غشاهای پلیمری شامل انواع اولترا فیلتراسیون (UF)، نانو فیلتراسیون (NF)، میکرو فیلتراسیون (MF)، اسمز معکوس (RO) است که کاربردهای بسیاری در صنایع آب و فاضلاب دارند. در اغلب موارد طراحی و ساخت تصفیه خانه های آب و فاضلاب با استفاده از سیستم های تصفیه غشایی به صورت پکیج تصفیه فاضلاب غشایی و سیستم های اسمز معکوس RO می باشد.
استفاده از این فرایندها به دلیل دارا بودن مزایایی مانند کاهش مصرف انرژی، انتقال جرم با راندمان بالا و سهولت کاربرد ، اهمیت بسزایی در صنایع مختلف از جمله تصفیه خانه های صنعت آب و فاضلاب و پساب های صنعتی همچون تصفیه پساب های نفتی دارند.
شتاب دهنده واتک به عنوان مرکز تخصصی شتابدهی حوزه آب قصد دارد در ادامه این مقاله شما را با انواع فناوری های غشایی و کاربرد آنها در تصفیه آب و فاضلاب آشنا نماید.
تعریف غشا و فرایندهای غشایی
در یک تعریف کلی غشا به عنوان فازی که اجزاء جدا شونده در محلول با سرعت های متفاوت از آن عبور می کنند تعریف می شود. در این فرایند معمولا تغییر فازی صورت نمی گیرد و محصولات نیز در همدیگر قابل امتزاج هستند. نیروی محرکه لازم در فرآیندهای غشایی می تواند به صورت اختلاف غلظت، فشار، دما و پتانسیل الکتریکی باشد.
ساده ترین نوع غشاها بر اساس اختلاف اندازه ذرات عمل می کنند که از این نظر مشابه فیلتر ها هستند ولی غشاها از لحاظ اندازه منافذ و توزیع اندازه آنها و نیز نحوه جریان، با فیلترها تفاوت دارند. کارایی غشاها با دو پارامتر تعیین می گردند که شامل دبی عبور کرده از غشا و گزینش پذیری غشاها است.
فرایندهای غشایی با داشتن مزایایی چون کاهش مصرف انرژی به دلیل عدم تغییر فاز، حجم کم و عدم نیاز به فضای زیاد، تنوع در شکل و اندازه، افت فشار کم و انتقال جرم زیاد، بالا بودن راندمان جداسازی برای محلول های رقیق، نیاز کم به مواد افزودنی و حلالها، ساده بودن طراحی غشاها و سهولت کاربرد آنها در مقیاسهای صنعتی و همچنین به دلیل اینکه دوستدار محیط زیست هستند، از سایر روش های جداسازی متمایز شده اند.
انواع فرایندهای غشایی
انواع فرایند جداسازی غشایی عمده شامل میکرو فیلتراسیون، اولترا فیلتراسیون، نانو فیلتراسیون، اسمز معکوس، الکترودیالیز، جداسازی گازی و تراوش تبخیری است که توجه و تمایل بیشتر به حفاظت از محیط زیست، تقاضا برای آب تمیز و بازده انرژی بالا، استفاده از این فرایندهای غشایی را افزایش داده است.
در این بین اسمز معکوس، نانو فیلتراسیون ، اولترا فیلتراسیون انواعی از روش های تصفیه غشایی هستند که فاز جداسازی را بر اساس اختلاف فشار انجام می دهند و در فرایندهای تصفیه آب و فاضلاب مورد استفاده قرار می گیرند که در ادامه به توضیح آنها خواهیم پرداخت.
اسمز معکوس (Reverse Osmosis)
فرایند اسمز معکوس، قادر به حذف جامدات حل شده، باکتری، ویروس و سایر مواد میکروبی داخل آب می باشد. اسمز معکوس اساساً یک فرایند غشایی نفوذی است که بر اساس نیرومحرکه فشاری عمل می کند. این فرایند عمدتاً برای شیرین سازی آب دریا مورد استفاده قرار میگیرد. ویژگی برجسته روش اسمز معکوس، این است که هیچ تغییر فازی در آن وجود نداشته و مصرف انرژی نسبتاً پایینی دارد. تقریباً تمامی غشاهای اسمز معکوس، از جنس پلیمرهایی با ترکیبات پلی آمیدی و استات سلولز میباشند.
نانو فیلتراسیون (Nanofiltration)
نانو فیلتراسیون شکلی از فیلتراسیون است که غشاها را به منظور جداسازی سیالات یا یون های گوناگون به کار می گیرد. نانو فیلتراسیون به صورت اسمز معکوس ملایمتری عنوان میگردد، چرا که حفرات غشایی بزرگتری در مقایسه با غشاهای اسمز معکوس دارد. به دلیل اینکه این غشاها در فشارهای بسیار پایینتری کار کرده و برخی مواد معدنی را از خود عبور میدهند ، NF میتواند در مواردی که حذف بالای مواد آلی موردنیاز است و همچنین در حذف متوسط مواد معدنی کاربرد داشته باشد. مزیت این روش بر اسمز معکوس این است که نانو فیلتراسیون معمولاً در بازیافتهای بالاتری کار میکند در نتیجه، در آب کل مصرفی، صرفه جویی خواهد شد که ناشی از سرعت جریان با غلظت پایینتر است. نانوفیلتراسیون از نظر هزینه انرژی و دفع یون و ابعاد حفرات، در بین روشهای دیگر شرایط بهینه ای را ایجاد کرده است.
اولترا فیلتراسیون (Ultra filtration)
اولترا فیلتراسیون بیشتر در جداسازی محلولی که به صورت مخلوطی از مواد مطلوب و نامطلوب است، به کار می رود. اولترا فیلتراسیون تاحدی بستگی به عواملی چون بار و اندازه ذره دارد. انواع گونه هایی که از این غشاها برگشت داده میشوند، شامل بیومولکول ها، پلیمرها و ذرات کلوئیدی است. نیروی محرکه برای انتقال از غشا، اختلاف فشار میباشد. فرایند UF بستگی به خواص فیزیکی غشا، مانند نفوذپذیری، ضخامت، متغیرهای فرایندی مانند غلظت ، قشار سیستم، سرعت و دما دارد. این روش، در تصفیه زایدات امولسیونی نفت در تصفیه پساب های نفتی و تغلیظ ماکرو مولکولهای بیولوژیکی مورد استفاده قرار می گیرند.
میکرو فیلتراسیون (Micro filtration)
میکرو فیلتراسیون فرایندی است که در آن اندازه حفرات بین ۰٫۱ -۱۰ میکرون بوده و میکرو ارگانیزم ها نمی توانند از آن عبور کنند. این فرایند برای جداسازی موادی با سایز کلوئیدی می باشد که از مکانیسم غربالی برای یاقی ماندن ذرات بزرگتر از اندازه قطر حفرات استفاده میکند. در این فرایند از پلیمر های طبیعی و سنتزی مانند نیترات یا استات سلولز، پلی آمید ها و پل یسولفونها استفاده میشود. علاوه بر آن مواد معدنی مانند اکسیدهای فلزی، شیشه و کربن با پوشش زیرکونیا نیز برای تولید این غشاها به کار می روند. این فرایند معمولا در فرایندهای تصفیه آب آشامیدنی در تصفیه خانه های آب و فاضلاب استفاده می شود.
انواع فناوری غشایی که در این مقاله به آنها اشاره شد در سیستم های تصفیه آب و فاضلاب نظیر تصفیه خانه های فاضلاب بیورآکتور غشایی MBR، سیستم های تصفیه آب اسمز معکوس RO، و تصفیه خانه های بازیابی آب از پساب استفاده می شود. تعدادی از کاربردهای این غشاها در ادامه اشاره شده است:
