آب آشامیدنی سالم برای ادامه حیات بشر بسیار لازم است. یک از روش‌های رایج امروزی استفاده از فناوری‌های غشائی است. روش‌های غشائی بعنوان یک دسته از راه‌کارهای تصفیه آب و فاضلاب بسیار اهمیت دارند. فناوری‌های غشائی را می‌توان به دو دسته کلی تقسیم کرد:
انواع روش‌های غشائی الکتریکی
با توجه به در دسترس بودن انرژی الکتریکی و هزینه کمتر مصرف این انرژی نسبت به سایر انرژی‌ها امروزه سعی شده است تا از این روش‌ها بیشتر استفاده شود. در این مقاله سعی داریم تا انواع روش‌های الکتریکی غشائی را مورد بررسی قرار دهیم.
این غشاءها به گونهای طراحی شدهاندکه اجازه عبور برخی از یونها را از غشاء میدهند اما اجازه عبور مولکولهای آب را نمیدهند. یونها اگر دارای یک یا چند بار مثبت باشند به عنوان “کاتیون” و اگر یک یا چند بار منفی داشته باشند، به عنوان “آنیون” شناخته میشوند. غشاء‌های مورد استفاده در فنآوریهای پتانسیل الکتریکی از رزینهای تبادل یونی ساخته میشوند. به این رزین‌ها، رزین تبادل کاتیونی و رزین تبادل آنیونی گفته میشود. کاتیونهایی مانند کلسیم و منیزیم در رزین حاوی یونهای سدیم تبادل میشوند. در تصفیه آب، عمدتاً از رزین تبادل کاتیونی استفاده میشود.
در رزینهای تبادل کاتیونی فقط کاتیونها میتوانند از طریق غشاء عبور کنند. در مقابل رزین پایه آنیونی به صورت غشاء تبادل آنیونی شناخته میشود که فقط قادر است آنیونها را عبور دهد.
روش‌های غشائی با پتانسیل الکتریکی شامل سه فناوری اصلی هستند:
الکترودیالیز (ED) به تنهایی جزء فناوری‌های رایج تصفیه آب برای آب آشامیدنی و یا صنعتی نیست. در اینجا قصد داریم با توضیح اصول اولیه الکترودیالیز به روش تکامل یافته آن یعنی الکترودیالیز معکوس (EDI) برسیم.
در فناوری مبتنی بر پتانسیل الکتریکی، منبع تغذیه مستقیم (DC) به دو الکترود متصل میشود. ورقههای متناوب غشاء تبادل کاتیونی و غشاء تبادل آنیونی بین الکترودها قرار میگیرند. آب ورودی به کانالهایی که بین ورقهای غشائی قرار دارند، پمپاژ میشود. از طرفی الکترود کاتدی کاتیونهای با بار مثبت آب ورودی را جذب میکند و از سوی دیگر آند نیز آنیونهای با بار منفی آب ورودی را جذب میکند.
کانالهای محصور شده توسط غشاء تبادل کاتیون که در طرف غشاء تبادل کاتدی و کانالهای محصور شده توسط غشاء تبادل آنیونی که در همان سمت آند واقع شدهاند، کانالهای رقیق کننده هستند و آب بدون یون از این کانال‌ها عبور می‌کنند.
کانالهایی که توسط غشاء تبادل آنیونی در سمت کاتد محصور میشوند و غشاء تبادل کاتیونی که در طرفین آند قرار میگیرند، کانالهای غلیظسازی یا کانالهای تغلیظ نامیده میشوند و یونهای گرفته شده از آب ورودی در داخل این کانال‌ها وارد میشوند. کانال های تغلیظ در کنار الکترودها را کانال‌ها لخته سازی می‌نامند.
پس از ورود آب، یونهای آب از کانالهای رقیقکننده عبورکرده و با جذب توسط الکترود با بار مخالف و عبور از غشاء وارد کانالهای تغلیظ میشوند.
محصول کانالهای رقیق بعنوان آب تصفیه شده خارج و خروجی کانالهای تغلیظ برای تصفیه مجدد به چرخه بازگردانده میشوند و پس از چند بار تکرار به بیرون هدایت میشوند.
