سیستم اسمز معکوس با مدار بسته (CCRO)

سیستم‌های اسمز معکوس مدار بسته (CCRO) تکنولوژی جدید شرکت Desalitech برای بهبود فرایند تصفیه آب صنعتی «اسمز معکوس» است. در مقایسه با روش‌های سنتی، سیستم‌های CCRO بازدهی بسیار بالاتری در بازیابی یا ریکاوری آب دارند. بطور معمول، این سیستم‌ها می‌توانند ۹۰ تا ۹۵ درصد آب را تصفیه و قابل استفاده کنند، اما در شرایط خاص، بازدهی آن‌ها تا ۹۸ درصد هم رسیده است. علاوه بر این، سیستم‌های CCRO مصرف انرژی پایین‌تری دارند، در برابر رسوبات، گرفتگی و رشد باکتری‌ها مقاوم‌تر هستند و انعطاف‌پذیری بیشتری دارند. در این مقاله، قصد داریم به بررسی نحوه کار سیستم CCRO و برتری‌های آن نسبت به سیستم RO بپردازیم.

نحوه کار سیستم اسمز معکوس مدار بسته (CCRO)

سیستم اسمز معکوس با مدار بسته (CCRO) شباهت‌های زیادی به سیستم اسمز معکوس (RO) سنتی دارد، اما با داشتن دو حالت عملیاتی CC و PF متمایز می‌شود. در حالت عملیاتی اول (CC)، جریان پساب دوباره به جریان خوراک ورودی بازگردانده می‌شود و در عین حال به طور مداوم آب تصفیه‌شده (پرمیت) تولید می‌کند. این کار تا رسیدن به درصد بازیابی مورد نظر ادامه می‌یابد. در حالت عملیاتی دوم (PF)، سیستم به حالت جریان پلاگ تغییر می‌کند. در این حالت، ریکاوری سیستم کاهش می‌یابد و با باز شدن شیر خروجی پساب از سیستم خارج می‌شود.

زمانی که حجم آبی معادل حجم کل سیستم عبور کرد، شیر خروجی پساب بسته می‌شود و سیستم دوباره به حالت مدار بسته برمی‌گردد. تغییر از حالت جریان بسته به جریان پلاگ زمانی اتفاق می‌افتد که به یکی از نقاط تنظیم کنترل برسیم. این شرایط شامل رسیدن به فشار خاصی در ورودی ممبران‌ها یا پس از دستیابی به کل بازیابی حجمی است. به محض برآورده شدن هر یک از این عوامل محرک، شیر پساب دوباره باز می‌شود و حالت جریان پلاگ را درون سیستم آغاز می‌کند.

همچنین بخوانید: آموزش جامع تصفیه آب صنعتی

مزایای استفاده از سیستم اسمز معکوس با مدار بسته (CCRO) برای شیرین‌سازی آب

مقاومت در برابر فولینگ

در سیستم CCRO، یک پمپ با نام پمپ سیرکولاسیون، با گردش آب به طور مداوم روی ممبران‌ها، آن‌ها را شستشو می‌دهد و در نتیجه باعث کاهش «پلاریزاسیون غلظتی (CP)» و کاهش اثرات اسکیلینگ و فولینگ روی ممبران‌ها می‌شود. پلاریزاسیون غلظتی یعنی تجمع املاح روی سطح ممبران که باعث کاهش کارایی آن می‌شود. همچنین به دلیل اینکه در طول فرایند CCRO میزان نمک آب (سطح شوری) دائما در حال تغییر است (از شوری آب خوراک تا پساب بسیار غلیظ)، تشکیل لجن (بیوفیلم) و رسوب (scale) مختل می‌شود.

دوره فرآیند CCRO بسیار کوتاه‌تر از زمان لازم برای رسوب اکثر نمک‌های کم محلول است. این در مقایسه با سیستم‌های اسمز معکوس سنتی که غلظت تقریباً ثابتی را در سراسر ممبران‌ها برای ماه‌ها یا حتی سال‌ها حفظ می‌کنند، کاملاً متفاوت است.

