www.ind.clinicab.ir

نقش و اهمیت کاربرد ممبران ها در صنعت تصفیه آب

چکیده:

ممبرانها نقشی کلیدی را در تکنولوژی شیمیایی ایفا می نمایند. ویژگی مهم ممبران ها، توانایی آنها در کنترل نرخ نفوذ گونه های شیمیایی یا اجزا ء گازی یا مایع درون مخلوط هنگام عبور از ممبران می باشد. به منظور افزایش و بهبود عملکرد ممبرانها در فرآیندهایی چون تصفیه و جداسازی، شناخت کامل و دقیق انواع ممبرانها و همچنین طبق هبندیهای موجود لازم و ضروری می باشد؛ لذا در این تحقیق به بررسی انواع ممبرانها از لحاظ ساختار فیزیکی، اندازه حفره، جنس و مدول پرداخته

شده است. در ادامه نیز شیری نسازی آب به عنوان یکی از مهمترین کاربردهای ممبرانها در صنعت تصفیه آب در کنار سایر کاربردها بررسی شده اس ت. در آخر نیز دورنما و چش ماندازی از آینده ممبرانها ترسیم گردیده است.

لغات کلیدی: ممبران، تیتانیا، تصفیه آب.

مقدمه

افزایش بی رویه جمعیت از مهمترین مشکلات فزاینده در قرن بیست و یکم می باشد، آمارها حاکی از آنست که جمعیت تا سال2150 با دو برابر افزایش، از مرز 5/11میلیارد نفر خواهد گذشت. چنین انفجار جمع یتی، بروز مسائلی از قبیل سوء تغذیه، قحطی، آلودگی، بیماریهای واگیردار، خشکسالی و بحرا ن ها را اجتناب ناپذیر خواهد نمود . در این میان آب نقش کلیدی را در نجات انسان بازی می کند ؛ لذا آبیاری، نمک زدایی یا شیرین کردن آب و فیلتراسیون آن مهمترین فن آوریهای هزاره سوم محسوب می گردند. سرامیک ها نیز با عنایت به فراوانی اکسیدها در طبیعت، در زمره مواد کلیدی و استراتژیک در این زمینه محسوب می شوند.

امروزه بسیاری از سیستم های تصفیه آب و تکنیکهای تصفیه، به طور وسیعی گسترش یافته اند تا قادر به تولید آب سالم باشند؛ اما این تکنیکهای مختلف تصفیه آب چگونه با یکدیگر مقایسه می شوند و کارایی هرکدام چیست؟

فرایند تصفیه و شیرین سازی آب

به منظور شناخت و بررسی رو ش های تصفیه آب، ابتدا لازم است آلودگی های موجود در آن را بشناسیم . به دلیل متنوع بودن انواع این آلودگ ی ها در اینجا فقط به ذکر مهمترین آنها پرداخته و از توضیح آنها صرف نظر می نمائیم. این آلودگی ها عبارتند از : مواد بیماریزای میکروبی ، آلودگیهای آلی فرار ، آلودگیهای آلی مصنوعی، تری هالومتان ها، رادیواکتیو ، سولفور، کلریدها، سرب و مس ، آنتیموان، فلوراید، نیترات، آرسنیک، پنبة نسوز ، عوامل سختی، گل آلودگی، رنگ.

روشهای متداول تصفیه آب

هر فرایند و روشی که باعث تغییر ترکیب شیمیایی و رفتار طبیعی منبع آبی گردد تحت عنوان تصفیه آب تعریف می گردد.روشهای تصفیه می توانند به صورت زیر تقسیم شوند : تصفیه فیزیکی و شیمیایی و

زیستی(بیولوژیکی).در اینجا تنها انواع هر دسته را نام برده می شود . انواع روش های تصفیه فیزیکی عبارتند از: غربال کردن، فیلتراسیون ماسه ای ، فیلتراسیون کارتریجی، فیلتراسی ون توسط آلومینای فعال شده ، فیلتراسیون توسط کربن فعال شده و فیلتراسیون توسط ممبران ها. انواع روش های تصفیه شیمیایی عبارتند از : انعقاد و فیلتراسیون ، تعویض یونی ، کاهش سختی (نرم سازی )توسط آهک، گندزدایی، تقطیر، دمش هوا، تنظیمPH

انواع روش های تصفیه زیستی آب عبارتند از: تصفیه هوازی و تصفیه بی هوازی که جهت تصفیه پساب استفاده می گردد.

انواع ممبرانها

ممبران ها از چند لحاظ تقسیم بندی می گردند . انواع این تقسیم بندیها بر مبنای ترکیب شیمیایی و ساختار فیزیکی، اندازه حفره ممبران، جنس و مدول ممبران می باشد که در ادامه به بررسی تک تک آنها می پردازیم.

