چیدمان ممبران اسمز معکوس در سیستم‌های آب شیرین کن

تا بدین جای کار راجع به مفاهیم اسمز و اسمز معکوس در تصفیه آب مطالبی ارائه شد (بیشتر بخواند: تصفیه آب به روش اسمز معکوس چیست؟). سپس به نحوه کارکرد این فرآیند و آلودگی‌هایی که با اسمز معکوس از آب حذف می‌شوند پرداختیم (بیشتر بخوانید: اسمز معکوس چگونه عمل می‌کند؟) و پس‌ازآن برخی اصطلاحات رایج در طراحی دستگاه تصفیه آب اسمز معکوس یا همان آب شیرین کن ارائه شد (بیشتر بخوانید: مبانی طراحی آب شیرین کن). در این مطلب قصد داریم به زبان ساده به شیوه‌های مختلف چیدمان ممبران اسمز معکوس در یک آب شیرین کن پرداخته و تفاوت آنها را با یکدیگر بیان کنیم.

اصطلاحات گذر (Pass) و مرحله (Stage) دو اصطلاحی هستند که در ادبیات دانش تصفیه آب عموماً به‌اشتباه به‌جای یکدیگر به کار گرفته می‌شوند. بیان تفاوت این دو مفهوم می‌تواند قدم اول در شناخت چیدمان دستگاه تصفیه آب اسمز معکوس باشد.

تفاوت آب شیرین کن یک مرحله‌ای و دو مرحله‌ای

در یک آب شیرین کن یک مرحله‌ای آب ورودی توسط یک جریان به فیلتر ممبران اسمز معکوس وارد شده و خروجی آب شیرین کن شامل یک جریان آب تصفیه‌شده و یک جریان پساب خواهد بود.

در دستگاه آب شیرین کن دو مرحله‌ای، جریان پساب مرحله اول به‌عنوان جریان آب ورودی به مرحله دوم مورد استفاده قرار می‌گیرد. آب تصفیه‌شده در مرحله اول در این سیستم‌ها معمولاً با آب تصفیه‌شده در مرحله دوم مخلوط شده و موجب افزایش درصد بازیابی کلی دستگاه تصفیه آب می‌شود.

آرایش (Array) ممبران‌ها در یک آب شیرین کن

در یک آب شیرین کن، آرایش ممبران‌ها به معنی نحوه چیدمان فیزیکی پرشروسل‌ها در سیستم تصفیه آب اسمز معکوس دومرحله‌ای است. هر پرشروسل عموماً می‌تواند بین یک تا شش فیلتر ممبران را در خود جای دهد. در یک آب شیرین کن، هر مرحله می‌تواند شامل یک یا چند پرشروسل باشد. همان‌طور که بیان شد، جریان پساب هر مرحله به‌عنوان جریان خوراک وارد مرحله بعد می‌شود. برای مثال، آرایش ممبران‌ها در سیستم تصفیه آب شکل بالا ۲:۱ است که بیانگر استفاده از مخلوط جریان پساب دو پرشروسل مرحله اول به‌عنوان جریان آب ورودی به تنها پرشروسل مرحله دوم است.

آب شیرین کن با بازیابی جریان پساب

با توجه به کیفیت و خواص شیمیایی آب ورودی به سیستم که قرار است تصفیه شود و در نظر گرفتن ملاحظات طراحی، می‌توان برای افزایش درصد بازیابی کلی یک دستگاه تصفیه آب اسمز معکوس بخشی از پساب خروجی از مرحله دوم را با آب ورودی به مرحله اول ترکیب نمود و آن را مجدداً تحت عملیات تصفیه آب قرار داد. در برخی طراحی‌ها این یک روش متداول برای افزایش درصد بازیابی سیستم آب شیرین کن به شمار می‌رود. شکل زیر این فرآیند را به‌سادگی نمایش می‌دهد.

آب شیرین کن یک گذر و دو گذر

برای درک مفهوم گذر در یک آب شیرین کن، به هر گذر به شکل یک سیستم آب شیرین کن مجزا توجه کنید. تفاوت آب شیرین کن یک گذر با دو گذر در این است که آب تصفیه‌شده خروجی از عملیات تصفیه آب اولیه به‌عنوان آب ورودی به یک یا چند ممبران اسمز معکوس دیگر به کار می‌رود. مزیت دستگاه تصفیه آب اسمز معکوس با چند گذر در این است که آب تصفیه‌شده خروجی کیفیت بالاتری داشته و خالص‌تر است؛ چون دو بار از ممبران اسمز معکوس عبور کرده است.

علاوه بر بهبود کیفیت آب خروجی از یک آب شیرین کن شامل دو گذر، یک مزیت دیگر این سیستم‌های تصفیه آب در این است که می‌توان با تزریق سود سوزآور (NaOH) یا مواد قلیایی مشابه آن به آب تصفیه‌شده خروجی از گذر اول، شانس حذف کربن دی‌اکسید (CO₂) را در گذر دوم افزایش داد. حضور کربن دی‌اکسید در آب درصورتی‌که از ستون رزین‌های میکس‌بد برای افزایش خلوص آب تصفیه‌شده خروجی از سیستم استفاده شود، مضر است. با تزریق این مواد به آب خروجی از گذر اول، pH آب در این مرحله افزایش یافته و کربن دی‌اکسید به بی‌کربنات (^-HCO₃) و کربنات (^-CO₃²) تبدیل شده که به‌راحتی توسط ممبران اسمز معکوس گذر دوم، حذف می‌شود. انجام این کار در دستگاه آب شیرین کن یک گذر میسر نیست؛ چون تشکیل کربنات در حضور سایر کاتیون‌هایی مثل کلسیم (⁺Ca²) موجب ایجاد رسوب در ممبران می‌شود.