مرجع تخصصی آب و فاضلاب

دو شيوه غشايي تصفيه آب , يعني اسمز معکوس و الکترودياليز ,براي حاکميت بر بازار بسيار گسترده اي که بصورت دائم , بدليل افزايش محدوديت هاي منابع آب  تشديد ميشود, با همديگر رقابت دارند.

گرچه اسمز معکوس تاريخچه کهن تري داشت , ليکن از نظر زماني , الکترودياليز سريعتر از اسمز معکوس توسعه پيدا کرد , و امروزه هردو، پايه هاي تئوري پر سر و صداي خود را دارند.

 در دهه 60 ميلادي اين فقط الکترودياليز بود که در صنعت استفاده مي شد و از واحدهاي (صنعتي) اسمز معکوس خبري نبود تا اينکه تکنولوژي توسعه ساختارهاي آلي وضعيت را دگرگون کرد . و از نتايج آن ساخت غشاهاي استات و پلي آميد  در پي غشاءهاي پربازده فين فايبر بود و اسمز معکوس شروع به تسلط در ميان عمليات غشائي کرد. ساختار ساده واحدهاي اسمز معکوس و در دسترس بودن غشاءها حتي به شرکتهاي کوچک نيز اجازه داد تا اين واحدها را سر پا نموده و ورود خود به بازار را توسعه دهند.

براي دو دهه تجربه عملياتي، سيستم هاي اسمز معکوس نقاط  قوت خود را نمايان ساخت , اما رضايتمندي ابتدايي بمرور کنار گذاشته شد و بزودي زمان آن رسيد که با  يک طرز برخورد واقع بينانه  با هر دو روش , شيوه اي که بهينه باشد , انتخاب گردد.

تفاوت هاي بنيادين

سه عامل مهم در بررسي هاي مربوط به انتخاب دستگاههاي تصفيه آب به روش غشايي مورد بررسي قرار ميگيرند تا با استفاده از آنها بتوان انتخاب مناسب را انجام داد. اين عوامل عبارتند از

·   الف ) پيش تصفيه آب

·   ب )  دوره تعويض غشاءها

·   ج )  مصرف انرژي (برق)

الف )  پيش تصفيه آب

اين عامل معمولاً از سوي شرکت هاي فروشنده اسمز معکوس مسکوت گذاشته مي شود.حساسيت بالاي غشاءها در مقابل انواع مختلف ناخالصي هاي آلي و غير آلي ,نيازمند بکار بردن تمهيدات گسترده اي در واحدهاي اسمز معکوس مي باشد که بوجود آنها در سيستم هاي الکترودياليز نياز نمي باشد.اين موضوع بدليل قوانين کاملاً متفاوت حاکم بر تصفيه در اين دستگاهها , بسيار طبيعي مي باشد.

موضوع کاملاً خطرناک براي هم دستگاههاي اسمز معکوس و هم الکترودياليز , تهديد نمک هاي سختي دار, خصوصاً نمک هاي کلسيم  است اين در حاليست که حذف مواد آلي بسادگي با استفاده از اسيد کلريدريک, کربن فعال, تصفيه بيولوژيکي آب و .... صورت مي پذيرد.

براساس اطلاعات شرکت IONICS  , حداقل هفت دليل براي محبوبيت دستگاههاي الکترودياليز در مقابل دستگاههاي اسمز معکوس وجود دارد.اين مزايا مي توانند با جايگزين کردن غشاءهاي اکريلي با غشاءهاي دي وينيل استايرن بنزن افزايش يابد.

1) دستگاههاي الکترودياليز به آب خوراک با کيفيت بالا نياز نداشته و در مقايسه با سيستم هاي اسمز معکوس کمتر نسبت به مسايل پيش تصفيه حساسند.سيستم هاي الکترودياليز قادر به انجام عمليات تصفيه آب , با آبهاي خوراکي با SDI  متوسط 12, در مقايسه با SDI  متوسط 3, که مناسب براي دستگاههاي اسمز معکوس هستند مي باشند.طراحي دقيق و پرهزينه اي براي رسيدن به SDI معادل 3 به همراه استفاده از مواد شيميايي نياز مي باشد.