انواع ممبران ها از لحاظ ترکیب شیمیایی و ساختار فیزیکی

ممبران ها به طور کلی به دو دسته ایزوتروپ و غیرایزوتروپ تقسیم می شوند . ممبرانهای ایزوتروپ از لحاظ ترکیب شیمیایی و فیزیکی در طول سطح مقطع خود یکسان می باشند ؛ در حالیکه ممبر انهای غیرایزوتروپ در طول سطح مقطع خود یکن واخت نبوده و شامل لایه هایی هستند که از لحاظ ساختار و یا ترکیب شیمیایی با یکدیگر متفاوت می باشند.

انواع ممبران ها از لحاظ اندازه حفره

اسمز معکوس

تکنیک اسمز معکوس در مقابل اسمز مستقیم به کار می رود . در اسمز مستقیم، هنگامی که دو محلول با غلظتهای مختلف توسط یک ممبران نیمه تراوا از یکدیگر جدا گردند به گونه ای که امکان عبور حلال از ممبران وجود داشته باشد در حالیکه اجزاء حل شده قادر به عبور از آن نباشد یک انتقال خود به خود (نفوذ)حلال رخ خواهد داد . حلال که معمولا آب می باشد از سمت با غلظت کمتر به سمت با غلظت بیشتر حرکت خواهد کرد.

فرایند اسمزی می تواند معکوس گردد . اعمال فشار به یک محلول غلیظ تر باعث نفوذ حلال، از ممبران نیمه تراوا و قرارگیری آن در محلولهای با غلظت کمتر خواهد شد اصطلاح اسمز معکوس به شکل جداسازی یونهای حل شده و مولکولهای کوچک که باعث آلوده شدن آب می گردند، اختصاص دارد در اسمز معکوس فشاری بیشتر از فشار اسمزی به محلول ورودی و غلیظ تر اعمال می گردد تا شاهد جریان حلال از قسمت غلیظ تر به قسمت رقیق تر باشیم.اندازه اندک حفره ها در این نوع ممبرانها، مسدود شدن آنها را نسبت به انواع دیگر محتمل تر می سازد. اگر چه پیشرفتهای اخیر در تکنولوژی ممبران، منجر به گسترش ممبرانهایی شده است که در فشارهای کمتری کار می کنند. به کارگیری ممبرانهای با فشار کمتر، به معنی ذخیرة انرژی الکتریکی و کاهش هزینه می باشد.

اسمز معکوس در صنعت به منظور تهیه آب قابل شرب از آبهای شور و نمکی به کار می رود و به طور روز افزونی در تصفیه فاضلاب ها به کارگرفته می شود. به طورکلی سیستم اسمز معکوس با سایر فرایند های جداسازی که برای حذف تمامی آلودگیهای آب به کارمی روند(مانند تقطیر)رقابت می نماید.

توانایی حذف آلودگی توسط ممبران اسمز معکوس بسیار وسیع بوده و شامل موارد زیرمی باشد:

• حذف مینرال ها و فلزات حل شده

• حذف یونهای منفرد حل شده و عوامل مسبب سختی

• حذف ویروس ها، باکتری ها و پیروژن تا سقف99٪

• حذف نمک ها، مواد قندی، پروتئین ها، فلزات سنگین و فلزات رادیواکتیو

• حذف پنبه نسوز، انواع مزه ها، رنگ، ترکیبات شیمیای ایجاد کننده بو، ذرات، جامدات حل شده و گل و لای

نانوفیلتراسیون

نانوفیلتراسیون نیز یک فرایند جداسازی به کمک ممبران می باشد که از ممبرا ن های نازک و متخلخل با اندازه حفره در محدوده یکهزارم تا پنجهزارم میکرون بهره می جوید . فشار اعمالی بر جریان محلول در این تکنیک، در محدوده3/0 تا

4 MPaمی باشد . به دلیل بزرگتر شدن اندازه حفره ها در ممبرانهای نانوفیلتراسیون، این ممبرانها توانایی کار کردن در فشارهای پایین تری نسبت به ممبرانه ای اسمز معکوس داشته که این به معنی هزینة کمتر عملیات و نگهداری این ممبرانها می باشد.

محدوده ابعاد حفره های تکنیک مذکور، به گونه ای عمل می نماید که یونهای تک ظرفیتی می توانند از ممبران عبور نمایند، در حالیکه یونهای چند ظرفیتی که دارای ابعاد بزرگتری نسبت به نوع تک ظرفیتی هستند، اجازه عبور نخواهند داشت . ناشی از پدیده مذکور، این ممبرانها را به عنوان ممبران حذف کننده مینرالها یا نرم کننده آب نیز می نامند . قابلیت این ممبرانها در حذف نمکهای آلی بی همتا ست . حذف ترکیبات آلی حل شده و تفکیک نمودن مواد آلی با وزن مولکول ی کم و زیاد از دیگر تواناییهای این ممبرانها می باشد.

