دستگاه تصفیه آب دریایی (Sea Water Reverse Osmosis System)

عملکرد دستگاه آب شیرین کن دریایی اسمز معکوس :

عملکرد دستگاه تصفیه آب دریایی RO به این شکل می باشد که از صد درصد آب خام ورودی (Feed water) به دستگاه ، بخشی از آب بصورت تصفیه شده (Permeate) از دستگاه خارج می شود که در واقع همان محصول تولیدی دستگاه می باشد و بخشی از آب خام ورودی نیز بصورت آب و نمک (جریان تغلیظ شده) یا به اصطلاح Brine یا Concentrate از دستگاه خارج می گردد.

عملکرد دستگاه آب شیرین کن دریایی از طریق پارامتر ریکاوری (راندمان) سنجیده می شود که از فرمول زیر محاسبه می شود :

درصد ریکاوری = (دبی آب تولیدی) تقسیم بر (دبی آب خام) x 100

R = (Permeate Flow)/(Feed Flow) X 100%

هر چه میزان ریکاوری (راندمان) یک دستگاه تصفیه آب دریایی بالاتر باشد ، به این معنا است که دستگاه پساب کمتری تولید می کند و بنابراین تلاش می شود تا به حداکثر ریکاوری در دستگاه آب شیرین کن صنعتی دست یابیم.

درصد ریکاوری به مواردی از قبیل آرایش غشایی ، کیفیت آب خوراک و برخی پارامترهای دیگر مرتبط است.

با توجه به میزان TDS بسیار بالا در دستگاه تصفیه اب دریایی RO معمولا حداکثر ریکاوری مجاز دستگاه در محدوده ۳۵ درصد می باشد.

تفاوت دستگاه تصفیه آب دریایی و دستگاه تصفیه آب صنعتی لب شور :

1. دستگاه تصفیه آب صنعتی لب شور مناسب TDS تا حداکثر ۱۰۰۰۰ ppm می باشد ، اما دستگاه تصفیه آب نیمه دریایی قادر به تصفیه آب تا TDS حداکثر ۵۰۰۰۰ ppm می باشد.
2. به دلیل TDS بالاتر در آب شیرین کن دریایی نسبت به دستگاه آب شیرین کن صنعتی لب شور ، دستگاه های آب شیرین کن دریایی در فشار کاری بسیار بالاتری کار می کنند ، بنابراین باید از پمپ های فشار بالا در محدوده ۷۰ bar استفاده نمود ، که این پمپ ها به دلیل ایجاد فشار بسیار بالا و همچنین متریال خاص ، معمولا قیمت چند برابری نسبت به پمپ های طبقاتی معمول دارند که در دستگاه های آب شیرین کن صنعتی لب شور استفاده می شود.
3. بدلیل TDS بالای آب خام در تصفیه اب دریایی نسبت به تصفیه اب صنعتی لب شور و خورندگی بالای آب ، در قسمت فشار بالا دستگاه تصفیه اب دریایی حتما باید از لوله و اتصالات SS316L یا داپلکس و سوپر داپلکس استفاده شود.
4. بدلیل TDS بالای آب خام در تصفیه اب دریایی نسبت به تصفیه اب صنعتی لب شور و خورندگی بالای آب ، تمام پمپ های دستگاه تصفیه اب دریایی باید از متریال SS316L یا داپلکس و سوپر داپلکس استفاده شود.
5. بدلیل TDS بالای آب خام در آب شیرین کن دریایی نسبت به آب شیرین کن صنعتی لب شور ، در آب شیرین کن دریایی باید از فیلتر ممبران آب دریا (سری SW ) با تحمل TDS بالاتر و همچنین درصد حذف نمک بیشتر استفاده نمود.
6. در دستگاه های تصفیه آب دریایی RO به دلیل برداشت مستقیم آب از دریا ، یا چاه های حفر شده در کنار دریا ، آلودگی آب خام و در بسیاری مواقع کدورت و ذرات معلق بسیار بیشتر از آب خام ورودی به دستگاه های تصفیه صنعتی لب شور می باشد ، لذا در پیش تصفیه دستگاه آب شیرین کن دریایی حتما باید از ادوات پیش تصفیه قوی و همچنین سیستم های ضدعفونی کلر زنی ، ازن ژنراتور و یووی استفاده نمود و همچنین ممکن است تزریق اسید ، متابی سولفیت سدیم ، آنتی اسکالانت ، مواد منعقد کننده بصورت همزمان نیاز باشد. و ممکن است در پیش تصفیه به سیستم اولترافیلتراسیون UF نیز نیاز باشد.

