عملکرد اسمز معکوس و محاسبات طراحی

مقدمه

با عملکرد اسمز معکوس و محاسبات طراحی آشنا شوید.

تعدادی محاسبات سر انگشتی وجود دارد که برای ارزیابی عملکرد یک سیستم RO و نیز ملاحظات طراحی مورد استفاده قرار می گیرد. سیستم RO دارای ابزار دقیقی است که کیفیت، جریان، فشار و گاهی اوقات اطلاعات دیگر مانند دمای یا ساعت عملیات را نشان می دهد. به منظور اندازه گیری دقیق عملکرد سیستم RO شما نیاز به حداقل پارامترهای عملیاتی زیر دارید:

فشار آب ورودی
فشار آب خروجی
فشار آب شور تغلیظ شده
هدایت الکتریکی ورودی
هدایت الکتریکی خروجی
جریان ورودی
جریان خروجی
درجه حرارت

درصد نمک دفعی (SALT REJECTION)

این معادله به شما می گوید که ممبران های RO در حال حذف آلاینده ها هستند. این به شما نمی گوید که هر غشا چگونه عمل می کند، بلکه مفهوم اینکه چگونه سیستم به طور کلی در حال انجام است را بیان میکند. یک سیستم RO که به خوبی طراحی شده با صحیح عملکرد غشاها ، ۹۵ تا ۹۹ درصد بیشتر از آلودگی های ورودی (که دارای اندازه و بار خاصی هستند) را دفع می کند. شما می توانید با استفاده از معادله زیر، میزان حذف آلاینده ها توسط ممبران RO را تعیین کنید:

دفع نمک درصد =	هدایت الکتریکی خروجی- هدایت الکتریکی ورودی	× ۱۰۰
	هدایت الکتریکی ورودی

دفع نمک بالاتر نشان دهنده عملکرد بهتر سیستم است. دفع کم نمک می تواند به این معنی باشد که غشاها نیاز به تمیز کردن یا جایگزینی دارند.

درصد نمک عبوری (SALT PASSAGE)

این عبارت معکوس دفع نمک است که در معادله قبلی شرح داده شده است. مقدار نمک ها به صورت درصد بیان می شود که از طریق سیستم RO عبور می کنند. عبور نمک کمتر نشان دهنده عملکرد بهتر سیستم است. عبور نمک بالا می تواند به این معنی باشد که غشاها نیاز به تمیز کردن یا جایگزینی دارند.

درصد نمک عبوری = (۱ – درصد نمک دفعی)

درصد ریکاوری (RECOVERY)

ریکاوری مقدار آبی است که به عنوان آب مناسب خروجی، بازیابی می شود. راه دیگری برای بیان درصد ریکاوری، مقدار آبی است که برای تخلیه به عنوان آب شور غلیظ ارسال نمی شود، بلکه به عنوان آب خروجی یا آب محصول جمع آوری می شود. ریکاوری بالاتر به این معنی است که شما آب کمتری برای تخلیه به عنوان آب شور غلیظ دارید و صرفه جویی بیشتری در آب خروجی می کنید. با این حال، اگر درصد بازیابی برای طراحی RO بسیار بالا باشد، می تواند به علت رسوب (scaling) و گرفتگی(fouling) به مشکلات بزرگتر منجر شود. درصد ریکاوری برای یک سیستم RO با کمک نرم افزار طراحی با توجه به عوامل متعددی مانند آنالیز شیمیایی آب ورودی و پیش تصفیه قبل از سیستم RO تعیین شده است. بنابراین، درصد ریکاوری مناسب که RO باید کار کند بستگی به آنچه که برای آن طراحی شده است دارد. با محاسبه درصد ریکاوری، می توانید به سرعت تعیین کنید که آیا سیستم در خارج از طراحی مورد نظر عمل می کند یا خیر. محاسبه درصد ریکاوری به صورت معادله ذیل است:

درصد ریکاوری =	دبی جریان خروجی	× ۱۰۰
	دبی جریان ورودی

به عنوان مثال، اگر میزان بازیابی ۷۵٪ باشد، این بدان معنی است که برای هر ۱۰۰ متر مکعب آب ورودی که به سیستم RO وارد می شود، شما ۷۵ متر مکعب را به عنوان آب قابل استفاده بازیافت می کنید و ۲۵ متر مکعب به عنوان آب شور تخلیه می شود. سیستم های صنعتی RO به طور معمول از ۵۰٪ تا ۸۵٪ بازیابی بسته به ویژگی های آب ورودی و سایر ملاحظات طراحی اجرا می شوند.

فاکتور تغلیظ (CONCENTRATION)

این پارامتر مربوط به بازیابی سیستم RO است و یک معادله مهم برای طراحی سیستم RO است. آب بیشتری را به عنوان پرمیت (با درصد ریکاوری بالاتر)، نمک های تغلیظ شده و آلاینده های بیشتر در جریان کنسانتره جمع آوری می کند. این مورد می تواند منجر به پتانسیل بالایی برای رسوب بر روی سطح غشاء RO شود، وقتی که فاکتور تغلیظ برای طراحی سیستم و ترکیب آب ورودی خیلی زیاد است.