اولترافیلتراسیون

ممبران اولترافیلتراسیون، به طور قابل ملاحظه ای متخلخل تر از دو نوع دیگر است . محدوده اندازه حفره این ممبرانها بین0/005 تا0/1 میکرون می باشد . وجود تخلخلهای با اندازه بزرگتر در این ممبرانها، فلاکس بیشتر جریان و در عین حال فشار ورودی کمتری را سبب می گردد(2/0 تا4/1Mpa)

ناشی از اندازه بزرگتر حفر ه های ممبران ، این تکنیک قادر به حذف یونها نبوده و اغلب گونه های قابل حل مانند نمکهای معدنی از درون ممبران عبور خواهند نمود. در این روش، کلوئیدها، جامدهای معلق، میکروارگانیسم ها، مولکولهای آلی با وزن مولکولی بالا و پروتئینها از درون ممبران عبور نخواهند کرد و در درون جریان برگشتی باقی خواهند ماند . یکی از کاربردهای مهم این ممبرانها حذف کلوئیدها و سایر ذرات موجود در محلول ورودی به منظور جلوگیری از انسداد ممبران اسمز معکوس می باشد که در ادامه مسیر نصب شده است.

انواع ممبران ها از لحاظ جنس

-ممبرانهای پلیمری(آلی)

این ممبرا نها بر مبنای ساختار فیزیکی خود به سه دسته هموژن (متقارن)، غیرهموژن(نامتقارن ) و کامپوزیتی تقسیم می شوند. برخی از معایب اصلی ممبرانهای پلیمری عبارتند از : محدوده باریک دمای مجاز ، مقاومت مجاز، است حکام مکانیکی کم، رخداد تجزیه زیستی، کمی pH اندک در برابر حمله شیمیایی، محدوده باریک عمر مفید.

ممبرانهای غیرآلی

ممبرانهای غیر آلی از موادی مانند سرامی ک ها، فلز ات، گرافیت یا ترکیب آنها ساخته م ی شوند ولی در این تحقیق منظور از ممبرا ن های غیرآلی، انواع سرامیکی می باشد و تمرکز تنها بر روی همین دسته خواهد بود.

هدف از ساخت ممبران های سرامیکی کاهش و یا حذف برخی محدودیت های انواع پلیمری می باشد . این ممبران ها در شرایط سخت به طور وسیعی مورد استفاده قرار می گیرند ؛ ج اییکه ممبرا ن های پلیمری عملکرد مطلوبی نداشته و یا قادر به انجام فرایند نخواهند بود . اکسید های فلزی (آلومینا، زیرکونیا، تیتانیا، ..)

متداولترین مواد سرامیکی مصرفی برای ساخت این ممبران ها هستند و از پایه های معمول می توان از آلومینا و کاربید سیلیسیوم و ... نام برد . این پایه ها نه تنها حداکثر نفوذپذیری ممبران را تامین می سازند بلکه پایداری مکانیکی ممبران ر ا نیز به مقدار زیادی افزایش می دهن ممبران های سرامیکی، استحکام مکانیکی بالا و همچنین مقاومت به سایش بالاتری را از خود نشان می دهند و همچنین در اثر فشرده شدن ساختار تحت فشارهای اعمالی و گذشت زمان تجزیه نخواهند شد ؛ به همین دلیل دوام و ایمنی ممبرا ن های سرامیکی، از انواع پلیمری بیشتر می باشد . این ممبرا ن ها از لحاظ حرارتی پایدارند و توانایی کار دردماهای بالا را دارا هستند ؛ به طور یکه بسیاری از ممبرا ن های سرامیکی در دمای ºC 1000نیز قابل مصرف هستند. مقاومت ممبران های سرامیکی در مقابل عوامل شیمیایی و بالاتر از تشعشع به طور قابل ملاحظه ای بیشتر از انواع پلیمری می باشد و این ممبران ها در مقابل عوامل زیستی خنثی م ی باشند؛ به همین دل یل این ممبرا ن ها در بسیاری از کارب ردهای شیمیایی ، دارویی و فرایند تصفیه آبها و پسابها به عنوان انتخاب اول مطرح می باشند . ناشی از تفاوتهای مذکور، آسیب دیدگی کمتر ممبران و در نتیجه اطمینان بیشتر از محصول تولیدی و همچنین هزینه کمتر عملیات ، از اثرات به کارگیری ممبرانهای

سرامیکی خواهد بود . از معایب عمده و اساسی این ممبرانها، نیز می توان به وزن زیاد آنها و هزینه ساخت بالاتر آنها در مقایسه با ممبرا ن های پلیمری اشاره نمود؛ اگرچه مورد آخر توسط طول عمر بالای ممبران جبران می گردد . امروزه ممبرا ن های سرامیکی به طور روز ا فزونی در کاربردهای جداسازی به خدمت گرفته می شوند. تکنولوژی ساخت این ممبران ها با معرفی مواد سرامیکی نانوساختار، دچار تحول و پیشرفت بزرگی شده است . تکنیک های زیادی برای تولید مواد نانوساختار و ساخت لایه های سطحی انتخابی وجود دارد که همگی بر فرایند سل - ژل است وار بوده و بیشترین مواد مصرفی در تولید لایه های نانوساختار موادی چون2TiO و CeO2 ،ZrO2 ،Al2O3 می باشند.