بخش های تشکیل دهنده دستگاه تصفیه آب دریایی RO :

دستگاه تصفیه آب دریایی به روش اسمز معکوس از دو بخش اصلی پیش تصفیه (Pretreatment Unit) و بخش تصفیه اصلی اسمز معکوس (RO Unit) تشکیل می شود .

هدف سیستم پیش تصفیه در آب شیرین کن دریایی RO ، تامین خوراک مناسب و منطبق با استانداردهای آب خام ورودی با غشا اسمز معکوس (فیلتر ممبران) می باشد ، در بخش پیش تصفیه مواردی از قبیل آلودگی های میکروبی ، کدورت ، ذرات معلق ، مواد آلی ، کلر آزاد از آب خام حذف می گردد و برخی مواد شیمیایی مانند آنتی اسکالانت ، اسید ، قلیا یا مواردی از این قبیل به آب خام اضافه می گردد ، سپس آب وارد بخش اسمز معکوس شده و از طریق فیلتر ممبران ها با دقت ۰.۰۰۰۱ میکرون تصفیه می گردد.

در زیر به اجزا تشکیل دهنده سیستم تصفیه آب دریایی در دو بخش پیش تصفیه و بخش اسمز معکوس اشاره می گردد.

1. واحد پیش تصفیه (Pretreatment Unit) :

۱ – ۱ پمپ آب خام (Feed water Pump) : این پمپ وظیفه انتقال آب خام به ورودی دستگاه تصفیه آب دریایی RO و تامین دبی و فشار لازم آب برای عبور از بخش پیش تصفیه بر عهده دارد. معمولا از متریال سوپر داپلکس استفاده می شود.

• ۲–۱ فیلتر شنی (Sand Filter) : فیلتر های شنی وظیفه حذف کدورت و ذرات معلق از آب خام را در دستگاه تصفیه آب دریایی به روش اسمز معکوس بر عهده دارند و از لحاظ فرایندی در دو نوع ثقلی (Gravity ) و فشاری (Pressure) تولید می شوند.

فیلتر شنی ثقلی (Gravity Sand Filter): در فیلترهای شنی ثقلی آب از بالا وارد فیلتر شده و به وسیله شتاب جاذبه زمین به خودی خود از میان شن ها عبور کرده و عمل تصفیه انجام می شود.

فیلتر شنی فشاری (Pressure Sand Filter) : در فیلترهای شنی فشاری ، آب بوسیله پمپ تامین فشار با فشار از میان شن ها عبور می نماید و عمل فیلتراسیون صورت می پذیرد.

این نوع فیلترها با توجه به کاربرد در دو مدل فایبرگلاس FRP و فلزی ساخته می شود.

۱-۳- فیلتر کربنی (Activated Carbon Filter) : در تصفیه آب دریایی RO فيلترهاي كربني معمولاً بعد از فيلترهاي شني در فرآيند تصفيه آب به منظور حذف طعم، بو، رنگ، مواد آلي و کلر آزاد مورد استفاده قرار مي‌گيرند. در این فرایند، آب از بستر ذغال كربن اكتيو گرانولي عبور كرده و رنگ و بوي آن توسط ذغال كربن جذب شده و در نتيجه آب خروجي بدون هر گونه طعم، بو و رنگي خواهد بود .شکل ظاهری این فیلترها نیز مشابه فیلترهای شنی می باشد.

جنس مخازن فیلتر کربنی نیز با توجه به کاربرد می تواند فلزی و یا فایبرگلاس FRP باشد.

