پیش تصفیه سیستم اسمز معکوس  

آنچه اکنون در فناوری اسمز معکوس (RO) مطرح است صرفا به نوع و تعداد ممبران ها، پرشر وسل، نحوه طراحی سیستم و بهینه سازی فرآیند RO محدود نمی شود. جهت طراحی یک سیستم با کارآیی قابل قبول، باید  به طراحی سیستم های پیش تصفیه توجه ویژه داشت. پیش تصفیه در واقع شامل تصفیه خوراک قبل از ورود به ممبران ها است که مستقیماً بر عملکرد سیستم RO تأثیر می گذارد. چالش‌های جاری در تشکیل رسوبات روی ممبران ها را می‌توان با انتخاب مراحل پیش تصفیه صحیح که قادرند با حذف آلاینده‌ها قبل از رسیدن به واحد RO، احتمال تشکیل رسوب‌های آلی و معدنی و بایوفیلم ها را کاهش دهند، به حداقل رساند. غشاهای آلوده به دلیل نیاز به انجام شستشوی دوره ای (Clean in place-CIP)، فشار تغذیه بالاتر مورد نیاز برای حفظ دبی آب و کاهش طول عمر غشا، به افزایش هزینه های عملیاتی و نگهداری به شدت  می افزایند. بنابراین هر چقدر خوراک با آلودگی کمتری وارد ممبران ها شود، سیستم در امنیت بالاتری خواهد بود و محصول با کیفیت تری به دست خواهد آمد.  استفاده از مواد شیمیایی پاک کننده به خودی خود پرهزینه است و خود یک خطر بالقوه زیست محیطی محسوب می گردد. علاوه بر این، رسوبات می‌توانند منجر به کاهش کیفیت آب ورودی شده و در نتیجه مستقیماً بر تولید آب تأثیر بگذارد. بنابراین با پیش تصفیه مناسب، آب خوراک با کیفیت مناسب که حاوی مواد رسوبگذار و آلوده کمتری است وارد ممبران خواهد شد.

انواع روش های پیش تصفیه در اسمز معکوس

قدم اول در طراحی سیستم آب شیرین کن به روش غشایی اسمز معکوس بررسی کیفیت آب خام است. با توجه به بحران آب در جهان، اهمیت استفاده بهینه از منابع آب و نیز بهسازی پساب جهت استفاده مجدد بسیار حائز اهمیت می باشد. آب های سطحی، آب چاه، آب دریا، آب های زیرزمینی، دورریز واحدهای مختلف در صنعت، پساب های شهری و بهداشتی، … را می توان تصفیه کرده و برحسب نیاز در واحدهای مختلف استفاده نمود. بنابراین هر منبع آبی برحسب کیفیتی که دارد به روش تصفیه مربوط به خود نیاز دارد. استفاده از آب شیرین کن های اسمز معکوس به منظور نمک زدایی و کاهش املاح محلول آب بسیار مورد توجه است و ضرورت وجود آن در اکثر واحدهای صنعتی واضح و مشخص است. انتخاب تعداد روش های پیش تصفیه همانگونه که گفته شد به کیفیت آب یا پساب مربوطه بستگی دارد و ممکن است یک یا همه روش هایی که معرفی می شوند مورد نیاز باشند. هدف از انجام پیش تصفیه رساندن کیفیت آب یا پساب به میزان قابل قبول جهت ورود به ممبران ها است. بنابراین قبل از هر گونه طراحی نیاز است که کیفیت نمونه مورد نظر به طور کامل آنالیز شده و با توجه به بدترین شرایط محتمل طراحی انجام گردد.پیشنهاد می شود تغییرات فصلی و محیطی نیز در آنالیز نمونه مورد توجه قرار گیرد. 