انواع ممبران ها از لحاظ مدول

ممبران های لوله ای(Tubular Membrane)

طراحی این ممبران ها بسیار ساده می باشد به گونه ای که ممبران مورد نظر یا در درون یک لوله متخلخل قرار می گیرد و یا بر روی سطح داخلی لوله پوشش داده می شود و محلول به درون لوله پمپ می گردد. لوله مصرفی باید فشارهای مورد نیاز در حین کار را تحمل نماید . مایع تغذیه از یک طرف لوله وارد شده و همزمان با جریان رو به جلوی آن در درون لوله، بخشی از آن به صورت عرضی نفوذ خواهد نمود . قسمت نفوذ کرده که همان محصول مورد نظر می باشد در پوسته بیرونی لوله جمع آوری می گردد. شکل زیرنشان دهنده یک تصویر شماتیک از ممبران های لوله ای شکل می باشد.

از مزایای اصلی ممبرانهای لوله ای شکل ، امکان حرکت سریع مایع ورودی بر روی سط ح ممبران می باشد به گونه ای که این حرکت می تواند سرعتی بالغ بر (m/s )10 داشته باشدکه باعث کاهش احتمال انسداد سطح ممبران خواهد شد . از کاربردهای اساسی این ممبرانها تصفیه محلولهای با درصد بالای ذرات جامد معلق می باشد زیرا این ممبران ها برای ذرات جامد معلق از تلورانس بالایی برخوردار هستند.

ممبران های مارپیچی:(Spirally Wound Membrane)

در این ممبرا ن ها یک ورقه مسطح که می تواند چندین لایه داشته باشد به دور یک هسته مرکزی پیچیده می شود. این ممبران ها در درون لوله هایی نصب می شوند به گونه ای که محلول ورودی از یک انتها وارد شده، به صورت عرضی در درون ممبران نفوذ کرده و در ادامه به سمت لوله مرکزی هدایت و جمع آوری خواهد شد. شکل زیر بیانگر تصویر شماتیک ممبران مارپیچی می باشد.

از مزایای این ممبران ها، سطح مخصوص بالای ممبران در عین حجم کم آن می باشد . در این ممبران ها مسیرهای باریک جریان (موجود در لایه بافته شده ) نسبت به جریانهای گل آلود حساس بوده و امکان انسداد آنها وجود دارد به همین دلیل همواره در به کارگیری این ممبرا ن ها از فرآیندهای پیش تصفیه به منظور حذف ذرات جامد معلق استفاده می شود . کاربردهایی چون شیرین سازی آب دریا و آب شور از مواردی هستند که در آنها از ممبران های اسمز معکوس به شکل مارپیچی استفاده می گردد.

ممبران های الیاف توخالی(Hollow Fiber Membrane)

در این ممبرا ن ها از الیافی توخالی و همانند م وی سر استفاده می گردد به طوریکه قطر خارجی آنها کمتر از 200میکرون می باشد . الیاف مذکور دارای یک پوسته نازک و متراکم(ممبران) بوده که از نفوذ آلودگیها جلوگیری کرده و تنها به محصول اجازه عبور می دهند . در زیر این پوسته فعال، یک لایه ضخیم و متراکم (پایه)به کار می رود که نقش آن حمایت 6 لایه فعال می باشد . این الیاف به یکدیگر بسته می شوند و به صورت یک دستهU شکل یا مستقیم در می آیند . جریان ورودی به درون الیاف وارد می شود و به دنبال آن بخش نفوذ کرده )محصول(، در بیرون الیاف و بخش تغلیظ شده )باطله(، در انتهای دیگر الیاف جمع آوری می گردد.

ممبران های فیبر توخالی دانستیه فشردگی بسیار بالایی دارند و نیاز به فضای اندکی برای کار خواهند داشت شیرین سازی آب دریا، تهیه آب قابل شرب و همچنین تصفیه فاضلابها از جمله مواردی هستند که در آن از ممبران های به شکل الیاف توخالی به طور گسترده ای استفاده می گردد.

ممبران های تخت(Flat Membrane)

این نوع مدول، ساده ترین شکل ممبران بوده و اولین ممبران نیمه نفوذپذیری که تولید شد از لحاظ هندسی،تخت بود. شکل زیر یک نمای کلی از ممبران های تخت را نشان می دهد.

این ممبرانها، از دو صفحه در انتها، ممبران صفحه ای شکل و صاف و صفحات جدا کننده که با ترتیب خاصی قرار گرفته اند ؛ تشکیل می گردند .لازم به ذکر است که صفحات جداکننده ، نقش هدایت جریان تغذیه را بر روی سطح ممبران به عهده دارند.

ساخت، نصب و عملکرد این ممبر ان ها ساده می باشد ولی معایب عمده ای چون نسبت سطح به حجم اندک و بنابراین نیاز به فضای زیاد هنگام کار، مشکلات دمونتاژ کردن ممبران به هنگام تمیز کردن آن و بنابراین پر زحمت و زمان بر بودن فرآیند تمیز نمودن آن را نمی توان نادیده گرفت.

