این روش با استفاده از جریان برق DC و همچنین غشاهای آنیونی و کاتیونی، عملیات جداسازی امالح از آب صورت می پذیرد. کلمه Reverse در انتهای این روش بدین معنی می باشد که در اثر عبور آب از ممبرین های سیستم، یکسری از امالح بر روی ممبرِین ها رسوب می نمایند. در روش های سنتی که به ED معروف بود از تزریق اسید و آنتی اسکاالنت و اسید سولفوریک برای جلوگیری از رسوب استفاده می شد ولی در این روش به ازای حدوداً هر 15 دقیقه کار سیستم، پالریته سیستم یا همان جای قطبهای مثبت و منفی تعویض میگردد و امالح رسوب کرده بر روی سیستم از آن جدا میشوند. نکته ای که در مورد روش EDR قابل توجه می باشد این است که در هر مرحله از تصفیه تنها 50 %از امالح می تواند دفع گردد لذا برای رسیدن به خلوص باالتر باید آب در چندین مرحله تصفیه شود. روش EDR بیشتر برای تولید آب شرب در دنیا استفاده می شود. از آنجایی که TDS مناسب آب شرب بین 100 تا 500 میباشد وTDSخروجی این روش باالتر از100 میباشد، این روش بهترین روش تولید آب شرب در حجم های باال می باشد. حداقل حجم آب تولیدی به روش EDR حدود 15 متر مکعب در شبانه روز می باشد. EDRروش معایب 1-4-2 حداکثر TDS ورودی به سیستم 12000 PPM می باشد. ماکسیمم درصد حذف امالح در هر مرحله 50 %می باشد در حالی که در روشRO% ،99می باشد. این روش فقط توانایی حذف عناصری را دارد که از لحاظ الکتریکی خنثی نیستند. ICEC(Iranian Chemical Engineering Club) 42 مثالً اگر شکر در آب حل شود یون های سازنده آن از لحاظ الکتریکی خنثی می باشند، لذا اگر آب شیرین بارها و بارها از این سیستم عبور نماید به هیچ وجه امالح آن حذف نمی گردد. همچنین این روش توانایی حذف میکرو ارگانیزم های موجود در آب مانند باکتری ها، قارچ ها، جلبک ها و ویروس ها را به علت اینکه از لحاظ الکتریکی خنثی می باشند را ندارد. EDRروش مزایای 2-4-2 یکی از مهمترین مزیت های روش EDR ریکاوری باالی سیستم می باشد که تا حد 94 %می تواند افزایش یابد این بدین معنی است که این سیستم میتواند 94 %آب ورودی را تصفیه نماید و فقط 6 %آن را به صورت پساب دفع نماید. مزیت دوم سیستم، عمر ممبرین های استفاده شده میباشد که حدود 10 سال میباشد. فشار کاری این سیستم کم می باشد، لذا هزینه های نگهداری اتصاالت و پایپینگ آن بسیار پایین می باشد و برای جلوگیری از خوردگی میتوان از اتصاالت UPVC در کل سیستم استفاده نمود. هزینه نگهداری این دستگاه نسبت به RO بسیار پایین تر می باشد. تزریق مواد شیمیایی برای جلوگیری از رسوب که مواد گران قیمتی هم می باشند نیاز نمی باشد. ICEC(Iranian Chemical Engineering Club) 43 2-5 تصفیه آب به روش سیستم اسمز معکوس( RO( مقدمه 1-5-2 اسمز یک روش و شیوه نرمال)طبیعی( شامل عبور یک محلول غیلظ از میان مانع ممبرین نیمه تراوا می باشد. یک مخزن آب خالص را با ممبرین نیمه تراوا که به دو قسمت تقسیم شده، تصور کنید. آب خالص در مقایسه با دو قسمت یک ممبرین نیمه تراوا ایده آل در فشار و دما برابر از میان ممبرین ها عبور نمی کند، زیرا اختالف سطح شیمیایی دو قسمت برابر است. اگر نمک قابل حل به یک قسمت اضافه شود، اختالف سطح شیمیایی این محلول نمک کاهش پیدا می کند. استمراراً قسمت آب خالص از میان ممبرین به سمت قسمت محلول نمک حرکت می کند تا تعادل اختالف سطح شیمیایی احیاء گردد. در شرایط علمی، دو قسمت مخزن از لحاظ اختالف سطح شیمیایی شان تفاوت دارند و محلول، از طرف اسمز، اختالف سطح شیمیایی اش را در کل سیستم همسان می سازد. تعادل زمانی برقرار می شود که ناهمسانی و تفاوت فشار هیدرواستاتیک ناشی از تغییرات گنجایش حجم در قسمت، با فشار اسمزی برابر می شود. فشار اسمزی، یک تناسب خاصیت محلول به غلظت نمک و استقالل ممبرین است. اسمز معکوس، تکنولوژی مدرنی است که آب را برای مصارف متعددی از جمله نیمه رساناها، خوراک پزی، تکنولوژی زیستی، داروها، تولید برق، نمک زدایی آب دریا و آب خوردنی شهری، تصفیه می نماید. از اولین آزمایشاتی که در سال 1950 انجام شد طی آن هر ساعت چند قطره آب تولید می شد، امروزه نتیجه صنعت اسمز معکوس در تولید مشترک جهانی به بیشتر از 7/1 میلیون گالن در هر روز رسیده است. ICEC(Iranian Chemical Engineering Club) 44 با افزایش روز افزون تقاضاها برای آب خالص )تصفیه شده( ، رشد صنعت اسمز معکوس در قرن اینده با افزایش روبه رو خواهد شد. در مخزن، آب به سمت قسمت نمک دار ممبرین حرکت می کند تا تعادل برقرار شود. به کارگیری فشار خارجی برای همسان سازی قسمت محلول نمک با فشار اسمزی همچنین باعث برقراری تعادل خواهد شد فشار مضاعف باعث افزایش اختالف سطح شیمیایی آب موجود در محلول نمک می شود و سبب عبور حالل به سمت قسمت آب خالص می گردد. زیرا در آن حالت دارای اختالف سطح شیمیایی پائین تری می باشد. این پدیده اسمز معکوس نامیده می شود. نیروی محرک شیوه اسمز معکوس، فشار کاربردی است. مقدار انرژی مورد نیاز برای تفکیک اسمزی مستقیماًً به میزان شوری حالل مربوط می شود. بنابراین، انرژی بیشتری برای تولید مقدار یکسان آب از حالل با غلظت باالی نمک الزم است. اسمز معکوس چگونه کار می کند برای درک اسمز معکوس بهتر است با اسمز نرمال شروع کنیم. بر طبق دیکشنری وبستر هریام، اسمز به معنای حرکت و جنبش حالل از ممبرین نیمه تراوا )مثل سلول زنده( به داخل محلول بسیار غلیظ شده ای است که تمایل به همسان سازی غلظت حل شده روی دو طرف ممبرین دارند. این یک تعریف صحیح محسوب می شود. در سمت چپ، بشر پر از آب قرار دارد و مخزنی که در آب نیمه غوطه ور است. همانطور که انتظار دارید سطح آب در مخزن به اندازه سطح آب در بشر است. در آنجا، انتهای مخزن به ممبرین نیمه تراوا چسبیده است و مخزن با محلول نمکی نیمه پر است و در آن غوطه ور است. در ابتدا سطح محلول نمک و آب برابر است اما با گذشت زمان، وقایع غیر منتظره ای روی می دهد. ICEC(Iranian Chemical Engineering Club) 45 آب داخل مخزن افزایش می یابد. این افزایش را به فشار اسمزی نسبت می دهند. ممبرین نیمه تراوا ممبرینی است که برخی از اتم ها یا مولکول ها را عبور می دهد، اما مانع عبور بقیه می گردد. ممبرین است اما تقریبا برای هر چیزی که ما معموالً از آن عبور می دهیم، ناتراوا می باشد. مثال ممبرین نا تراوا، آستر روده های شما یا دیوار سلول است tex-gore از یک ممبرین نیمه تراوا معمول دیگر است. ساختار tex-gore شامل الیه نسبتاً نازک پالستیکی است که در داخل آن میلیون ها روزنه کوچک ایجاد کرده اند. روزنه ها برای عبور بخار آب از آن به اندازه کافی بزرگ هستند اما برای جلوگیری از عبور آب مایع به اندازه کافی کوچکند. ممبرین به غیر از مولکول های نمک به مولکول های آب اجازه عبور میدهد. یک روش برای درک فشار اسمزی این است که مولکول های آب را بر روی دو طرف ممبرِین ها تصور کنید. این تصور در تضاد با motion Brownian است. بر روی قسمت نمکی، بعضی از روزنه ها با اتم های نمک مسدود شده اند اما در قسمت آب خالص چنین چیزی وجود ندارد. بنابراین آب بیشتری از قسمت آب خالص عبور می کند، چون روزنه های بیشتری برای عبور آب خالص در قسمت