ساخت ستون تصفیه آب با نانوفناوری - جلسه دوم- روش‌های تصفیه آب
تصفیه آب به روش های مختلفی انجام می شود، در این درسنامه می خواهیم این روش ها را معرفی نموده و با آنها بیشتر آشنا شویم...
نویسنده : یگانه داودی
بازدید :
زمان تقریبی مطالعه :
تاریخ : سه شنبه 1398/10/17 ساعت 15:42
1-فرآیند جذب سطحی
جذب سطحی فرآیند تجمع مواد موجود در محلول بر روی یک‌فاز مشترک مناسب می‌باشد. جذب سطحی یک عملیات انتقال جرم است که در آن یک جزء موجود در فاز مایع به فاز جامد منتقل می‌شود. ماده جذب‌شونده، ماده‌ای است که در فاز مشترک از مایع حذف می‌شود. جاذب، ماده جامد، مایع یا گازی است که ماده جذب‌شونده بر روی آن تجمع می‌یابد. فرایند جذب سطحی به شکل گسترده‌ای در تصفیه فاضلاب به کار نرفته است، ولی نیاز به کیفیت بهتر پساب خروجی تصفیه‌شده شامل کاهش سمیت، منجر به آزمایش‌های گسترده و کاربرد فرایند جذب سطحی بر روی کربن فعال‌شده است.
مهم‌ترین جاذب‌ها عبارت‌اند از کربن فعال، جاذب‌های مصنوعی پلیمری و سیلیکاتی، هرچند که جاذب‌های مصنوعی پلیمری و سیلیکاتی به دلیل هزینه بالا به‌ندرت برای تصفیه استفاده می‌شوند. کربن فعال معمولاً به دو صورت گرانوله و یا پودری برای تصفیه آب بکار گرفته می‌شوند. میزان تولید گرانول و پودر کربن فعال در کشور ما به دلیل استفاده‌ی محدود در برخی صنایع و تصفیه‌خانه‌های آب اندک بوده و در صورت تصمیم به استفاده از جاذب‌های کربنی برای استفاده به‌عنوان فرآیند تصفیه پیشرفته در تصفیه‌خانه‌های شهری و صنعتی نیاز به گسترش زیرساخت‌های تولید آن در کشور و منطقه می‌باشد.
از سویی دیگر این مواد پس از مدتی راهبری و استفاده به‌تدریج به دلیل تجمع مواد آلاینده بر روی سطحشان کارایی خود را از دست می‌دهند و زمانی که کیفیت پساب خروجی از سیستم جاذب کربنی به حداقل قابل‌قبول برای استاندارد رسید، می‌بایست که کربن موجود، بازیابی، احیا و یا دور ریخته شود. به همین علت استفاده از واحدهای جذب کربنی چه در حالت گسسته و چه در حالت پیوسته نیازمند صرف هزینه‌های زیاد سرمایه‌گذاری و بهره‌برداری می‌باشد. بازیابی و احیای جاذب گرفته‌شده دشوارترین و پرهزینه‌ترین بخش تکنولوژی جذب می‌باشد که این میزان برای سیستم کربن فعال گرانوله بستر ثابت بالغ‌بر 75 درصد هزینه‌های راهبری و نگهداری می‌گردد. با توجه به هزینه‌های بالای احیا و بازسازی کربن اشباع‌شده حتی اگر تصمیم به دفع آن گرفته شود به دلیل وجود آلاینده‌های بسیار در توده کربن می‌باید جهت جلوگیری از نشت مجدد این مواد به محیط‌زیست به‌صورت خاص و به‌عنوان پسماند خطرناک دفع گردد که به‌تبع آن، صرف هزینه‌های بالایی را می‌طلبد.