شیرین سازی(نمک زدایی) Desalination

یکی از کاربردهای مهم ممبرا ن ها در بخش تصفیه آب، شیرین سازی آبهای شور می باشد . به طور میانگین ، آب دریا تقریبا حاوی35000(mg/l ) نمک می باشد . برای مصرف یک آب استاندارد، میزان نمک آن باید کمتر از mg/l 250

باشد . برای تهیه یک آب استاندارد از آب حاوی mg/l35000 نمک، نیاز به ممبرانی با خاصیت دفع نمک تا3/99٪ می باشد تا با یک بار عبور آب، آنرا به میزان استاندارد، نمک زدایی نماید.

در حال حاضر تکنولوژیهای مختلفی برای شیرین سازی آب مورد استفاده قرار می گیرد . در این میان،

متداولترین این تکنولوژیها عبارتند ازMulti-Effect Distillation، Multi–Stage flash. و اسمزمعکوس

در هر دو تکنیک MSF و MED انتقال حرارت بین بخار و آب شور صورت می گیرد در حالی که RO

تکنیکی است بر پایه ممبران که تفاوت عمده آن با دو روش قبلی در حذف مرحله تبخیر می باشد. تکنیک اسمز معکوس نسبت به دو تکنیک دیگر مزایای بزرگی را داراست که به ذکر برخی از آنها می پردازیم. یکی از عوامل بسیار مهم در فرایند شیرین سازی آب ، مصرف انرژی فرایند می باشد . مصرف

کمتر انرژی منجر به کاهش هزینه محصول می گردد . تنها مصرف انرژی در روش RO انر ژی الکتریکی لازم برای راه اندازی پمپها می باشد؛ در حالیکه روشهای ، MED و MSF علاوه بر صرف انرژی برای عملکرد پمپها، به حرارت دهی برای تبخیر آب نیز نیازمند هستند.

هزینه انرژی مصرف شده و هزینه نگهداری و تعمیرات سیستم، دو فاکتور اصلی در تعیین هزینه سیستم می باشند. در این میان، هزینه شیرین سازی آب، در روش RO نسبت به روشهای MSF و MED به طور قابل توجهی کمتر می باشد.

در رابطه با مسائل زیست محیطی، هیچ یک از این سه فرایند ، فرایندهای ایده آلی نیستند . در این فرایندها از افزودنیهای شیمیایی استفاده می گردد و آب شور برگشتی از هر سه فرایندMSF و MED ،RO حاوی میزان نمک بالا و عوامل شیمیایی خواهد بود . ولی هنگامی که بحث دمای آب شور برگشتی و اثرات مخرب آن بر روی اکوسیستم آب مطرح می شود فرایندRO کمترین اثر منفی را بر روی محیط اطراف خواهد گذاشت این حقیقت در کنار حداقل میزا ن خروجی اتمسفری ناشی از مصرف کمتر انرژی باعث گردیده است که به عنوان یک انتخاب دوستار طبیعت مطرح گردد.

- 10 رسوب و کنترل رسوب در ممبران

مشکل رسوب و انسداد ممبران، مشکلی بسیار جدی بوده و خطری است که تمامی فرایندهای ممبرانی را تهدید می نماید . رسوبات می توانند باعث انسداد حفرات ممبران گردند و در نتیجه باعث کاهش میزان محصول و افزایش هدایت آب گردند . فرایندهای صحیح نگهداری و پیش تصفیه و همچنین روشهای مناسب تمیز کردن ممبران، مواردی هستند که باعث کاهش انسداد و بهبود عملکرد سیستم شده و طول عمر سیستم را بالا خواهند برد.به طور کلی چهار نوع انسداد مطرح است؛ انسداد ناشی از جامدهای حل شده، جامد های معلق، مواد آلی غیر زیستی و ترکیبات بیولوژیکی (موجودات زنده). روشهای متعدد و کارآمدی به منظور کنترل هر یک از این رسوبات وجود دارد و به کارگیری این روشها باعث به حداقل رساندن میزان رسوب شده و بهبود عملکرد سیستم و افزایش طول عمر سیستم را سبب خواهد شد.

