تجزیه و تحلیل سخت ◄ فن آوری های غشای تصفیه آب (UF، NF، RO): غوطه ور شدن عمیق به مزایا و معایب

غشای نانوفیلتراسیون (NF):

• می‌تواند مواد را در مقیاس نانو (0.001 میکرون) رهگیری کند.

• در محدوده‌ای بین اولترافیلتراسیون (UF) و اسمز معکوس (RO) عمل می‌کند.

• مولکول‌های آلی با وزن مولکولی تقریباً 200-800 دالتون را دفع می‌کند.

• قادر به دفع 20٪ تا 98٪ از نمک‌های محلول است، با میزان حذف کمتر برای یون‌های تک ظرفیتی در مقایسه با یون‌های چند ظرفیتی.

• عمدتاً برای حذف مواد آلی و رنگ از آب سطحی، سختی و رادیم از آب زیرزمینی و حذف جزئی نمک‌های محلول استفاده می‌شود.

• برای استخراج و تغلیظ مواد با ارزش در تولید مواد غذایی و دارویی استفاده می‌شود.

• فشار عملیاتی معمولاً از 3.5 تا 30 بار متغیر است.

غشای اسمز معکوس (RO):

• بهترین محصول جداسازی غشایی؛ به طور موثر تمام نمک‌های محلول و مواد آلی با وزن مولکولی > 100 دالتون را دفع می‌کند، در حالی که به مولکول‌های آب اجازه عبور می‌دهد.

• به طور گسترده در نمک‌زدایی آب دریا و آب لب‌شور، تهیه آب تغذیه دیگ بخار، تولید آب خالص صنعتی و آب فوق خالص درجه الکترونیکی، تصفیه آب آشامیدنی، تصفیه فاضلاب و فرآیندهای جداسازی تخصصی کاربرد دارد.

غشای اولترافیلتراسیون (UF):

• می‌تواند ماکرومولکول‌ها و پروتئین‌ها را با اندازه 1-20 نانومتر رهگیری کند.

• به مولکول‌های کوچک و جامدات محلول (نمک‌های معدنی) اجازه عبور می‌دهد در حالی که کلوئیدها، پروتئین‌ها، میکروارگانیسم‌ها و مولکول‌های آلی بزرگ را دفع می‌کند.

• فشار عملیاتی معمولاً از 1 تا 5 بار متغیر است.

تفاوت‌های بین غشاهای UF، NF و RO:

• اولترافیلتراسیون (UF): یک فناوری جداسازی غشایی تحت فشار. تحت فشار، مولکول‌های حل‌شونده کوچک و حلال از طریق یک غشا با اندازه‌های منافذ خاص عبور می‌کنند، در حالی که مولکول‌های حل‌شونده بزرگتر حفظ می‌شوند و محلول تا حدی تصفیه می‌شود.

• نانوفیلتراسیون (NF): بین UF و RO عمل می‌کند. عمدتاً برای نمک‌زدایی شهری یا صنعتی استفاده می‌شود. به حذف >90٪ نمک دست می‌یابد. در حالی که RO به حذف >99٪ دست می‌یابد، NF در صورتی که بالاترین خلوص آب دقیقاً مورد نیاز نباشد، صرفه‌جویی قابل توجهی در هزینه ارائه می‌دهد.

• اسمز معکوس (RO): یک فناوری فیلتراسیون جداسازی غشایی با استفاده از اختلاف فشار به عنوان نیروی محرکه. به طور گسترده در تحقیقات، پزشکی، مواد غذایی و آشامیدنی، نمک‌زدایی آب دریا و غیره استفاده می‌شود. کاربردها شامل: تولید آب فضایی، آب تصفیه‌شده، آب مقطر؛ آب برای رقیق‌سازی نوشیدنی در تولید الکل؛ پیش‌تصفیه برای آب در صنایع دارویی و الکترونیک؛ تغلیظ، جداسازی، تصفیه و تهیه محلول در فرآیندهای شیمیایی؛ نمک‌زدایی/نرم‌کردن برای آب تغذیه دیگ بخار؛ نمک‌زدایی آب دریا/آب لب‌شور؛ تامین آب و تصفیه فاضلاب برای صنایع کاغذسازی، آبکاری، چاپ و رنگرزی.

مقایسه غشاهای RO در مقابل UF:

• منافذ غشای RO تقریباً 1/100 اندازه منافذ غشای UF هستند. در نتیجه، تجهیزات RO می‌توانند به طور موثر آلاینده‌های شیمیایی مانند فلزات سنگین، آفت‌کش‌ها و کلروفرم را از آب حذف کنند، که تصفیه‌کننده‌های UF نمی‌توانند حذف کنند. UF می‌تواند آلاینده‌های ذرات و باکتری‌ها را حذف کند، که RO نیز به طور موثر حذف می‌کند.