با توجه به موارد مطرح گردیده، در صورت استفاده از جاذب‌های کربنی در کشور برای حذف آلاینده‌ها از پساب به دلیل فراهم نبودن زیرساخت‌های تولید انبوه و همچنین احیا، بازیابی و یا امحاء مواد اشباع‌شده، این فرآیند و تکنولوژی با چالش‌های اساسی مواجه خواهد بود.
میزان سطح ویژه جاذب یکی از خواص مهم در قدرت حذف آلاینده‌ها می‌باشد که با میزان حذف مواد رابطه مستقیم دارد. هرچه بتوان در فرآیند تولید ذرات، جاذب ریزتری به دست آورد که خلل و فرج بیشتری داشته باشند و درواقع کریستال‌های صفحه‌ای بیشتری در توده کربن وجود داشته باشد، با توجه به نیرو‌های درگیر در فرآیند انتظار حذف مواد برای جرم مشخصی از این جاذب بیشتر می‌باشد.
از سویی دیگر خواص شیمیایی سطحی کربن فعال عامل مهم دیگری است که می‌تواند در افزایش راندمان جذب مواد به سطوح کربنی کمک نماید. عدم همگونی و یکنواختی سطوح کربنی به‌طور مؤثری در تعیین ظرفیت جذب دخیل می‌باشد. این عدم همگونی در سطح عمدتاً به دلیل وجود گروه‌های اکسیژنی است که به‌رغم مقادیر اندک، خصوصیاتی مانند اسیدیته سطحی، قطبیت یا آب‌گریزی و بار سطحی را تحت تأثیر قرار می‌دهد.
2- تبادل یونی
تبادل یونی یک واحد فرآیندی است که در آن یون‌های معینی در مواد تبادلی غیر محلول با یون‌های گوناگون موجود در محلول جایگزین می‌شود. متداول‌ترین کاربرد این فرآیند در نرم‌سازی آب شهری است که در آن یون‌های سدیمی رزین تبادل کاتیونی جایگزین کلسیم و منیزیم در آب تصفیه‌شده گردیده و سختی را کاهش می‌دهند.
تبادل یونی، یکی از متداول‌ترین روش‌های تصفیه مورداستفاده برای حذف فلزات می‌باشد. تأسیسات و کارگاه‌هایی که ممکن است فاضلاب حاوی مقادیر بالای فلزات را تخلیه کنند مانند صنایع الکترونیک، آبکاری و پردازش فلزات می‌توانند از این فرآیند جهت حذف فلزات از پساب‌های خود قبل از انتشار به محیط استفاده کنند. امکان اجرای اقتصادی فرآیندهای تبادل یونی برای حذف فلزات، زمانی که فرآیند جهت حذف و بازیابی فلزات باارزش بکار رود، بسیار بهبود می‌یابد. ازآنجاکه ساخت رزین‌هایی برای کاربردهای خاص در حال حاضر عملی است، استفاده از رزینی که تمایل انتخابی بالایی به فلز یا فلزات موردنظر دارد نیز جنبه‌های اقتصادی تبادل یونی را بهبود می‌دهد.
عملکرد سیستم‌های تبادل یونی تا حد بسیار زیادی بستگی به نوع رزین و کیفیت ساخت آن دارد. علاوه بر خصوصیات شیمیایی آن‌که مربوط به پلیمر بکار رفته و ترکیبات یونی متصل می‌گردد، برخی خصوصیات فیزیکی نیز در عملکرد فرآیند مؤثرند. به‌عنوان نمونه اندازه و یکنواختی ذرات رزین دارای نقشی دوگانه است. از یک‌سو هرچه اندازه ذرات ریزتر باشند، سطح ویژه کل افزایش‌یافته و سایت‌‌های فعال بیشتری در اختیار یون‌ها قرار می‌گیرد. ولی از سویی دیگر با ریز شدن ذرات، افت فشار افزایش‌یافته که می‌تواند باعث افزایش مصرف انرژی و آسیب‌دید‌گی دانه‌های رزین گردد. لذا انتخاب رزین‌هایی با مشخصات شیمیایی و فیزیکی مناسب دارای نقش تعیین‌کننده‌ای در عملکرد فرآیند تبادل می‌باشد.
