تاریخچه تحقیق در رابطه اسمز معکوس

درحال مشاهده: تاریخچه تحقیق در رابطه اسمز معکوس

ادعونی اهدای خون

تاریخچه تحقیق در رابطه اسمز معکوس

۱۳۹۰/۰۲/۳۰

20:25

امیرحسین ستوده بیدختی

طی دهه گذشته بیشتر تحقیقات پایه و کاربردی در باره گرفتگی بیولوژیکی غشاء در جنوب کالیفرنیا در حال انجام بوده است. برای مثال در واحد آب 21 که در کالیفرنیا واقع شده است لجن گرفتگی غشاء سالیانه بیش از 700 هزار دلار هزینه در بر دارد که این رقم تقریباً 25% هزینه سالیانه بهره برداري که شامل شستشوی شیمیایی و افت کارآیی غشاء است. این واحد در سال 1970 ساخته شد تا جهت جلوگیری از نفوذ آب دریا، فاضلاب شهری را تصفیه و به آبهای زیر زمینی تزریق کند. در این واحد مشخص گردید که لجن گرفتگی در کار آیی غشاء تاثیر زیادی دارد. همچنین کاهش آشکار و عمده شار غشاء بر اثر تجمع لایه ژلاتین که مانع نفوذ می شود. ( به عنوان مثال بیو فیلم ) ، این ماده موجب تخریب سریعتر غشاء یا اجزای سیستم ( به عنوان مثال ، لوله ها) توسط تماس مستقیم (آنزیم باکتری ) یا فرآیند غیر مستقیم (تغییر pH ) همراه با سوخت وساز میکروبی طبیعی و گسترش لایه بیولوژیکی به وقوع می پیوند.

در ایالت متحده کاهش تولید در اثر گرفتگی بیولوژیکی اسمز معکوس، موجب استفاده از فرآیندهای مخصوص پیش تصفیه آب خوراک و مواد شیمیایی، افزایش هزینه بهره برداری و نگهداری، مصرف انرژی توسط سیستم و کاهش عمر مفید غشاء شده است که در نهایت ده ها میلیون دلار خسارت به همراه داشته است.

از دیگر تحقیقات انجام شده، در خصوص گرفتگی بیو لوژیکی می توان به تحقیقات در واحد یوما واقع در ایالت آریزونای آمریکا اشاره کرد. این واحد قادر است میلیونها لیتر آب از رودخانه کارداو، قبل از ورود به مکزیکو را نمک زدایی کند. در نمک زدایی یوما، به آب خوراک، آمونیاک تزریق می شود. آمونیاک با کلر آزاد واکنش داده، کلر آمین تشکیل می دهد که حالت اکسید کنندگی آن به اندازه کلر آزاد نیست. و کلر آمین دارای خاصيت بایوساید بوده، درنتیجه از غشاء در مقابل فعالیت بیولوژیکی محافظت می کند.

در یک سیستم اسمز معکوس در سان دیاگو ایالت کالیفرنیا، طی یک هفته30% از آب محصول کاهش پیدا کرد. اسمز معکوس در پایین دست صافی های کربن فعال قرار داشت که تعداد بیشماری باکتری توسط این صافی ها وارد آب خوراک می شد. تعداد باکتریهای مهاجر بالغ بر چندین هزار عدد در یک میلی ليتر بودند. در این واحد زمانی که سیستم اسمز معکوس در سرویس است، اسید پر استیک با غلظت ppm 4/0 (در حضور ppm 2 پر اکسید هیدروژن ) به آب خوراک تزریق می شد. اگر چه با تزریق اسید، کاهش قابل توجهی در شمار باکتریها مشاهده نمی شد. ولی روند کاهش آب محصول متوقف می شد. بعد از گذشت دو ماه دبی آب محصول ثابت گردید.