۱-۴- واحد تزریق اسید:  (Acid Injection) معمولا در آب شیرین کن دریایی تزریق اسید به هدف کاهش  PH آب، و یا به عبارت دیگر به هدف جلوگیری از تشکیل رسوب کربنات کلسیم CaCO3 انجام می شود.

در دستگاه تصفیه اب نیمه دریایی با توجه به شیمی آب خوراک RO، از اسید سولفوریک (H2SO4) و یا اسید کلریدریک (HCL) استفاده می شود.به طور کلی می توان گفت ، به جز در مواردی که مشکل سولفات در آب داشته باشیم ، در تمام موارد از اسید سولفوریک برای تزریق استفاده می شود ، به این دلیل که هم ارزانتر است ، هم خاصیت خورندگی ندارد و هم  PH آب را بیشتر کاهش می دهد.

۱-۵- واحد تزریق آنتی اسکالانت : (Anti Scalant Injection) در دستگاه تصفیه آب دریایی از آنتی اسکالانت ها ،جهت جلوگیری از تشکیل رسوب بر غشاهای اسمز معکوس استفاده می شود.معمولا این مواد قبل از فیلترهای کارتریجی و قبل از اسید تزریق می شوند.

۱-۶- واحد تزریق مواد احیا کننده – متابی سولفیت سدیم (SMBS) : از آنجاییکه کلر آزاد یک ماده اکسید کننده بسیار خطرناک برای ممبرین اسمز معکوس می باشد ، بنابراین باید کلر قبل از رسیدن به ممبرین RO  در سیستم پیش تصفیه بطور کامل حذف شود.به همین دلیل در دستگاه های تصفیه آب دریایی به روش اسمز معکوس در قسمت پیش تصفیه به آب مواد احیا کننده تزریق می کنند تا در اثر واکنش این مواد با کلر آزاد درون آب ، تمام کلر از آب حذف شود و آب بدون کلر وارد ممبرین ها شود.بهترین مکان تزریق مواد احیا کننده قبل از فیلتر کربنی می باشد.

۱-۷- واحد تزریق مواد منعقد کننده : در دستگاه تصفیه اب دریایی به دلیل برداشت مستقیم آب از دریا ، کدورت آب به شدت بالا می باشد ، لذا نیاز است که از مواد منعقد کننده بصورت inline یا درون حوضچه های ته نشینی استفاده شود ، تا بتوان از طریق فیلتراسیون کدورت را حذف کرد.

۱-۸- فیلتر میکرونی – کارتریجی (Micron Filter) : از این فیلترها جهت حذف ذرات معلق ، شن ، گل و لای و … جهت جلوگیری از ورود به غشاهای RO استفاده می شود.

این فیلترها معمولا از متریال پلی پروپیلن PP تولید می شود و با توجه به ظرفیت سیستم های تصفیه آب دریایی RO در قطر ۲.۵ اینچ و طول های ۱۰ – ۲۰ – ۳۰ و ۴۰ اینچ و از لحاظ قطر حفرات در دقت های ۱-۵-۱۰ و ۲۰ میکرون مورد استفاده قرار می گیرد. مورد استفاده قرار می گیرد. این فیلترها معمولا درون محفظه هایی از جنس سوپرداپلکس یا UPVC در سیستم پیش تصفیه آب شیرین کن دریایی قرار داده می شوند.

۱-۹- اولترافیلتراسیون (Ultrafiltration) : در دستگاه تصفیه آب دریایی RO به دلیل وجود آلودگی در آب خام و همچنین کدورت بالا ، معمولا از اولترافیلتراسیون نیز در پیش تصفیه استفاده می شود ، تا کدورت را کاملا کاهش داده و همچنین آلودگی میکروبی ورودی را حذف نماید.

1-۱۰-واحد ضدعفونی (Sterilization Unit): جهت حذف آلودگی های موجود در آب ورودی به سیستم آب شیرین کن دریایی RO ، باید آب قبل از رسیدن به غشاهای اسمز معکوس به طور کامل میکروب کشی شود.به همین ترتیب برای ضدعفونی آب در سیستم پیش تصفیه از سیستم تزریق کلر یا ازن یا یووی استفاده می شود.