به دلیل فرآیند پیچیده تولید، شرکت‌های تولیدکننده رزین‌های تبادل یونی در دنیا نیز محدود بوده و تولیدکنندگان نسبتاً مشخصی دارد. ازاین‌رو به دلیل وارداتی بودن این رزین‌ها، هزینه‌های نسبتاً بالای تهیه آنها، کاربرد فرآیند تبادل یونی در سطح کشور، تقریباً محدود به‌سختی گیرهای آب و تهیه آب دمین برای برخی صنایع می‌گردد. نیاز به پیش‌تصفیه در این مورد حتی هزینه‌ها را بالاتر می‌برد زیرا آب ورودی به سیستم‌های تبادل یونی باید دارای مشخصات ویژه و کمترین میزان جامدات معلق، آهن، منگنز و برخی موارد دیگر باشد که در غیر این صورت باعث گرفتگی و ایجاد مشکلات مضاعف برای سیستم می‌گردد. لذا با توجه به فقدان ظرفیت‌های بومی‌سازی فرآیند تعویض یونی در کشور، امکان اقتصادی و فنی استفاده ازاین‌روش به‌طور گسترده برای تصفیه تکمیلی پساب‌ها، تا مرتفع‌شدن این مسائل، وجود نخواهد داشت.
3-فرآیندهای غشایی
در سال‌های اخیر، عواملی از قبیل افزایش تقاضا، كاهش كیفیت منابع آب و استانداردهای بسیار سخت‌گیرانه حاكم موجب افزایش توجه‌ها به فناوری‌های غشایی شده است. بهبود در تكنولوژی غشاء سبب جدایی جامدات معلق، تركیبات محلول و بیماری‌زاهای انسان (ویروس‌ها، انگل‌ها و باكتری‌ها) از آب گردید و اطمینان خاطری جهت استفاده آب اصلاح‌شده برای اهدافی كه شامل تماس مستقیم انسان بود را ایجاد نمود. اصلی‌ترین فرآیند‌ها برای تصفیه آب، غشاء‌های میکروفیلتراسیون (MF) ، اولترافیلتراسیون (UF) و اسمزمعکوس (RO) می‌باشند. سیستم‌های MF و UF قادر به حذف اجزاء بیولوژیكی آب (یعنی باكتری‌ها و ویروس‌ها) و كاهش رسوبات وارد بر سیستم اسمز معكوس می‌باشند. سیستم‌های NF یا RO در مواردی كه حذف کلوئیدها و عناصر حل‌شده موردنظر است، كاربرد بیشتری دارند. فیلتراسیون غشایی با فشار كم (MF یا UF) می‌تواند همانند كلاریفایر ثانویه جهت حذف میزان بیشتری مواد معلق استفاده شود. چهار نوع فیلتر غشا با جریان متقاطع وجود دارد:
• میکرو فیلتراسیون (MF)
• اولترافیلتراسیون (UF)
• نانو فیلتراسیون (NF)
• اسمز معکوس (RO)
3-1- میکرو فیلتراسیون (MF)
میکروفیلتراسیون ذرات با قطر تقریبی 1/0 تا 1 میکرون را حذف می‌کند. عموماً در این روش جامدات معلق و کلوئیدهای بزرگ حذف می‌شوند و ماکرو مولکول‌ها و جامدات حل‌شده از میان غشاهای (MF) عبور می‌کنند. کاربرد آنها شامل حذف باکتری مواد لخته شده یا مقدار کل جامدات معلق (TSS) می‌باشد. فشار غشا نوعاً psi10 (7/0 بار) است.
