تکنولوژی های به روز مورد استفاده در طراحی ممبران های دستگاه تصفیه آب - باتسک

بیشتر: خرید دستگاه هایتصفیه آب خانگی

در تکنولوژی اسمز معکوس، جداسازی املاحمختلف محلول و نامحلول بسیار ریز، با استفاده از فشار هیدرولیکی که باعث عبور مولکولهای آب از غشای ممبران می گردد، صورت می گیرد. فشار مورد احتیاج برای انجام فراینداسمز معکوس، به وسیله پمپ هایی که با برق کار می نمایند تامین می گردد.

در حالی که بیشتر محققان با تغییر درطراحی و جنس ممبران سعی در برطرف مسائل موجود (به ویژه برطرف مشکل فولینگ ممبران ومقاومت بیشتر آن در برابر شنمایندگی) در این تکنولوژی دارند، تعدادی هم در تلاشهستند تا تغییراتی در نیروی مولد فشار مورد احتیاج برای این نوع فرایند جداسازی ایجادنمایند. این تفکر باعث ظهور نوعی دیگر از تکنولوژی اسمز به نام اسمزمستقیم ( FO) شده است. در حال حاضر این تکنولوژی بهعنوان یک گزینه مناسب برای استفاده در دستگاه های تصفیه آب تبدیل شده است.

تکنولوژی اسمز مستقیم ( FO) به عنوان یک گزینه مناسب برای خالص سازی آب، شیرین سازی آب دریا،پیش تصفیه فاضلاب، غلیظ و رقیق سازی محلول ها، استفاده در صنایع دارویی، غذایی وفراوری برق مطرح می باشد.

مقایسه اسمز مستقیم ( FO)و اسمز معکوس ( RO)

برای واضح تر شدن نحوه کارکرد دوتکنولوژی اسمز معکوس و مستقیم، مطالبی را در این بخش با هم مرور می کنیم. فرض کنیدیک فیلتر ممبران یا همان غشای نیمه تراوا داریم که مثل یک سد در بین دو محلول آبیبا غلظت متفاوت قرار می گیرد و در اثر فشار اسمزی (که به طور طبیعی به دلیل غلظتنابرابر محلول در دو سمت ممبران ایجاد می گردد) مولکول های آب می توانند از ممبرانعبور نمایند و از سمت محلول رقیق تر به سمتی که غلظت مواد محلول در آب بیشتر استبروند؛ تا در نهایت هر دو محلول به تعادل برسند. این همان پدیده اسمز است که در طبیعتو بدن ما هر روز میلیون ها میلیون بار تکرار می گردد و در واقع همان پدیده اسمزمستقیم نیز می باشد.

در تکنولوژی اسمز معکوس هم همین سد یا غشاینیمه تراوا (ممبران) استفاده می گردد؛ اما نکته این است که این جا دیگر یک پدیدهطبیعی اتفاق نمی افتد، بنابر این فرایند اسمز معکوس احتیاجمند یک سری ابزار و قطعاتدر دستگاه تصفیه آب می باشد. زمانی که درباره ROصحبت می کنیم، احتیاج به پمپ فشارقوی، پرشر وسل، میزان زیادی انرژی و ... داریم؛ زیرابا نیروی فشار هیدرولیک که توسط پمپ ایجاد می گردد، بر فشار اسمزی که به طور طبیعیوجود دارد غلبه می گردد، تا بتوان جریان آب را از سمت محلول غلیظ تر به سمت محلول رقیقتر راهنمایی کرد.

در صورتی که در دستگاه های تصفیهآب با تکنولوژی اسمز مستقیم ( FO)،آب از یک غشای نیمه تراوا یا همان ممبران با نیروی فشار اسمزی طبیعی ایجاد شده بیندو سمت ممبران عبور می نماید و برای جداسازی نمک های محلول از آب به ایجاد فشار هیدرولیکتوسط پمپ احتیاجی نیست.

تکنولوژی اسمز مستقیم ( FO)برای ممبران های دستگاه تصفیه آب

FO به تکنولوژی اسمزی گفته می گردد که در آن آبآشامیدنی به عنوان محصول اولیه است. در این نوع اسمز، آب شور در یک سمت ممبران ومحلول جاذب در سمت دیگر واقع شده است. جداسازی اسموتیک به طور خود به خود و همزمان با جریان آب از سمت محلول رقیق تر بهسمت محلول غلیظ تر (محلول جاذب) انجام می گردد. ممبران به کار گرفته شده خاصیت نیمهتراوایی دارد، به این معنی که مولکول هایی مانند مولکول آب اجازه عبور از آن رادارند، اما مولکول های مواد محلول مانند نمک و دیگر آلاینده ها در یک طرف غشا باقیمی مانند و اجازه عبور ندارند.

بنابر این به راحتی و بدون مصرف هیچگونه انرژی، نمک های محلول از آب حذف می شوند و فقط کافی است آب خوراک با فشار پایینبه ممبران وارد گردد. در مرحله بعد تصفیه آب، محلول جاذب رقیق شده به یک فرایندخالص سازی دیگر وارد می گردد، که به طور خاص برای محلول جاذب طراحی شده است. در بیشترآن ها مواد محلول فرار به راحتی از آب خارج می شوند و یا با استفاده از یک ممبرانثانویه قابل جداسازی هستند.

در اسمز مستقیم محلول آب خوراک در یکسمت ممبران غلیظ تر شده و محلول جاذب در سمت دیگر در اثر تراوش آب از ممبران رقیقتر می گردد، همین موضوع باعث کاهش موثر اختلاف فشار اسمزی و بنابراین جریان محلول میگردد. مقدار این تاثیر به ماهیت غشا و جنس آن نیز بستگی دارد.

بیشتر: دستگاه تصفیه آب اس اس وی ( SSV)

در حال حاضر استفاده از ممبران هایی ازجنس کامپوزیت لایه نازک ( TFC) در دستگاههای تصفیه آبرایجاست؛ این نوع ممبران شامل یک لایه نازک پلی آمید فعال است، که بر روی یک لایه پشتیبانپلی سولفون- پلی استر کشیده شده است. ممبران های نوع TFC بهدلیل نفوذ پذیری بالا در برابر آب، نفوذپذیری کم در برابر مواد محلول و مقاومت کملایه پشتیبان در برابر نفوذ آب، قابلیت عملکرد خوبی در تکنولوژی اسمز مستقیم دارند.

ممبران های جدیدتر در دستگاه هایتصفیه آب از نانو لوله های کربنی، گرافن و حتی پروتئین های آکوآپورین ساختهشده اند، که خاصیت نفوذپذیری انتخابی بهتری در برابر آب و نمک (عبور مولکولهای آبو ممانعت از عبور مولکولهای نمک) از خود نشان می دهند. ممبران های اسمز مستقیمهمانند اسمز معکوس مواد ارگانیک، مواد معدنی و سایر مواد جامد را از آب حذف مینمایند؛ اما مزیت آنها این است که نسبت به فولینگ (گرفتگی ممبران) مقاومت بیش تریدارند.

مزایای استفاده از تکنولوژی اسمز مستقیم( FO)

مزیت استفاده از اسمز مستقیم ( FO)به نوع محلول جاذب و سیستم مورد استفاده برای بازیافت آن بستگی دارد. بعضی ازانواع خاص اسمز مستقیم مصرف انرژی کمتری را نسبت به اسمز معکوس دارند. محلول جاذب مورد استفاده باید طوری انتخاب گردد، کهانرژی اسمزی مورد احتیاج فرایند را فراهم کند و از انرژی مورد احتیاج برای بازیافت آبتوسط فرایند RO بیشتر باشد.

در خصوص آب هایی که فولینگ بالایی را درممبران ایجاد می نمایند، مثل بیوراکتورهای ممبران ( MBRتلفیقی از تکنولوژی ممبران و روش های بیولوژیکی) یا تصفیه آب هایی که پتانسیل رسوبگذاری بالایی بر روی ممبران دارند، اسمز معکوس گزینه مناسبی به شمار می رود.

محلول کِشنده (جاذب)عاملی مهم در اسمزمستقیم

یکی از مسائل مهم در تکنولوژی اسمز مستقیممورد استفاده در ممبران های دستگاه های تصفیه آب انتخاب محلول کشنده مناسباست. محلول کِشنده نه تنها باید باعث انتقال قوی آب از ممبران گردد؛ بلکه باید قابلیتبازیافت مجدد با هزینه کم و یا دورریزی در طبیعت بدون آلودگی محیط زیست را داشتهباشد. محلول کِشنده برای این که فشار اسمزی موثری را ایجاد کند، باید حلالیت بالاو وزن مولکولی پایینی داشته (در عین حال از ممبران عبور نکند) و از نظر شیمیایی همخنثی باشد.

این محلول می تواند از نمک ها و یا مواد آلی و غیرآلی فرار تشکیل شده باشد. حلال های غیر آلی و غیر فرار مانند کلرید سدیم و کلسیم،حلال های آلی غیرفرار مانند شکر، حلال های غیر آلی فرار مانند دی اکسید کربن آمونیوم،حلال های آلی فرار مانند اتانول تا ماکرومولکول ها و نانو پارتیکل ها برای کارقابل استفاده می باشد.

تکنولوژی به روز اسمز مستقیم، در بوتهآزمایش دانشمندان

در این مقاله در رابطه با تکنولوژی بهروز اسمز مستقیم، موارد کاربرد و مزایای آن برای ممبران های دستگاه های تصفیهآب صحبت کردیم. اما علیرغم تحقیقات بسیار گسترده ای که توسط دانشمندان در رابطهبا این تکنولوژی صورت گرفته است؛ هنوز هم چالش هایی در رابطه با بهره وری انرژی ووضعیت فعلی این تکنولوژی مطرح است.

از جمله موارد مطرح در تکنولوژی اسمزمستقیم، هزینه حذف مواد زائد از محلول کِشنده می باشد، که باید از نظر مالی بهصرفه باشد. علاوه بر این انتخاب محلول کِشنده مناسب برای این فرایند، هنوز هم احتیاجبه آنالیز های بیش تری دارد. هر چند امروزه در مجامع علمی و بین المللی مربوط به تکنولوژیهای مورد استفاده در دستگاه های تصفیه آب، بحث بهینه سازی ممبران های پلیمریاسمز معکوس در مرکز توجه واقع شده است؛ اما ظهور فناوری نوین اسمز مستقیم و بسترمناسب تجاری که دارد، باعث شده است مورد توجه بسیاری از دانشمندان و فراوری نمایندگاندستگاه های تصفیه آب نیز قرار گیرد.

منبع: abin.ir