1. واحد اسمز معکوس (Reverse Osmosis Unit) :

۲-۱- پمپ فشار بالا :(High Pressure Pump) در دستگاه تصفیه آب دریایی ، آب پس از عبور از مرحله پیش تصفیه به وسیله پمپ فشار بالا وارد غشاهای اسمز معکوس می شود تا عملیات نمک زدائی انجام شود. در دستگاه تصفیه آب دریایی معمولا از پمپ های فشار بالا متریال سوپر داپلکس استفاده می شود.

۲-۲- غشا اسمز معکوس (RO membrane) : غشا اسمز معکوس یا همان فیلتر ممبران RO اصلی ترین بخش یک سیستم تصفیه آب دریایی اسمز معکوس می باشد و وظیفه تصفیه و شیرین سازی آب را بر عهده دارد و آب را با دقت ۰.۰۰۰۱ میکرون تصفیه می نماید.

ممبرین های صنعتی عموما در طول های ۴۰ اینچ و قطرهای ۴ و ۸ اینچ موجود می باشد.

۲-۳- پرشر وسل ممبران (Membrane Pressure Vessel) :در آب شیرین کن دریایی به روش اسمز معکوس ،  پرشر وسل ممبران جهت جایگذاری غشا اسمز معکوس (فیلتر ممبران RO) مورد استفاده قرار می گیرند.جنس این محفظه ها (پرشر وسل ها) معمولا از  فایبرگلاس ضد آب FRP و استنلس استیل می باشد و در قطرها ، طول ها و در فشارهای عملیاتی مختلف موجود می باشند. معمولا فشار عملیاتی پرشر وسل های دریایی ۱۰۰۰ یا ۱۲۰۰ psi می باشد.

۲-۴-سیستم شست و شوی مواد شیمیایی (CIP) :در دستگاه تصفیه آب دریایی RO سیستم CIP (Clean In Place) شامل پمپ سیرکولاتور ، مخزن ، پایپینگ و برخی ابزار کنترلی است که در زمان های گرفتگی فیلتر ممبران ، وظیفه شستشوی فیلترهای اسمز معکوس را بر عهد دارد، به این شکل که ابتدا داخل مخزن CIP ، محلول مناسب (اسیدی یا قلیایی) را تهیه کرده و سپس آن را از طریق پمپ سیرکولاتور در سیستم سیرکوله می کنیم تا گرفتگی های سیستم RO بر طرف شود. 

۲-۵-ابزار کنترلی و اندازه گیری (Meters and Transmitters): در سیستم های آب شیرین کن دریایی برای پایش پارامترهای مختلف در تمامی قسمت های دستگاه تصفیه آب صنعتی از ابزارهایی شامل سوئیچ های فشار بالا و فشار پایین ، فلومترهای اندازه گیری جریان ، گیج های فشار سنج ، سیستم های PH متر ، ORP متر ، EC متر و همچنین انواع شیرهای کنترلی استفاده می شود.

۲-۶- تابلوی توزیع قدرت و مدار فرمان (Power Box and RO Controller) : در دستگاه تصفیه آب دریایی RO تابلو برق و سیستم کنترل مرکزی وظیفه دستور دادن ، اعلان خطا و کنترل تمامی سیستم ها و اجزای دستگاه RO را بر عهده دارد.این قسمت می تواند بصورت PLC با قابلیت کنترل اتوماتیک و نمایشگر HMI جهت مانیتورینگ کامل سیستم RO باشد ، و همچنین می توان از سیستم غیر اتوماتیک با پانل دستی استفاده نمود.

۲-۷-شاسی استقرار (Structure Frame): در دستگاه تصفیه آب دریایی به روش اسمز معکوس کلیه ادوات دستگاه بر روی یک شاسی از جنس استنلس استیل یا کربن استیل با رنگ ضد خوردگی مستقر می شوند.