3-2- اولترافیلتراسیون (UF)
اولترافیلتر جداسازی ماکرو مولکولی را برای ذرات در محدوده 20 تا 1000 آنگستروم (تا 1/0 میکرون) تحقق می بخشد. تمام نمک‌های حل‌شده و مولکول های کوچک‌تر، از غشا عبور می‌کنند. مواردی که از غشا رد نمی-شوند عبارت‌اند از کلوئیدها، پروتئین‌ها، آلاینده های میکروبیولوژی و مولکول های آلی بزرگ. بیش ترین غشاهای UF ذرات با وزن مولکولی بین 1000 تا 100000 را جدا می‌کنند. فشار عملیاتی غشا نوعاً 15 تا 100 Psi (1 تا 7 بار) است.
3-3- نانو فیلتراسیون (NF)
نانو فیلتراسیون به فرایند غشای خاصی گفته می‌شود که در آن ذرات با اندازه تقریبی 1 نانومتر (10 آنگستروم) دفع می گردند. ازاین‌رو نانوفیلتر NF در محدوده بین RO و UF عمل می‌کند. با این فناوری مولکول های آلی که دارای وزن مولکولی بزرگ‌تر از 400-200 هستند و نیز نمک‌های محلول تا حدود 98-20 درصد جدا می گردند. نمک هایی که یون‌های تک ظرفیتی دارند (مانند کلرید سدیم یا کلرید کلسیم) از 20 تا 80 درصد و یون‌های دو ظرفیتی (مانند سولفات میزیم) بالغ‌بر 90 تا 98 درصد جدا می‌شوند. دیگر کاربردها شامل حذف کلر و مجموع کربن های آلی (TOC) از آب‌های سطحی حذف سختی یا رادیوم از آب چاه، کاهش مجموع جامدات معلق (TDS) و جداسازی مواد آلی از غیر آلی در صنایع غذایی خاص و پساب می‌باشد. فشار عملیاتی بین 50 تا Psi 225 (5/3 تا 16 بار) است.
3-4- اسمز معکوس (RO)
اسمز معکوس عالی ترین سطح از بین روش‌های فیلتراسیون موجود می‌باشد. غشا RO به‌عنوان یک مانع برای تمام نمک‌های محلول و مولکول های غیر آلی و مولکول های آلی با وزن مولکولی تقریبی بیش از 100 عمل می‌کند. به‌عبارت‌دیگر فقط مولکول های آب به‌طور آزاد از میان غشا عبور کرده و جریان خالصی را تولید می‌کنند. عملیات حذف نمک‌های حل‌شده به مقدار 95 تا 99% انجام می پذیرد. کاربرد RO بی‌شمار و متنوع می‌باشد و شامل نمک‌زدایی از آب دریا و آب لب‌شور جهت مقاصد آشامیدنی، بازیافت پساب، فرآیندهای غذایی و نوشابه‌سازی، جداسازی های بیوپزشکی ، خالص سازی آب شرب خانگی و آب فرآیندهای صنعتی می‌باشد.
اساس کار اسمز معکوس بر عبور مولکول‌های غیر یونی مثل آب از یک غشاء با روزنه های بسیار ریز بناشده است. این غشاها به صورتی ساخته‌شده‌اند که مولکول های خنثی را به‌راحتی از خود عبور می‌دهند. به همین دلیل خوراک ورودی به سیستم که دارای املاح مختلف است به پسابی بسیار تمیز تبدیل می‌گردد.
4- کاربرد مواد نانوساختار در تصفیه آب
کاربردهای فناوری نانو در صنعت آب و فاضلاب به طور خلاصه در شکل (1) ارائه شده است:
برای مطالعه بیشتر می‌توانید به مقالات موجود در سایت باشگاه نانو به آدرس www.nanoclub.ir مراجعه نمایید.
نمایید.