فاکتور تغلیظ =	۱
	۱ – درصد ریکاوری

این مفهوم از نظر یک برج دیگ بخار یا خنک کننده متفاوت نیست. آنها هر دو آب خالص را از سیستم خارج می کنند (بخار) و در نهایت یک راه حل متمرکز پشت سر گذاشته می شود. با افزایش درجه تغلیظ، ممکن است محدودیت حلالیت را از بین ببرد و در سطح تجهیزات رسوب کند.

به عنوان مثال، اگر جریان ورودی شما ۱۰۰ متر مکعب در روز و جریان خروجی شما ۷۵ متر مکعب در روز باشد، ریکاوری برابر ۱۰۰× (۱۰۰/۷۵) = ۷۵٪ است. برای پیدا کردن عامل تغلیظ، فرمول (۷۵٪-۱) ÷ ۱ = ۴ برقرار است.

عامل تغلیظ ۴ به این معنی است که آب جریان کنسانتره ۴ برابر غلیظ تر از آب خوراک ورودی است. اگر میزان مواد جامد محلول آب ورودی در این مثال ppm ۵۰۰ باشد، جریان کنسانتره ۴ × ۵۰۰ = ۲۰۰۰ ppm خواهد بود.

فلاکس (Flux)

فلاکس =	دبی جریان خروجی
	تعداد ممبران × سطح ممبران

به عنوان مثال، شما باید موارد زیر را داشته باشید:

سیستم RO ۷۵ متر مکعب در روز آب تولید می کند. سیستم دارای ۳ محفظه RO و در هر محفظه دارای یک غشاء RO است. بنابراین شما مجموعا ۱ × ۳ = ۳ ممبران دارید. نوع غشاء موجود در سیستم RO یک Dow Filmtec BW30-400 است. این نوع غشاء RO (یا عنصر) دارای ۱۶/۳۷ متر مربع (۴۰۰ فوت مربع) سطح است.

بنابراین فلاکس سیستم برابر است با ۲۸ لیتر بر متر مربع بر ساعت (lmh):

Flux =	۷۵ m۳/day
	۳۷.۱۶ m۲ × ۳

این به این معنی است که ۲۸ لیتر آب از هر متر مربع هر غشای RO در ساعت عبور می کند. این عدد می تواند بسته به آتالیز شیمی آب و طراحی سیستم، خوب یا بد باشد. در زیر یک قاعده کلی برای محدوده فلاکس برای آبهای مختلف آمده است و می تواند با کمک نرم افزار طراحی RO طراحی گردد. اگر شما از غشاء دیگری در مثال بالا استفاده کرده اید، پس فلاکس آن می تواند متفاوت باشد. بنابراین مهم است که در چه نوع غشاء استفاده می شود.

موازنه جرمی (Mass Balance)

معادله موازنه جرمی برای کمک به تعیین اینکه آیا جریان و ابزار کیفی شما صحیح است یا نیاز به کالیبراسیون دارد استفاده می شود. اگر ابزار دقیق شما درست نباشد، داده های عملکردی که شما جمع آوری می کنید بی فایده است .برای انجام محاسبات موازنه جرمی باید داده های زیر را از سیستم RO جمع آوری کنید:

معادله موازنه جرمی برابر است با:

(جریان ورودی۱ × مواد جامد محلول ورودی) = (جریان خروجی × مواد جامد محلول خروجی)
+ (جریان تغلیظ × مواد جامد محلول تغلیظ)

جریان ورودی برابر است با مجموع جریان خروجی و جریان تغلیظ شده.

جریان ورودی
مواد جامد محلول ورودی
جریان خروجی
مواد جامد محلول خروجی
جریان تغلیظ
مواد جامد محلول تغلیظ

به عنوان مثال، اگر داده های زیر را از سیستم RO جمع آوری کردید:

جریان خروجی ۷۵ متر مکعب در روز
مواد جامد محلول ورودی ۵۰۰ میلی گرم در لیتر
مواد جامد محلول خروجی ۱۰ میلی گرم در لیتر
جریان تغلیظ ۲۵ متر مکعب در روز
مواد جامد محلول تغلیظ شده ۲۰۰۰ میلی گرم در لیتر

پس معادله موازنه جرمی به صورت ذیل می باشد:

(۱۰۰ × ۵۰۰) = (۷۵ × ۱۰) + (۲۵ × ۲۰۰۰) ==> 50000 ≠ ۵۰۷۵۰

سپس اختلاف را محاسبه می کنید:

درصد =	اختلاف	× ۱۰۰
	مجموع

%=۵۰۷۵۰-۵۰۰۰۰۵۰۷۵۰+۵۰۰۰۰*۱۰۰= ۰.۷۴

تفاوت ۵٪ ± خوب است.
تفاوت ۵٪ ± تا ۱۰٪± به طور کلی مناسب است.
تفاوت ۱۰٪ ± غیرقابل قبول است و کالیبراسیون ابزار دقیق RO لازم است تا اطمینان حاصل شود که شما اطلاعات مفید را جمع آوری می کنید.