتر از 10000 آب دریا (Sea water) گفته می شود. به ترتیب نوع ماژول مورد استفاده در طراحی سیستم را به ترتیب ممبران نوع BW یا نوع SW انتخاب می کنند. هر یک از این ممبران ها خود دارای ابعاد و انواع مختلف هستند که با توجه به نوع سیستم و طراحی گزینش می شوند.

  
•    تعداد ماژول های مورد نیاز: تعداد ماژول های مورد نیاز برای سیستم اسمز معکوس مورد نظر ما به سطح فعال ممبران (Se)، فلاکس طراحی (f) و دبی آب خروجی یا محصول (Qp) بستگی دارد. برای محاسبه تعداد ماژول های لازم برای سیستم (Ne) از رابطه زیر استفاده می کنیم:

(Ne=Qp/(f.Se

شایان ذکر است که سطح فعال ممبران از مشخصات ماژول بوده و توسط شرکت سازنده تعیین می گردد. این پارامتر به نوع و ابعاد ماژول نیز بستگی دارد. باید توجه شود که با قرار دادن حد پایین فلاکس طراحی، ماکزیمم ماژول و با جایگذاری حد بالای فلاکس کمترین ماژول محاسبه شده و آن را به نزدیکترین عدد صحیح گرد می کنیم.

•    نوع آرایش ماژول ها: در طراحی سیستم اسمز معکوس انتخاب بهترین آرایش و چیدمان برای ماژول ها بسیار حائز اهمیت است. در دستگاه تصفیه آب صنعتی دارای تعداد زیادی ممبران بوده که در هوزینگ هایی به نام پرشروسل (Pressure Vessel) قرار می گیرند. پرشروسل های موجود در بازار از نوع 6، 7 یا 8 المانه هستند که بسته به نوع طراحی سیستم انتخاب می شوند. در آرایش ماژول ها براساس تعداد ماژول های محاسبه شده، نوع و تعداد پرشروسل های بکار رفته در سیستم تعیین می گردد. هنگامی که درصد ریکاوری سیستم از حدی بالاتر بوده (معمولاً بالاتر از 50 درصد)  و یا آب خوراک کیفیت پایینی داشته باشد، معمولاً المان های سری شده را افزایش داده و در صورت نیاز سیستم را به شکل چند مرحله ای طراحی می کنیم. در این حالت پرشروسل های مورد نیاز به نسبت مشخصی بین دو مرحله تقسیم می گردد. 

7.    بازیابی (Recovery) سیستم RO

نسبت بین دبی آب خروجی یا محصول و آب خوراک با نام ریکاوری سیستم گفته می شود. مقدار ریکاوری در طراحی سیستم پارامتر مهمی است. این عدد در واقع نشان دهنده میزان تولید آب دور ریز یا غلیظ شده می باشد.

مهمترین اهداف در طراحی سیستم RO

هدف از طراحی تخصصی و پیشرفته سیستم اسمز معکوس، طراحی یک دستگاه RO با کمترین المان (ماژول) به منظور کاهش هزینه های سیستم، کاهش فشار عملیاتی می باشد.

•    کمترین تعداد المان: در طراحی سیستم RO همیشه این نکته مد نظر است که طراحی با کمترین المان یا ممبران صورت بگیرد، زیرا هزینه تمام شده دستگاه کمتر خواهد شد.

•    کمترین فشار عملیاتی: سیستم اسمز معکوس به گونه ای طراحی می شود که کمترین فشار عملیاتی را داشته باشد، زیرا فشار عملیاتی بیشتر باعث افزایش هزینه های عملیاتی تصفیه آب صنعتی خواهد شد.

•    بیشترین ریکاوری (Recovery): در طراحی سیستم RO همیشه سعی می شود که ریکاروی دستگاه طراحی شده بیشترین مقدار ممکن باشد، مگر در صورتی که مقدار ریکاوری توسط کارفرما تعیین شده باشد.

تفاوت نرم افزار Rosa و wave

به منظور طراحی یک سیستم تصفیه آب از نرم افزار کاربردی و متنوعی می توان استفاده کرد که مهمترین آنها نرم افزارهای Rosa و Wave هستند و توسط برند معتبر آمریکایی DOW برای طراحی سیستم های آب شیرین کن یا سختی گیر اسمز معکوس تولید شده اند.
نرم افزار rosa تنها برای طراحی ممبران ها و سیستم اسمز معکوس تولید شده است، اما از نرم افزار Wave می توان برای طراحی سیستم ترکیبی RO ،UF و IX استفاده نمود. بنابراین طراحی سیستم پیش تصفیه و پس تصفیه در نرم افزار rosa ممکن نیست.

نرم افزار Wave در واقع نسخه به روز شده نرم افزار Rosa  محسوب می شود که امکانات فراتر از نرم افزار Rosa در اختیار کاربر قرار می دهد. یکی از خصوصیات منحصر به فرد نرم افزار Wave  قابلیت طراحی همزمان سیستم پیش تصفیه و تصفیه می باشد که پیش از این در نرم افزار Rosa وجود نداشت. با استفاده از Wave و گزارش گیری از نرم افزار می توانید تمام هزینه های سرمایه گذاری (CAPEX) و عملیاتی (OPEX) سیستم را به خوبی مدیریت کنید.

هولدینگ تصفیه آب آبین آماده طراحی تخصصی و پیشرفته سیستم های اسمز معکوس صنعتی توسط کارشناسان مجرب هستند. طراحان آبین این امر تخصصی را با پیشرفته ترین و به روزترین نرم افزارهای موجود در دنیا انجام می دهند. اگر برای بخش صنعتی خود درخواست طراحی و اجرای دستگاه تصفیه آبی متناسب با نیاز خود را دارید، راه اندازی صفر تا صد این دستگاه را به مجموعه تصفیه آب آبین بسپارید.