مرکز دیالیز کلیه واقع در مینه سوتا دچار مشکل رشد باکتری در دو سیستم موازی اسمز معکوس، تانکهای ذخیره و شبکه توزیع شده بود. سیستم تصفیه آب این مرکز هر هفته به صورت آنی و ناپیوسته ضد عفونی می شد. دو سیستم انتخاب شده مشخص در پایین دست صافیهای کربن فعال شده قرار دارند و این صافی ها دارای آلودگی بیولوژیکی سنگین هستند. این صافیها موجب جاری شدن باکتریها در سیستم اسمز معکوس می شوند.

یکی از بزرگترین واحدهای تولید آب اسمز معکوس از آب دریا در جهان واحد آدور در کشور بحرین می باشد. در این واحد تعدادی مشکل دست پا گیر باعث کاهش ظرفیت تولید درکمترین مقدار خود به همراه بیشترین برنامه شستشو شیمیایی، گرفتگی شدید غشاءها و تعویض زود به هنگام غشاء ها باعث تعجب کارشناسان متخصص نمک زدایی گردید. تجربه و کوشش متخصصین جهت حل مشکل و یافتن بهترین راه حل به استفاده از تکنولوژی غشاءها UF جهت بهبود آب خوراک و بازیابی قابلیت هدایت الکتریکی ، در قسمت پیش تصفیه منتهی گردید. غشاءهایUF نصب و راه اندازی شد ولی بزودی مشخص گردید که خود غشاءها UFنیاز به پایش و اصلاح بیشتری دارد. تعدادی مشکلات جزئی در سیستم UF روی کار آیی سیستم تاثیر گذاشته و باعث کاهش ظرفیت تولید و افزایش هزینه های تولید گردید. سپس در یک پروژه تحقیقاتی جداگانه دیگر تحت عنوان نوسازی واحد آدور طرح بهبود ممبرانهای UF و استفاده از گونه های دیگری از غشاءهای اسمز معکوس پیشنهاد گردید.

پیتس در سال 1995 بیان می کند که چطور بار ظرفیتی ذرات می توانند به طور چشمگیری بوسیله ولتاژ بالا رفته ایجاد شده با یک سیستم ظرفیت دهنده تحت تاثیر قرار گیرند. كه این سبب یک افزایش سریع در بار سطحی سطوح خیس شده و یک کاهش در تنش سطحی محلول بالک می گردد. یک الکترود سرامیکی18 اینچی و یک تامین کننده برق kv DC30 در قسمت مکش پمپ واحد اسمز معکوس در واحد آب آشامیدنی در تاکسون آریزونا ( AZ ) نصب شدند. هدف از اینکار مطالعه اثر الکتروستاتیک ولتاژ بالا ایجاد شده با الکترود، روی غشاها به عنوان راهی برای جلوگیری از رسوبهای بیولوژیکی بوده است. مهمترین نتیجه این مطالعه افزایش نرخ بازیافت پرميت بود. نرخ بازیافت بیانگر میزان آب تولید شده بعنوان درصدی از آب خوراک سیستم می باشد. نمودارها نرخ بازیافت، نرخ پس دهي نمك و افت فشار غشاها را بترتیب بطور متوسط 26/77% ، 97% و Kpa 474 بوده است. این یک افزایش 3% در نرخ بازیافت را نشان می دهد. طبق گزارشات، غشاها نیازمند این بودند که هر 3-4 ماه تمیز شوند. در این مواقع هنگامي که ظرفهاي تحت فشار باز می شدند، یک فیلم سنگینی از ( لایه بیوفیلم) روی سطح غشاها و دیواره های داخلی ظرف ها پوشانده بود. در پایان دوره آزمون، یکی از ظروف برای بازرسی چشمی باز شد و آنچه مشاهده شد سطح تمیزی بر روی دیواره داخلی ظروف و روی غشاها عاری از بیوفیلم بود. 2 ماه بعد از اینکه اولین دوره آزمون پایان یافت، غشاها تمیز شدند ( البته نه بدلیل افت فشاردرعملکرد) برخلاف تجربه های تمیز کردن قبلی، بازده غشاها بعد از شستشو بالا نرفت که این نشان می دهد غشاها در طول 9 ماه دوره تصفیه تمیز مانده بودند.