مطالب مرتبط:
شما عزیزان می توانید برای انجام این پروژه به طرح درس های ذیل مراجعه فرمایید:
1- آلاینده‌های آب
2- روش‌های تصفیه آب
3- آشنایی با نانوزئولیت
4- سختی‌گیری و حذف کاتیون از آب زیرزمینی با استفاده از زئولیت‌های طبیعی
5- طراحی ستون نمک‌زدایی از آب
بخش پژوهش های دانش آموزی تبیان
جذب سطحی فرآیند تجمع مواد موجود در محلول بر روی یک‌فاز مشترک مناسب می‌باشد. جذب سطحی یک عملیات انتقال جرم است که در آن یک جزء موجود در فاز مایع به فاز جامد منتقل می‌شود. ماده جذب‌شونده، ماده‌ای است که در فاز مشترک از مایع حذف می‌شود. جاذب، ماده جامد، مایع یا گازی است که ماده جذب‌شونده بر روی آن تجمع می‌یابد. فرایند جذب سطحی به شکل گسترده‌ای در تصفیه فاضلاب به کار نرفته است، ولی نیاز به کیفیت بهتر پساب خروجی تصفیه‌شده شامل کاهش سمیت، منجر به آزمایش‌های گسترده و کاربرد فرایند جذب سطحی بر روی کربن فعال‌شده است.
مهم‌ترین جاذب‌ها عبارت‌اند از کربن فعال، جاذب‌های مصنوعی پلیمری و سیلیکاتی، هرچند که جاذب‌های مصنوعی پلیمری و سیلیکاتی به دلیل هزینه بالا به‌ندرت برای تصفیه استفاده می‌شوند. کربن فعال معمولاً به دو صورت گرانوله و یا پودری برای تصفیه آب بکار گرفته می‌شوند. میزان تولید گرانول و پودر کربن فعال در کشور ما به دلیل استفاده‌ی محدود در برخی صنایع و تصفیه‌خانه‌های آب اندک بوده و در صورت تصمیم به استفاده از جاذب‌های کربنی برای استفاده به‌عنوان فرآیند تصفیه پیشرفته در تصفیه‌خانه‌های شهری و صنعتی نیاز به گسترش زیرساخت‌های تولید آن در کشور و منطقه می‌باشد.
از سویی دیگر این مواد پس از مدتی راهبری و استفاده به‌تدریج به دلیل تجمع مواد آلاینده بر روی سطحشان کارایی خود را از دست می‌دهند و زمانی که کیفیت پساب خروجی از سیستم جاذب کربنی به حداقل قابل‌قبول برای استاندارد رسید، می‌بایست که کربن موجود، بازیابی، احیا و یا دور ریخته شود. به همین علت استفاده از واحدهای جذب کربنی چه در حالت گسسته و چه در حالت پیوسته نیازمند صرف هزینه‌های زیاد سرمایه‌گذاری و بهره‌برداری می‌باشد. بازیابی و احیای جاذب گرفته‌شده دشوارترین و پرهزینه‌ترین بخش تکنولوژی جذب می‌باشد که این میزان برای سیستم کربن فعال گرانوله بستر ثابت بالغ‌بر 75 درصد هزینه‌های راهبری و نگهداری می‌گردد. با توجه به هزینه‌های بالای احیا و بازسازی کربن اشباع‌شده حتی اگر تصمیم به دفع آن گرفته شود به دلیل وجود آلاینده‌های بسیار در توده کربن می‌باید جهت جلوگیری از نشت مجدد این مواد به محیط‌زیست به‌صورت خاص و به‌عنوان پسماند خطرناک دفع گردد که به‌تبع آن، صرف هزینه‌های بالایی را می‌طلبد.
با توجه به موارد مطرح گردیده، در صورت استفاده از جاذب‌های کربنی در کشور برای حذف آلاینده‌ها از پساب به دلیل فراهم نبودن زیرساخت‌های تولید انبوه و همچنین احیا، بازیابی و یا امحاء مواد اشباع‌شده، این فرآیند و تکنولوژی با چالش‌های اساسی مواجه خواهد بود.