۲-۸- لوله ها و اتصالات (Pipes and Fittings): در تصفیه اب دریایی RO برای انتقال آب در داخل سیستم باید از لوله کشی و اتصالات مرتبط استفاده نمود.لوله ها و اتصالات دستگاه های تصفیه آب دریایی RO  باید به طور کامل قادر به تحمل حداکثر فشار عملیاتی موجود در سیستم باشند.به همین دلیل ، معمولا در قسمت پیش تصفیه برای لوله و اتصالات فشار پایین آب شیرین کن صنعتی  از جنس UPVC و برای لوله و اتصالات فشار بالا از داپلکس یا سوپر داپلکس استفاده می شود.

 طراحی دستگاه تصفیه آب دریایی RO :

برای طراحی دستگاه تصفیه اب نیمه دریایی RO به مواردی از قبیل آنالیز آب خوراک ، کاربرد آب تولیدی ، دبی آب تولیدی مورد نیاز احتیاج می باشد.

پس از در دست داشتن موارد فوق ، می توان بخش پیش تصفیه و بخش اسمز معکوس دستگاه تصفیه آب دریایی RO را طراحی نمود.

برخی از موارد مانند سایز لوله ها ، سایز فیلتر شنی ، فیلتر کربنی ، فیلتر میکرونی به صورت دستی محاسبه می شود و سپس با در دست داشتن آنالیز آب خوراک ، ریکاوری سیستم ، و دبی آب تولیدی مورد نیاز از طریق نرم افزارهای ROSA یا WAVE شروع به طراحی کرده و به سایر پارامترهای مورد نیاز جهت ساخت یک دستگاه آب شیرین کن دریایی استاندارد دست می یابیم.

کاربرد دستگاه تصفیه آب دریایی RO :

کاربرد دستگاه تصفیه آب دریایی به روش اسمز معکوس بسیار گسترده می باشد ، اما می توان به صورت کلی به این شکل بیان کرد که در تمام صنایعی که به آب با کیفیت نیاز دارند باید از دستگاه آب شیرین کن صنعتی استفاده نمود ، مانند صنایع پتروشیمی – پالایشگاهی – کشاورزی- فولاد – تولید کاغذ – تولید کابل – مرغداری و دامپروری و بسیاری از صنایع دیگر و همچنین در صنایع حساسی که به آب بسیار با کیفیت نیاز دارند مانند صنایع داروسازی – صنایع الکترونیک – صنایع شیمیایی و آرایشی بهداشتی نیز از دستگاه های تصفیه اب دریایی RO استفاده می شود.

که در زیر به برخی از کاربردهای آب شیرین کن دریایی RO اشاره می شود :

• تولید آب شرب
• صنایع کشاورزی
• صنایع دام و طیور
• صنایع غذایی و لبنی
• صنایع فولاد و فلزات
• صنایع پرورش آبزیان
• صنایع رنگ و نساجی
• صنایع پزشکی و دارویی
• صنایع شیمیایی و آبکاری
• صنایع لاستیک و پلاستیک
• تصفیه آب کشتی ها و لنج ها
• صنایع الکترونیک و باطری سازی
• صنایع پالایشگاهی ، پتروشیمی و نیروگاه ها
• صنایع تصفیه آب شهری و آب های بسته بندی
• تامین آب خوراک بویلرها ، دیگ های بخار و سیستم های حرارتی و برودتی

قیمت دستگاه تصفیه اب دریایی RO :

قیمت دستگاه تصفیه اب دریایی RO به عوامل متعددی وابسته است ، از قبیل ظرفیت دستگاه ، کیفیت آب خام ورودی به دستگاه ، کیفیت آب تولیدی مورد نیاز و همچنین کیفیت قطعات بکار رفته در دستگاه آب شیرین کن نیمه دریایی .

به دستگاه های تصفیه آب دریایی با ظرفیت ۵۰۰۰ لیتر در شبانه روز (۵ m^۳/d) به بالا ، دستگاه های تصفیه اب دریایی RO گفته می شود که در جدول زیر به برخی از ظرفیت های دستگاه آب شیرین کن دریایی اسمز معکوس اشاره می شود.