در پالایشگاه البرتوپاسکوالنسی بار آلودگی بالای آب خوراک سیستم اسمز معکوس باعث تخریب غشاء بدلیل گرفتگی بیولوژیکی می شود بطوریکه بایو فیلم در تمام قسمتهای پیش تصفیه دیده می شود. درتحقیق انجام شده در این پالایشگاه AOC و DOC در نقاط مختلف سیستم اندازه گیری و مقایسه گردید. و علی رغم اینکه از یک بایوساید 30 برابر بیشتر از مقدار لازم استفاده شد ولی رشد میکرواورگانیزمها کاهش نيافت و یا متوقف نشد.

در تحقیق دیگری که در کشور اسپانیا در یک واحد تصفیه فاضلاب که مجهز به تصفیه ثانویه است از اسمز معکوس با غشاءهای سلولز استات در مقیاس آزمایشگاهی به عنوان تصفیه ثالثیه استفاده گردید. این تحقیق نشان داد که بهینه سازی پیش تصفیه به جهت کاهش گرفتگی بیولوژیکی با تثبیت لجن تولیدی و کنترل pH و مقدار تزریق کلرورفریک برای انعقاد ولخته سازی، کیفیت آب خروجی بالا رفته و قابل تزریق به آبهای زیر زمینی می باشد

در حالی که گرفتگی بیولوژیکی یکی از چالشهای بزرگ در سیستم های اسمز معکوس است در تحقیق دیگری که در مقیاس آزمایشگاهی انجام شده امکان سنجی استفاده از صافی های بیولوژیکی برای کاهش مشکل گرفتگی بیولوژیکی بررسی گردید در این تحقیق فعالیتهای بیولوژیکی در سیستم اسمز معکوس اعم از خوراک، محصول و مواد تزریقی مورد آزمون قرار گرفت و پارامترهای بهره برداری همچون اختلاف فشار و جریان محصول پایش گردید و اثر راکتور بیولوژیکی در کاهش AOC و DOC مورد بررسی قرار گرفت. بایو راکتور به طور موثری توانست باعث كاهش AOC و DOC شود. این تحقیق نشان داد که استفاده از بایو راکتور یک روش پیشگیرانه ساده و اقتصادی جهت کنترل لجن گرفتگی می باشد.

عربستان سعودي يكي از كشورهايي مي باشد كه به شدت با مشكل محدوديت منابع آب مواجهه است. بطوري كه در سال 2000 ميزان مصرف 20ميليون متر مكعب بود. بيشترين مصرف آب در اين كشور در بخش كشاورزي، صنعتي و دامپروري مي باشد. از طرف ديگر يك سوم آب شيرين سازي جهان در اين كشور صورت مي گيرد. با توجه به اين كه گرفتگي بيولوژيكي يكي از مشكلات اساسي سيستم هاي اسمز معكوس مي باشد استفاده از اين تكنولوژي بدليل تخريب غشاءها در عربستان را با محدوديت مواجهه كرده است.

واحد تصفيه آب همسيكرك در شمال هلند (با ظرفيت 20 ميليون متر مكعب در سال) درنيمه دوم سال 1999 به بهره برداري رسيد كه داراي سيستم پيش تصفيه شامل: انعقاد، لخته سازي و فيلتراسيون مي باشد. درابتدا غشاءها هر 400 ساعت شستشو مي گرديد، ولي با پايش پيش تصفيه و بهينه كردن مواد شيميايي تزريقي و با نصب الترافيلتراسيون واستفاده از زیست کش در شستشوي معكوس ميزان گرفتگي 25% كاهش يافت.

