پیش تصفیه اولترا فیلتراسیون قبل از استفاده از اسمز معکوس

منابع آب در بسیاری از مناطق جهان به دلیل عوامل مختلف به طور فزاینده ای در حال کاهش هستند. رشد مداوم جمعیت (به ویژه در آفریقا و آسیا)، آلودگی آب‌های سطحی و زیرزمینی توسط پساب های صنعتی و فاضلاب خانگی تصفیه نشده، توزیع ناهموار منابع آب و خشکسالی دوره ای، ارگان‌های تامین آب را مجبور به جستجوی منابع جدید آب کرده است.
در حال حاضر ، تأمین آب عمدتا از طریق آب‌های سطحی و آب‌های زیرزمینی صورت می‌گیرد که به ترتیب بیش از 21/63 و 36 درصد از کل آب را تشکیل می‌دهند (شکل 1). نمک زدایی و استفاده مجدد از فاضلاب به ترتیب فقط 0.29٪ و 0.19٪ از تامین آب را شامل می‌شوند. با این حال، آب های زیرزمینی به عنوان یک منبع تجدید ناپذیر در نظر گرفته می شود، بنابراین سهم آب‌های زیرزمینی در برداشت کل با گذشت زمان کاهش خواهد یافت. پیش بینی می‌شود که در آینده‌ای نزدیک نمک زدایی و استفاده مجدد از فاضلاب به رشد قابل توجهی برای تأمین نیازهای آب برسد.

منبع آب به کل برداشت آب
شکل 1. منبع آب به کل برداشت آب
تخمین زده می‌شود که ظرفیت جهانی استفاده مجدد از آب از 19.4 میلیون متر مکعب در سال 2005 به 33.7 میلیون متر مکعب در سال 2010 و به 54.5 میلیون متر مکعب در سال 2015 افزایش یابد که 181 درصد افزایش در طول یک دهه می‌باشد (شکل 2). استفاده از فاضلاب تصفیه شده به خصوص مورد توجه صنایع قرار گرفته است. فاضلاب تصفیه شده می‌تواند به عنوان آب خنک کننده در نیروگاه‌ها و پالایشگاه‌های روغن و همچنین به عنوان آب در فرآیندهای صنعتی استفاده شود. اسمز معکوس (RO) یک فرآیند پیشرفته تصفیه آب است که با عبور دادن آب از یک غشا نیمه تراوا، نمک‌ها و سایر مواد جامد محلول را حذف می‌کند. مقبولیت بالای این فناوری به دلیل کاهش هزینه ها و انرژی مورد نیاز می‌باشد،  هزینه ممبران در حال حاضر نسبت به  10 سال قبل، به نصف کاهش یافته است. با پیشرفت های حاصل شده در این فن آوری، حجم آب قابل تصفیه با یک سیستمRO در سال های اخیر سه برابر شده است.
شکل 2. رشد جهانی استفاده مجدد از آب
شکل 2. رشد جهانی استفاده مجدد از آب

فرایند RO

در یک سیستم اسمز معکوس، یک غشای نیمه تراوا بین دو محفظه قرار می‌گیرد. آب خالص از یک محلول نمکی رقیق از طریق غشا ممبران به داخل یک محلول نمکی غلیظ تر جریان می‌یابد. غشا اجازه می‌دهد تا آب از طریق آن به هر دو طرف نفوذ کند، اما نمک و سایر مواد جامد محلول نمی توانند از آن عبور کنند. سیستم سعی خواهد کرد در هر دو طرف غشا به غلظت یکسان برسد. تنها راه ممکن برای رسیدن به تعادل، عبور آب از محفظه آب خالص به محفظه حاوی نمک است تا محلول نمک رقیق شود.
اسمز می‌تواند باعث افزایش ارتفاع محلول غلیظ شده شود که تا زمانی که فشار ستون آب (محلول نمک) زیاد شود افزایش می‌یابد به طوری که نیروی این ستون آب جریان آب را متوقف می کند. به نقطه تعادل این ارتفاع ستون آب از نظر فشار آب در برابر غشا، فشار اسمزی گفته می شود.

اگر نیرویی به این ستون آب وارد شود، می‌تواند جهت جریان آب از غشا را برعکس کند. این اساس اصطلاح اسمز معکوس است. این جریان معکوس می تواند از محلول نمک، آب خالص را تولید کند.
در پروژه‌های استفاده مجدد از فاضلاب، آب ورودی که وارد سیستم تصفیه تکمیلی می‌شود اغلب کیفیت بسیار پایین تری نسبت به آب سطحی دارد. این آب برای جلوگیری از ایجاد گرفتگی در غشا ممبران و اطمینان از عملکرد مطلوب، باید قبل از ورود به سیستم RO تحت فرایند پیش تصفیه قرار بگیرد.

با استفاده گسترده از فناوری اولتر افیلتراسیون (UF) و میکرو فیلتراسیون طی 10 سال گذشته، غشاهای UF بیشتری به عنوان پیش تصفیه RO در تصفیه پروژه های استفاده مجدد از پساب استفاده شده‌اند. غشاهای UF ذرات، باکتری ها و سایر آلودگی‌هایی را که می توانند به سیستم RO آسیب برسانند را از جدا می کنند. این غشاها از منافذ میکروسکوپی تشکیل شده‌اند که می‌توانند ذرات معلق را فیلتر کنند. فناوری UF مزایای بسیاری برای فرآیند RO دارد:

  • جریان طراحی RO بیشتر (سرعت عبور آب از غشا)
  • فضای کم مورد نیاز
  • جایگزینی غشای RO به طور قابل توجهی کاهش می یابد
  • می تواند آب ورودی با کیفیت متغیر و ضعیف را تصفیه کند
  • مدت استراحت کوتاه
  • کاهش نیاز به تمیز کردن شیمیایی RO عامل اصلی در کاهش هزینه های عملیاتی است.

پیش تصفیه اولتر افیلتراسیون قبل از اسمز معکوس در استفاده مجدد از فاضلاب

جدول 1 نشان می دهد که بیش از 70٪ فاضلاب مورد استفاده مجدد فقط تا نیم یا یک سوم استاندارد می شوند، که می توانند برای مصارف کشاورزی مناسب باشند. آب برای مصارف صنعتی باید با فناوری هایی مانند (RO/Nanofiltration (NF تحت تصفیه بیشتر قرار گیرد.

جدول 1. استاندارد فرایند تصفیه استفاده مجدد از فاضلاب
جدول 1. استاندارد فرایند تصفیه استفاده مجدد از فاضلاب

استفاده از فرایند بیوراکتور غشایی MBR نیز به عنوان یکی از گزینه های پیش تصفیه RO کاربرد دارد که می تواند فرایند تصفیه تکمیلی را کوتاه تر و به صرفه تر نماید.