کاربرد ممبرانهای سرامیکی در زمینه های مختلف صنعتی

با توجه به تواناییهای بسیار زیاد ممبران های سرامیکی، برتریهای آنها نسبت به انواع پلیمری و مزایای متعدد آنها که در گذشته همگی ذکر گردید، این ممبرا ن ها در صنایع زیادی به کار می روند . از کاربردهای ممبران های سرامیکی می توان به موارد زیر اشاره نمود:

• صنایع شیمیایی : جداسازی و تمیز نمودن محصول، جداسازی کاتالیست ها، بازیافت رنگ ها و رنگدانه ها، نمک زدایی محصولات، تمیز کردن و استفاده مجدد از حلالهای آلی

• صنایع فلزی و مهندسی سطح : تصفیه امولسیون های آب -روغن، بازیافت فلزات سنگین، تصفیه پسابهای شیشه و الیاف شیشه ای

• صنعت مواد غذایی و نوشیدنی : شفاف سازی آبمیوه ها، تغلیظ آبمیوه ها، استرلیزه نمودن شیر و پنیر، جداسازی و تفکیک اجزاء شیر، نمک زد ایی آب پنیر، آبگیری محصولات، تصفیه آب آشامیدنی

صنعت بازیافت و محیط زیست : بازیافت مواد دارویی و ضد آفت، حذف میکروارگانیسمها، حذف فلزات سنگین و مواد رادیواکتیو

دورنما و چشم انداز آینده ممبرا نها

با موفقت ممبرا ن ها در عرصه تصفیه آب، تکنولوژی ممبرا ن ها همچن ان رو به پی شرفت می باشد . کماکان مشکلاتی مانند مسدود شدن ممبران، نیاز به توجه و بررسی دارد . تحقیقات در این زمینه (انسداد ممبرانها)بر روی اصلاح سازی سطح ممبران و افزایش فرایندهای پیش تصفیه آب ، قبل از ورود آن به ممبران متمرکز شده است . علاوه بر تصفیه پسابها و شیرین سازی ، کاربردهای جدید ممبرانها به منظور تصفیه آب نیز در حال پیگیری می باشد . به طور کلی، حوزه کاربرد ممبرانها ب ه طور وسیعی گسترش یافته است . اقتصادی بودن، دوستار طبیع ت بودن، متنوع و مستعد بودن و کاربرد آسان آنه ا باعث گردیده است که ممبرانها به عنوان اولین انتخاب در کاربردهای تصفیه آب مطرح باشند.

منبع: فصلنامه سرامیک ایران

---

کلینیک تصفیه آب صنعتی ایران ارائه دهنده خدمات تصفیه آب و تصفیه پساب مفتخر به ارائه سیستم های تبادل یونی رزینی,فیلتراسیون پیشرفتهUFوNF, اسمز معکوسRO, الکترودیونیزاسیونEDI, سختی گیر ها و فیلتر های کربنی, سیستم های ضد عفونی کننده آب, مواد شیمیایی تصفیه آب, تجهیزات واتصالات و.. در صنایع مختلف است.

جهت کسب اطلاعات بیشتر با ما تماس بگیرید.

www.ind.clinicab.ir

تصفیه آب به روش سیستم اسمز معکوس ( RO )

اسمز معکوس چیست :

اسمز معکوس، تکنولوژی مدرنی است که آب را برای مصارف متعددی از جمله نیمه رساناها، خوراک پزی، تکنولوژی زیستی، داروها، تولید برق، نمک زدایی آب دریا و آب خوردنی شهری، تصفیه می نماید.

از اولین آزمایشاتی که در سال 1950 انجام شد طی آن هر ساعت چند قطره آب تولید می شد، امروزه نتیجه صنعت اسمز معکوس در تولید مشترک جهانی به بیشتر از 7/1 میلیون گالن در هر روز رسیده است.

با افزایش روز افزون تقاضاها برای آب خالص (تصفیه شده) ، رشد صنعت اسمز معکوس در قرن اینده با افزایش روبه رو خواهد شد.

پیشینه تاریخی اسمز معکوس :

تحقیق در مورد اسمز معکوس در سال 1950 در دانشگاه فلوریدا، جائیکه رید و بوتون که توانستند خاصیت نمک زدایی ممبرین استات سلولز را شرح دهند، آغاز شد.

لوب و سوریرجان، گسترش تکنولوژی اسمز معکوس را با ایجاد نخستین ممبرین استات سلولز نا متقارن ادامه دادند.

تحقیق در مورد این پیشرفت خوب و امیدوار کننده منجر به ایجاد پیکربندی بهتر و جدیدتر اجزای اسمز معکوس شد، به طوریکه امروزه این صنعت اکثرا اجزای مارپیچ فنری و در برخی موارد اجزای فیبر توخالی را تولید می کنند. دراوایل سال 1980 تحقیق و بررسی در لابراتوارهای دولتی آمریکا، منجر به تولید نخستین ممبرین پلی آمیر مرکب شد. این ممبرین ها عمدتاً نسبت به ممبرین های سلولزیک، از جریان تراوش و نمک زدایی بالاتری برخوردارند.

امروزه با معرفی ESPA3 توسط هیدراناتیک ها، این صنعت با ترتیب کاهش بزرگی در مسیر نمک، به افزایش 20 دفعه ای در جریان هر فشار بر روی ممبرین های سلولزیک اصلی رسیده است.

نیمه تراوا چیست :

نیمه تراوا به ممبرینی اشاره می کند که به طور انتخابی به اقسام خاصی اجازه عبور می دهد در حالیکه الباقی گونه ها باقی می مانند.

در واقع بیشتر گونه ها از ممبرین خواهند گذشت اما با سرعت متفاوت و قابل توجه.