كنترل گرفتگي غشاءها يك چالش بزرگ براي صنايع آب مي باشد . گرفتگي بر روي كارآيي سيستم تاثير گذار است و باعث افزايش هزينه هاي بهره برداري مي گردد. اولين قدم براي كنترل گرفتگي شناخت كامل نوع و تركيبات گرفتگي است. يك بررسي كلي براي شناخت گرفتگي بوسيله آزمون تشريح مشخص مي شود. آزمون تشريح به همراه ارزيابي داده هاي پيش تصفيه براي درك گرفتگي بسيار مهم است. مقايسه نتايج داده ها با نتايج آزمون تشريح عملكرد واحد را نشان مي دهد. مواد شيميايي كه تزريق مي گردد (مانند آنتي اسكالانت) نشان مي دهد كه ماهيت گرفتگي داراي چه تركيباتي مي باشد. اين بانك اطلاعاتي حتي ميزان ريسك گرفتگي بيولوژيكي را نشان مي دهد. درك نوع گرفتگي در بهبود و كنترل گرفتگي بسيار موثر و مفيد مي باشد. بسياري از مطالعات پايلوت پلنت نشان مي دهد كه مشكلات گرفتگي مي تواند بوسيله انواع ديگري بجز آن گرفتگي كه ما انتظار داشتيم بوجود آيد.

در تحقیق انجام شده در کشور آمریکا توسط چیلدرس اندازه گیری پتانسیل زتا در سطح غشاءهای اسمز معکوس و ارتباط شیمی محلول روی بارسطحی انجام گرفت و تاثیر بارسطحی بر روی جریان محصول و آب دور ریز مورد بررسی قرار گرفته است. این نکته حائز اهمیت است که میکرواورگانیزم نیز همانند یک ذره باردار تحت تاثیر بار سطحی غشا قرار می گیرند.

استفاده از بایو سایدها وبخصوص کلر اگرچه ممکن است در بهره برداری و راهبری سیستم مفید واقع شود اما از سوی دیگر ممکن است که مشکل بایو فولینگ را تشدید نیز کند زیرا میکرواورگانیزم ها در مقادیر پایین بایوساید اغلب پلی ساکارید تراوش می کنند که این پلی ساکاریدها باعث تشکیل بایو فیلم و محافظت از خودشان می شوند. در تحقیق انجام شده در کشور انگلیس علت و اثر تشکیل بایو فیلم سفت و محکم شده مورد بررسی قرار گرفت و افزایش اختلاف فشار بیانگر این موضوع بود که رشد بایو فولینگ بسیار شدید می باشد. از 100 غشاء در سراسر دنیا که مورد آزمون تخریب قرار گرفت بیانگر این موضوع بود که بجز غشاءهایی که دارای مقدار زیادی قارچ می باشند شرایط تقریباً یکسان است. این تحقیق نشان داد که تعدادی از واحدهایی که تزریق کلر را کاهش دادند ، بایوفولینگ کاهش یافته است. نتیجه مهمی که دراین تحقیق حاصل گردید نشان داد که نوع باکتریها مختص همان منطقه می باشد و با شستشوی شیمیایی قابل حذف شدن می باشند.

واحد آب تانتان با مشکل گرفتگی بیولوژیکی شدیدی مواجهه شده بود بطوری که ماهی دو بار شستشوی شیمیایی انجام می گردید این درحالی بود که کیفیت آب حتی در حضور باکتریهای هوازی و بی هوازی خوب بود. آنالیز بایوفیلم نشان داد که مقدار زیادی باکتری هتروتروفیلیک سودوموناس و باکتری آهن وجود دارد. با فرض اینکه علت تشکیل بایو فیلم نقطه تزریق تیو سولفات سدیم که قبل از صافی های فشنگی بوده تحقیقات انجام شد و نشان داد که صافی فشنگی همچون یک بایو راکتور برای سیستم اسمز معکوس که در بالا دست صافی فشنگی ها قرار دارد عمل می کند. باتغییر و جابجایی ساده محل تزریق تیوسولفات سدیم به بعد از صافی فشنگی، مشکل بر طرف گردید.