آب خالص وجود دارد. آب موجود در قسمت نمکی افزایش می یابد تا یکی از این دو حالت روی دهد: ICEC(Iranian Chemical Engineering Club) 46 .1غلظت نمک در دو طرف ممبرین مساوی شود، البته در این مورد این حالت روی نمی دهد، چون آب خالص در یک قسمت و آب شور در طرف دیگر وجود دارد. .2همانطور که ارتفاع ستون آب شور افزایش می یابد فشار آب نیز افزایش پیدا می کند تا اینکه فشار اسمزی برابر شود. در این نقطه اسمز متوقف خواهد شد. به هر حال، اسمز دلیل این مسئله است که نوشیدن آب شور )مثل آب اقیانوس( شما را خواهد کشت. زمانی که آب شور وارد معده تان می شود، فشار اسمزی، آب را به بیرون بدنتان هدایت می کند، تا نمک در داخل معده شما رقیق شود، بنابراین شما آب بدنتان را از دست می دهید )آب بدنتان خشک می شود( و می میرید. در اسمز معکوس، هدف این است که از ممبرین به گونه ای استفاده شود که شبیه فیلتری برای تولید آب قابل نوشیدنی آب شور )یا آب آلوده دیگر( عمل نماید. آب شور روی یک طرف ممبرین گذاشته می شود و فشار برای متوقف کردن اعمال می شود. سپس وارونه می شود، یعنی جریان اسمزی روی می دهد، در مجموع این کار فشار زیادی می گیرد و نسبتاً کند پیش می رود اما به هر حال این کار انجام می شود. ICEC(Iranian Chemical Engineering Club) 47 2-5-2 پیشینه تاریخی اسمز معکوس: تحقیق در مورد اسمز معکوس در سال 1950 در دانشگاه فلوریدا، جائیکه رید و بوتون که توانستند خاصیت نمک زدایی ممبرین استات سلولز را شرح دهند، آغاز شد. لوب و سوریرجان، گسترش تکنولوژی اسمز معکوس را با ایجاد نخستین ممبرین استات سلولز نا متقارن ادامه دادند. تحقیق در مورد این پیشرفت خوب و امیدوار کننده منجر به ایجاد پیکربندی بهتر و جدیدتر اجزای اسمز معکوس شد، به طوریکه امروزه این صنعت اکثرا اجزای مارپیچ فنری و در برخی موارد اجزای فیبر توخالی را تولید می کنند. دراوایل سال 1980 تحقیق و بررسی در البراتوارهای دولتی آمریکا، منجر به تولید نخستین ICEC(Iranian Chemical Engineering Club) 48 ممبرین پلی آمیر مرکب شد. این ممبرین ها عمدتاً نسبت به ممبرین های سلولزیک، از جریان تراوش و نمک زدایی باالتری برخوردارند. امروزه با معرفی ESPA3 توسط هیدراناتیک ها، این صنعت با ترتیب کاهش بزرگی در مسیر نمک، به افزایش 20 دفعه ای در جریان هر فشار بر روی ممبرین های سلولزیک اصلی رسیده است. 2-5-3 تکامل اسمز معکوس یکی از قدیمیترین اسناد ثبتشده در مورد ممبرینهای نیمهتراوا مربوط به سال 1748 است، که در مورد مشاهدهی پدیدهی اسمز توسط Nollet Abbe میباشد. در سال 1850 افراد دیگری مانند Pfeffer و Traubeپدیدهی اسمز را با استفاده از ممبرینهای سرامیکی مورد مطالعه قرار دادند. بههرحال تاریخ فنآوری کنونی به 1940 برمیگردد، زمانیکه دکتر Hassler Gerard از دانشگاه کالیفرنیا در لسآنجلس(UCLA، ( در سال 1948 بررسی خواص اسمز سلوفان (cellophane(را آغاز نمود. او پیشنهاد کرد که الیهی نازکی از هوا در مجاورت دو ممبرین از جنس سلفون قرار گیرد Hassler. فرض کرد که با انجام عمل تبخیر بر روی سطح یک ممبرین، بخار آب با استفاده از پدیدهی اسمز از میان هوای موجود عبور کرده و بر روی سطح مقابل پدیدهی چگالش اتفاق میافتد. امروزه میدانیم که پدیدهی اسمز در انجام عمل تبخیر نقشی ندارد، اما شبیهترین حالت به محلول و پدیدهی نفوذ جسم حل شده در ممبرین میباشد . در سال 1959 ،Reid.E.Cو Breton.J.E از دانشگاه فلوریدا، قابلیت عمل نمکزدایی را در الیهی نازکی از استات سلولز اثبات کردند. آنها ممبرینهای نیمهتراوای انتخابی را با روش سعی و خطا ارزیابی کردند، و بیشتر به الیههای نازک پلیمری حاوی گروههای هیدروفیلی )آبدوست( توجه نشان دادند. مواد آزمایش شده عبارت بودند از سلوفان، هیدروکلراید الستیکی، پلیاستایرن و استات سلولز. بسیاری از این مواد در فشارهای کمتر از ICEC(Iranian Chemical Engineering Club) 49 psi800 ، جریان آب تصفیهشده تولید نکردند و مقدار دفع کلراید در آنها کمتر از 35 ٪بود. بههرحال، استات سلولز ) مخصوصاً ( 43-CA 88 DuPont مقدار دفع کلراید بیش از 96 ٪نشان داد، حتی در فشارهای کمتر از 400 . psi حدود شدت جریان نفوذی، تقریباً از 2 گالن در فوت مربع – روز (gfd (برای یک الیهی نازک از استات سلولز با ضخامت 22 میکرون، تا بیش از 14 gfd برای الیهای با ضخامت 7.3 میکرون، در فشار 600 psiو با محلول سدیم کلراید 1.M0 ، مورد آزمایش قرار گرفت Reid. و Breton نتیجه گرفتند که استات سلولز دارای خاصیت نیمهتراوایی الزم جهت کاربردهای عملی میباشد، اما باید شدت نفوذ و دوام آنها برای موارد تجاری اصالح شود. یک دهه پس از تالش دکترHassler ، Loeb Sidneyو Sourirajan Srinivasa از UCLA در مورد پدیدهی اسمز و اسمز معکوس شروع به تحقیقاتی متفاوت با آنچه که دکتر Hassler انجام داده بود، کردند. رویکرد آنها عبارت بود از تحت فشار قرار دادن یک محلول، مستقیماً بر روی الیهای نازک و صاف از پالستیک. عمل آنها باعث تکامل اولین ممبرین استات سلولز نامتقارن در سال 1960 گردید. -1948 تحقیقات Hassler بر روی خواص اسمزی ممبرین سلوفان درUCLA -1955 اولین استفادهی گزارش شده از عبارت "اسمز معکوس" Reid- 1955 مطالعه در مورد غشاءهای جداکنندهی مواد معدنی را در دانشگاه فلوریدا آغاز نمود Breton- 1959و Reid ظرفیت نمکزدایی الیهی نازکی از استات سلولز را نشان دادند. Loeb- 1960و Sourirajan ممبرین استات سلولز نامتقارن را در UCLA تکمیل نمودند. -1963اولین مدول مارپیچی (wound spiral (عملی توسط Atomics General تکمیل گردید. -1965 ساخت اولین تاسیسات تجاری RO برای آب لبشور درCA , Coalinga ICEC(Iranian Chemical Engineering Club) 50 -1965توضیح مدل انتقال از طریق نفوذ در محلول توسطal. et , Lonsdale -1967اولین مدول فیبر تو خالی (fiber hollow (با موفقیت بهطور تجاری توسط DuPont تکمیل گردید. -1968اولین مدول مارپیچی چند الیهای توسط System Fluid تکمیل شد. Hoehn–Richter- 1971 از DuPont ممبرین پلیآمید آروماتیک را به ثبت رسانید. Cadotte- 1972 غشای کامپوزیتی دو رویه را تکمیل نمود. -1974 اولین تاسیسات تجاری RO برای آب دریا درBermuda TriSep- 1994 اولین ممبرین با قابلیت رسوبگذاری کم را معرفی نمود. Hydranautics- 1995 اولین ممبرین پلیآمیدی با مصرف کم انرژی را معرفی نمود. -2002سیستمهای ممبرینیKoch ، اولین مدول “MegaMagnum “با قطر 18 اینچ را معرفی نمود. ممبرین نانوکامپوزیت با الیهی نازک در UCLA تکمیل شد. بهعلت اصالحات قابل توجهی در مقدار شدت نفوذ، از این ممبرین برای ساخت RO با قابلیتهای تجاری استفاده شد، زیرا شدت نفوذ در آن ده برابر شدت نفوذ در ممبرینهای با مواد شناخته شده تا آن زمان بود )مانند ممبرینهای Reid و .( Breton این ممبرینها در ابتدا بهطور دستی بهشکل ورقههایی صاف قالبریزی میشدند. در ادامهی تکامل در این زمینه، ممبرینها را بهشکل لولهای (tubular (قالبریزی کردند. شکل 2 طرحی از لوازم قالبگیری لولهای استفاده شده توسطLoeb و Sourirajan میباشد. شکل 3 چاه درپوشدار با کف غوطهور را که Leob و دانشجویان از آن استفاده میکردند، نشان میدهد، این چاه هنوز در Boelter UCLA Hallقرار دارد. ICEC(Iranian Chemical Engineering Club) 51 بهدنبال Loeb وSourirajan ، محققان از سال 1960 تا حوالی 1970 پیشرفت سریعی در راه تکامل ممبرینهای بادوام RO تجاری داشتندLonsdale Harry ،. Merten.Uو Riley Robert مدل " محلول – نفوذ " در مورد انتقال جرم در ممبرین RO را تنظیم کردند. اگرچه بیشتر جنس ممبرینها در آن زمان از جنس استات سلولز بودند، اما این مدل توانست دادههای تجربی بسیار خوبی را ارائه دهد، حتی در مورد ممبرینهای پلیآمیدی کنونی نیز بدینگونه است. درک مکانیزم انتقال برای تکامل ممبرینهایی که عملکرد اصالحشدهای از خود نشان میدادند ) از نظر شدت نفوذ و مقدار دفع (، اهمیت داشت. آروماتیک پلیآمید یکE.I.Du Pont De Nemours & Company Inc. (DuPont) ،1971 سال در خطی متصل به گروههای اسید سولفونیک را ثبت اختراع نمودند و نام تجاری آن را ممبرین PermasepTM ( DuPont Company , Inc. شرکت ثبتشدهی تجاری عالمت) .Permasep گذاشتندB-9 , B-10 (DE , Wilmingtonمیباشد. این ممبرینها نسبت به ممبرینهای استات سلولز دارای شدت نفوذ آب زیادتری در فشارهای عملیاتی کمی پایینتر بودند. این ممبرینها بهگونهای منحصربهفرد قالبگیری شدند تا نسبت به انواع ورقهای یا لولهای دارای فیبرهای توخالی ظریفتری باشند. تا سال 1972 که Cadotte John در Research Star North اولین ممبرین پلیآمید کامپوزیتی دو رویه را تهیه نمود، ممبرینهای استات سلولز و پلیآمید آروماتیک خطی بهعنوان استاندارد صنعتی مورد استفاده قرار میگرفتند. این ممبرین جدید در فشار عملیاتی پایینتر نسبت به ممبرینهای استات سلولزی و پلیآمید آروماتیک خطی آنزمان، دارای عملکرد و مقدار دفع مواد حلشدهی بیشتری بود. پس از آن، Cadotte براساس واکنش فنیلن دایمان و کلراید تریمزول، ممبرین کامپوزیتی کامالً دو رویهی آروماتیکی را تکمیل نمود. این ممبرین تبدیل به استاندارد صنعتی جدید شد و امروزه نام آن FT30 است، و مبنایی برای اکثر ممبرینهای Water Dow و FilmTecTM’ Solutions Process میباشد ) مانند BW30 که بهمعنی ICEC(Iranian Chemical Engineering Club) 52 ممبرین FT30 برای آب لبشور است (Water Brackish (و TW30 که بهمعنی ممبرین FT30 برای آب شهری است (Water Tap (و غیره ... و در مورد بسیاری از ممبرینهای تجاری موجود از تولیدکنندگان دیگر نیز چنین میباشد FilmTec. (نام تجاری تولیدات شرکت Chemical Dow واقع در ,Midland Michiganمیباشد. دیگر مراحل تکمیلی قابل توجه در فنآوری غشایی بهشرح زیر میباشد: -1963• اولین مدول کاربردی از نوع بافت مارپیچی در Atomics General Gulf تکمیل شد ) .بعدها به RSystems Fluidتغییر نام داد و اکنون متعلق به , Wilmington , Systems Membrane Koch .MAمیباشد .( افزایش تراکم بستهبندی در مورد غشاءها در یک مدول باعث کاهش اندازهی سیستم RO شد. -1965• اولین RO تجاری برای آب لبشور (BWRO (در ساختمان Raintree واقع در , Coalinga Californiaوارد خط بهرهبرداری شد. ممبرینهای استات سلولز لولهای در UCLA تکمیل و آماده شدند و در تاسیسات مورد استفاده قرار گرفتند. عالوه بر این، سختافزار سیستم در UCLA ساخته شد و بهتدریج به محل تاسیسات برده شد. -1967• اولین مدول تجاری باا استفاده از ممبرین فیبر توخالی توسط DuPont تکمیل شد. نوع ترکیببندی این مدول بهگونهای بود که تراکم بستهبندی در مدولهای ممبرینی آن زیاد شده بود. -1968• اولین مدول غشایی دارای بافت مارپیچی چند الیه، توسط Bary Don و سایرین از Gulf Atomics Generalدر دسامبر 1968 ،تحت امتیاز US با شمارهی 870،417،3 با نام Reverse“ ICEC(Iranian Chemical Engineering Club) 53 “Purification Osmosisتکمیل شد. ترکیب مارپیچی چند الیه از طریق حداقل کردن افت فشار ایجاد شده بهوسیلهی جریان آب تصفیه شده، که بهطور مارپیچی به سمت لولهی جمعآوری مرکزی هدایت میشود، باعث بهبود خواص مربوط به شدت جریان در مدول RO میگردد. -1978• ممبرین 30-FT برای شرکت FilmTec بهثبت رسید و تحت مالکیت این شرکت قرار گرفت ) اکنون متعلق به شرکت Chemical Dow در MI , Midland (میباشد. 2-5-4 کاربرد اسمز معکوس اسمز معکوس میتواند هم برای خالصسازی آب و هم برای تغلیظ و بازیافت جامدات حلشده در آب خوراک )که آبزدایی نامیده میشود( مورد استفاده قرار گیرد. عمومیترین کاربرد RO تعویض یونی، شامل نرم کردن آب با استفاده از سدیم، جهت تخلیص آب مصرفی مورد نیاز برای بویلرهای با فشار کم تا متوسط، میباشد . کیفیت آب تولیدی از RO بهگونهای است که میتواند در چنین فشارهایی بهطور مستقیم برای تامین آب جبرانی بویلر مورد استفاده قرار گیرد. برای بویلرهای با فشار باالتر و مولدهای بخار، سیستم RO را میتوان بهصورت یک پیشتصفیه جهت سیستم تعویض یونی دارای دو بستر )دو ستون مبادلهکننده( یا یک بستر مختلط )میکسبد(، به سیستم تعویض یونی متصل نمود . استفاده از RO قبل از سیستم تبادل یونی میتواند به مقدار قابل مالحظهای زمان تناوب احیای رزینی را کاهش دهد، همچنین مقدار اسید، باز و پساب ناشی از عملیات احیا را که باید مورد استفاده قرار گرفته و ذخیره گردد را شدیداً کم میکند. در برخی شرایط، یک واحد RO ثانویه میتواند جایگزین سیستم تبادل یونی گردد تا آب
. ممبران 6-2 2-6-1 نقش و اهمیت کاربرد ممبران ها در صنعت تصفیه آب ممبرانها نقشی کلیدی را در تکنولوژی شیمیایی ایفا می نمایند. ویژگی مهم ممبران ها، توانایی آنها در کنترل نرخ نفوذ گونه های شیمیایی یا اجزا ء گازی یا مایع درون مخلوط هنگام عبور از ممبران می باشد. به منظور افزایش و بهبود عملکرد ممبرانها در فرآیندهایی چون تصفیه و جداسازی، شناخت کامل و دقیق انواع ممبرانها و همچنین طبقه بندیهای موجود الزم و ضروری می باشد؛ لذا در این تحقیق به بررسی انواع ممبرانها از لحاظ ساختار فیزیکی، اندازه حفره، جنس و مدول پرداخته شده است. در ادامه نیز شیر ین سازی آب به عنوان یکی از مهمترین کاربردهای ممبرانها در صنعت تصفیه آب در کنار سایر کاربردها بررسی شده است. در آخر نیز دورنما و چشم اندازی از آینده ممبرانها ترسیم گردیده است. افزایش بی رویه جمعیت از مهمترین مشکالت فزاینده در قرن بیست و یکم می باشد، آمارها حاکی از آنست که جمعیت تا سال2150 با دو برابر افزایش، از مرز 5/11میلیارد نفر خواهد گذشت. چنین انفجار جمع یتی، بروز مسائلی از قبیل سوء تغذیه، قحطی، آلودگی، بیماریهای واگیردار، خشکسالی و بحرا ن ها را اجتناب ناپذیر خواهد نمود . در این میان آب نقش کلیدی را در نجات انسان بازی می کند ؛ لذا آبیاری، نمک زدایی یا شیرین ICEC(Iranian Chemical Engineering Club) 56 کردن آب و فیلتراسیون آن مهمترین فن آوریهای هزاره سوم محسوب می گردند. سرامیک ها نیز با عنایت به فراوانی اکسیدها در طبیعت، در زمره مواد کلیدی و استراتژیک در این زمینه محسوب می شوند. امروزه بسیاری از سیستم های تصفیه آب و تکنیکهای تصفیه، به طور وسیعی گسترش یافته اند تا قادر به تولید آب سالم باشند؛ اما این تکنیکهای مختلف تصفیه آب چگونه با یکدیگر مقایسه می شوند و کارایی هرکدام چیست؟ ممبرانها انواع2-6-2 ممبران ها از چند لحاظ تقسیم بندی می گردند . انواع این تقسیم بندیها بر مبنای ترکیب شیمیایی و ساختار فیزیکی، اندازه حفره ممبران، جنس و مدول ممبران می باشد که در ادامه به بررسی تک تک آنها می پردازیم. انواع ممبران ها از لحاظ ترکیب شیمیایی و ساختار فیزیکی ممبران ها به طور کلی به دو دسته ایزوتروپ و غیرایزوتروپ تقسیم می شوند . ممبرانهای ایزوتروپ از لحاظ ترکیب شیمیایی و فیزیکی در طول سطح مقطع خود یکسان می باشند ؛ در حالیکه ممبر انهای غیرایزوتروپ در طول سطح مقطع خود یکن واخت نبوده و شامل الیه هایی هستند که از لحاظ ساختار و یا ترکیب شیمیایی با یکدیگر متفاوت می باشند. انواع ممبران ها از لحاظ اندازه حفره اسمز معکوس ICEC(Iranian Chemical Engineering Club) 57 تکنیک اسمز معکوس در مقابل اسمز مستقیم به کار می رود . در اسمز مستقیم، هنگامی که دو محلول با غلظتهای مختلف توسط یک ممبران نیمه تراوا از یکدیگر جدا گردند به گونه ای که امکان عبور حالل از ممبران وجود داشته باشد در حالیکه اجزاء حل شده قادر به عبور از آن نباشد یک انتقال خود به خود )نفوذ(حالل رخ خواهد داد . حالل که معموال آب می باشد از سمت با غلظت کمتر به سمت با غلظت بیشتر حرکت خواهد کرد. فرایند اسمزی می تواند معکوس گردد . اعمال فشار به یک محلول غلیظ تر باعث نفوذ حالل، از ممبران نیمه تراوا و قرارگیری آن در محلولهای با غلظت کمتر خواهد شد اصطالح اسمز معکوس به شکل جداسازی یونهای حل شده و مولکولهای کوچک که باعث آلوده شدن آب می گردند، اختصاص دارد در اسمز معکوس فشاری بیشتر از فشار اسمزی به محلول ورودی و غلیظ تر اعمال می گردد تا شاهد جریان حالل از قسمت غلیظ تر به قسمت رقیق تر باشیم.اندازه اندک حفره ها در این نوع ممبرانها، مسدود شدن آنها را نسبت به انواع دیگر محتمل تر می سازد. اگر چه پیشرفتهای اخیر در تکنولوژی ممبران، منجر به گسترش ممبرانهایی شده است که در فشارهای کمتری کار می کنند. به کارگیری ممبرانهای با فشار کمتر، به معنی ذخیرۀ انرژی الکتریکی و کاهش هزینه می باشد. اسمز معکوس در صنعت به منظور تهیه آب قابل شرب از آبهای شور و نمکی به کار می رود و به طور روز افزونی در تصفیه فاضالب ها به کارگرفته می شود. به طورکلی سیستم اسمز معکوس با سایر فرایند های جداسازی که برای حذف تمامی آلودگیهای آب به کارمی روند)مانند تقطیر(رقابت می نماید. توانایی حذف آلودگی توسط ممبران اسمز معکوس بسیار وسیع بوده و شامل موارد زیرمی باشد: •حذف مینرال ها و فلزات حل شده ICEC(Iranian Chemical Engineering Club) 58 •حذف یونهای منفرد حل شده و عوامل مسبب سختی •حذف ویروس ها، باکتری ها و پیروژن تا سقف99٪ •حذف نمک ها، مواد قندی، پروتئین ها، فلزات سنگین و فلزات رادیواکتیو •حذف پنبه نسوز، انواع مزه ها، رنگ، ترکیبات شیمیای ایجاد کننده بو، ذرات، جامدات حل شده و گل و الی نانوفیلتراسیون3-6-2 نانوفیلتراسیون نیز یک فرایند جداسازی به کمک ممبران می باشد که از ممبرا ن های نازک و متخلخل با اندازه حفره در محدوده یکهزارم تا پنجهزارم میکرون بهره می جوید . فشار اعمالی بر جریان محلول در این تکنیک، در محدوده 3 تا MPa 4 می باشد. به دلیل بزرگتر شدن اندازه حفره ها در ممبرانهای نانوفیلتراسیون، این ممبرانها توانایی کار کردن در فشارهای پایین تری نسبت به ممبرانه ای اسمز معکوس داشته که این به معنی هزینۀ کمتر عملیات و نگهداری این ممبرانها می باشد. محدوده ابعاد حفره های تکنیک مذکور، به گونه ای عمل می نماید که یونهای تک ظرفیتی می توانند از ممبران عبور نمایند، در حالیکه یونهای چند ظرفیتی که دارای ابعاد بزرگتری نسبت به نوع تک ظرفیتی هستند، اجازه عبور نخواهند داشت . ناشی از پدیده مذکور، این ممبرانها را به عنوان ممبران حذف کننده مینرالها یا نرم کننده آب نیز می نامند . قابلیت این ممبرانها در حذف نمکهای آلی بی همتا ست . حذف ترکیبات آلی حل شده و تفکیک نمودن مواد آلی با وزن مولکول ی کم و زیاد از دیگر تواناییهای این ممبرانها می باشد. ICEC(Iranian Chemical Engineering Club) 59 اولترافیلتراسیون4-6-2 ممبران اولترافیلتراسیون، به طور قابل مالحظه ای متخلخل تر از دو نوع دیگر است . محدوده اندازه حفره این ممبرانها بین0/005 تا0/1 میکرون می باشد . وجود تخلخلهای با اندازه بزرگتر در این ممبرانها، فالکس بیشتر جریان و در عین حال فشار ورودی کمتری را سبب می گردد)2/0 تا4/1)Mpa ناشی از اندازه بزرگتر حفر ه های ممبران ، این تکنیک قادر به حذف یونها نبوده و اغلب گونه های قابل حل مانند نمکهای معدنی از درون ممبران عبور خواهند نمود. در این روش، کلوئیدها، جامدهای معلق، میکروارگانیسم ها، مولکولهای آلی با وزن مولکولی باال و پروتئینها از درون ممبران عبور نخواهند کرد و در درون جریان برگشتی باقی خواهند ماند . یکی از کاربردهای مهم این ممبرانها حذف کلوئیدها و سایر ذرات موجود در محلول ورودی به منظور جلوگیری از انسداد ممبران اسمز معکوس می باشد که در ادامه مسیر نصب شده است. 2-6-5انواع ممبران ها از لحاظ جنس )آلی)پلیمری ممبرانهای-1-5-6-2 این ممبرا نها بر مبنای ساختار فیزیکی خود به سه دسته هموژن )متقارن(، غیرهموژن)نامتقارن ( و کامپوزیتی تقسیم می شوند. برخی از معایب اصلی ممبرانهای پلیمری عبارتند از : محدوده باریک دمای مجاز ، مقاومت مجاز، است حکام مکانیکی کم، رخداد تجزیه زیستی، کمی pH اندک در برابر حمله شیمیایی، محدوده باریک عمر مفید. ICEC(Iranian Chemical Engineering Club) 60 غیرآلی ممبرانهای 2-5-6-2 ممبرانهای غیر آلی از موادی مانند سرامی ک ها، فلز ات، گرافیت یا ترکیب آنها ساخته م ی شوند ولی در این تحقیق منظور از ممبرا ن های غیرآلی، انواع سرامیکی می باشد و تمرکز تنها بر روی همین دسته خواهد بود. هدف از ساخت ممبران های سرامیکی کاهش و یا حذف برخی محدودیت های انواع پلیمری می باشد . این ممبران ها در شرایط سخت به طور وسیعی مورد استفاده قرار می گیرند ؛ ج اییکه ممبرا ن های پلیمری عملکرد مطلوبی نداشته و یا قادر به انجام فرایند نخواهند بود . اکسید های فلزی )آلومینا، زیرکونیا، تیتانیا، ..( متداولترین مواد سرامیکی مصرفی برای ساخت این ممبران ها هستند و از پایه های معمول می توان از آلومینا و کاربید سیلیسیوم و ... نام برد . این پایه ها نه تنها حداکثر نفوذپذیری ممبران را تامین می سازند بلکه پایداری مکانیکی ممبران ر ا نیز به مقدار زیادی افزایش می دهن ممبران های سرامیکی، استحکام مکانیکی باال و همچنین مقاومت به سایش باالتری را از خود نشان می دهند و همچنین در اثر فشرده شدن ساختار تحت فشارهای اعمالی و گذشت زمان تجزیه نخواهند شد ؛ به همین دلیل دوام و ایمنی ممبرا ن های سرامیکی، از انواع پلیمری بیشتر می باشد . این ممبرا ن ها از لحاظ حرارتی پایدارند و توانایی کار دردماهای باال را دارا هستند ؛ به طور یکه بسیاری از ممبرا ن های سرامیکی در دمای1000 ºC نیز قابل مصرف هستند. مقاومت ممبران های سرامیکی در مقابل عوامل شیمیایی و باالتر از تشعشع به طور قابل مالحظه ای بیشتر از انواع پلیمری می باشد و این ممبران ها در مقابل عوامل زیستی خنثی م ی باشند؛ به همین دل یل این ممبرا ن ها در بسیاری از کارب ردهای شیمیایی ، دارویی و فرایند تصفیه آبها و پسابها به عنوان انتخاب اول مطرح می باشند . ناشی از تفاوتهای مذکور، آسیب دیدگی کمتر ممبران و در نتیجه اطمینان بیشتر از محصول تولیدی و همچنین هزینه کمتر عملیات ، از اثرات به کارگیری ممبرانهای ICEC(Iranian Chemical Engineering Club) 61 سرامیکی خواهد بود . از معایب عمده و اساسی این ممبرانها، نیز می توان به وزن زیاد آنها و هزینه ساخت باالتر آنها در مقایسه با ممبرا ن های پلیمری اشاره نمود؛ اگرچه مورد آخر توسط طول عمر باالی ممبران جبران می گردد . امروزه ممبرا ن های سرامیکی به طور روز ا فزونی در کاربردهای جداسازی به خدمت گرفته می شوند. تکنولوژی ساخت این ممبران ها با معرفی مواد سرامیکی نانوساختار، دچار تحول و پیشرفت بزرگی شده است . تکنیک های زیادی برای تولید مواد نانوساختار و ساخت الیه های سطحی انتخابی وجود دارد که همگی بر فرایند سل - ژل است وار بوده و بیشترین مواد مصرفی در تولید الیه های نانوساختار موادی چون2 TiOو .باشند میAl2O3 ، ZrO2، CeO2 2-6-6 انواع ممبران ها از لحاظ مدول (Tubular Membrane)ای لوله های ممبران 1-6-6-2 طراحی این ممبران ها بسیار ساده می باشد به گونه ای که ممبران مورد نظر یا در درون یک لوله متخلخل قرار می گیرد و یا بر روی سطح داخلی لوله پوشش داده می شود و محلول به درون لوله پمپ می گردد. لوله مصرفی باید فشارهای مورد نیاز در حین کار را تحمل نماید . مایع تغذیه از یک طرف لوله وارد شده و همزمان با جریان رو به جلوی آن در درون لوله، بخشی از آن به صورت عرضی نفوذ خواهد نمود . قسمت نفوذ کرده که همان محصول مورد نظر می باشد در پوسته بیرونی لوله جمع آوری می گردد. شکل زیرنشان دهنده یک تصویر شماتیک از ممبران های لوله ای شکل می باشد. از مزایای اصلی ممبرانهای لوله ای شکل ، امکان حرکت سریع مایع ورودی بر روی سط ح ممبران می باشد به گونه ای که این حرکت می تواند سرعتی بالغ بر 10 )s/m (داشته باشدکه باعث کاهش احتمال انسداد سطح ICEC(Iranian Chemical Engineering Club) 62 ممبران خواهد شد . از کاربردهای اساسی این ممبرانها تصفیه محلولهای با درصد باالی ذرات جامد معلق می باشد زیرا این ممبران ها برای ذرات جامد معلق از تلورانس باالیی برخوردار هستند. (Spirally Wound Membrane)مارپیچی های ممبران 2-6-6-2 در این ممبرا ن ها یک ورقه مسطح که می تواند چندین الیه داشته باشد به دور یک هسته مرکزی پیچیده می شود. این ممبران ها در درون لوله هایی نصب می شوند به گونه ای که محلول ورودی از یک انتها وارد شده، به صورت عرضی در درون ممبران نفوذ کرده و در ادامه به سمت لوله مرکزی هدایت و جمع آوری خواهد شد. شکل زیر بیانگر تصویر شماتیک ممبران مارپیچی می باشد. از مزایای این ممبران ها، سطح مخصوص باالی ممبران در عین حجم کم آن می باشد . در این ممبران ها مسیرهای باریک جریان )موجود در الیه بافته شده ( نسبت به جریانهای گل آلود حساس بوده و امکان انسداد آنها وجود دارد به همین دلیل همواره در به کارگیری این ممبرا ن ها از فرآیندهای پیش تصفیه به منظور حذف ذرات جامد معلق استفاده می شود . کاربردهایی چون شیرین سازی آب دریا و آب شور از مواردی هستند که در آنها از ممبران های اسمز معکوس به شکل مارپیچی استفاده می گردد. (Hollow Fiber Membrane)توخالی الیاف های ممبران 3-6-6-2 در این ممبرا ن ها از الیافی توخالی و همانند م وی سر استفاده می گردد به طوریکه قطر خارجی آنها کمتر از 200میکرون می باشد . الیاف مذکور دارای یک پوسته نازک و متراکم)ممبران( بوده که از نفوذ آلودگیها جلوگیری کرده و تنها به محصول اجازه عبور می دهند . در زیر این پوسته فعال، یک الیه ضخیم و متراکم ICEC(Iranian Chemical Engineering Club) 63 )پایه(به کار می رود که نقش آن حمایت 6 الیه فعال می باشد . این الیاف به یکدیگر بسته می شوند و به صورت یک دسته Uشکل یا مستقیم در می آیند . جریان ورودی به درون الیاف وارد می شود و به دنبال آن بخش نفوذ کرده (محصول)، در بیرون الیاف و بخش تغلیظ شده (باطله)، در انتهای دیگر الیاف جمع آوری می گردد. ممبران های فیبر توخالی دانستیه فشردگی بسیار باالیی دارند و نیاز به فضای اندکی برای کار خواهند داشت شیرین سازی آب دریا، تهیه آب قابل شرب و همچنین تصفیه فاضالبها از جمله مواردی هستند که در آن از ممبران های به شکل الیاف توخالی به طور گسترده ای استفاده می گردد. (Flat Membrane)تخت های ممبران 4-6-6-2 این نوع مدول، ساده ترین شکل ممبران بوده و اولین ممبران نیمه نفوذپذیری که تولید شد از لحاظ هندسی،تخت بود. شکل زیر یک نمای کلی از ممبران های تخت را نشان می دهد. این ممبرانها، از دو صفحه در انتها، ممبران صفحه ای شکل و صاف و صفحات جدا کننده که با ترتیب خاصی قرار گرفته اند ؛ تشکیل می گردند .الزم به ذکر است که صفحات جداکننده ، نقش هدایت جریان تغذیه را بر روی سطح ممبران به عهده دارند. ساخت، نصب و عملکرد این ممبر ان ها ساده می باشد ولی معایب عمده ای چون نسبت سطح به حجم اندک و بنابراین نیاز به فضای زیاد هنگام کار، مشکالت دمونتاژ کردن ممبران به هنگام تمیز کردن آن و بنابراین پر زحمت و زمان بر بودن فرآیند تمیز نمودن آن را نمی توان نادیده گرفت. ICEC(Iranian Chemical Engineering Club) 64 2-6-7 شیرین سازی)نمک زدایی(Desalination یکی از کاربردهای مهم ممبرا ن ها در بخش تصفیه آب، شیرین سازی آبهای شور می باشد . به طور میانگین ، آب دریا تقریبا حاوی35000 ) l/mg(نمک می باشد . برای مصرف یک آب استاندارد، میزان نمک آن باید mg/l 250از کمتر باشد . برای تهیه یک آب استاندارد از آب حاوی l35000/mg نمک، نیاز به ممبرانی با خاصیت دفع نمک تا3/99 ٪می باشد تا با یک بار عبور آب، آنرا به میزان استاندارد، نمک زدایی نماید. در حال حاضر تکنولوژیهای مختلفی برای شیرین سازی آب مورد استفاده قرار می گیرد . در این میان،متداولترین این تکنولوژیها عبارتند ازDistillation Effect-Multi. ،flash Stage–Multiو اسمزمعکوس در هر دو تکنیک MSF و MED انتقال حرارت بین بخار و آب شور صورت می گیرد در حالی کهRO تکنیکی است بر پایه ممبران که تفاوت عمده آن با دو روش قبلی در حذف مرحله تبخیر می باشد. تکنیک اسمز معکوس نسبت به دو تکنیک دیگر مزایای بزرگی را داراست که به ذکر برخی از آنها می پردازیم. یکی از عوامل بسیار مهم در فرایند شیرین سازی آب ، مصرف انرژی فرایند می باشد . مصرف کمتر انرژی منجر به کاهش هزینه محصول می گردد . تنها مصرف انرژی در روش RO انر ژی الکتریکی الزم برای راه اندازی پمپها می باشد؛ در حالیکه روشهای ، MEDو MSF عالوه بر صرف انرژی برای عملکرد پمپها، به حرارت دهی برای تبخیر آب نیز نیازمند هستند. هزینه انرژی مصرف شده و هزینه نگهداری و تعمیرات سیستم، دو فاکتور اصلی در تعیین هزینه سیستم می باشند. در این میان، هزینه شیرین سازی آب، در روش RO نسبت به روشهای MSF و MED به طور قابل توجهی کمتر می باشد. ICEC(Iranian Chemical Engineering Club) 65 در رابطه با مسائل زیست محیطی، هیچ یک از این سه فرایند ، فرایندهای ایده آلی نیستند . در این فرایندها از افزودنیهای شیمیایی استفاده می گردد و آب شور برگشتی از هر سه فرایند MSFو MED ، ROحاوی میزان نمک باال و عوامل شیمیایی خواهد بود . ولی هنگامی که بحث دمای آب شور برگشتی و اثرات مخرب آن بر روی اکوسیستم آب مطرح می شود فرایند ROکمترین اثر منفی را بر روی محیط اطراف خواهد گذاشت این حقیقت در کنار حداقل میزا ن خروجی اتمسفری ناشی از مصرف کمتر انرژی باعث گردیده است که به عنوان یک انتخاب دوستار طبیعت مطرح گردد. 2-6-8 رسوب و کنترل رسوب در ممبران مشکل رسوب و انسداد ممبران، مشکلی بسیار جدی بوده و خطری است که تمامی فرایندهای ممبرانی را تهدید می نماید . رسوبات می توانند باعث انسداد حفرات ممبران گردند و در نتیجه باعث کاهش میزان محصول و افزایش هدایت آب گردند . فرایندهای صحیح نگهداری و پیش تصفیه و همچنین روشهای مناسب تمیز کردن ممبران، مواردی هستند که باعث کاهش انسداد و بهبود عملکرد سیستم شده و طول عمر سیستم را باال خواهند برد.به طور کلی چهار نوع انسداد مطرح است؛ انسداد ناشی از جامدهای حل شده، جامد های معلق، مواد آلی غیر زیستی و ترکیبات بیولوژیکی )موجودات زنده(. روشهای متعدد و کارآمدی به منظور کنترل هر یک از این رسوبات وجود دارد و به کارگیری این روشها باعث به حداقل رساندن میزان رسوب شده و بهبود عملکرد سیستم و افزایش طول عمر سیستم را سبب خواهد شد. ICEC(Iranian Chemical Engineering Club) 66 2-6-9 کاربرد ممبرانهای سرامیکی در زمینه های مختلف صنعتی با توجه به تواناییهای بسیار زیاد ممبران های سرامیکی، برتریهای آنها نسبت به انواع پلیمری و مزایای متعدد آنها که در گذشته همگی ذکر گردید، این ممبرا ن ها در صنایع زیادی به کار می روند . از کاربردهای ممبران های سرامیکی می توان به موارد زیر اشاره نمود: •صنایع شیمیایی : جداسازی و تمیز نمودن محصول، جداسازی کاتالیست ها، بازیافت رنگ ها و رنگدانه ها، نمک زدایی محصوالت، تمیز کردن و استفاده مجدد از حاللهای آلی •صنایع فلزی و مهندسی سطح : تصفیه امولسیون های آب -روغن، بازیافت فلزات سنگین، تصفیه پسابهای شیشه و الیاف شیشه ای •صنعت مواد غذایی و نوشیدنی : شفاف سازی آبمیوه ها، تغلیظ آبمیوه ها، استرلیزه نمودن شیر و پنیر، جداسازی و تفکیک اجزاء شیر، نمک زد ایی آب پنیر، آبگیری محصوالت، تصفیه آب آشامیدنی صنعت بازیافت و محیط زیست : بازیافت مواد دارویی و ضد آفت، حذف میکروارگانیسمها، حذف فلزات سنگین و مواد رادیواکتیو 2-6-10 دورنما و چشم انداز آینده ممبرا نها با موفقت ممبرا ن ها در عرصه تصفیه آب، تکنولوژی ممبرا ن ها همچن ان رو به پی شرفت می باشد . کماکان مشکالتی مانند مسدود شدن ممبران، نیاز به توجه و بررسی دارد . تحقیقات در این زمینه )انسداد ممبرانها(بر روی اصالح سازی سطح ممبران و افزایش فرایندهای پیش تصفیه آب ، قبل از ورود آن به ممبران متمرکز شده است . عالوه بر تصفیه پسابها و شیرین سازی ، کاربردهای جدید ممبرانها به منظور تصفیه آب نیز در حال ICEC(Iranian Chemical Engineering Club) 67 پیگیری می باشد . به طور کلی، حوزه کاربرد ممبرانها ب ه طور وسیعی گسترش یافته است . اقتصادی بودن، دوستار طبیع ت بودن، متنوع و مستعد بودن و کاربرد آسان آنه ا باعث گردیده است که ممبرانها به عنوان اولین انتخاب در کاربردهای تصفیه آب مطرح باشند. 2-7 تکنیک نوظهور تصفیه آبEXIR این تکنیک جدید که طی سال ها تحقیق در آلمان اختراع و به ثبت جهانی رسیده و مورد آزمایش و تایید انستیتوها و کارشناسان مختلف در آلمان قرار گرفته، تنها بر اساس روش حرارتی و بدون استفاده از مواد شیمیائی و فیلتر و غیره عمل کرده و برای اولین بار به بازار عرضه می شود. ابتدا آب در این دستگاه در اثر حرارت خواه ناخواه ضدعفونی شده و امکان بوجود آمدن باکتری در آب و دستگاه وجود ندارد. از آنجا که فیلتر در این دستگاه بکار نرفته همواره صحیح عمل کرده و هرگز قدرت تصفیه آن اشباع نمی شود و نیازی هم به خرید دائم فیلتر و غیره نیست. قدرت تصفیه دستگاه هیچ گاه حتی نوسان نداشته و بر اساس آزمایشات متعدد و متمادی تمای موادی که در پائین بر شمرده شده با اطمینان از آب جدا می شوند: تصفیه آب در این دستگاه بدون اضافه کردن مواد شیمیائی بر اساس تنظیم و تشدید جریان هیدرودینامیک و فعل و انفعاالت شیمیائی در سطوح نانو و میکرو و ماکرو انجام می پذیرد. همچنین کریستالیزاسیون آهک آب همراه آلیاژ و کاتالیزور ویژه ای که در ساخت دستگاه بکار رفته امکان فعل و انفعاالت شیمیائی سریع و بیشتری را در آب برای اولین بار به گونه ای عملی ساخته که حتی در درجه حرارت هائی به مراتب پائین تر از نقطه جوش، آب تصفیه می شود. ICEC(Iranian Chemical Engineering Club) 68 در روش های رایج تصفیه عموما آب میبایست در قسمت های مختلف قبل و بعد از واحد تصفیه آماده ٔ تصفیه و مصرف شود. با روش اکسیر این کار تنها در یک مرحله و هم زمان و تنها در یک ظرف صورت میپذیرد، با این امتیاز که حجم دستگاه نیز زیاد نیست. در این تکنیک عالوه بر روش های رایج تصفیه آب از تکنیک Nanoهم استفاده شده که برای اولین بار در زمینه تصفیه آب مورد استفاده قرار گرفته و به این خاطر است که این تکنیک با وجود ساده بودن میتواند همه ٔ مراحل تصفیه را همزمان انجام دهد. در نانو تکنولوژی technoloy-Nanoذرات در سطح چند نانومتر ترکیباتی را ممکن می کنند که در شیمی معمولی در سطوح ملکولی امکانپذیر نمی باشد. طی جریان تصفیه در کنار ضد عفونی آب همزمان هم سختی آب تا 80 %کاهش پیدا کرده، هم مواد آالینده آب به صورت رسوب از آب جدا می شوند و هم میزان قلیائی آب افزایش می یابد که برای سالمتی بسیار مفید است. در این دستگاه همچنین میزان کلر، آمونیاک ، بو، تا حدی رنگ، تمام ترکیبات فرار و نیمه فرار) از جمله حالل ها و ترکیبات آلی مضر ناشی از کلریزه کردن آب و برخی از مواد دفع آفات( نیز در آب کاهش می یابد. عالوه بر مواد مذکور از میزان کدر بودن آب که ناشی از شناوری ذرات معلق ترکیبات آلی و معدنی در آب است تا حدود 75 %کاسته می شود. از این رو مورد استفاده این دستگاه تنها به تصفیه آب لوله کشی منحصر نشده بلکه می تواند، بر خالف دستگاه هائی که در باال ذکرشان رفت، آب های زیرزمینی و سطحی با میزان کدر بودن زیاد را نیز تصفیه کند. به این خاطر با این دستگاه ها می توان هنگام سفر و سوانح آب آشامیدنی سالم در هر کجا از آب رودخانه و یا چاه تولید کرد. ICEC(Iranian Chemical Engineering Club) 69 در تمامی آب گرم کن های رایج، جهت کاهش سختی آب می بایست مدت مدیدی آب را جوشاند اما از آنجا که میزان قلیائی آب به اندازه کافی باال نرقته و جریان کریستالیزاسیون بطور کامل انجام نمی گیرد، آالینده ها و مواد معلق آب جدا نمی شوند، ضمن اینکه مقدار زیادی از آب بخار شده، غلظت مواد در آن افزایش یافته و هزینه این کار نیز زیاد است. در مقابل، در این دستگاه نوظهور بدون صرف انرژی بیشتر از انرژی مورد نیاز جهت گرم کردن آب، همزمان تصفیه نیز در آب صورت می پذیرد؛ ضمن اینکه در جریان این نوع تصفیه تمام امالح سالم آب گرفته نشده و امتیاز آن در مقابل روش اسموز معکوس عالوه بربسیار ارزان تر بودن آن در قیاس با دستگاه های دیگر در این نکته است. دستگاه های کوچک اکسیر حدود90 % از دستگاه های اسموز معکوس ارزان تر هستند! گرم کردن دستگاه می تواند با برق، گاز ، نفت و یا هیزم انجام گیرد. در نوع دیگری از این دستگاه، گرم کن برقی در داخل دستگاه قرار دارد. به این خاطر جهت تهیه آب سالم، به ویژه در سفر و مناطق فاقد آب لوله کشی و همچنین سوانح این دستگاه وسیله قابل اعتمادی جهت تهیه آب آشامیدنی سالم تر و به مراتب ارزانتر از آب های آشامیدنی در بطری است. ICEC(Iranian Chemical Engineering Club) 70 فصل3 مواد شیمیایی تصفیه آب 3-1مواد شیمیایی آب سیستم های خنک کننده در سیستم های خنک کننده که درصنایع پتروشیمی کارخانجات ذوب آهن پاالیشگاهها نیروگاه های تولید برق استفاده می شوند کیفیت آب نقش مهمی در خوردگی تشکیل لجن وآلودگی بیولوژیکی در سیستم ها ایفا میکند.بدیهی است میزان PH آب رابطه مستقیم با پدیده خوردگی و تشکیل رسوب دارد.همچنین میزان سختی آب نیز تاثیر مستقیم در بروز مشکالت در سیستم دارد که پیامد آن هزینه های گزاف تعمیرات، افت شدید راندمان سیستم و کاهش سرعت انتقال حرارت را در پی دارد.در انتخاب مواد شیمیایی محافظ سیستم باید به پارامترهایی مانندآنالیز آب گردشی و آب جبرانی نوع فلزات بکاربرده شده حجم حوضچه و سیکل تغلیظ دقت شود. ICEC(Iranian Chemical Engineering Club) 71 3-2مواد شیمیایی آب سیستم های مدار بسته سیستم های مدار بسته به جهت تماس نداشتن با هوا احتیاج بسیار کمی به آب جبرانی داشته و عموما برای انتفال حرارت توسط آب استفاده می شوند. رسوب و خوردگی مشکل رایج این سیستم ها می باشد. رسوبها معموال ازکلسیم و منیزیم بوجود می آیند. رسوبها در این سیستم باعت کاهش انتقال حرارت و راندمان و همچنین ایجاد خوردگی شدید در سطوح این سیستم ها می باشد. بنابراین برای جلوگیری از بروز چنین عارضه ای رسوبات باید به سرعت از مدارحذف گردند.خوردگی نیز آسیب های جدی به سیستم وارد کرده و سطح از بین رفته نهایتا موجب نشتی در سیستم می شود. 3-3 مواد شیمیایی آب بویلرها کیفیت آب استفاده شده در دیگ های بخار نقش بسیار مهمی در عملکرد سیستم دارد. رسوبات ایجاد شده در جداره بویلرها تبادل حرارتی را کم کرده مصرف سوخت را هم باال میبرد.همچنین اکسیژن موجود در آن باعث خوردگی زنگ زدگی و از بین رفتن جداره بویلر میشود.بطور کلی کیفیت آب جبرانی و آب تغذیه در بویلرها به طور مستمر باید کنترل شود و به پارامترهایی نظیراکسیژن-سختی آب -PH-امالح بخار و قلیایت باید دقت شود. این مواد انواع مختلفی دارند که جهت اهداف خاص مورد استفاده قرار می گیرند. - 1جذب کننده های اکسیژن دیگ بخار - 2مهارکننده های رسوبات و انباشته ها بویلرها ICEC(Iranian Chemical Engineering Club) 72 - 3بازدارنده میعانات خورنده بویلره - 4مواد ضد کف بویلرها (DEFOAMER( - 5مواد تنظیم کننده PH بویلرها - 6مواداز بین برنده گل و الیدیگ بخار (REMOVER MUD( - 7مواد و محصوالت چند منظوره(TREATMENT MULTIFUNCTIONAL( 3-4تمیز کننده ممبران در سیستم های تصفیه آب به روش اسمز معکوس سطح ممبران ها به مرور زمان توسط رسوبات گرفته می شوند که نیاز به شستشوی دوره ای و نگهداری دارند. انتخاب مواد شستشوی مناسب و همچنین زمان شستشو موجب باال رفتن طول عمر کاهش هزینه و راندمان بهتر سیستم میشود. 3-4-1عملکرد مواد شستشو کننده ممبران -جداسازی آهن و منگنز اکسید هیدروکسید، -از بین برنده موثرکربنات، فسفات، سولفات و انباشته های حاوی فلوراید ، -تمیز کردن سیلیس کلوئیدی و سیلیکات، -برطرف کننده و تمیز کننده انباشته های سنگین ارگانیک پلیمرهای کاتیونی و هیدروکربن هاجلوگیری ازتولید موجودات بیولژیکی و تمیز کردن لجن ICEC(Iranian Chemical Engineering Club) 73 3-4-2مزایاحذف ذرات کلوئیدی رس و یا مانند آن بایوسایدهای ممبرانکامال بهداشتی و بی خطر جهت استفاده در ممبران های تولید آب شرب و خانگیاز بین برنده انباشته ها و رسوب ها از روی سطح ممبرانتزریق کمترین مواد جهت تمیزکردن و بهره گیری از بیشترین راندمانکاهش زمان تمیزکردن استفده از روشهای متداول گندزدایی قبل از ممبران ها برای سالمتی ممبران ها کافی بنظر نمیرسند و گرفتگی میکروبی (Biofouling (مشکل عمده ممبران ها در سیستم های تصفیه آب میباشند.. به همین منظوربکارگیری روش موثری برای پاکسازی ممبران از میکروارگانیزم ها ضروری بوده و عمر ممبران ها افزایش میدهد. استفاده از بایوساید برای این منظور در فواصل زمان معین توصیه می شود. مواد تمیز کننده و بایوسایدهای ممبران ممبران انواع مختلفی دارند که بسته به نوع گرفتگی پیشنهاد می شوند. Green sandآهن حذف رزین 5-3 پس از سختی آب ، حضور امالح آهن و منگنز ، معمولترین مشکل موجود برای مصرف کنندگان آب ، خصوصاً در بخش صنعتی محسوب می گردد . این عناصر عمدتاً بصورت اکسید فریک نامحلول و اکسید منگنز ICEC(Iranian Chemical Engineering Club) 74 نامحلول وجود دارند . حضور یون آهن در آبها بسته به غلظت ، می تواند سبب ایجاد رنگ زرد مایل به قهوه ای، طعم نامطلوب آب ، ایجاد لکه های رنگی بر روی لباسها و غلظت باالی آن سبب ایجاد رسوب در لوله ها و تجهیزات صنعتی می شود . حضور منگنز در آب سبب ایجاد لکه های قهوه ای رنگ بر روی لباسها و ایجاد ذرات سیاه رنگ بر روی وسایل گشته و همچون آهن طعم نامطلوبی در چای و قهوه ایجاد می کند. ترکیبات آهن در آب به دو صورت یون دو ظرفیتی) فرو( و سه ظرفیتی )فریک( می باشند . ترکیبات آهن موجود در آبهای سطحی بیشتر به صورت فریک می باشند ، زیرا در اثر مجاورت آب با هوا ، اکسیژن کافی موجود در آب ، ترکیبات آهن را به طور کامل اکسید شده تبدیل می کند . ترکیبات فریک شکل کامالً اکسید شده ترکیبات فرو می باشند . ترکیبات موجود در آب چاه نیز معموالً به صورت فرو می باشند که در صورت تماس با هوا ،از حالت فرو به فریک تبدیل می گردد. ترکیبات فرو از طریق کاربرد رزینهای تبادل یونی کاتیونی )عموماً سدیمی( قابل حذف می باشند . با این وجود حضور ترکیبات فریک می تواند بر روی بستر رزینی تشکیل رسوب نموده و عملکرد سیستم را مختل نماید . از اینرو باید از ورود ترکیبات فریک به داخل سیستم جلوگیری نمود ، لذا ضروری است تا از تماس آب با هوا جلوگیری نمود . جهت احیاء این رزینها از آب نمک استفاده می شود . رزینهای تبادل هیدروژنی نیز برای جداسازی یونهای فرو از آب به کار می روند . برای احیاء این رزینها از اسید سولفوریک استفاده می شود. Ca(ClO)2کلسیم کلریت هیپو 6-3 ICEC(Iranian Chemical Engineering Club) 75 کلرعنصری گازی شکل به رنگ زرد مایل به سبز است که در سال 1774 توسط شیمیست سوئدی کشف گردید wihelm carl. این گاز در گروه 17 جدول تناوبی قرار دارد که به سری هالوژن معروف است . کلر در طبیعت به صورت آزاد وجود ندارد و معمول ترین منشأآن نمک طعام می باشد. کلر باعث آزردگی دستگاه تنفس می شود . گازی که پرده های مخاطی را می آزارد و مایعی که پوست را می سوزاند . مقدار کمی در حدود 1000 ppm. آن احتماال در پی کمی تنفس عمیق کَشنده است ، این عنصر در طبیعت فقط به حالت ترکیب یافت می شود و مهمترین ترکیب آن با سدیم به صورت نمک یافت میشود مثل نمک طعام NaCl کارنالیت و سیلویت. این عنصر یک عنصر هالوژن است که توسط الکترولیز به دست می آید .کلر کاربرد وسیعی در زندگی روزمره دارد . از این عنصر برای گندزدایی آب استفاده می شود که آب را به صورت نوشیدنی سالم در اختیار قرار می دهد . آب آشامیدنی همیشه مقدار کمی کلر دارد. همچنین این عنصر به طور گسترده در تولید کاغذ، مواد رنگی و جوهر ، در صنعت منسوجات و پارچه در تولیدات نفت، دارو، یک عامل گندزدا، در حشره کشها ، غذاها ، حاللها، رنگها ، پالستیکها و بسیاری دیگر از تولیدات مصرفی مورد استفاده قرار می گیرد. بیشتر ترکیبات کلر برای بهداشت آب آشامیدنی )به عنوان ماده ضدعفونی آب( و سفید کننده ها، مواد ضدعفونی کننده ، و فرآوری پارچه مورد استفاده قرار می گیرد. همچنین از این عنصر برای ساخت کلراتها ، کلروفرم، تترا کلرید کربن و استخراج برم استفاده می شود. 3-7آهک هیدراته آهک هیدراته یک ترکیب غیر آلی با فرمول شیمیایی 2)OH(Ca می باشد که جهت کنترل PH در صنایع تصفیه آب استفاده می شود.این محصول پودری شکل وبه رنگ سفید می باشد. ICEC(Iranian Chemical Engineering Club) 76 3-8آب ژاول آب ژاول که در فارسی به آن مایع سفید کننده و وایتکس نیز گفته می شود ، محلولی است سمی که برای گندزدایی و بو زدایی به کار می رود. از این ماده در صنعت به عنوان رنگ زدا و سفیدکننده پارچه و خمیر کاغذ استفاده می شود . در خانه ها برای ضدعفونی کردن سبزی ها و سفید کردن رخ تها به هنگام رختشویی از آب ژاول استفاده می کنند. آب ژاول محلولی است حاوی درصدی از هیپوکلریت سدیم (NaClO (در آب که این نسبت بسته به مصارف مختلف ، متفاوت است و نسبت به درصد آن با نام های گوناگون در بازار به فروش می رسد . رنگ آن نزدیک به زرد و بوی تند کلر می دهد . خاصیت ضدعفونی کننده آب ژاول به دلیل تولید کلر آزاد می باشد. چنانچه به اشتباه نوشیده شود باید فورا شیر نوشید. ژاول محلولی ناپایدار است ودر اثر حرارت و نور به تدریج خاصیت خود را از دست م یدهد. آب ژاول را از دمیدن گاز کلر درمحلول سدیم هیدروکسید تهیه می کنند. 3-9 پلی کلراید آلومینیم در آبهای سطحی انواع مختلفی از مواد معلق و کلوئیدی وجود دارد که جهت حذف مواد معلق در تصفیه خانه های آب باید از مواد منعقد کننده استفاده گردد. یکی از جدیدترین مواد منعقدکننده تصفیه آب پلی آلومینیوم کلراید با عالمت اختصاری PAC می باشد. آبهای سطحی عموماً محتوای انواع مختلفی از ناخالصی های کلوئیدی هستند که باعث کدورت و تا حدودی رنگ می شوند . برای حذف کلوئیدهای آب باید ذرات مجزای کلوئید با هم مجتمع و از نظر اندازه بزرگ شوند . ICEC(Iranian Chemical Engineering Club) 77 برای این کار می توان ازمواد شیمیایی استفاده کرد . این مواد نیروهایی را که موجب پایداری ذرات کلوئیدی می شوند خنثی می کنند. به فرآیند ناپایدارسازی ذرات کلوئیدی آب ، انعقاد شیمیایی می گویند . سپس به ذرات ناپایدار شده در حالی که به آرامی به هم زده می شود زمان داده می شود تا لخته ها ایجاد شوند که به این عمل فلوکوالسیون می گویند . سرانجام آب از حوضچه ته نشینی رد می شود و در آنجا حذف مواد جامد لخته شده آب بوسیله ته نشینی انجام می شوند. سیلیس10-3 سیلیس یا سیلیسیم دی اکساید با فرمول شیمیایی: SiO2 فراوانترین ترکیب اکسیدی موجود در پوسته زمین است . سیلیس در طبیعت به صورت آزاد و یا به صورت ترکیب با سایر اکسیدها وجود دارد. از این ماده در صنایع تصفیه آب و فاضالب در دانه بندی های مختلف بر حسب میلیمتر جهت پائین بردن کدورت آب و زالل سازی در فیلترهای شنی در چند الیه استفاده می کنند. ICEC(Iranian Chemical Engineering Club) 78 3-11متابی سولفیت سدیم بعنوان یک احیا کننده و نگهدارنده مواد غذایی و سفید کننده درصنایع مختلف استفاده می گردد. از این محصول نیز به عنوان حفاظت از ممبران در برابر آلودگی های میکروبی و مواد اکسید کننده در مواقعی که دستگاه زمان طوالنی خاموش است استفاده می شود. 3-11-1کاربرد متابی سولفیت سدیم برخی از موارد کاربرد آن به شرح ذیل می باشد: در تصفیه آب جهت کلر زدایی آب قبل از ورود آب به سیستم اسمز معکوس. در صنایع غذایی بعنوان نگهدارنده و جلوگیری کننده از فساد مواد غذایی. در صنایع عکاسی در محلول ظهور جهت اسیدی کردن محلول ثبوت. در صنایع چرمسازی جهت آهک زدایی پوست. در صنایع آبکاری جهت تصفیه فاضالب حاوی یون کروم شش ظرفیتی و جهت جدا کردن کلراضافی بعد از ازبین رفتن یون سیانید. در صنایع کاغذ سازی جهت سفید گری. در صنایع شیمیایی بعنوان احیا کننده جهت خالص سازی وجداسازی آلدییدها وکتونها و تولید سولفوکسیناتها )ماده پایه شامپو بچه(. در صنایع نساجی بعنوان تمیز و سفید کننده پشم و دیگرالیاف طبیعی ، جهت تولید رنگهای خمره ای ICEC(Iranian Chemical Engineering Club) 79 در صنایع دارویی جهت تولید استامینوفن و به مقدار کم به بعضی از داروها اضافه می شود. 3-12 بایوساید و مواد آنتی باکتریال ماده ای با قابلیت جلوگیری از فعالیت بعضی از آنزیم های حیاتی باکتری ، بخصوص آنهایی که در تنفس و گلیکولیز دخالت دارند و آزادسازی محتویات داخل سلول باکتری به محیط اطراف آن می باشد. از سوی دیگر با افزایش زمان تماس و غلظت ، ترکیبات نیتروژن و فسفر سلول باکتری به محیط اطراف ریخته و باکتری از بین می رود)مرحله باکتریوساید(. این محصول یک عامل فعال در سطح کاتیونی با اثر سریع و نسبتا طوالنی می باشد. 3-13رزین های کاتیونی و آنیونی رزین های تعویض یونی ذرات جامدی هستند که می توانند یون های نامطلوب در محلول را با همان مقدار اکی واالن از یون مطلوب با بارالکتریکی مشابه جایگزین کنند. میزان تبادل یونی که رزین قادر است با محیط خود انجام دهد را ظرفیت رزین می گویند که بر حسب اکی واالن از یون های قابل تعویض و یا میلی گرم معادل کربناتی به ازاء واحد حجم رزین بیان می شود. رزین های تعویض یونی را می توان به دو گروه رزین های کاتیونی و رزین های آنیونی تقسیم کرد و معموال بر ICEC(Iranian Chemical Engineering Club) 80 حسب حجم فروخته می شوند. استفاده از رزین های تعویض یونی یا سختی گیر ها در صنعت تصفیه آب و فاضالب و باالخص سیستم اسمزمعکوس موجب جلوگیری از تشکیل رسوب روی ممبران ها و باال بردن راندمان دستگاه RO می گردد. 3-14ضدرسوب - آنتی اسکاالنت وجود محلول رسوب نمکهای کم محلول و عدم کاربرد ترکیبات آنتی اسکاالنت موجب گرفتگی ممبرانهای RO ,و نیز منجر به کاهش راندمان زود هنگام دستگاههای تصفیه آب خواهد شد.از رسوبات متداول می توان به کربنات کلسیم سولفات کلسیم و سولفات باریم سولفات استرانسیم اشاره نمود . رسوب سیلیکا و فلوراید کلسیم CaFنیز با وجود اینکه کمتر تشکیل می شوند اما مشکالت ناشی از آنها به شدت مشکالت رسوبات ذکر شده نیز می باشد . آنتی اسکاالنت بر پایه اسید فسفونیک ) فسفونیت ها(می باشد
- ۰۰/۰۱/۲۱