در اسمز معکوس، محلول (آب) با سرعت بیشتری نسبت به ذرات نامحلول (نمکها) از ممبرین ها عبور می کنند، با توجه به اینکه آب خالص تولید می شود، پیامد نهایی این است که تفکیک حلال حل شده روی می دهد. در برخی موارد عدم آبیاری باعث غلیظ شدن نمک می شود.

اسمز چیست :

اسمز یک روش و شیوه نرمال(طبیعی) شامل عبور یک محلول غیلظ از میان مانع ممبرین نیمه تراوا می باشد. یک مخزن آب خالص را با ممبرین نیمه تراوا که به دو قسمت تقسیم شده، تصور کنید. آب خالص در مقایسه با دو قسمت یک ممبرین نیمه تراوا ایده آل در فشار و دما برابر از میان ممبرین ها عبور نمی کند، زیرا اختلاف سطح شیمیایی دو قسمت برابر است.

اگر نمک قابل حل به یک قسمت اضافه شود، اختلاف سطح شیمیایی این محلول نمک کاهش پیدا می کند. استمراراً قسمت آب خالص از میان ممبرین به سمت قسمت محلول نمک حرکت می کند تا تعادل اختلاف سطح شیمیایی احیاء گردد.

در شرایط علمی، دو قسمت مخزن از لحاظ اختلاف سطح شیمیایی شان تفاوت دارند و محلول، از طرف اسمز، اختلاف سطح شیمیایی اش را در کل سیستم همسان می سازد. تعادل زمانی برقرار می شود که ناهمسانی و تفاوت فشار هیدرواستاتیک ناشی از تغییرات گنجایش حجم در قسمت، با فشار اسمزی برابر می شود. فشار اسمزی، یک تناسب خاصیت محلول به غلظت نمک و استقلال ممبرین است.

اسمز معکوس چیست

در مخزن، آب به سمت قسمت نمک دار ممبرین حرکت می کند تا تعادل برقرار شود. به کارگیری فشار خارجی برای همسان سازی قسمت محلول نمک با فشار اسمزی همچنین باعث برقراری تعادل خواهد شد.

فشار مضاعف باعث افزایش اختلاف سطح شیمیایی آب موجود در محلول نمک می شود و سبب عبور حلال به سمت قسمت آب خالص می گردد. زیرا در آن حالت دارای اختلاف سطح شیمیایی پائین تری می باشد.

این پدیده اسمز معکوس نامیده می شود.

نیروی محرک شیوه اسمز معکوس، فشار کاربردی است. مقدار انرژی مورد نیاز برای تفکیک اسمزی مستقیماًً به میزان شوری حلال مربوط می شود. بنابراین، انرژی بیشتری برای تولید مقدار یکسان آب از حلال با غلظت بالای نمک لازم است.

اسمز معکوس چگونه کار می کند:

برای درک اسمز معکوس بهتر است با اسمز نرمال شروع کنیم. بر طبق دیکشنری وبستر هریام، اسمز به معنای حرکت و جنبش حلال از ممبرین نیمه تراوا (مثل سلول زنده) به داخل محلول بسیار غلیظ شده ای است که تمایل به همسان سازی غلظت حل شده روی دو طرف ممبرین دارند. این یک تعریف صحیح محسوب می شود.

در سمت چپ، بشر پر از آب قرار دارد و مخزنی که در آب نیمه غوطه ور است. همانطور که انتظار دارید سطح آب در مخزن به اندازه سطح آب در بشر است.

در آنجا، انتهای مخزن به ممبرین نیمه تراوا چسبیده است و مخزن با محلول نمکی نیمه پر است و در آن غوطه ور است. در ابتدا سطح محلول نمک و آب برابر است اما با گذشت زمان، وقایع غیر منتظره ای روی می دهد.

آب داخل مخزن افزایش می یابد. این افزایش را به فشار اسمزی نسبت می دهند.

ممبرین نیمه تراوا ممبرینی است که برخی از اتم ها یا مولکول ها را عبور می دهد، اما مانع عبور بقیه می گردد.

ممبرین است اما تقریبا برای هر چیزی که ما معمولاً از آن عبور می دهیم، ناتراوا می باشد.

مثال ممبرین نا تراوا، آستر روده های شما یا دیوار سلول است gore-tex از یک ممبرین نیمه تراوا معمول دیگر است.

ساختار gore-tex شامل لایه نسبتاً نازک پلاستیکی است که در داخل آن میلیون ها روزنه کوچک ایجاد کرده اند. روزنه ها برای عبور بخار آب از آن به اندازه کافی بزرگ هستند اما برای جلوگیری از عبور آب مایع به اندازه کافی کوچکند.

ممبرین به غیر از مولکول های نمک به مولکول های آب اجازه عبور میدهد.

یک روش برای درک فشار اسمزی این است که مولکول های آب را بر روی دو طرف ممبرین تصور کنید.

این تصور در تضاد با Brownian motion است.