پیش تصفیه های رایج در طراحی اسمز معکوس به طور خلاصه عبارتند از:

برخی روش های پیش تصفیه (فیزیکی / مکانیکی)

صافی های توری: حذف ذرات درشت مانند ماسه و شن، شاخه و برگ ،زباله های درشت احتمالی،…

فیلتر شنی (تک لایه و چند لایه):

این تجهیز، فیلتراسیون تحت فشار جهت حذف کدورت، گل و لای و ذرات معلق وکاهش شاخص دانسیته لجن(Silt Density Index – SDI ) می باشد. فیلتر شنی قادر است ذرات تا سایز 50 میکرون را حذف نماید و کدورت آب را تا حد زیادی کاهش دهد. این فیلترها تک لایه از سیلیس یا چند لایه از سیلیس و آنتراسیت با سایز های مختلف پر می شوند. این فیلترها بسته به نوع طراحی و کیفیت آب خام  با آب و هوا بک واش (شستشوی معکوس) می شوند. بکواش صحیح این فیلترها به منظور جلوگیری از رشد میکروارگانیسم ها در خلل و فرج دانه های سیلیس و آنتراسیت بسیار مهم است.

فیلتر گرین سند:

این فیلترها که تحت عنوان فیلترهای اکسیدکننده نیز معرفی می شوند از روش های موثر حذف یون های آهن و منگنز و سولفید هیدروژن از آب هستند. در مواقعی که غلظت بالای این مواد مانع از حذف شدنشان به روش های معمول گردد استفاده از این فیلترها پیشنهاد می گردد.

  فیلتر کربنی (ذغالی):

این تجهیز با حضور ذرات کربن فعال و تحت فشار جهت حذف رنگ، بو، کلر باقیمانده، مواد آلی و کاهش COD عمل می کند. این روش مبتنی بر جذب مواد آلی در آب توسط کربن فعال است. حذف کدورت، بو و مزه آب یکی از وظایف اصلی فیلترهای کربن فعال است و به همین دلیل دراکثر سیستم های تصفیه آب و حتی تصفیه فاضلاب صنعتی کاربرد زیادی دارد. نصب فیلترهای کربنی در مرحله پیش تصفیه RO گام مهمی برای حذف مواد آلی و کلر موجود در آن است که باعث افزایش عمر فیلترهای اسمز معکوس می شود.

 میکروفیلتراسیون (فیلتر های میکرونی) :کارتریج هایی هستند که می توانند مواد معلق و کدورت را از 0.2 تا 20  میکرون حذف نمایند و به جهت اطمینان از حذف ذرات معلق و رسیدن کدورت آب خوراک ممبران ها به حد مجاز، در پایان مراحل پیش تصفیه طراحی می شوند. در صورت عملکرد نامناسب واحدهای قبلی، فیلتر میکرونی به شدت دچار آلودگی شده و با افت فشار و کاهش دبی خروجی این مساله را هشدار می دهد. این فیلترها قطر، سایز منافذ و جنس های مختلفی دارند که برحسب نیاز در طراحی پیشنهاد می شوند. همچنین حضور فیلترهای کارتریج قبل از ممبران های اسمز معکوس جلوی انتقال احتمالی ذرات کربن و یا سیلیس رها شده از فیلترهای شنی وکربنی به داخل ممبران ها را می گیرند و در واقع به عنوان محافظ غشاها عمل می کنند. بسته به میزان دبی آب ورودی به سیستم، این فیلترها در تعداد و اندازه های مختلف نصب می گردند. کدورت خروجی فیلتر کارتریج طبق دستورالعمل های استاندارد کمتر از NTU 1/0 پایش می شود.

اولترافیلتراسیون(UF) :

 اولترافیلتراسیون نوعی فیلتراسیون غشایی برای حذف جامدات معلق، باکتری ها، مواد آلی، ویروس ها و سایر عوامل بیماری زا برای تولید آب با خلوص بسیار بالا و ضریب دانسیته لجن پایین است.

کلاریفایر:

این واحد نیز جهت کاهش کدورت و ذرات معلق آب یا پساب در طراحی پیش تصفیه در نظر گرفته می شود. این تجهیز به همراه انعقاد و لخته سازی نقش مهمی در کاهش SDI دارد.

سختی گیرها: جهت کاهش عوامل ایجاد سختی آب در زمان هایی که سختی آب خام بالاست استفاده می شود.

