منظور از روش های پیشرفته تصفیه آب، تقدم زمانی آنها نیست بلکه روش هایی هستند که میتوانند منجر به تهیه آب تقریبا خالص شوند. بهمین خاطر، تقطیر هرچند خیلی قدیمی تر از روش آهک زنی است ولی بعنوان روش پیشرفته تصفیه آب مطرح می شود. اکنون مقایسه روش های پیشرفته تصفیه آب را از چهار دید بررسی می کنیم. اول در مورد هزینه تصفیه، دوم در مورد کیفیت آب تصفیه شده، سوم در مورد کیفیت آب ورودی و بالاخره چهارم موارد کاربرد هر یک از این روش ها.
روش های پیشرفته تصفیه آب
مقایسه روش های پیشرفته تصفیه آب شامل موارد زیر است:
هزینه تصفیه
از نظر ترمودینامیکی، هر روش تصفیه ای که برای جداسازی بکار رود مستلزم مصرف یک حداقل انرژی است اما در عمل بعلت برگشت ناپذیر بودن فرآیندها، مصرف انرژی بسیار بیشتر از حداقل انرژی است.
برای حذف یون ها از آب علاوه بر الکترودیالیز روش های دیگری مثل اسمزمعکوس، رزین های تعویض یونی و تقطیر هم مطرح است. هرچند که از نظر تئوری در هر یک از این فرآیندها ملزم به مصرف یک حداقل انرژی هستیم، اما انرژی واقعی مورد نیاز بستگی به درجه برگشت ناپذیر بودن هر یک از فرآیندها دارد.
در اسمزمعکوس، مولکول های آب هستند که از غشا عبور می کنند در حالیکه در الکترودیالیز یون های ماده حل شده ( ناخالصی ) هستند که از غشا عبور می کنند.
چون اتلاف انرژی ناشی از برگشت ناپذیری فرآیند بیشتر بعلت اصطکاک یون ها با دیواره حفره های غشا می باشد بنابراین می توان انتظار داشت که هرچه ناخالصی بیشتر باشد اتلاف انرژی در الکترودیالیز بیشتر از اسمزمعکوس است چون در اسمزمعکوس ناخالصی ها از غشا عبور نمی کنند.
رزین های تعویض یونی برای حذف نمک در محلول های فوق العاده رقیق، ارزانترین روش هستند. اما هزینه این روش با افزایش غلظت نمک به سرعت افزایش می یابد. در غلظت حدود 500ppm الکترودیالیز، اقتصادی ترین روش نمک زدایی است ولی در غلظت حدود 5000ppm اسمزمعکوس در الویت قرار می گیرد و در غلظت های 100000ppm به بالا تقطیر اقتصادی ترین روش حذف ناخالصی ها از آب می باشد.
کیفیت آب تصفیه شده
الف) تقطیر: این روش تنها روش تصفیه آب است که به طور صددرصد، تمام عوامل بیماری زا ( باکتری، ویروس و غیره ) را از آب ورودی حذف می کند. از نظر تئوری، تقطیر قادر به حذف تمام مواد می باشد اما در عمل به خاطر حمل ذرات مایع توسط بخار ممکن است مقداری دی اکسیدکربن یا آمونیاک وجود داشته باشد.
ب) رزین های تعویض یونی: در این روش می توان آب با هر کیفیت دلخواهی تهیه کرد. آب با درصد خلوص زیادی که می توان از این روش تهیه کرد عملا حتی با چندین بار تقطیر هم نمی توان تهیه کرد.
ج) اسمزمعکوس: این روش می تواند کل مواد جامد محلول در آب را تا نودونه درصد کاهش دهد. در عمل، حذف تا نود و پنج درصد معمول است. حذف باکتری، ویروس و میکروب های دیگر صد در صد است اما در عمل به خاطر آب بندی نبودن قسمت های مختلف، ممکن است اندکی از این مواد در آب تصفیه شده دیده شوند.
د) الکترودیالیز: می تواند TDS آب ورودی را تا حدود 500ppm به صورت اقتصادی کاهش دهد اما ناخالصی های غیریونی و کلوییدی آب باقی می مانند.
کیفیت آب ورودی
الف) تقطیر : در این روش می توان از هر نوع آبی ( آب شیرین، آب شور، آب دریا ) استفاده کرد. برای جلوگیری از ایجاد رسوب سخت در داخل دستگاه معمولا تصفیه مقدماتی آب ورودی برای حذف سختی توصیه می شود و نیز برای حذف یون های فلزی می توان از رزین های تعویض یونی به عنوان تصفیه مقدماتی استفاده کرد.
ب) رزین های تعویض یونی: پس از تصفیه مقدماتی آب ورودی، آب هایی که کل مواد جامد محلول آنها از 700ppm کمتر باشد و نیز ناخالصی های آلی و بیولوژیکی آب بسیار کم باشد را می توان بصورت موثر و اقتصادی با این روش تصفیه کرد.
وقتی که مواد آلی محلول در آب و BOD آب ورودی زیاد باشد در آن صورت حتما باید آب ورودی را تصفیه مقدماتی کرد که کار پر دردسر و پرهزینه ای است.
اگر غلظت مواد جامد محلول بیشتر از 1000mg/L باشد استفاده از روش های دیگر چون اسمزمعکوس و الکترودیالیز توصیه می شود.
ج) اسمزمعکوس : پس از حذف مواد معلق و تصفیه مقدماتی، بستگی به آنالیز آب خام دارد، اسمزمعکوس قادر است که از آب دریا تا 5000ppm ، آب شور و نیم شور چاهها، آب آشامیدنی تهیه نماید.
د) الکترودیالیز : آب های شور تا 7000ppm را هم می توان با این روش تصفیه کرد اما آب هایی که TDS آنها حداکثر 2000ppm است را می توان با راندمان اقتصادی خیلی خوب تصفیه نمود.
برای تهیه آب صنعتی از آب خام موارد زیر قابل توجه است:
- اگر TDS آب ورودی بیشتر از 400ppm باشد از اسمز معکوس می توان برای تصفیه مقدماتی آب ورودی به واحدهای تعویض یونی استفاده کرد چون باعث کاهش هزینه تصفیه آب می شود .
- اگر TDS آب ورودی کمتر از 400ppm نباشد و کاهش TDS آب تا 10% مورد قبول باشد در آن صورت اسمزمعکوس بسیار اقتصادی تر از واحدهای تعویض یونی خواهد بود.
- برای آب خام بدون توجه به مقدار TDS ، اگر مقدار مواد آلی بیشتر از 15g/L باشد، اسمزمعکوس می تواند برای تصفیه مقدماتی آب ورودی به واحد تعویض یونی به کار رود.
موارد کاربرد
الف) تقطیر: برای تهیه آب مقطر در آزمایشگاه ها، تهیه آب مطلوب در پزشکی و نیز تولید آب آشامیدنی از آب دریا یا شور، روش تقطیر بکار می رود.
ب) رزین های تعویض یونی: این یک روش ترجیحی برای تهیه آب با کیفیت بالا از آب شهری، سبک کردن آب، تهیه آب تغذیه بویلرهای با سوخت فسیلی یا هسته ای، تهیه آب پالایشگاه ها، صنایع شیمیایی، صنایع غذایی و آشامیدنی، صنایع داروسازی و الکترونیک و نیز در امور پژوهشی است.
ج) اسمزمعکوس : هرجا که حذف مواد آلی اهمیت حیاتی داشته باشد ( مثلا در پزشکی، داروسازی و صنایع الکترونیک ) روش اسمزمعکوس می تواند جایگزین تقطیر شود، با این مزیت که هم اقتصادی تر است و هم سرعت کار بیشتر می باشد. امروزه اسمزمعکوس اقتصادی ترین روش برای تهیه آب آشامیدنی از آب های نیمه شور است.
د) الکترودیالیز: نقش الکترودیالیز بیشتر در مواقعی مطرح می شود که بخواهیم از آب های نیمه شور، آب آشامیدنی تهیه نماییم. فعلا تبدیل آب دریا با روش الکترودیالیز به آب شرب مطرح نیست چون اقتصادی نیست.
توجه کنید که:
- غشاهای آنیونی، کلراید را خیلی راحت تر از سولفات عبور می دهند. ولی برعکس الکترودیالیز، RO سولفات را خیلی بهتر از کلراید حذف می کند. از نظر غشا کاتیونی نیز الکترودیالیز یون های یک ظرفیتی را بر دو ظرفیتی ترجیح می دهد در حالیکه RO این چنین نیست. خلاصه اینکه NACL زیاد الکترودیالیز ولی سولفات زیاد، اسمزمعکوس را مطلوب تر می کند.
- الکترودیالیز فاضلاب کمتری نسبت به RO تولید می کند. جایی که آب خام کم است و یا دفع فاضلاب مشکل است، الکترودیالیز مطلوب تر است.
- الکترودیالیز یون های معدنی را حذف می کند. حذف مواد کلوئیدی آلی و غیره با این روش مطلوب نیست.
- الکترودیالیز بیشتر از RO به نیروی متخصص نیاز دارد.
- الکترودیالیز به برق مستقیم با ولتاژ نسبتا بالا نیاز دارد.
در مورد مقایسه روش های پیشرفته تصفیه آب صحبت کردیم امیدواریم که مفید باشد.