• هر دو سیستم RO و UF از عناصر غشایی به عنوان جزء اصلی خود استفاده می‌کنند. تفاوت‌های کلیدی:

  1. کیفیت آب و استانداردهای نظارتی: به عنوان مثال، استاندارد شمارش باکتریایی برای پساب: سیستم‌های UF تحت "تصفیه‌کننده‌های آب عمومی" تا 100 CFU/mL را مجاز می‌دانند. سیستم‌های RO سخت‌گیرانه‌تر هستند و تنها 20 CFU/mL را مجاز می‌دانند. کیفیت پساب RO به طور قابل توجهی برتر است.

  2. فلسفه استفاده از آب: سیستم‌های RO خروجی تقسیم‌شده ارائه می‌دهند: آب تصفیه‌شده برای آشامیدن/تغلیظ برای شستشو. خروجی UF عموماً برای شستشو استفاده می‌شود، اگرچه در صورت کیفیت عالی آب ورودی می‌توان از آن برای آشامیدن استفاده کرد. (توجه: این به شدت به کیفیت آب منبع و قابلیت‌های سیستم UF خاص بستگی دارد).

مزایای اولترافیلتراسیون (UF):

• به طور کلی نیازی به پمپ ندارد، برق مصرف نمی‌کند و نگرانی‌های ایمنی الکتریکی را از بین می‌برد.

• اتصالات کمتر، الزامات فشار آب کمتر، که منجر به کاهش نرخ خرابی و نشتی می‌شود.

• ساختار ساده، هزینه کمتر.

• عملکرد آسان، هزینه‌های عملیاتی کم، نیازی به افزودنی‌های شیمیایی ندارد.

• تحت شرایط ملایم عمل می‌کند (بدون تغییر فاز، حداقل تغییر دما/pH)، فعالیت ماکرومولکول‌های بیولوژیکی را حفظ می‌کند.

• عمدتاً برای نمک‌زدایی، کم‌آبی و تغلیظ ماکرومولکول‌های بیولوژیکی استفاده می‌شود.

مزایای سیستم‌های اسمز معکوس (RO):

• ایمنی بالای آب؛ به طور موثر ناخالصی‌های مضر مختلف را حذف می‌کند.

• در مواقع اضطراری تامین آب عملکرد خوبی دارد (با فرض پیش‌تصفیه کافی).

• بهبود طعم آب.

• به طور موثر سختی آب را کاهش می‌دهد و تشکیل رسوب در ظروف گرمایش آب را به حداقل می‌رساند.

کاربردهای غشاهای مختلف در تصفیه آب:

• نانوفیلتراسیون (NF): تهیه آب آشامیدنی و تصفیه پیشرفته؛ تصفیه فاضلاب (فاضلاب شهری، پساب نساجی/رنگرزی، پساب دباغی، پساب آبکاری، پساب کاغذسازی).

• اسمز مستقیم (FO): نمک‌زدایی آب دریا، تصفیه فاضلاب صنعتی، تصفیه شیرابه محل دفن زباله.

• اسمز معکوس (RO): تصفیه آب معمولی، تصفیه فاضلاب شهری، تصفیه فاضلاب حاوی فلزات سنگین، تصفیه فاضلاب روغنی و غیره.

فناوری غشایی تصفیه آب: اصول و جریان‌های فرآیند

از فناوری غشایی به عنوان روش فیلتراسیون اصلی استفاده می‌کند که با پیش‌تصفیه و سایر تجهیزات برای دستیابی به اهداف تصفیه تکمیل می‌شود.

فرآیند آب تصفیه‌شده RO دو مرحله‌ای:
آب خام → فیلتر ماسه کوارتز → فیلتر کربن فعال → فیلتر ایمنی → پمپ چند مرحله‌ای → غشای RO اولیه (بازیابی کنسانتره) → پمپ چند مرحله‌ای → غشای RO ثانویه (بازیابی کنسانتره) → آب تصفیه‌شده

فرآیند آب تصفیه‌شده RO تک مرحله‌ای:
آب خام → فیلتر ماسه کوارتز → فیلتر کربن فعال → فیلتر ایمنی → پمپ چند مرحله‌ای → غشای RO اولیه (بازیابی کنسانتره) → آب تصفیه‌شده

فرآیند آب معدنی / آب چشمه کوهستانی / آب تصفیه‌شده:
آب خام → فیلتر ماسه کوارتز → فیلتر کربن فعال → فیلتر ایمنی → غشای اولترافیلتراسیون (UF) → آب معدنی / آب چشمه کوهستانی / آب تصفیه‌شده

فرآیند آب فوق خالص / آب دیونیزه:
آب خام → فیلتر ماسه کوارتز → فیلتر کربن فعال → فیلتر ایمنی → پمپ چند مرحله‌ای → غشای RO اولیه (بازیابی کنسانتره) (یا استفاده از RO دو مرحله‌ای) → واحد بستر مخلوط اولیه (MB) → واحد بستر مخلوط ثانویه (MB) → آب فوق خالص