در کشور تایوان در تحقیقی، اثر تنش برشی و غلظت کلر بر روی رشد میکرواورگانیزم های هتروتروفیلیک بررسی گردید نتایج تجربی بیانگر این موضوع بود تعداد باکتریهای بایو فیلم با افزایش غلظت کلرین کاهش می يابد و افزایش تنش برشی( تا یک حد مشخص) باعث کاهش پتانسیل بایو فیلم می شود. این تحقیق نشان داد که اثر متقابل و با معنی بین غلظت کلرین و برش تنشی وجود ندارد.

مشکل اصلی بهره برداری ازسیستم های اسمز معکوس و نانو فیلتراسیون گرفتگی بیولوژیکی و گرفتگی ذرات در توزيع كننده خوراك می باشد. در تحقیقی که در سال 2007 در کشور فرانسه صورت گرفت نشان داد که شستشو المنتهای اسمزمعکوس با آب و هوا و یا تزریق سولفات مس میتواند در کنترل گرفتگی بیولوژیکی بسیار موثر باشد. این تحقیق همچنین نشان داد که اگر از هر دو با هم استفاده شود نتیجه مطلوبتر خواهد بود.

غشاءهای مقاوم در برابر گرفتگی از سال 1996 به بازار معرفی گردیدند.تغیرات شیمیایی، فیلم نازک و غشاء آروماتیک پلی آمیدی جهت ساختار المنتهای حلزونی مناسب گردید. در تحقیقی که در سال 2000 در کشور آمریکا بر روی این نوع غشاءها انجام گردید ، دلایل تاریخی و تجربیات زمینه ای در طول چهار سال بر روی دو نسل اولیه این نوع غشاءها مورد بررسی قرار گرفت.

عارضه گرفتگی بیولوژیکی در 30 المنت غشایی نانوفیلتراسیون و اسمز معکوس که از 13 واحد جمع آوری شده بود مورد بررسی قرار گرفت. پارامترهای بایومس شاملATP و TDC وHPC مورد بررسی قرار گرفت. مقدار بایو مس به پارامترهای بهره برداری همچون جریان نرمال شده و اختلاف فشار نرمال شده بستگی دارد. پایش آب خوراک واحدهای اسمز معکوس و نانوفیلتراسیون با پایش پارامترهای بایومس، ATP و TDC به اجرا در آمد و AOC نیز پایش گردید، سپس ساختار گرفتگی بیو لوژیکی در 13 واحد مورد بررسی قرار گرفت.

مشکل گرفتگی بیولوژیکی یکی از بزرگترین مشکلات سیستمهای اسمز معکوس در راه رسیدن به اهداف نهایی است. در تحقیقی که در کشور کره شمالی در سال 2002 انجام گردید اثر غشاءهای TFC ترکیب شده با TiO₂ برای حل مشکل گرفتگی بیولوژیکی مورد بررسی قرار گرفت و نشان داد که استفاده از این نوع غشاء در کاهش گرفتگی بیولوژیکی موثر و اقتصادی است.

استفاده از اسمز معکوس یک روش رایج جهت نمک زدایی آب دریاها است. در طول چهار دهه گذشته تکنولوژی غشاءها به سمت استفاده از غشاءهای با فلوی مخصوص سوق داده شده است ولی با وجود این هنوز مشکل گرفتگی بیولوژیکی که یکی از مشکلات اصلی سیستمهای اسمز معکوس است کماکان بهبود پیدا نکرده است. در این تحقیق چگونگی استفاده از صافی کربن فعال به جهت کاهش گرفتگی بیولوژیکی با کاهش DOC مورد بررسی قرار گرفته است.