میزان سطح ویژه جاذب یکی از خواص مهم در قدرت حذف آلاینده‌ها می‌باشد که با میزان حذف مواد رابطه مستقیم دارد. هرچه بتوان در فرآیند تولید ذرات، جاذب ریزتری به دست آورد که خلل و فرج بیشتری داشته باشند و درواقع کریستال‌های صفحه‌ای بیشتری در توده کربن وجود داشته باشد، با توجه به نیرو‌های درگیر در فرآیند انتظار حذف مواد برای جرم مشخصی از این جاذب بیشتر می‌باشد.
از سویی دیگر خواص شیمیایی سطحی کربن فعال عامل مهم دیگری است که می‌تواند در افزایش راندمان جذب مواد به سطوح کربنی کمک نماید. عدم همگونی و یکنواختی سطوح کربنی به‌طور مؤثری در تعیین ظرفیت جذب دخیل می‌باشد. این عدم همگونی در سطح عمدتاً به دلیل وجود گروه‌های اکسیژنی است که به‌رغم مقادیر اندک، خصوصیاتی مانند اسیدیته سطحی، قطبیت یا آب‌گریزی و بار سطحی را تحت تأثیر قرار می‌دهد.
2- تبادل یونی
تبادل یونی یک واحد فرآیندی است که در آن یون‌های معینی در مواد تبادلی غیر محلول با یون‌های گوناگون موجود در محلول جایگزین می‌شود. متداول‌ترین کاربرد این فرآیند در نرم‌سازی آب شهری است که در آن یون‌های سدیمی رزین تبادل کاتیونی جایگزین کلسیم و منیزیم در آب تصفیه‌شده گردیده و سختی را کاهش می‌دهند.
تبادل یونی، یکی از متداول‌ترین روش‌های تصفیه مورداستفاده برای حذف فلزات می‌باشد. تأسیسات و کارگاه‌هایی که ممکن است فاضلاب حاوی مقادیر بالای فلزات را تخلیه کنند مانند صنایع الکترونیک، آبکاری و پردازش فلزات می‌توانند از این فرآیند جهت حذف فلزات از پساب‌های خود قبل از انتشار به محیط استفاده کنند. امکان اجرای اقتصادی فرآیندهای تبادل یونی برای حذف فلزات، زمانی که فرآیند جهت حذف و بازیابی فلزات باارزش بکار رود، بسیار بهبود می‌یابد. ازآنجاکه ساخت رزین‌هایی برای کاربردهای خاص در حال حاضر عملی است، استفاده از رزینی که تمایل انتخابی بالایی به فلز یا فلزات موردنظر دارد نیز جنبه‌های اقتصادی تبادل یونی را بهبود می‌دهد.
عملکرد سیستم‌های تبادل یونی تا حد بسیار زیادی بستگی به نوع رزین و کیفیت ساخت آن دارد. علاوه بر خصوصیات شیمیایی آن‌که مربوط به پلیمر بکار رفته و ترکیبات یونی متصل می‌گردد، برخی خصوصیات فیزیکی نیز در عملکرد فرآیند مؤثرند. به‌عنوان نمونه اندازه و یکنواختی ذرات رزین دارای نقشی دوگانه است. از یک‌سو هرچه اندازه ذرات ریزتر باشند، سطح ویژه کل افزایش‌یافته و سایت‌‌های فعال بیشتری در اختیار یون‌ها قرار می‌گیرد. ولی از سویی دیگر با ریز شدن ذرات، افت فشار افزایش‌یافته که می‌تواند باعث افزایش مصرف انرژی و آسیب‌دید‌گی دانه‌های رزین گردد. لذا انتخاب رزین‌هایی با مشخصات شیمیایی و فیزیکی مناسب دارای نقش تعیین‌کننده‌ای در عملکرد فرآیند تبادل می‌باشد.
به دلیل فرآیند پیچیده تولید، شرکت‌های تولیدکننده رزین‌های تبادل یونی در دنیا نیز محدود بوده و تولیدکنندگان نسبتاً مشخصی دارد. ازاین‌رو به دلیل وارداتی بودن این رزین‌ها، هزینه‌های نسبتاً بالای تهیه آنها، کاربرد فرآیند تبادل یونی در سطح کشور، تقریباً محدود به‌سختی گیرهای آب و تهیه آب دمین برای برخی صنایع می‌گردد. نیاز به پیش‌تصفیه در این مورد حتی هزینه‌ها را بالاتر می‌برد زیرا آب ورودی به سیستم‌های تبادل یونی باید دارای مشخصات ویژه و کمترین میزان جامدات معلق، آهن، منگنز و برخی موارد دیگر باشد که در غیر این صورت باعث گرفتگی و ایجاد مشکلات مضاعف برای سیستم می‌گردد. لذا با توجه به فقدان ظرفیت‌های بومی‌سازی فرآیند تعویض یونی در کشور، امکان اقتصادی و فنی استفاده ازاین‌روش به‌طور گسترده برای تصفیه تکمیلی پساب‌ها، تا مرتفع‌شدن این مسائل، وجود نخواهد داشت.
3-فرآیندهای غشایی
در سال‌های اخیر، عواملی از قبیل افزایش تقاضا، كاهش كیفیت منابع آب و استانداردهای بسیار سخت‌گیرانه حاكم موجب افزایش توجه‌ها به فناوری‌های غشایی شده است. بهبود در تكنولوژی غشاء سبب جدایی جامدات معلق، تركیبات محلول و بیماری‌زاهای انسان (ویروس‌ها، انگل‌ها و باكتری‌ها) از آب گردید و اطمینان خاطری جهت استفاده آب اصلاح‌شده برای اهدافی كه شامل تماس مستقیم انسان بود را ایجاد نمود. اصلی‌ترین فرآیند‌ها برای تصفیه آب، غشاء‌های میکروفیلتراسیون (MF) ، اولترافیلتراسیون (UF) و اسمزمعکوس (RO) می‌باشند. سیستم‌های MF و UF قادر به حذف اجزاء بیولوژیكی آب (یعنی باكتری‌ها و ویروس‌ها) و كاهش رسوبات وارد بر سیستم اسمز معكوس می‌باشند. سیستم‌های NF یا RO در مواردی كه حذف کلوئیدها و عناصر حل‌شده موردنظر است، كاربرد بیشتری دارند. فیلتراسیون غشایی با فشار كم (MF یا UF) می‌تواند همانند كلاریفایر ثانویه جهت حذف میزان بیشتری مواد معلق استفاده شود. چهار نوع فیلتر غشا با جریان متقاطع وجود دارد:
• میکرو فیلتراسیون (MF)
• اولترافیلتراسیون (UF)
• نانو فیلتراسیون (NF)
• اسمز معکوس (RO)
3-1- میکرو فیلتراسیون (MF)
میکروفیلتراسیون ذرات با قطر تقریبی 1/0 تا 1 میکرون را حذف می‌کند. عموماً در این روش جامدات معلق و کلوئیدهای بزرگ حذف می‌شوند و ماکرو مولکول‌ها و جامدات حل‌شده از میان غشاهای (MF) عبور می‌کنند. کاربرد آنها شامل حذف باکتری مواد لخته شده یا مقدار کل جامدات معلق (TSS) می‌باشد. فشار غشا نوعاً psi10 (7/0 بار) است.
3-2- اولترافیلتراسیون (UF)
اولترافیلتر جداسازی ماکرو مولکولی را برای ذرات در محدوده 20 تا 1000 آنگستروم (تا 1/0 میکرون) تحقق می بخشد. تمام نمک‌های حل‌شده و مولکول های کوچک‌تر، از غشا عبور می‌کنند. مواردی که از غشا رد نمی-شوند عبارت‌اند از کلوئیدها، پروتئین‌ها، آلاینده های میکروبیولوژی و مولکول های آلی بزرگ. بیش ترین غشاهای UF ذرات با وزن مولکولی بین 1000 تا 100000 را جدا می‌کنند. فشار عملیاتی غشا نوعاً 15 تا 100 Psi (1 تا 7 بار) است.