مشخص است که واحدهای الکترودیالیز در اکثر آبهای شور باعث ایجاد کانالهای تغلیظ در مقیاس خیلی بزرگ میشوند در نتیجه تجهیزات و هزینه‌های بسیار زیادی برای تمیز کردن شیمیایی این واحدها نیاز است. راه حل این بود که قطبش الکترودها را هر چند دقیقه معکوس کنند و دریچه را تغییر دهند تا کانالهای رقیق کننده به تغلیظ و کانالهای تغلیظ به رقیقکننده تبدیل شوند. این امر واحد الکترودیالیز معکوس (EDR) را نسبتا تمیز نگه میدارد.
تفاوت الکترودیالیز و الکترودیالیز معکوس (EDR) ، این است که در واحدهای الکترودیالیز الکترودها قطب ثابتی هستند و کانالهای رقیق شده همیشه کانالهای رقیقکننده هستند و کانالهای کنسانتره همیشه کانالهای تغلیظ هستند.
از جمله کاربردهای روش الکترودیالیز معکوس (EDR) برای تولید آب آشامیدنی از منابع آب شیرین و تصفیه فاضلاب برخی از فرایندهای صنعتی است. بزرگترین مرکز EDR در ایالات متحده یک کارخانه آب آشامیدنی در FL Sarasota,است.
یون زدایی الکتریکی یا الکترودیونیزاسیون فنآوری است که برای تصفیه آب با خلوص بالا استفاده میشود. به همین دلیل واحدهای الکترودیونیزاسیون نیازمند یک فرایند پیش تصفیه است.
ساختمان واحدهای الکترودیونیزاسیون شبیه به واحدهای الکترودیالیز است، اما با کاتیونهای اسیدی قوی و رزینهای پایه آنیونی قوی‌تر که با یکدیگر ترکیب و لایهبندی شدهاند. این رزین‌ها در کانالهای رقیقکننده قرار داده میشوند.
در سیستم‌های الکترودیونیزاسیون حجم معینی از هر کانال رقیق کننده با رزین کاتیونی اسید قوی و سپس یک حجم مشخصی از آن با رزین قوی آنیونی پر میشود و همینطور تکرار میشود. جریانها و دانههای رزین مخلوط را در کانالهای رقیق شده یک واحد EDI به صورت زیر است.
قطبش الکترودها در واحدهای الکترودیونیزاسیون همانند الکترودیالیز تغییر نمیکند. کانالهای رقیق همیشه کانالهای رقیقکننده هستند و کانالهای تغلیظ همیشه کانالهای تغلیظ را باقی می‌مانند.
برای کاهش مقاومت درون الکترودیونیزاسیون ، حداقل هدایت و جریان خاصی در کانالهای تغلیظ با تزریق کلرید سدیم یا با استفاده مجدد یک قسمت از محلول غلیظ یا با پرکردن کانالهای تغلیظ با دانههای رزین حفظ میشود.
فناوری الکترودیونیزاسیون با رشد بسیار سریعتری نسبت به سایر روش‌های تصفیه آب همراه است، زیرا هیچ گونه بازیابی شیمیایی رزینهای تبادل یونی در این روش لازم نیست. با استاندارهای مخلوط، رزینهای قوی کاتیونی اسیدی باید با هیدروکلریک اسید یا سولفوریک اسید بازیابی شوند و رزین های قوی پایه آنیونی باید با هیدروکسید سدیم احیا شوند.
رزینهای الکترودیونیزاسیون به صورت الکتریکی بازیابی میشوند. پس از حذف اکثر یونهای آب تغذیه، پتانسیل الکتریکی مولکولهای آب را به یونهای هیدروژن و هیدروکسید تجزیه میکند. این سبب میشود که دانههای رزین به حالت بازیابی در کانال رقیقکننده قرار گیرند و در نتیجه آب با خلوص خیلی بالا تولید میکند.
واتک اولین مرکز شتابدهی حوزه تخصصی فناوری و ایده های حوزه آب می باشد . فناوران و علاقه مندان به حوزه آب می توانند به سایت واتک مراجعه کنند و از منوهای مربوط طرح خود را ثبت نمایند یا آخرین فناوری های این حوزه را از بخش وبلاگ مشاهده کنند.
منبع مقاله : شتابدهنده واتک