2) سيستم.هاي الکترودياليز , براي انجام عمليات با باقيمانده کلر آزادي در حدPPM 1 مناسب مي.باشند. اين درحاليست که سيستم.هاي اسمز معکوس , نيازمند انجام عمليات حذف کلر آزاد , جهت محافظت از اضمحلال غشاءهاي اسمز معکوس به علت اکسيداسيون بوسيله کلر آزاد مي باشد. توانائي انجام عمليات الکترودياليز با باقيمانده کلر , احتمال گرفتگي بيولوژيکي  در غشاءها را , در يک سيستم با قابليت اعتماد بيشتر ,به حداقل ممکن ميرساند.

3) الکترودياليز ظرفيت اسمي بازدهي اوليه.اي در دامنه 80 تا 90 درصد براي آبهاي شور را دارد. ولي سيستم.هاي اسمز معکوس بطور نرمال داراي بازدهي بسيار پائين تري , در دامنه 65 تا 70 درصد مي.باشند. بازدهي بالا در دستگاههاي الکترودياليز , باعث کاهش مصرف آب خوراک در اين پروژها و همچنين کاهش هزينه هاي دفع پس آبها مي شود.

4) غشاءهاي الکترودياليز بوسيله باکتري ها مورد حمله قرار نگرفته و تحت تاثير دماي بالا قرار نميگيرند. بنابر اين به محلول خاصي جهت جلوگيري از رشد باکتري ها, براي ذخيره سازي دراز مدت در مخزن ذخيره نياز ندارند. ولي سيستم هاي اسمز معکوس به محلول هاي خاصي در دماي بالا نياز دارند. غشاء هاي الکترودياليز با استفاده از اسيد,آب نمک و کاستيک تميز مي شوند در حاليکه غشاء هاي اسمز معکوس به مواد شيميايي مخصوص و گران قيمتي نياز دارند. اين امر نيز مهم است که تخليه اين مواد شيميايي به محيط زيست با تصفيه اضافي بيشترامکان پذير مي باشد يا خير؟

5) تکنولوژي غشاءهاي ضخيم و زمخت دستگاه الکترودياليز , طول عمر 7 تا 10 سال را تضمين مي.کند. طراحي غشاءهاي اسمز معکوس متاثر از حساسيت آنها نسبت به عوامل عملياتي متفاوت , آنها را براي 5 تا 7 سال در نظر گرفته است.

6) نگرش تغيير قطب.ها در الکترودياليز باعث کنترل رسوب گذاري در غشاءها بدون استفاده از مواد شيميايي اضافه مي گردد. سيستم هاي اسمز معکوس نيازمند اضافه نمودن اسيد و عوامل بازدارنده رسوب هستند. در نتيجه آبهاي دور ريز اسمز معکوس شديداً اسيدي بوده و نيازمند خنثي سازي بوسيله کاستيک مي باشند و امکان تخليه آن به محيط زيست وجود ندارد.

7) تميز کاري غشاءهاي الکترودياليز مي توانند بصورت دستي و بدون آسيب ديدن خصوصيات غشاء صورت پذيرد. اين امر بدليل ساختار "صفحه و قاب" بودن الکترودياليز است. غشاءهاي اسمز معکوس معمولاً بصورت حلزوني (مارپيچي) بوده و نمي توانند بصورت دستي تميز گردند و بنابر اين بايد جايگزين گردد.

بر اساس اطلاعات فني فوق و مزاياي اقتصادي , استفاده از الکترودياليز ترجيح داده مي شود.

 راههاي ارائه شده توسط سازندگان دستگاههاي اسمز معکوس براي رفع مشکلهاي فوق در مقاله اي ديگر ارائه خواهد شد        .   