در تحقیقی دیگر بررسی شستشوی شیمیایی غشاءهای اسمز معکوس با گرفتگی آلی بوسیله محلولهای نمک غلیظ بررسی گردید. بعنوان گرفتگی آلی از پلی ساکاریدها و یک ماده آلی طبیعی استفاده شد. با تغییر پارامترهای شیمیایی و فیزیکی موثر بر روی بازدهی شستشوی شیمیایی فرایند و مکانیزم عمل شستشو بررسی گردید. فاکتورهای شیمیایی شامل غلظت نمک، نوع نمک و ترکیب گرفتگی آلی و پارامترهای فیزیکی شامل مدت زمان تماس سرعت جریان متقاطع، دمای محلول شستشو و سرعت تولید آب محصول می باشد. سپس با AFM مکانیزم مورد بررسی قرار گرفت. نتیجه بدست آمده حاکی از آن بود که شستشو با نمک یک روش موثر شستشو می باشد و در جایی که بخش بیشتر گرفتگی آلی آبدوست است مفید می باشد.

ازروش EXSOP برای پایش بصورت مشاهده مستقیم بر روی تشکیل رسوب سطحی معدنی روی سطح غشاءهای اسمز معکوس استفاده شد. این سیستم شامل یک سل اسمزمعکوس بصورت قاب و صفحه ای با یک پنجره نوری می باشد که قادر است فشارهای تا mpa 4/2 را تحمل کند. به هنگام بهره برداری سیستم اسمز معکوس با یک میکروسکوپ نوری این بررسی انجام شد. نتیجه اینکه سیستم EXSOP برای پایش مستقیم رسوب گذاری و گرفتگی در واحدهای اسمز معکوس می تواند مورد استفاده قرار گیرد و همچنین با این سیستم می توان تاثیر گرفتگی های کلوئیدی و گرفتگی های بیولوژیکی و همچنین تاثیر ضد رسوب ها و نیز برنامه های شستشو غشاء را ارزیابی کرد.

دینامیک گرفتگی یک میکروصافی بوسیله ماده آلی طبیعی در یک سری آزمایشات فیلتراسیون بررسی شد. فقط در صد کمی ( کمتر از 3% ) از ملکولهای ماده آلی طبیعی بوسیله غشاء دفع شد. اما ماده آلی دفع شده بطور قابل توجهی شار آب محصول از غشاء با تخلخل 025/0 میکرو متر را کاهش داد. با افزایش شار، سرعت گرفتگی نیز افزایش یافت. گرفتگی ابتدا بوسیله باریک شدن سوراخهای غشاء و در نهایت با گرفتگی کامل آن بوسیله ژل ماده آلی اتفاق افتاد. ملکولهای ماده آلی در آب محصول مرحله اول فیلتراسیون هیچ گرفتگی بر روی صافی دوم ایجاد نمی کنند هر چند طولانی تر شدن زمان ماند آب محصول بر روی صافی دوم گرفتگی را بر روی آن بیشتر می کند. نتیجه بدست آمده نشان داد که حداقل برای نمونه مطالعه شده در این مقاله گرفتگی غشاء در مرحله دوم فیلتراسیون با سرعت بسیار کمتری نسبت به مرحله اول انجام می شود بدین معنی که اجزاء ماده آلی طبیعی که عامل گرفتگی می باشند بطور انتخابی در مرحله اول حذف شده است.

نویسنده:مهرداد افشار

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

موضوعات مرتبط: کیفیت,خطوط آبرسانی,شبکه توزیع و تصفیه آب

برچسب‌ها: اسمز معکوس , RO , Reverse Osmosis

ادامه مطلب

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

درحال مشاهده: تاریخچه تحقیق در رابطه اسمز معکوس

تاریخچه تحقیق در رابطه اسمز معکوس

لیست مطالب

آرشیو موضوعی

برچسب ها

صفحات مهم

لینک دوستان

پیوندها

نویسندگان

آخرین مطالب

آرشیو