خصوصیات آب ورودی به آب شیرین کن از جمله غلظت، اندازه و بار ذرات، ویسکوزیته، دما و pH آن هر یک به نوبه خود می توانند نقش متعددی بر روی پدیده های پلاریزاسیون غلظتی و گرفتگی داشته باشند. با تغییرات خصوصیات آب ورودی می توان شرایط را به گونه ای فراهم آورد که گرفتگی ناشی از خواص سیال به حداقل خود برسد. پیش تصفیه آب شیرین کن بسیار حائز اهمیت است.
محلول با غلظت بیشتر حاوی تعداد زیادی از اجزا بوده که در نتیجه می توانند گرفتگی را تشدید نماید. اندازه ذرات نشان دهنده عبور یا عدم عبور آنها از غشا می باشد. براساس اختلاف اندازه ذرات با قطر حفره های غشا ممکن است لایه های متراکمی در سطح یا در درون غشا بوجود آید. بار ذرات با توجه به بار غشا می توانند باعث جذب یا دفع آنها بر روی سطح غشا گردد. حرکت سیالات دارای ویسکوزیته بالاتر از درون غشا با سختی بیشتری صورت می گیرد. درجه حرارت می تواند باعث کم یا زیاد شدن ویسکوزیته گردد.
تغییر pH سیال باعث می گردد بار سطحی ذرات موجود در آن تغییر نماید. این مساله ممکن است باعث کم شدن دافعه بین مواد معلق گشته و با بهم پیوسته این اجزا به یکدیگر و تشکیل ذرات درشت تر این مواد رسوب نمایند. از طرف دیگر در صورتی که اجزا بار بیشتری پیدا نمایند از یکدیگر دورتر شده و پایداری آنها در سیال بیشتر خواهد شد.
بار سطحی غشا نیز تابع pH محیط است. بسیاری از انواع غشاها دارای گروه های باردار تفکیک پذیری هستند که بار آنها به ثابت تفکیک و در نتیجه pH محلول بستگی دارد. دانسیته بار بر روی سطح غشا براساس تعداد گروه های تفکیک پذیر یا عاملی تعیین میشود. غشا می تواند حامل گروه های باردار مثبت یا منفی باشد که تابع pH است.
بسیاری از غشاهای باردار دارای نقطه ایزوالکتریک می باشند که در آن pH مجموعه بارها برابر صفر است. تنظیم خصوصیات سیال ورودی و یافتن بهترین شرایط ورود آن به واحد صاف سازی غشایی اهمیت بسیاری دارد. متداول ترین روش های پیش تصفیه سیال ورودی به غشا بشرح زیر می باشد:
متداول ترین روش های پیش تصفیه آب شیرین کن
- آشغالگیری : برای جداسازی مواد خیلی درشت که ممکن است سطح غشا را کاملا بپوشاند و باعث گرفتگی شوند از تورهای مناسبی استفاده می شود.
- صاف سازی مقدماتی : در این روش اجزا درشت مسبب گرفتگی را می توان توسط یک فرآیند صاف سازی مناسب مانند صافی شنی قبل از ورود به غشا حذف نمود. سیال خارج شده از صافی شنی شرایط بهتری برای ورود به غشا MF دارد. باید توجه داشت که MF به نوبه خود می تواند فرآیند پیش تصفیه برای فرآیندهای UF,NF و RO باشد.
- تنظیم pH و دما : با توجه به نقش pH در پایداری یا ترسیب اجزا سیال و نیز اثر آن در تغییر بار سطحی غشا می توان با تنظیم pH شرایط را طوری فراهم نمود که گرفتگی کاهش یابد. در pH های بالاتر از نقطه ایزوالکتریک بار منفی و در pH های پایین تر از آن بار مثبت خواهد بود. با پیش بینی می توان pH را طوری تنظیم نمود که بار مطلوب حاصل شود. علاوه بر این دما هم تاثیر فراوانی بر گرفتگی دارد. افزایش دما معمولا باعث کاهش ویسکوزیته سیال و افزایش نفوذپذیری می گردد. و این امر به افزایش فلاکس نفوذی کمک می کند.
- تصفیه شیمیایی: در این روش با افزودن مواد شیمیایی مناسب به محلول ورودی می توان اجزای ناخواسته را از سیال خارج نمود و خطر رسوب آن اجزا روی سطح غشا کاهش یابد. مانند افزودن مواد منعقد کننده ها به محلول ورودی برای رسوب دادن اجزای نامطلوب آن و یا افزودن کمپلکس دهنده ها برای جلوگیری از خطر رسوب این اجزا روی سطح غشا است.
یکی از روش های پیش تصفیه کاربرد ترکیبات شیمیایی بازدارنده ( آنتی اسکالانت ) مانند سدیم هگزامتا فسفات می باشد که این ترکیب بدون اینکه عمل ته نشینی اتفاق افتد باعث فوق اشباع شدن می گردد. اما عیب آن افزایش غلظت فسفات در جریان دفعی می گردد که مشکلات تصفیه و دفع، جریان دفعی را بهمراه دارد. امروزه ترکیبات پلیمری زیادی جایگزین این مواد شیمیایی شده است. ترکیبات بازدارنده برای جلوگیری از رسوب سیلیکا بی تاثیر است. سیلیکا در اتمسفر بیشتر بصورت کریستال رسوب می نماید. اخیرا پیشرفت ها و ترکیبات جدیدی برای به حداقل رساندن رسوب سیلیکا و پاکسازی سیلیس روی غشا بوجود آمده است. هنگامی که غلظت سیلیس در آب زیاد باشد نرم سازی در pH بالا برای حذف سیلیس از آب ورودی و جلوگیری از ترسیب آن بر روی غشا ضروری است. روش دیگر پیش تصفیه کاربرد تبادل یون است.
روش های پیش تصفیه آب شیرین کن براساس نوع عامل گرفتگی به شرح زیر می باشد:
مواد معلق
می توان با نصب میکروفیلترهای کارتریجی حدود 90 درصد از ذرات بزرگتر اندازه منافذشان را حذف نمود.
مواد کلوئیدی
موادی چون اکسیدهای فلزی، صابون ها، دترجنت ها، پروتئین ها، مواد آلی و سیلیکات از مواد تشکیل دهنده کلوئیدی آب می باشند. ابتدا باید با انتخاب محل مناسب آبگیر از ورود آنها به تصفیه خانه خودداری نمود. در صورت ورود با روش های چون، انعقاد، لخته سازی و ته نشینی، صافی خاک دیاتومه ای و لولترافیلتراسیون حذف نمود.
آهن و منگنز
با روش هایی همچون اکسیداسیون و صاف سازی، سختی گیری با آهک، حذف بیولوژیکی، اکسیداسیون منگنز با MNO و حذف بیولوژیکی منگنز می توان حذف نمود.
تشکیل رسوب
مواد کم محلول در آب نظیر کربنات کلسیم و منیزیم، سولفات کلسیم، سولفات باریم، سولفات استرانسیم، فلوراید کلسیم و سیلیس موجب ایجاد رسوب در مدول های غشایی می گردند. حلالیت این مواد به درجه حرارت و pH بستگی دارد. هرچه درجه حرارت و pH بالاتر باشد، رسوب سولفات ها و کربنات ها تسهیل تر می شود. باید غلظت آنها در آب ورودی آنقدر پایین باشد تا در قسمت جریان تغلیظ شده کمتر از حد اشباع باشد.
مواد بیولوژیکی نظیر میکروارگانیسم ها و پاتوژن ها
این عوامل را با عمل اکسیداسیون ( کلر، ازن و … ) ، صافی های شنی و اولترافیلتراسیون می توان حذف نمود.