چگونگي جريان آب در سيستم غشايي الکترودياليز در شکل شماره 1 نشان داده شده است.

مهاجرت آنيونها و کاتيونها از ميان غشاءها با توجه به جنس غشاء صورت مي گيرد و جريان اصلي آب موازي با غشاء است (عمود بر جريان مهاجرات يونها).در مورد واحدهاي اسمز معکوس شکل ديگري کاربرد دارد (شکل 2).

جريان آب تحت تاثير فشار از ميان غشاء عبور مي کند. از نقطه نظر کلي آنچه مشخص است اين است که مورد دوم نياز به پيش تصفيه بيشتري دارد.در مورد سيستم هاي بزرگ تصفيه آب به روش اسمز معکوس نقطه نظرهايي وجود دارد که مطابق آن سرمايه گذاري براي پيش تصفيه که ممکن است تا هشت مرحله صورت پذيرد تقريباٌ 50% از سرمايه گذاري کل خواهد بود.

+    آنيون              - کاتيون

      جريان آب                                                                                 جريان آب

شکل شماره 1:چگونگي جريان آب در واحدهاي الکترودياليز                        شکل شماره 2:چگونگي جريان آب در واحدهاي اسمز معکوس

 در جدول زير طرح پيش تصفيه آب در مورد دستگاههاي الکترودياليز و اسمز معکوس نمايش داده شده است.

با وجود اينکه در جدول فوق همه احتمالات در نظر گرفته نشده , ولي مي توان گفت که سيستم هاي الکترودياليز به پيش تصفيه ساده تري نياز دارند.

ب) دوره هاي تعويض غشاءها

1- اسمز معکوس

غشاهاي اسمز معکوس نازک و نسبت به خشک شدن بسيار حساس هستند.اين غشاءها خصوصيات خود را بين نيم تا يک سال کاملاً حفظ مي کنند و طول عمري در حدود 5 تا 7 سال دارند و تقريباً 50% از هزينه هاي واحد اسمز معکوس را در بر مي.گيرند.

2- الکترودياليز

·غشاءهاي الکترودياليز ذمخت و بسيار مقاومند.

·نسبت به خشک شدن بسيار مقاوند و اين امر بسيار مهمي , خصوصاٌ در کشورهايي با آب و هواي خشک مي باشد

·اين غشاءها به آساني با محلولهاي اسيدي احياء ميشوند.

· طول عمر عملياتي غشاءها تا 8 سال بوده و در برخي موارد تا 20 سال نيز گزارش شده است.

از اين نقطه نظر نيز برتري با الکترودياليز مي باشد.

ج) مصرف برق (انرژي)

1- اسمز معکوس

اين امر بعنوان يک قانون کلي کاربردي  درمورد واحدهاي تصفيه آب که با آب اقيانوسها  با درصد جرمي نمک 3.5 تا 4 % کار ميکنند , وجود دارد که فشار عملياتي بايستي حداقل 7 تا 8 مگا پاسکال در مرحله اول باشد.براي شيرين سازي 1 متر مکعب از آب اقيانوس در حدود 25 کيلو وات ساعت بر متر مکعب انرژي نياز است.

2- الکترودياليز

بر اساس تجارب موجود براي تصفيه آبهاي شور ,دو قاعده فرموله شده است

·   الف ) مصرف انرژي براي عمليات تصفيه آب در دامنه 1.2 تا 2.5 کيلو وات ساعت در هر متر مکعب متغير است

·   ب ) در حدود 1 کيلو وات ساعت  انرژي براي حذف 1 کيلو گرم نمک مورد نياز مي باشد.

بنابر اين ملاحظات اقتصادي بيشتر نشانگر اين خواهد بود که تصفيه آب با غلظت نمکي بالاتر از 12 گرم بر ليتر در سيستم هاي اسمز معکوس مزيتي محسوب خواهد شد

مرجع تخصصی آب و فاضلاب