قابلیت تطبیق‌پذیری

بازیابی در طی زمان به دست می‌آید، جریان متقاطع با استفاده از پمپ سیرکولاسیون تنظیم می‌شود و فلاکس پرمیت توسط سرعت پمپ فشار بالا کنترل می‌شود. با این پیکربندی منحصر به فرد، سیستم‌های CCRO می‌توانند با فلاکس المان اصلی کمتر و سرعت جریان متقاطع بیشتر نسبت به سیستم‌های RO چند مرحله‌ای سنتی کار کنند و کنترل بهتری از فولینگ و اسکیلینگ را ارائه دهند.

بازیابی بالاتر

سیستم CCRO می‌تواند به بازیابی‌های بالاتر، گاهی تا ۹۸ درصد، دست یابد. سیستم‌های سنتی اسمز معکوس معمولاً با طراحی دو مرحله‌ای به حدود ۷۵ درصد بازیابی می‌رسند، در حالی که سیستم‌های پیچیده‌تر سه مرحله‌ای می‌توانند تا ۸۵ درصد بازیابی داشته باشند. هر مرحله از این سیستم‌ها ۵۰ درصد از آب ورودی خود را تصفیه می‌کند و مراحل بعدی، آب خروجی مرحله قبل (که تصفیه نشده باقی مانده) را دوباره تصفیه می‌کنند. اضافه کردن هر مرحله‌ی بیشتر، بازدهی را کم می‌کند و باعث ایجاد مشکل در تنظیم فشار آب بین مراحل مختلف می‌شود.

اسمز معکوس مدار بسته (CCRO) با استفاده از تنها یک مرحله، این مشکلات را برطرف می‌کند. فرآیند CCRO آب خوراک را به مرور زمان تغلیظ می‌کند. این کار باعث می‌شود املاحی که به سختی حل می‌شوند فرصت ته‌نشینی پیدا نکنند. در سیستم CCRO مراحل متعدد سیستم‌های RO سنتی با چرخه‌های حالت مدار بسته CC جایگزین شده است. پس از چندین چرخه، پساب تخلیه می‌شود.

کاهش پساب

سیستم CCRO باعث کاهش ۵۰ تا ۸۰ درصدی هدررفت آب می‌شود و در نتیجه برای مواقعی که با محدودیت منابع آبی و مشکلات زیست محیطی دفع پساب مواجه هستیم بسیار کارآمد هستند.

کاهش هزینه‌ها

سیستم CCRO با امکان بازیافت آب، هزینه‌های آب را کاهش می‌دهد. همچنین با کاهش پساب، هزینه‌های دفع آن را نیز کم می‌کند. این سیستم برای مناطقی با منابع آبی محدود بسیار مناسب است.

تمیزکاری آسان‌تر

از آنجایی که سیستم‌های CCRO در واقع یک آرایه تک مرحله‌ای هستند، زمان تمیزکاری آن‌ها بسیار کوتاه‌تر است و تمیز کردن کل سیستم به یک‌باره بسیار آسان‌تر است. این امر به نوبه خود باعث صرفه‌جویی در هزینه نیروی کار و همچنین کاهش زمان توقف سیستم می‌شود.

کاهش بایوفولینگ

دو ویژگی سیستم CCRO باعث ایجاد محیطی نامناسب برای میکروارگانیسم‌ها می‌شود. فشار در سیستم دائماً از پایین به بالا در حال تغییر است. از طرفی، میزان شوری نیز دائماً در حال تغییر است؛ زیرا پساب به تدریج غلیظ‌تر می‌شود و سپس تخلیه می‌گردد. این دو ویژگی باعث می‌شوند میکروارگانیسم‌ها از ثبات محیطی مورد نیاز برای زنده ماندن محروم شوند و در نتیجه منجر به کاهش بایوفولینگ می‌شود.

همچنین بخوانید: میکروارگانیسم ها در تصفیه فاضلاب صنعتی کدامند؟

نیاز به تعداد المان سری شده کمتر

از آنجایی که ریکاوری در سیستم‌های CCRO در طول زمان به دست می‌آید، پس می‌توانند از پرشروسل‌های کوتاه‌تری نسبت به سیستم‌های RO سنتی استفاده کنند. این امر توزیع فلاکس و بالانس هیدرولیکی بهتری را ارائه می‌دهد و همچنین فلاکس المان‌‌های ابتدایی پرشروسل‌ها را کاهش می‌دهد، که در نهایت باعث افزایش عمر و دوام آن‌ها می‌شود.

کاهش مصرف انرژی

سیستم‌های CCRO خیلی کم‌مصرف‌تر از سیستم‌های RO سنتی هستند. این سیستم‌ها تا ۴۰ درصد در مصرف انرژی صرفه‌جویی می‌کنند. علت این امر این است که در سیستم CCRO، پمپ فشار متغیر تنها به اندازه‌ای فشار تأمین می‌کند که برای بازیابی بهینه در یک چرخه خاص مورد نیاز است. علاوه بر این، از آنجایی که سیستم‌های CCRO از وسل‌های ممبران کوتاه‌تری استفاده می‌کنند، فشار اولیه می‌تواند بسیار کمتر باشد.

در حالی که، در یک سیستم RO سنتی چند مرحله‌ای، یک پمپ با فشار ثابت و از پیش تعیین‌شده کار می‌کند. این پمپ باید فشار کافی برای مراحل انتهایی را هم تأمین کند، در حالی که مراحل ابتدایی به فشار بسیار کمتری برای عملکرد موثر RO نیاز دارند. که این کار باعث هدر رفتن انرژی می‌شود.

انعطاف‌پذیری

سیستم‌های CCRO نسبت به سایر فناوری‌های تصفیه آب بسیار انعطاف‌پذیرتر هستند. نرم‌افزاری که سیستم‌های CCRO را کنترل می‌کند، از حداکثر سه نقطه تنظیم قابل تعریف توسط کاربر استفاده می‌کند تا به طور خودکار فرایند فیلتراسیون را تنظیم کند. این نقاط تنظیم می‌توانند بر اساس موارد زیر باشند:

• میزان بازیابی یا ریکاوری حجمی (درصد آبی که به پرمیت تبدیل می‌شود)
• هدایت الکتریکی پساب (میزان تغلیظ پساب)
• حداکثر فشار ورودی آب

به عنوان مثال، فرض کنید کارخانه دارویی از منبع آب شهری استفاده می‌کند که به صورت فصلی بین آب چاه و آب سطحی با کیفیت پایین‌تر تغییر می‌کند. این کارخانه باید فارغ از کیفیت متغیر آب ورودی، به طور مداوم پرمییت با کیفیت ثابتی داشته باشد.

بسته به منبع آب، هدایت الکتریکی آب ورودی تغییر خواهد کرد. پس مدیر واحد تصفیه آب می‌تواند نقاط تنظیمی را در نرم‌افزار وارد کند تا سیستم به طور خودکار تغییر هدایت را تشخیص دهد و تنظیمات را انجام دهد. بر این اساس، زمان فیلتراسیون و میزان بازیابی آب تغییر می‌کند، اما کیفیت پرمیت همچنان ثابت باقی خواهد ماند.

این سطح از انعطاف‌پذیری در سیستم‌های RO سنتی قابل ارائه نیست. زیرا شرایط عملیاتی سیستم‌های RO سنتی هنگام ساخت کالیبره می‌شوند و امکان تنظیم آن‌ها به صورت لحظه‌ای بسیار سخت و پیچیده است.

کاربرد سیستم اسمز معکوس با مدار بسته (CCRO)

سیستم‌های CCRO را می‌توان برای هر کاربردی که در آن از اسمز معکوس سنتی استفاده می‌شود به کار برد، و حتی در برخی موارد، که سیستم‌های اسمز معکوس سنتی قابل استفاده نیستند (مانند مکان‌هایی با آب خوراک متغیر و محدود یا غلظت بالای سیلیس).