3-3- نانو فیلتراسیون (NF)
نانو فیلتراسیون به فرایند غشای خاصی گفته می‌شود که در آن ذرات با اندازه تقریبی 1 نانومتر (10 آنگستروم) دفع می گردند. ازاین‌رو نانوفیلتر NF در محدوده بین RO و UF عمل می‌کند. با این فناوری مولکول های آلی که دارای وزن مولکولی بزرگ‌تر از 400-200 هستند و نیز نمک‌های محلول تا حدود 98-20 درصد جدا می گردند. نمک هایی که یون‌های تک ظرفیتی دارند (مانند کلرید سدیم یا کلرید کلسیم) از 20 تا 80 درصد و یون‌های دو ظرفیتی (مانند سولفات میزیم) بالغ‌بر 90 تا 98 درصد جدا می‌شوند. دیگر کاربردها شامل حذف کلر و مجموع کربن های آلی (TOC) از آب‌های سطحی حذف سختی یا رادیوم از آب چاه، کاهش مجموع جامدات معلق (TDS) و جداسازی مواد آلی از غیر آلی در صنایع غذایی خاص و پساب می‌باشد. فشار عملیاتی بین 50 تا Psi 225 (5/3 تا 16 بار) است.
3-4- اسمز معکوس (RO)
اسمز معکوس عالی ترین سطح از بین روش‌های فیلتراسیون موجود می‌باشد. غشا RO به‌عنوان یک مانع برای تمام نمک‌های محلول و مولکول های غیر آلی و مولکول های آلی با وزن مولکولی تقریبی بیش از 100 عمل می‌کند. به‌عبارت‌دیگر فقط مولکول های آب به‌طور آزاد از میان غشا عبور کرده و جریان خالصی را تولید می‌کنند. عملیات حذف نمک‌های حل‌شده به مقدار 95 تا 99% انجام می پذیرد. کاربرد RO بی‌شمار و متنوع می‌باشد و شامل نمک‌زدایی از آب دریا و آب لب‌شور جهت مقاصد آشامیدنی، بازیافت پساب، فرآیندهای غذایی و نوشابه‌سازی، جداسازی های بیوپزشکی ، خالص سازی آب شرب خانگی و آب فرآیندهای صنعتی می‌باشد.
اساس کار اسمز معکوس بر عبور مولکول‌های غیر یونی مثل آب از یک غشاء با روزنه های بسیار ریز بناشده است. این غشاها به صورتی ساخته‌شده‌اند که مولکول های خنثی را به‌راحتی از خود عبور می‌دهند. به همین دلیل خوراک ورودی به سیستم که دارای املاح مختلف است به پسابی بسیار تمیز تبدیل می‌گردد.
4- کاربرد مواد نانوساختار در تصفیه آب
کاربردهای فناوری نانو در صنعت آب و فاضلاب به طور خلاصه در شکل (1) ارائه شده است:
برای مطالعه بیشتر می‌توانید به مقالات موجود در سایت باشگاه نانو به آدرس www.nanoclub.ir مراجعه نمایید.
نمایید.
مطالب مرتبط:
شما عزیزان می توانید برای انجام این پروژه به طرح درس های ذیل مراجعه فرمایید:
1- آلاینده‌های آب
2- روش‌های تصفیه آب
3- آشنایی با نانوزئولیت
4- سختی‌گیری و حذف کاتیون از آب زیرزمینی با استفاده از زئولیت‌های طبیعی
5- طراحی ستون نمک‌زدایی از آب
بخش پژوهش های دانش آموزی تبیان