بر روی قسمت نمکی، بعضی از روزنه ها با اتم های نمک مسدود شده اند اما در قسمت آب خالص چنین چیزی وجود ندارد.

بنابراین آب بیشتری از قسمت آب خالص عبور می کند، چون روزنه های بیشتری برای عبور آب خالص در قسمت آب خالص وجود دارد.

آب موجود در قسمت نمکی افزایش می یابد تا یکی از این دو حالت روی دهد:

1. غلظت نمک در دو طرف ممبرین مساوی شود، البته در این مورد این حالت روی نمی دهد، چون آب خالص در یک قسمت و آب شور در طرف دیگر وجود دارد.

2. همانطور که ارتفاع ستون آب شور افزایش می یابد فشار آب نیز افزایش پیدا می کند تا اینکه فشار اسمزی برابر شود. در این نقطه اسمز متوقف خواهد شد.

به هر حال، اسمز دلیل این مسئله است که نوشیدن آب شور (مثل آب اقیانوس) شما را خواهد کشت. زمانی که آب شور وارد معده تان می شود، فشار اسمزی، آب را به بیرون بدنتان هدایت می کند، تا نمک در داخل معده شما رقیق شود، بنابراین شما آب بدنتان را از دست می دهید (آب بدنتان خشک می شود) و می میرید.

در اسمز معکوس، هدف این است که از ممبرین به گونه ای استفاده شود که شبیه فیلتری برای تولید آب قابل نوشیدنی آب شور (یا آب آلوده دیگر) عمل نماید.

آب شور روی یک طرف ممبرین گذاشته می شود و فشار برای متوقف کردن اعمال می شود.

سپس وارونه می شود، یعنی جریان اسمزی روی می دهد، در مجموع این کار فشار زیادی می گیرد و نسبتاً کند پیش می رود اما به هر حال این کار انجام می شود.

کلینیک تصفیه آب صنعتی ایران ارائه دهنده خدمات تصفیه آب و تصفیه پساب مفتخر به ارائه سیستم های اسمز معکوسRO,و.. در صنایع مختلف است.

جهت کسب اطلاعات بیشتر با ما تماس بگیرید.

---

کلینیک تصفیه آب صنعتی ایران ارائه دهنده خدمات تصفیه آب صنعتی و تصفیه پساب صنعتی ، تولید کننده پیشرو سیستم های تصفیه آب شامل : اسمز معکوس RO ، نانوفیلتراسیون NF ، اولترافیلتراسیون UF ، الکترودیونیزاسیون EDI ، سیستم های تصفیه و ضدعفونی آب شامل : ضدعفونی آب با ازن ، ضدعفونی آب با UV ، ضدعفونی آب با کلر ، تجهیزات واتصالات تصفیه آب ، مواد شیمیایی تصفیه آبمفتخر به ارائه خدمات تصفیه آب در صنایع مختلف ازجمله: تصفیه آب صنایع داروسازی (شامل: آب خالص PW آب قابل تزریق WFI  ، بخار خالص PS ، سیستم ذخیره سازی و توزیع loop و مستندسازی Documentation)، تصفیه آب صنایع غذایی ، تصفیه آب تاسیسات ،تعمیرو نگهداری سیستم های تصفیه آب ، نوسازی وارتقا سیستم های تصفیه آب و پکیج های تصفیه پساب (پکیج های تصفیه فاضلاب) و نیز خدمات آزمایشگاهی تصفیه آب و پساب شامل : پایش آب ( آنالیز آب ) و پایش پساب( آنالیز پساب ) است.

مواد شیمیایی تصفیه آب ارائه شده توسط این مجموعه شامل: آنتی اسکالانت ( ضدرسوب) ، سدیم بی سولفیت ، مواد شیمیای سیستم های حرارتی و تبریدی ، هیپوکلریت کلسیم ، مواد شوینده ممبران ،انواع رزین ها و...

تجهیزات واتصالات تصفیه آب شامل: انواع فیلتر های تصفیه آب و پساب ( فیلتر های دیسکی ، فیلتر های کارتریجی ، فیلتر های پکیج های تصفیه پساب..... و تجهیزات واتصالات استنلس استیل ( لوله واتصالات 316L ، تانک استیل ، شیر های دیافراگمی استیل Burkert و Gemu ، اسپری بال ، تی سی و کلمپ استیل ).

ابزار دقیق تصفیه آب  نیز شامل: PH متر آنلاین ، ORP متر آنلاین ، کلریمتر آنلاین ،  TDS متر آنلاین ، EC متر آنلاین (هدایت سنج آنلاین) ، DO  متر آنلاین ، BOD متر آنلاین ، COD متر آنلاین ، SDI متر و کیت های تصفیه آب و پساب می باشد.

این مجموعه با اتکا به کارشناسان مجرب در اجرای پروژه های خالص سازی آب قادر به همکاری با کارفرمایان محترم می باشد.

جهت کسب اطلاعات بیشتر با ما تماس بگیرید.