این امر باعث می‌شود آن‌ها برای طیف گسترده‌ای از کاربردها در صنایع مختلف، از جمله صنایع غذایی و آشامیدنی، کالاهای مصرفی، مواد شیمیایی و پالایشگاه‌ها، تولید برق، و فلزات و پلاستیک و غیره ایده‌آل باشند. برخی از کاربردهای خاص آن عبارتند از:

• تصفیه پساب کارخانجات برای استفاده مجدد (Reuse)
• آب مورد نیاز برای فرآیندهای صنعتی
• آب مورد نیاز برای صنایع غذایی، نوشیدنی و دارویی
• پیش تصفیه آب دیگ بخار
• شیرین‌سازی آب آبیاری

همچنین بخوانید: کاهش شوری آب‌های کشاورزی

به دلیل نرخ بازیابی آب بسیار بالا و انعطاف‌پذیری عملیاتی منحصر به فرد، سیستم‌های CCRO به طور ویژه برای کاهش مصرف آب و کار با منابع آب با کیفیت متغیر مناسب هستند.

سوالات متداول

آیا دستورالعمل‌های طراحی ممبران برای سیستم‌های CCRO با سیستم‌های اسمز معکوس قدیمی متفاوت است؟

سیستم‌های CCRO از دستورالعمل‌های خاصی برای طراحی ممبران پیروی می‌کنند که در نرم‌افزار Wave تعریف شده است. انعطاف‌پذیری ذاتی فرایند CCRO باعث می‌شود سیستم‌های اسمز معکوس (RO) راحت‌تر در محدوده‌های توصیه‌شده کار کنند. استفاده از نرم‌افزار Wave به همراه CCRO طراحی سیستم را بسیار ساده می‌کند.

آیا کیفیت آب پرمییت در سیستم‌های CCRO مشابه سیستم‌های اسمز معکوس سنتی است؟

بله، سیستم‌های CCRO می‌توانند به همان کیفیت آب خروجی (پرمیت) دست پیدا کنند که سیستم‌های اسمز معکوس سنتی به دست می‌آورند.

آیا سیستم CCRO باید قبل از ساخت و راه اندازی به صورت آزمایشی اجرا شود؟

خیر، به طور کلی راه‌اندازی آزمایشی (pilot) برای سیستم CCRO ضروری نیست. فرآیند CCRO به طور دقیق توسط نرم‌افزار WAVE شبیه‌سازی می‌شود و این مدل‌ها در عمل مورد تأیید قرار گرفته‌اند. علاوه بر این، طراحی CCRO ذاتا انعطاف‌پذیر است، پس فرقی نمی‌کند سیستم با ۷۵ درصد بازیابی یا ۹۸ درصد بازیابی کار کند، طراحی مکانیکی آن یکسان است.
این انعطاف‌پذیری به همراه مقاومت ذاتی در برابر فولینگ و اسکیلینگ به این معنی است که راه‌اندازی یک سیستم CCRO بدون راه‌اندازی آزمایشی، ریسک کمتری نسبت به راه‌اندازی یک سیستم سنتی بدون راه‌اندازی آزمایشی دارد.

آیا سیستم های CCRO به تجهیزات یا ابزار دقیق خاصی نیاز دارند؟

سیستم‌های CCRO با استفاده از قطعات استاندارد و در دسترس موجود در بازار و همچنین ممبران‌های FilmTec که در این صنعت پیشرو هستند ساخته می‌شوند. طراحی CCRO شامل یک پمپ با سرعت قابل تنظیم است که در حالت مدار بسته ۱۰۰ درصد پساب را دوباره به چرخه برمی‌گرداند. اما به طور کلی، چیزی که سیستم‌های CCRO را از سایر سیستم‌ها متمایز می‌کند، طراحی نوآورانه آن است، نه قطعات تشکیل دهنده‌اش.