  برخی روش های پیش تصفیه (شیمیایی):

پیش تصفیه شیمیایی شامل مواد شیمیایی بهسازی آب و پساب می باشد که جهت بهبود کیفیت خوراک اسمز معکوس در واحدهای مختلف تزریق می گردد. انتخاب مواد شیمیایی مناسب و تعیین دز تزریق بهینه در این مرحله بسیار مهم می باشد.

تزریق کلر:

جهت حذف آلودگی اولیه آب خام در اکثر تصفیه خانه ها از کلرزنی استفاده می شود. هیپوکلریت سدیم، هیپوکلریت کلسیم یا تزریق گار کلر در این مرحله پیشنهاد می گردد. دز تزریق کلر متناسب با میزان کلرخواهی آب انجام می گردد تا کلرباقیمانده در ورودی اسمز معکوس کمتر از 1ppm/0 کنترل گردد. ورود کلر به ممبران ها باعث اکسید شدن و تخریب جدی آنها خواهد شد. در صورت آلودگی بالای خوراک استفاده از بایوسایدهای غیر اکسنده سازگار با ممبران ها  نظیر DBNPA جهت جلوگیری از مقاوم شدن میکروارگانیسم ها توصیه می گردد.

متا بی سولفیت سدیم:

این ماده خصلت احیا کنندگی داشته و باحذف کلر آزاد باقیمانده از ورود کلراضافی به ممبران ها جلوگیری می نماید. نصب دستگاه ORPمتر جهت کنترل میزان عوامل اکسنده ورودی به ممبران ها در سیستم های اسمز معکوس ضروری می باشد.

منعقد کننده ها / پلیمرها:

  در فرآیند انعقاد و لخته سازی این مواد با دز بهینه جهت افزایش راندمان جداسازی مواد جامد معلق  و کاهش کدورت و SDI استفاده می شوند. انتخاب صحیح این مواد و بهینه سازی دز تزریق آنها به جهت احتمال به جا گذاشتن باقیمانده که منجر به آلودگی آب خوراک می گردد بسیار مهم می باشد. به عنوان مثال با استفاده از کلروفریک یا پلی آلومینیوم کلراید به عنوان منعقد کننده، احتمال رها شدن یون های آهن و آلومینیوم در آب را بالا می برد.

تزریق اسید:

احتمال رسوب گذاری برخی ترکیبات روی غشاهای اسمز معکوس (مخصوصا کربنات ها) با تزریق اسید کم می شود. البته باید توجه داشت که خود اسید رسوب با سایر یون های موجود درآب خوراک رسوب ایجاد نکند.

 آنتی اسکالانت ها:

آنتی اسکالانت های سیستم اسمز معکوس(RO)، مواد شیمیایی با فرمولاسیون ویژه ای هستند که در بالادست یک سیستم غشایی اسمز معکوس اضافه می شوند. این مواد شیمیایی بازدارنده رسوب برای جلوگیری از تشکیل رسوب یا کاهش سرعت تشکیل آنها بر روی سطح غشاء طراحی شده اند. آنتی اسکالانت ها درواقع یک افزودنی جهت پیش تصفیه شیمیایی سیستم اسمز معکوس هستند که در حفظ سلامت غشاها، افزایش طول عمرشان و جلوگیری از پوسته پوسته شدن غشاها و افزایش بهره وری بسیار موثر می باشند. شاید آنتی اسکالانت ها را بتوان مهمترین مرحله بهسازی شیمیایی اسمز معکوس دانست، به طوری که در اغلب موارد با بروز اولین مشکل در سیستم اسمز معکوس، آنتی اسکالانت ها اولین متهم به عملکرد نامناسب می باشند. انتخاب نوع مناسب آنتی اسکالانت و بهینه سازی دز تزریق آن در عملکرد صحیح آن برای جلوگیری از تشکیل رسوب روی غشاها بسیار مهم است. گاهی تزریق بیش از حد آنتی اسکالانت خود باعث ایجاد گرفتگی روی سطح غشا خواهد شد. اطلاعات کاملتری از این مواد در بخش مربوط به آنتی اسکالانت های اسمز معکوس اراده شده است.

طراحی پیش تصفیه اسمز معکوس  به روش های فیزیکی و شیمیایی به منظور قرار گرفتن کیفیت آب خوراک اسمز معکوس در محدوده جدول زیر می باشد: