آب شیرین کن 

نمک زدایی یا آب شیرین کن ، به فرآیندی که انواع نمک ها را از آب جدا می کند، اطلاق می شود. این فرآیندی است که می توان توسط آن از محلولی ( حلال + ناخالصی ) به کمک یک غشا نیمه تراوا، تقریبا حلال خالصی تهیه نمود. به عنوان مثال به کمک این روش می توان از آب شور، آب آشامیدنی مطلوب تهیه کرد. اسمز معکوس می تواند از 99% مواد معدنی حل شده، 97% مواد آلی و کلوئیدی آب را حذف نماید.

در اسمز معکوس، آب خام ( تصفیه شده ) توسط پمپ به داخل محفظه ای که دارای غشای نیمه تراوا می باشد، رانده می شود. به این صورت آب تقریبا خالص در یک طرف غشا و آب تغلیظ شده از ناخالصی ها در طرف دیگر قرار خواهد داشت. اسمز معکوس به صورت پیوسته کار می کند و می تواند TDS آب خام را تا 99% کاهش دهد که در عمل، کاهش TDS تا 95% طبیعی است.

حذف باکتری ها، ویروس ها و دیگر میکروب ها با اسمز معکوس صد در صد است. اما بعلت عدم آب بندی کامل سیستم اسمزمعکوس، مقدار کمی از این گونه ناخالصی ها در آب تصفیه شده، ممکن است دیده شود.

این فرآیند برای تهیه آب آشامیدنی از آب هایی که حاوی املاح معدنی زیاد و ناخالصی های آلی می باشد، بسیار مناسب است و حتی قادر است که از آب دریا با و آب های شور، آب آشامیدنی تهیه نماید. امروزه این فرآیند، اقتصادی ترین فرآیند برای تهیه آب آشامیدنی از آب های شور مناطق کم آب است.

فرآیند نمک زدایی آب در کاربردهای مختلفی می تواند مورد استفاده قرار گیرد، از قبیل:

• نمک زدایی آب شور یا لب شور برای تولید آب شرب شهری
• کاربردهای صنعتی و تجاری برای تولید آب با خلوص بالا به عنوان آب ورودی بویلرها، صنایع دارویی، الکترونیک، تولید قدرت، نفت، نوشیدنی ها، صنایع کاغذ
• تصفیه دقیق فاضلاب برای کاربردهای استفاده مجدد

روش اسمز معکوس

اسمز یعنی جابجایی محلول با غلظت کمتر از طریق غشا نیمه تراوا به سمت محلول با غلظت بالا به جهت ایجاد تعادل و برابر شدن غلظت طرفین

غشا نیمه تراوا

غشا نیمه تراوا غشایی است که اجازه عبور به بعضی از اتم ها و یا مولکول هایی که از یک اندازه بزرگتر باشد را نمی دهد. در صنعت از لایه های پلیمری، الیاف کربنی، سرامیک ها و حتی فلزات متخلخل برای ساخت این غشاها استفاده می کنند.

غشا نیمه تراوا اجازه می دهد مولکول های آب به راحتی عبور کنند اما اجازه عبور به مولکول های نمک را نمی دهد.

روده انسان و یا حتی دیواره سلول ها مانند غشا نیمه تراوا عمل می کنند. نکته قابل توجه این که وقتی انسان از آب شور ( مانند آب دریا ) برای آشامیدن استفاده می کند، با وارد شدن آب به داخل معده، فشار اسمزی باعث بیرون راندن آب خالص از معده شده و نمک ها داخل معده جمع می شوند و آب بدن رفته رفته غلیظ تر شده و در نهایت فرد به خاطر از دست دادن آب بدن می میرد.

در اسمز معکوس با ایجاد فشار مصنوعی به سمت آب شور، جریان آب را ( که در حالت طبیعی از سمت شیرین به سمت شور است) معکوس می کنیم به طوریکه آب خالص از غشا عبور کرده و نمک ها در سمت دیگر می مانند.

غشا باید در مقابل حمله مواد شیمیایی یا بیولوژیکی مقاوم بوده و قدرت تحمل فشار اعمال شده را داشته باشد و از همه مهمتر در برابر تغییرات pH مقاوم باشند.

شیرین سازی آب به روش اسمز معکوس با توجه به کیفیت آب ورودی، به سیستم پیش تصفیه یا پس تصفیه و یا هر دو نیاز دارد

سیستم اسمز معکوس با توجه به نوع آب به دو دسته اصلی تقسیم می شود:

1. آب دریا شامل آب هایی که مستقیما از دریا و یا چاه های لب دریا برداشت می شود که TDS آن بیشتر از 10000 میلی گرم در لیتر است.
2. آب لب شور که عمدتا از منابع زیر زمینی یا رودخانه ها به دست می آید که TDS آن کمتر از 10000 میلی گرم در لیتر است.

آرایش مدول RO

مدول های RO با توجه به موارد کاربرد مختلف، آرایش های مختلفی را می پذیرند. ساده ترین شکل آن استفاده از مدول منفرد است.

با افزایش ظرفیت سیستم، واحدهای اضافی، می توانند به صورت موازی اضافه شوند. در این حالت میزان کارایی سیستم از نظر کیفیت آب تولیدی و نسبت بازیافت در اصل با سیستمی که واحد منفرد دارد، برابر است.

به منظور دستیابی به نسبت بازیافت بالاتر یا آب تولیدی با کیفیت بهتر، سیستم می تواند به گونه ای مرتب شود که پساب غلیظ شده یا تولیدی از یک مرحله، بعنوان آب تغذیه کننده برای مرحله بعدی باشد.

به منظور دستیابی به نسبت بازیافت بالاتر و آب تولیدی با کیفیت بهتر سیستم باید به گونه ای مرتب شود که با استفاده از مراحل تولید پساب غلیظ شده ( شوراب ) ضریب بازیافت را افزایش داد که در این حالت پساب غلیظ شده حاصل از مرحله اول، بعنوان آب تغذیه کننده مرحله دوم استفاده می شود.

مزایای روش آب شیرین کن RO

1. قابلیت طراحی و بهره برداری در محدوده های متغیر و تنوع از چند لیتر در روز تا میلیون مترمکعب در روز
2. مصرف انرژی پایین نسبت به سایر روش های دیگر
3. مصرف مواد شیمیایی بسیار کم برای شستشو
4. عدم نیاز به توقف کامل سیستم برای تعمیرات و یا شستشوی دوره ای
5. استارت و توقف سریع

معایب روش آب شیرین کن RO

1. گرانی فیلترهای غشایی نیمه تراوا و طول عمر پایین ( بین 2-5 سال)
2. در صورت استفاده از آب دریا برای این سیستم، در هوای طوفانی باید کار متوقف شود زیرا ذرات معلق در آب افزایش می یابد و ممکن است از مقدار طراحی بیشتر شود.
3. نیاز به استفاده از مواد و تجهیزات با استاندار بالا
4. قابلیت رشد باکتری در فیلترهای غشایی که روی طعم و بو آب خروجی تاثیر می گذارد.
5. کارکرد در فشار بالا که باعث ایجاد مشکلات مکانیکی می شود.
6. نیاز حتمی به استفاده از پیش تصفیه های متعدد با توجه به کیفیت آب ورودی

پیش تصفیه

هزینه سرمایه گذاری و بهره برداری یک واحد پیش تصفیه، می تواند بیش از 50 درصد مجموع هزینه یک واحد RO بوده و بزرگترین متغیر هزینه بهره برداری و عملکرد سیستم باشد.

غشاهای RO قادر به جلوگیری از عبور برخی مولکول های خاص در محلول هستند، در تماس با مواد آلی و یا مواد معلق جامد می توانند در داخل غشا رسوب تولید بنمایند. از این رو حذف این جامدات در غشای RO به منظور اطمینان از وضعیت عملکرد سیستم و نیز جلوگیری از صدمات احتمالی غیرقابل برگشت، مهم است. سیستم پیش تصفیه با توجه به کیفیت و حتی کمیت آب ورودی ، برای سیستم های متعدد شیرین سازی آب طراحی و نصب می گردد.

روش ها و مدل هایی که در زیر به آن اشاره می کنیم گاهی به تنهایی و یا ترکیبی از چند روش به عنوان واحد پیش تصفیه در روش های متعدد شیرین سازی آب به کار می رود.

روش های تصفیه اولیه آب به دو دسته تقسیم می شوند:

1. تصفیه فیزیکی

حذف فیزیکی املاح معلق در آب با استفاده از میکروفیلترها، فیلترهای شنی، حوضچه های سکون، توری های فلزی و…

2. تصفیه شیمیایی

حذف املاح آب به روش شیمیایی مانند کلرزنی، هوادهی، اسید زنی، انعقاد سازی و…

عملیات پیش تصفیه به منظور کاهش مشکلات بهره برداری از جمله موارد زیر انتخاب می شود:

1. گرفتگی و رسوب کلوئیدی دستگاه آب شیرین کن

   عمده ترین مشکل آب تغذیه کننده ناشی از حضور جامدات معلق است. این جامدات براساس اندازه و قابلیت ته نشین شدن آن ها، به دو دسته جامدات کلوییدی و غیرکلوییدی، دسته بندی می شوند. جامدات کلوییدی قطری کوچک تر از 1 میکرون دارند و طی عملیات ته نشینی قابل حذف نمی باشند.
   اگر چنانچه اجزای کلوییدی دارای بار سطحی خنثی باشند، با افزودن یک ماده شیمیایی منعقدکننده، حذف آن ها تسهیل می شود. ماده منعقدکننده موجب می شود تا اجزای کلوییدی به هم چسبیده و در اثر عملیات ته نشینی و فیلتراسیون حذف شوند.
   جامدات غیر کلوییدی معمولا در طی فرآیندهای معمول ته نشینی و فیلتراسیون حذف می شوند.
   میزان تمایل یک منبع تغذیه کننده به رسوب گذاری و گرفتگی در آن، شاخص تراکم لجن SDI نامیده می شود. مقادیر SDI بیشتر از 3 میکرون نشان دهنده این است که آب به عملیات پیش تصفیه اضافی نیاز دارد.

2. گرفتگی بیولوژیکی دستگاه آب شیرین کن

   یکی از مهم ترین و مشکل ترین مسائل بهره برداری که باید در سیستم های RO پیش بینی شوند، رشد میکروب ها در سطح غشاست. رسوب ناشی از حضور و رشد این میکروب ها به گرفتگی بیولوژیکی منسوب است.
   تمامی واحدهای تصفیه آب صنعتی و طبیعی دارای دامنه گسترده ای از میکروب ها شامل باکتریا، پروتوزوا ( تک یاختگان ) و جلبک ها می باشند. این ارگانیسم ها به طور قابل توجهی به صورت مواد میکروبی تجمع یافته و در لجن و گل و لای موجود در سطح غشا رشد و نمو می کنند که موجب محدود کردن جریان در غشا گردد. هنگام که تجمع مواد میکروبی در سطح و رسوب گذاری در غشا، ممکن ایت خارج کردن آن ها بسیار مشکل و یا ناممکن گردد.
   کلرزنی موثرترین روش کنترل گرفتگی بیولوژیکی است. در بسیاری از سیستم ها، به منظور کنترل رسوب گذاری، میزان باقیمانده کلر در آب تغذیه کننده در حد 1 میلی گرم در لیتر نگاه داشته می شود. گاهی اوقات افزایش تا حد 10 میلی گرم در لیتر ضروری است.
   غشاهای استات سلولزی CA قادرند در برابر مقادیر تقریبا بالای کلر، برای مدت کوتاهی مقاومت نمایند. ولی غشاهای پلی آمید PA مقادیر محسوس کلر را نمی تواند تحمل نمایند. در صورت استفاده از روش کلرزنی در سیستم های RO مجهز به غشا PA، کلرزنی صورت گیرد، به کارگیری فرآیند کلرزدایی ( کاهش کلر ) ضروری است.

3. رسوب گذاری دستگاه آب شیرین کن

   از آنجا که غشای RO مانع از عبور نمک ها می شود، غلظت نمک در طرفی از غشا، که منبع تغذیه قرار دارد، افزایش می یابد. این امر موجب افزایش و در نتیجه رسوب بعضی از نمک ها از حد قابلیت انحلال آن ها می شود. رسوب گذاری غشا زمانی اتفاق می افتد که مقادیری از نمک های موجود در آب تغذیه کننده، در سطح غشا رسوب نماید.
   هرنمک دارای مشخصات منحصر به فردی است که قابلیت تشکیل رسوب آن را تعیین می نماید، اما نمک های با قابلیت انحلال کم، نسبت به رسوب گذاری در RO میل شدیدی دارند.
   معمول ترین انواع رسوبات، آنهایی هستند که با کربنات کلسیم، سولفات کلسیم، سیلیکا، سولفات استرانسیم و سولفات باریم شکل گرفته اند.
   اگر مقادیر نمک ها از حد مجاز قابلیت انحلال تجاوز نماید، انجام مراحل پیش تصفیه ضروری است. در اغلب موارد به منظور کاهش میزان غلظت نمک ها، کاهش نسبت بازیافت ضروری است.
   سایر روش های کنترل رسوب، شامل استفاده از بازدارنده های شیمیایی رسوب، عامل کمپلکس تنظیم کننده pH و نرم کردن آب برای کاهش یون های کلسیم و منیزیم است.

4. گرفتگی اکسیدی دستگاه آب شیرین کن

   ترکیبات آهن، منگنز و سولفور، اکسید شده و در صورت حضور اکسیژن در pHهای بالا به صورت غیرمحلول و به شکل ماده ای ژلاتینی درمی آیند که در غشا رسوب می نمایند. در بعضی موارد این مواد عملا اکسیدشده و بدین ترتیب می توان آن ها را جدا کرد یا این اکسیداسیون را می توان با کنترل pH و حذف اکسیژن متوقف کرد.

---

روش های پیش و پس تصفیه در سیستم های آب شیرین کن RO

آب ورودی	روش های پیش تصفیه	روش های پس تصفیه
آب زیرزمینی آب سطحی آب دریا چاه های ساحلی پساب خروجی	توری انعقاد فولکوله سازی نرم کنندگی آهک رسوب گذاری فیلتر مدیا کربن فعال تعویض یونی فیلتر کارتریج میکروفیلترها اولترافیلترها نانوفیلترها ضد رسوب گذاری تنظیم pH گندزدایی کلرزدایی	تنظیم pH تعویض یونی افزودن مواد معدنی گندزدایی

---

پس تصفیه

سیستم پس تصفیه نیز با توجه به کیفیت آب خروجی در اکثر تاسیسات طراحی و نصب می شود که شامل همه و یا تعدادی از موارد زیر می باشد.

1. 

   کلرزنی

در مواردی که آب تولیدی مصارف غیر صنعتی و آشامیدنی دارد برای ضدعفونی کردن آب و جلوگیری از انتقال بیماری ها به آن کلر اضافه می شود.

2. کنترل PH

کنترل خاصیت اسیدی و یا قلیاییت آب بسیار مهم است زیرا علاوه بر این که تنظیم نبودن PH باعث تغییر مزه آب و آسیب رساندن به معده انسان می شود، باعث افزایش خوردگی در خط انتقال و شبکه توزیع آب نیز خواهد شد.

روش های متعددی برای کنترل PH وجود دارد از جمله اضافه کردن سود و آهک و یا عبور دادن اب از مخازن دولومیت و …

3. افزودن فلور

فلوئور مورد نیاز بدن اغلب از طریق آب آشامیدنی تامین می شود و برای بدن مخصوصا دندان ها بسیار مفید است، لذا میزان فلوئور در آب آشامیدنی کنترل می شود و در اکثر مواقع در سیستم پس تصفیه فلوئور به آب اضافه می شود.

4. کنترل املاح آب

بدن انسان اکثر مواد معدنی و املاح مورد نیاز را از طریق آب آشامیدنی تامین می کند. آب شیرین تولید شده در اکثر روش ها تقریبا عاری از هر گونه املاحی است، لذا برای بدن مفید نیست. برای جبران این کاستی با افزودن املاحی مانند کلسیم و منیزیم و یا بی کربنات سختی آب را به حد مجاز می رسانند و یا در تاسیسات لب شور درصدی از آب پیش تصفیه شده را به آب تولیدی اضافه می کنند تا املاح مجاز تامین شود.

 

نیاز های انرژی سیستم آب شیرین کن

بیشترین مقدار انرژی به وسیله موتور الکتریکی به منظور راه اندازی پمپ فشار قوی آب ورودی مصرف می شود. انرژی مورد نیاز برای سیستم RO تقریبا متناسب با افزایش میزان فشار عملکرد سیستم افزایش می یابد. سیستم های آب لب شور دارای مصرف ویژه انرژی بین 1 تا 3 کیلووات ساعت به ازای هر مترمکعب آب تولیدی می باشند.

انرژی موردنیاز سیستم های RO آب دریا در مقایسه با سیستم های آب لب شور بسیار بالاترند. علت این امر فشار عملکرد بالاتر و نیز میزان بازیافت آب تولید شده کمتر، است. بنابراین به منظور کاهش انرژی موردنیاز و برای دستیابی به بهره وری بیشتر، اغلب سیستم های RO آب دریا به ابزار بازیافت انرژی مجهزند، تا مقدار انرژی مصرفی را کاهش داده و به لحاظ اقتصادی آن را به حد قابل قبول برساند.

پس از عبور آب از غشا، فشار آب به حد فشار اتمسفر می رسد، در حالیکه فشار آب غلیظ شده همچنان بالاست. سیستم بازیافت انرژی، می تواند بیشتر این انرژی را از آب غلیظ شده، بازیافت کرده و مقدار مصرف انرژی کل سیستم را تا 50 درصد بهبود بخشد.

فشار کارکرد سیستم آب شیرین کن

طبق تعریف، اسمز معکوس باید بر فشار اسمزی محلول غلبه نماید. از آنجا که فشار اسمزی محلول با میزان شوری آن تناسب مستقیم دارد، بنابراین شوری منبع تغذیه، به عنوان فاکتور اولیه در تعیین فشار کارکرد سیستم RO به کار می رود.

شدت جریان آب از میان غشا به مقدار فشار اضافه بر فشار اسمزی در آب ورودی بستگی دارد. بنابراین، اگر سیستم RO در فشاری بهره برداری شود که فقط کمی بیشتر از فشار اسمزی باشد، میزان آب تولید شده کم است. چون خصوصیات نمک عبوری به فشار بستگی ندارد و در حد ثابتی باقی می ماند، کیفیت آب نفوذ کرده از غشا، پایین است. در صورت افزایش میزان فشار، میزان جریان تولیدی و نیز کیفیت آن، افزایش می یابد.

مکانیسم های حذف غشاء های NF (نانو فیلتراسیون) و RO (اسمز معکوس) مشابه اند و اغلب این دو غشاء در گروه غشاءهای اسمز معکوس طبقه بندی می شوند. اما نام های گوناگونی برای غشاء NF وجود دارد از جمله غشاء های Loose RO، غشاء های نرم سازی، غشاءهای RO کم فشار، کاربردهای اصلی غشاء های گروه اسمز معکوس نمک زدایی آب های لب شور، آب های اقیانوس ها، نرم سازی، حذف مواد آلی طبیعی(NOM) و حذف آلاینده های خاص می باشد.

غشاء های با اندازه منافذ غشاء کمتر از 1nm می توانند بیش از 90 درصد بیشتر مولکول های NOMs را حذف نماید. فرآیندهای غشایی NOMs را از طریق فیلتراسیون و جذب می توانند حذف نمابند. کارایی حذف NOMs به منافذ غشاء بستگی دارد. فرآیندهای غشایی با فشار زیاد (NF , RO)  با داشتن منافذ نسبتا کوچکتر امکان حذف قابل ملاحظه ای از NOMs را فراهم می سازند. معمولا حذف NOMs توسط توسط NF M و  RO حدود 50 تا 99 درصد گزارش شده است. غشاء ها بویژه آنهایی که MWCO آنها در محدوده ی 500-100 دالتون است در حذف NOMs بسیار موثر می باشند. اکر چه NF و RO مواد آلی طبیعی را حذف می نمایند. اما چون سیستم NF، فلاکس بیشتری تولید می نماید لذا اقتصادی تر از RO است. مطالعات متعددی کارایی غشای نانوفیلتراسیون و اسمز معکوس در حذف مواد آلی طبیعی را مورد مطالعه قرار دادند.

از جمله حذف بیش از 80 درصد (84 الی 98 درصد) NOMs با غشای NF، مارپیچی پلی آمیدی فیلم نازک با MWCO  معادل 300 دالتون توسط Siddiqui، حذف 98 درصد و 96 درصد NOMs به ترتیب با استفاده از غشای RO با MWCO=100 Da و NF با MWCO معادل 400 دالتون توسط تیلور و همکاران، حذف حدود 80 درصد NOM از آب زیرزمینی با استفاده از دو غشاء پلی آمید RO و  یک غشای پلی آمیدی NF که MWCO هر سه آنها 200 دالتون بود توسط گونا و همکاران، حذف بیش از 95 درصد NOM با غشاء NF پلی آمیدی مدل ESNA با MWCO برابر 200 دالتون توسط Yoon و همکاران، حذف 93.5 درصدی(بر حسب TOC) اسید هیومیک توسط غشاء NF را می توان نام برد.

غشاهای آب شیرین کن

غشاها از مواد گوناگونی ساخته می شوند که هر کدام ویژگی ها و کاربردهای خاص خود را دارند. مواد پلیمری بطور گسترده ای جهت ساخت غشا مورد استفاده قرار می گیرند. مواد سازنده غشا باید از موادی باشند که بتوانند در مقابل مواد شیمیایی، شرایط عملیاتی مختلف و حرارت، در برابر گرفتگی بیولوژیکی مقاومت کافی داشته باشند و دارای قدرت نفوذ و قابلیت انتخاب بالا باشند.

غشاهای مصنوعی را می توان از مواد آلی ( پلیمری ) یا معدنی ( فلزات، سرامیک و غیره ) ساخت. معمولا مواد معدنی نسبت به مواد پلیمری از مقاومت حرارتی، مکانیکی و شیمیایی خوبی برخوردارند و بنابراین عمر مفید بیشتری دارند. در هنگام ساخت این نوع غشاها امکان کنترل مطلوب اندازه حفرها وجود دارند. علاوه بر این، این نوع غشاها تمایل کمتری به انسداد و گرفتگی از خود نشان می دهند. اما معایب این مواد آن است که خیلی شکننده می باشند و نسبت به غشاهای آلی گران تر می باشند. به همین دلیل این نوع غشاها فقط محدود به صنایع شیمیایی، جهت تصفیه سیالات با دمای زیاد و خورنده، صنایع دارویی و لبنی جهت کاربرد استریلیزاسیون حرارتی می باشد.

انواع غشاها

• پلیمری
• سرامیکی
• فلزی
• مایع

دسته بندی نمود.

نحوه کارکرد غشا توسط خواص فیزیکی و شیمیایی آن مشخص می شود. خواص شیمیایی غشا شامل واکنش پذیری آن با سایر مواد، بار سطحی و توانایی جذب اجسام دیگر می شود. خواص فیزیکی غشا را اندازه، شکل و نوع حفره هی موجود در غشا، مقاومت مکانیکی و حرارتی تشکیل می دهند. آب گریزی یا آبدوستی غشا ناشی از خواص فیزیکی و شیمیایی آن است. اساسی ترین متغیرهایی که ویژگی های فیزیکی و شیمیایی یک غشا را تعیین می کند شامل جنس مواد بکار رفته، شیوه ساخت و عملیات اصلاحی غشا می شوند.

پاکسازی غشا آب شیرین کن

با وجود کارایی بالای سیستم های پیش تصفیه، غشاها به پاکسازی دوره ای نیاز دارند. چنانچه روش های مناسب بهره برداری، پاکسازی متناوب و سایر مراحل فرآیند دنبال شوند، اغلب رسوبات می توانند حذف شوند و میزان کارایی غشا به حالت اول برگردد.

تمام واحدهای غشایی دارای یک میزان مجاز گرفتگی و یا ضریب گرفتگی می باشند، به طوری که با مقادیر سطح غشا متناسب بوده و سیستم تا مدت یک تا دو سال بهره برداری، کارایی مورد نیاز را داراست. حتی اگر محاسبات طرح پیش بینی نماید که مقادیر نمک ها از حد مجاز قابلیت انحلال تجاوز نخواهد کرد، احتمال ایجاد سطوح با غلظت های کمی بالاتر به صورت موضعی و امکان گسترش مقادیر رسوب نیز وجود دارد.

انتخاب پاک کننده شیمیایی مناسب یا ترکیبات شیمیایی، به ماهیت رسوب بستگی دارد. اسیدهای رقیق اکثر اوقات برای حذف رسوبات معدنی و محلول های قلیایی اغلب برای جلبک ها و سایر مواد آلی ( ارگانیک ) به کار می روند و این در حالی است که مواد فعال موجود در سطح در حذف رسوبات رس و سیلت موثرند. معمولا پاکسازی های به روش های مختلف هر کدام به منظور حذف نوع به خصوصی از رسوبات و جرم گرفتگی ها انجام می گیرد.

اغلب سیستم های RO به سیستم های پاکسازی درجا CIP مجهز می باشند که در طراحی سیستم گنجانده شده است. در این سیستم ها این امکان وجود دارد که غشاها به صورت منفرد و یا بلوک هایی متشکل از چند غشا، پاکسازی و تمیز شوند و با محلول پاک کننده مناسب شستشو داده شوند.

---

مزایا و معایب انواع مواد ساختمانی غشاهای مورد استفاده در آب شیرین کن

ماده	مزایا	معایب	فرآیند
سلرلزاستات	1- ارزان و سادگی ساخت 2- Solvent Cast	1- پایداری ضعیف در مقابل حرارت، برای دمای بیش از 30 درجه سانتیگراد توصیه نمی شود. 2- تحمل شیمیایی ضعیف،pH بین 3 تا 6 محدود شده است. 3- پایداری مکانیکی ضعیف، بشدت قابل تجزیه بیولوژیک 4- مقاومت محدود در مقابل کلر 5- حساس به کلر	RO,NF,UF
پلی آمید (PA)	1- پایداری حرارتی خوب، می توان تا دمای بیش از 50 درجه سانتیگراد استفاده گردد. 2- پایداری شیمیایی خوب 3- دامنه وسیع pH بهره برداری از 3 تا 11 4- قابلیت نفوذپذیری بیشتر نسبت به غشا سلولز استات		RO,NF
پلی آکریلیونیتریل (PAN)	1- مقاومت زیاد در مقابل اکسیدان ها 2- مقاومت زیاد در مقابل هیدرولیز شدن	1- آب گریز 2- برای تولید با خاصیت شکنندگی کمتر به پلی مر مشترک دیگر نیاز دارد.	UF,RO
پلی پروپیلن (PP)	1- دمای نسبتا بالا را می تواند تحمل نمایند.	1- نسبت به غشاهای پلی تترافلوئوراتیلن به مواد شیمیایی مقاومت کمتری دارد. 2- حساس به کلر، کشیدگی فیبر باریک شدن منافذ	MF,UF
پلی سولفان (PSU)	1-پایداری حرارتی خوب، می توان تا دمای حدود 75 درجه سانتیگراد استفاده شود. 2- پایداری شیمیایی خوب، تحمل دامنه وسیع pH، 1 تا 13 3- مقاومت نسبتا خوب به کلر سهولت ساخت مقاومت شیمیایی خوب یه هیدروکربن های آلیفاتیک و هالوژنه، اسیدها و الکل ها	1- مقاومت شیمیایی ضعیف به هیدروکربن های آروماتیک، کتونها، اترها و استرها 2- محدودیت فشار نسبتا پایین برای غشاهای الیاف توخالی	RO,UF
پلی تترافلوئورواتیلن	1- خیلی آب گریز 2- مقاومت عالی در مقابل مواد آلی 3- پایداری شیمیایی عالی در مقابل اسیدهای قوی، قلیاها و حلالها 4- دمای بهره برداری وسیع متغیر از 100 تا 260 درجه سانتیگراد	1- فقط در اندازه منافذ MF موجودند 2- گران	MF,UF
پلی وینیلیدن فلوراید (PVDF)	1- قابل اتوکلاو 2- مقاومت خوب به حلال ها	1- مقاومت شیمیایی کمتر به مواد شیمیایی نسبت به غشا پلی تترافلوئوراتیلن 2- فقط در اندازه منافذ UF و MF موجودند	MF,UF
پلی اتریمید (PEI)	1- پایداری شیمیایی بالا 2- پایداری حرارتی خیلی بالا 3-مقاومت مکانیکی خوب	1- آب گریز 2- مقاومت کمتری در مقابل حلال نسبت به PVDF دارد. 3- پایداری آن در مقابل قلیا ضعیف تر از PSU,PAN می باشد.	UF,RO
دی اکسیدتیتانیوم دی اکسیدزیر کونیوم	1- مقاومت حرارتی خوب 2- مقاومت شیمیایی خوب 3- مقاومت مکانیکی خوب	1- خیی گران 2- مواد شکننده 3- اندازه منافذ محدود به غشا MF و UF می باشد.

---

تاثیر pH بر عملکرد غشا آب شیرین کن

مقدار pH آب تغذیه می تواند بر ساختار غشا و پتانسیل تشکیل رسوب تاثیر بگذارد. عمر مفید غشاها در pH نامناسب به دلیل هیدرولیز شدن به مقدار زیادی کاهش می یابد. pH مناسب برای غشا سلولزی بین 4 تا 6 و غشاهای پلی آمیدی بین 4 الی 11 می باشد. لذا بهره برداری غشا سلولزی به دقت و مراقبت بیشتری نیاز دارد. در صورت تماس با محلول در خارج از محدوده pH مطلوب، عمل هیدرولیز اتفاق می افتد.

تحمل اکسیدان ها در غشا آب شیرین کن

برای کنترل رشد بیولوژیکی، بهبود طعم و بو، حذف آهن و منگنز و تشدید تجزیه مواد گیاهی و حیوانی مواد اکسیدان به منابع آب اضافه می شود. در گذشته بیشتر از کلر استفاده می شد. غشاهای استات سلولزی نسبت به کلر مقاومند. غشاهای مرکب فیلم نازک غیرسلولزی نسبت به اکسیدان ها تحمل ندارند. در منابعی که کلر را بدین منظور استفاده می شود باید قبل از ورود آب، غشاهای ترکیبی فیلم نازک عمل کلرزدایی انجام گیرد.

حذف میکروارگانیسم ها توسط غشا آب شیرین کن

میکروارگانیسم اصلی که در تصفیه آب مهم هستند عبارتند از :

1. پروتوزورآ
2. انگل ها
3. ویروس ها

بطور تئوریکی غشاها قادرند باکتری ها و ویروس ها را حذف نمایند. اگر اندازه میکروارگانیسم کوچکتر از اندازه منافذ غشا باشد، براساس مکانیسم رانش اندازه حذف می شوند. اما چون غشا در PH متفاوت باردار می باشند، همیشه این قانون صادق نیست. غشاهای که در pH خنثی دارای بار مثبت می باشند، قادرند علیرغم داشتن منافذ بزرگتر از اندازه ویروس ها، ویروس های بار منفی بواسطه جاذبه الکترواستاتیک حذف نمایند. اما ممکن است در مواردی که بار ویروس و غشا همنام باشد، بواسطه دافعه یا رانش الکترواستاتیک حذف نمایند. در هر حال غشا قادرند گستره وسیعی از مواد بیولوژیکی و غیر بیولوژیکی از محیط های آبی حذف نمایند. اما گرفتگی غشاها حذف میکروارگانیسم ها را تحت تاثیر قرار می دهد.

• حذف پروتوزوآ و انگل ها

  کیست ژیاردیا لامبلیا و اووسیت کریپتوسپوریدیوم پارووم به گندزداهای شیمیایی مقاومند و حداقل 10 برابر بزرگتر از میزان جداسازی غشاهای UF و MF می باشند.

• حذف باکتری ها

  باکتری ها دارای اندازه 0.1 تا 100 میکرومتر می باشند بنابراین اندازه شان بزرگتر از میزان جداسازی غشا است بنابراین انتظار می رود به طور کامل از طریق غربالگری در غشا UF حذف شوند. به علاوه اغلب باکتری ها به طور کامل توسط غشا MF حذف می گردند. اندازه بعضی از گونه های باکتریایی نزدیک میزان جداسازی غشاهای MF می باشد. در این موارد، میزان جداسازی به علت ترکیبی از مکانیسم های غربالگری، حذف سطحی و صاف سازی کیکی می باشد.

• حذف ویروس ها

  قطر کوچک ترین ویروس 25 نانومتر است. با این اندازه، ویروس ها کوچکتر از میزان جداسازی غشا MF و نزدیک به UF می باشند. مکانیسم های حذف سطحی، غربالگری و صاف سازی کیکی در حذف ویروس ها توسط غشا MF دخیل اند. چندین مکانیسم در حذف ویروس ها توسط غشا UF مشارکت دارند.

جریان تغلیظ شده فرآیند آب شیرین کن

یکی از مشکلات اصلی فرآیندهای غشایی ( مانند آب شیرین کن RO ) تولید جریانی از آب تغلیظ شده می باشد که به عنوان جریان دفعی می باشد. جریان دفعی از غشا خصوصا RO, NF و UF حاوی مقادیر زیادی جامدات محلول می باشد. جریان دفعی ممکن است شفاف یا رنگی باشد. انتظار می رود هر ماده یا ترکیبی که در محلول تغذیه وجود دارد در جریان دفعی حضور داشته باشد.

بسته به کیفیت آب مورد تصفیه آلاینده های جریان دفعی تصفیه آب از فرآیندهای مختلف تصفیه آب از جمله فرآیندهای غشایی به شرح زیر می باشد:

• میکروارگانیسم های پاتوژن
• کیست ژیاردیا و اووسیت کریپتوسپوریدیوم
• کدورت، ذرات
• ترکیبات مولد طعم و بو
• SOCs
• آهن و منگنز
• آرسنیک و سایر ترکیبات سمی
• مواد رادیواکتیو
• نمک و جامدات محلول، سختی و فلزات سنگین
• DBPs
• پیش سازهای تشکیل DBPs و مواد آلی کم وزن

pH جریان دفعی به دلیل غلظت قلیاییت بالاست و احتمالا ترسیب فلزات را در چاه های دفع افزایش می دهد.

روش های دفع نهایی جریان های دفعی یا غلیظ شده آب شیرین کن

روش های متداول دفع جریان های دفعی یا تغلیظ شده آب شیرین کن عبارتند از:

1.تخلیه به اب های سطحی

2.تخلیه به اب های شور

3.تخلیه به شبکه جمع اوری فاضلاب

4.تزریق در چاه عمیق

5.کاربرد در زمین می باشند.

پنج روش سنتی دفع فوق بیش از 98درصد روش دفع جریان تغلیظ شده آب شیرین کن را در امریکا بخود اختصاص داده است و مابقی مربوط به سیستم های بازیابی و استفاده مجدد می باشد.

تخلیه به ابهای سطحی

علیرغم قوانین سخت در مدیریت این گونه مواد تخلیه به اب های سطحی اغلب اقتصادی ترین روش دفع جریان های دفعی آب شیرین کن به ویژه تصفیه خانه هایی که در مناطق ساحلی وجود دارند،می باشد.اکنون بیش از نیمی از تصفیه خانه های RO در ایالات متحده امریکا از این روش استفاده می کنند.مزیت سیستم دفع در اب های سطحی هزینه های بهره برداری نگهداری و سرمایه گذاری نسبتا کم می باشد. معایب این روش ادامه یافتن در اینده و افزایش پتانسیل ایجاد الودگی اب می باشد .انتخاب محل تخلیه جریان دفعی آب شیرین کن به ابهای سطحی از نکات مهم می باشد.محل تخلیه باید در نقطه ای باشد تا حداکثر اختلاط و پراکندگی صورت گیرد .

تخلیه به ابهای شور

یکی از روش های مناسب دفع جریان های دفعی آب شیرین کن تصفیه خانه هایی که در نوار ساحلی قرار دارند تخلیه به اب دریاها و اقیانوس هاست.

تخلیه به شبکه جمع اوری فاضلاب

این روش فقط برای تخلیه حجم خیلی کم جریانهای دفعی آب شیرین کن مناسب است .در صورت تخلیه جریانهای دفعی آب شیرین کن به شبکه جمع اوری فاضلاب افزایش غلظت TDS نباید زیاد باشد(یعنی کمتر از 20Mg/L)تخلیه به تصفیه خانه فاضلاب باید با هماهنگی مدیران تصفیه خانه فاضلاب باشد تا انها بتوانند عملکرد فرایند های تصفیه را بهینه نمایند .این روش بعد از تخلیه به ابهای سطحی دومین روش تخلیه جریانهای دفعی در تصفیه خانه با ظرفیت کمتر از mg 3/0 در امریکا می باشد.

تزریق در چاه عمیق

تزریق جریانهای دفعی آب شیرین کن در چاه های عمیق به ژئولوژی و هیدرولوژی  ابهای زیرزمینی منطقه بستگی دارد .عمل تزریق باید در چاه های عمیق معمولا با هزاران متر عمق در لایه های ابده شور یا لب شور که استفاده اشامیدنی ندارند انجام گیرد .این روش در ایالت فلوریدای امریکا متداول تر می باشد .در این روش خطر الودگی سایر لایه های ابده وجود دارد.این روش برای تاسیسات بزرگ کاربرد دارد.

کاربرد در زمین

این روش برای محلول های شور با غلظت های کم استفاده  می گردد.این روش برای دفع جریانهای دفعی تصفیه خانه های NF که غلظت TDS ان نسبت به RO کم می باشد بکار می رود این روش برای تاسیسات کوچک کاربرد دارد

برکه های تبخیر

کاربرد برکه های تبخیر به شرایط اب و هوایی بستگی دارد .این روش همانند کاربرد در زمین برای تاسیسات کوچک کاربرد دارد در امریکا این روش برای تصفیه خانه هایی که ظرفیت انها کمتر از 3 میلیون گالن در روز MGD می باشد استفاده می گردد.

نسبت بازیافت آب شیرین کن

اگرچه فشار کارکرد با افزایش میزان شوری افزایش می یابد، اما میزان ضریب بازیافت سیستم RO معمولا کاهش می یابد. نسبت بازیافت معمولا براساس پتانسیل رسوب دهی آب ورودی انتخاب می شود. در صورت افزایش میزان بازیافت، میزان غلظت نمک نیز در آب برگشتی زیاد می شود. در مقادیر بالاتر بازیافت ممکن است میزان انحلال پذیری نمک های با قابلیت انحلال کم از مقدار حداکثر تجاوز کند و به ته نشینی و رسوب آن ها در غشا RO منجر گردد.

در بعضی از منابع آب زیرزمینی یا فاضلاب های صنعتی، امکان اشباع بودن به وسیله یک یا چند نوع از یون ها وجود دارد. با توجه به اینکه در این حالت برای عملکردی بدون رسوب، میزان بازیافت بسیار پایین ضروری است، بنابراین در این موارد استفاده از RO برای تصفیه آب، اقتصادی نیست.

اغلب سیستم های RO برای آب لب شور قادرند 70 تا 85 درصد آب ورودی را به آب شیرین تبدیل نمایند. اغلب سیستم های کوچک برای آب لب شور با نسبت بازیافت پایین کار می کنند، زیرا در این موارد بهینه سازی در الویت نبوده و نتیجه به لحاظ اقتصادی چندان فرقی نمی کند.

طراحی سیستم های RO برای آب دریا، معمولا به گونه ای است که بتوانند میزان بازیافت 30 تا 50 درصد را تامین نمایند. سیستم های شیرین سازی آب دریا علاوه بر پتانسیل رسوب دهی، با میزان فشار اسمزی بالای محلول نیز محدود می شوند.

مصارف آب شیرین کن

• آب شیرین کن جهت آبیاری و گلخانه
• آب شیرین کن صنعتی یا خانگی جهت آب آشامیدنی 
• آب شیرین کن جهت تولید آب مقطر
• آب شیرین کن در دستگاه دیالیز
• آب شیرین کن جهت احیا فاضلاب تصفیه شده و استفاده مجدد از آن

 

عوامل تاثیرگذار در قیمت تمام شده آب از دستگاه آب شیرین کن

برای محاسبه هزینه تمام شده برای هر مترمکعب آب شیرین به تعدادی پارامتر نیاز داریم

1. کیفیت آب خام

   کیفیت آب خام عامل مهمی در افزایش یا کاهش هزینه تولید آب شیرین محسوب می شود. هر چه میزان املاح در آب یا به روایتی شوری آب بالا باشد، هزینه شیرین سازی نیز بالاتر می رود. به طور مثال در روش اسمز معکوس هزینه به دست آوردن آب شیرین از آب لب شور (2000TDS) تقریبا نصف هزینه شیرین سازی آب از آب دریا (30000TDS) می باشد.
   کیفیت آب خام شامل دمای آب، میزان املاح آن، نوع و مقدار املاح و حتی جذر و مد در تاسیسات کنار دریا بر روی کیفیت آب و در نهایت بر هزینه تاثیر می گذارد.

2. حجم مواد غیر محلول در آب
   حجم مواد غیرمحلول در آب، تاثیر مستقیم در هزینه تولید آب شیرین دارد. با توجه به مواد غیرمحلول آب، پیش تصفیه های متعددی ممکن است مورد نیاز باشد که قیمت آب را افزایش می دهد.

3. ظرفیت تولید آب
   ظرفیت طرح، تاثیر زیادی در قیمت آب دارد. اگرچه هزینه سرمایه گذاری اولیه برای واحدهایی با ظرفیت بزرگ بیشتر است، اما بخاطر اشتراک بعضی از تاسیسات و کاهش تعداد نیروی انسانی و هزینه نگهداری در مترمکعب آب، در نهایت قیمت آب در ظرفیت های بالا را کاهش می یابد.

4. مشخصات سایت تولید
   مشخصات و محل استقرار سایت نیز در افزایش قیمت موثر است. به طور مثال سایتی که در نزدیکی منبع آب خام قرار دارد بسیاری از هزینه های انتقال آب اعم از لوله کشی و پمپ ها را شامل نمی شود و یا هزینه آن کمتر می باشد. حتی محل عرصه آب نیز در قیمت آب موثر است.
   
   

هزینه های ساختمانی نصب و اجرا دستگاه آب شیرین کن شامل موارد زیر می باشد:

• زمین
• چاه تولید آب خام بسته به عمق و نوع آن
• ساختار سیستم ورودی آب در آب های زمینی مانند دریا
• تجهیزات پروسس شامل غشاها، پمپ ها، سیستم پیش تصفیه و فیلترها و …
• تجهیزات کمکی و اضطراری مانند سیستم حفاظت و ایمنی، مخزن ذخیره، خط انتقال و شیرآلات
• هزینه جمع آوری و مدیریت پساب بسته به محل استقرار سایت و شرایط زیست محیطی
• ساختمان اداری و مسکونی

کاربرد آب شیرین کن در تصفیه آب

برای تهیه آب شیرین از دریا، روش دیگری که می تواند با اسمز معکوس رقابت نماید، تقطیر است. نظر به اینکه در اسمزمعکوس تغییر فاز رخ نمی دهد، مقدار انرژی مورد نیاز در فرآیند اسمزمعکوس به مقدار قابل توجهی کمتر از برآیند تقطیر است.

برای تهیه آب صنعتی از آب شیرین 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 نمود و به مقدار زیادی باعث کاهش هزینه تصفیه آب ورودی گردید.
• اگر TDS آب ورودی کمتر از 400ppm و کاهش TDS آب تا حدود 10% مورد قبول باشد روش اسمزمعکوس بسیار اقتصادی تر از واحدهای یونی خواهد بود.
• برای آب خام بدون توجه به مقدار TDS، اگر مقدار مواد آلی بیشتر از 15g/lit باشد یا سیلیکای کلوئیدی زیاد باشد، اسمز معکوس می تواند برای تصفیه مقدماتی آب ورودی به واحد تعویض یونی به کار رود.
• مشکل انبار و نیز کار با مواد شیمیایی در مورد اسمز معکوس خیلی کمتر از تعویض یونی است.