روش‌های متداول تصفیه و شیرین‌سازی آب

روش‌های متداول تصفیه و شیرین‌سازی آب

فرآیند تصفیه و شیرین‌سازی آب  

تمام فرآیندهایی که باعث تغییر ترکیب شیمیایی و رفتار طبیعی منبع آبی می‌شود تصفیه و شیرین‌سازی آب نامیده می‌شود. این روش‌ها به سه دسته  فیزیکی، شیمیایی و زیستی تقسیم می‌شوند.

به منظور شناخت و بررسی روش‌های متداول تصفیه و شیرین‌سازی آب اولین کار شناخت آلودگی‌های موجود در آب است. به دلیل تنوع موجود در آلودگی‌ها در این مقاله تنها به ذکر مهم‌ترین آلودگی اکتفا می‌شود. آلودگی‌های آب عبارتند از :

مواد بیماری‌زای میکروبی،

آلودگی‌های آلی مصنوعی، آلودگی‌های آلی فرار،

تری هالو متان، رادیو اکتیو،

سولفور، کلریدها، سرب و مس، فلوراید،

نیترات، آرسنیک، پنبه نسوز،

عوامل سختی، گل آلودگی، رنگ.

روش‌های متداول تصفیه آب

هر روش یا فرآیندی که باعث تغییر رفتار طبیعی و ترکیب شیمیایی  منبع آبی شود را تصفیه و شیرین‌سازی آب  می‌نامند. روش‌های تصفیه آب به سه دسته تقسیم می‌شوند:

روش‌های تصفیه فیزیکی،

روش‌های تصفیه شیمیایی،

روش‌های تصفیه زیستی ( بیولوژیکی).

1. روش‌های تصفیه فیزیکی

روش‌های تصفیه فیزیکی عبارتند از:

غربال کردن، فیلتراسیون ماسه‌ای، فیلتراسیون کارتریجی، فلتراسیون ون توسط آلومینای فعال شده، فیلتراسیون توسط کربن فعال شده و فیلتراسیون توسط ممبران‌ها.

2. روش‌های تصفیه شیمیایی

انواع روش‌های تصفیه شیمیایی عبارتند از:

انعقاد و فیلتراسیون، تعویض یونی، کاهش سختی یا نرم‌سازی توسط آهک، گندزدایی، تقطیر، دمش هوا، تنظیم ph.

3. روش‌های تصفیه زیستی

روش‎های مختلف تصفیه زیستی که جهت تصفیه پساب استفاده می‌شوند عبارتند از: تصفیه هوازی و تصفیه بی‌هوازی.

اسمز مستقیم و اسمز معکوس

تکنیک اسمز معکوس در مقابل اسمز مستقیم به کار می‌رود. در اسمز مستقیم، زمانی که دو محلول با غلظت‌های مختلف توسط یک ممبران نیمه تراوا از یکدیگر جدا شوند به گونه‌ای که امکان عبور حلال از ممبران وجود داشته باشد در حالی‌که اجزاء حل شده قادر به عبور از آن نباشند یم انتقال خود به خود حلال رخ خواهد داد. حلال که معمولاً آب است از سمت با غلظت کمتر به سمت با غلظت بیشتر حرکت خواهد کرد.

فرآیند اسمز می‌تواند معکوس شود. اعمال فشار به یک محلول غلیظ‌تر باعث نفوذ حلال از ممبران نیمه تراوا و قرار گیری آن در محلول‌ها باغلظت کمتر خواهد شد. اصطلاح اسمز معکوس به شکل جداسازی یون‌های حل شده و مولکول‌های کوچک که باعث آلوده شدن آب می‌گردند، اختصاص دارد. در اسمز معکوس فشاری بیشتر از فشار اسمزی به محلول ورودی و غلیظ‌تر اعمال می‌شود. نتیجه این فرآیند این است که شاهد جریان حلال از قسمت غلیظ‌تر به سمت رقیق‌تر باشیم. اندازه اندک حفره‌ها در این نوع ممبران‌ها مسدود شدن آنها را نسبت به انواع دیکر محتمل‌تر می‌سازد. اگر چه پیشرفت‌های اخیر در تکنولوژی ممبران منجر به گسترش ممبران‌هایی شده است که در فشارهای کمتری کار می‌کنند. به کارگیری ممبران‌های با فشار کمتر به معنی ذخیره انرژی الکتریکی و کاهش هزینه است.

حذف آلودگی‌ها توسط ممبران اسمز معکوس

توانایی حذف آلودگی توسط اسمز معکوس بسیار وسیع است و شامل موارد زیر است:

حذف نمک‌ها، مواد قندی، پروتئین ‌ها، فلزات سنگین و فلزات رادیو اکتیو.

حذف یون‌های منفرد حل شده و عوامل مسبب سختی.

حذف ویروس‌ها و باکتری‌ها تا سقف ۹۹%

حذف پنبه نسوز، انواع مزه‌ها، رنگ‌ها، ترکیبات شیمیایی ایجاد کننده بو، ذرات، جامدات محلول و گل‌ولای.

نانوفیلتراسیون

نانوفیلتراسیون یک دیگر از فرآیندهای جداسازی به کمک ممبران است. در این فرآیند از ممبران‌های نازک و متخلخل با اندازه حفره در حدود یک‌هزارم تا پنج هزارم میکرون بهره می‌گیرد. به دلیل بزرگتر شدن اندازه حفره‌ها در ممبران‌های نانوفیلتراسیون، این ممبران‌ها توانایی کار کردن در فشارهای پایین‌تری نسبت به ممبران‌های اسمز معکوس را دارند

اولترافیلتراسیون

ممبران اولترافیلتراسیون به طور قابل ملاحظه‌ای متخلخل‌تر از دو نوع دیگر است. وجود تخلخل‌های با اندازه بزرگتر در این ممبران‌ها، فلاکس بیشتر جریان و در عین حال فشار ورودی کمتر را سبب می‌شود.

در این روش، کلوئیدها، جامدات معلق، میکروارگانیسم‎ها، مولکول‌های آلی با وزن مولکولی بالا و پروتئین‌ها از درون ممبران عبور نخواهند کرد و 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 معکوس است.

شیرین‌سازی آب  لب شور

یکی از کاربردهای مهم ممبران‌ها در بخش تصفیه آب، شیرین‌سازی آب ‌ لب شور است. به طور میانگین آب دریا تقریباً حاوی ۱۳۵۰۰۰mg نمک است. برای مصرف یک آب استاندارد، میزان نمک آن باید کمتر از ۱۲۵۰mg  باشد. برای تهیه یک آب استاندارد از آب حاوی نمک، نیاز به ممبرانی با خاصیت دفع نمک تا ۹۹.۳% است تا با یک بار عبور آب، آن را به میزان استاندارد نمک زدایی کند.

مصرف انرژی

یکی از عوامل بسیار مهم در فرآیند شیرین‌سازی آب مصرف انرژی است. مصرف انرژی کمتر منجر به کاهش هزینه محصول می‎شود. تنها انرژی مصرفی در روش اسمز معکوس، انرژی الکتریکی لازم برای راه اندازی پمپ‎ها است. از از دیگر آیتم‌ها در تعین هزینه سیستم هزینه انرژی مصرف شده و هزینه نگهداری و تعمیرات است. در میان سیستم‌های شیرین‌سازی آب هزینه روش اسمز معکوس نسبت به سایر روش‌ها به طور قابل ملاحظه‌ای کمتر است.

هنگامی که بحث دمای آب شور برگشتی و اثرات مخرب آن بر روی اکوسیستم آب مطرح می‌شود فرآیند اسمز معکوس کمترین اثر منفی را بر روی محیط اطراف خواهد گذاشت این حقیقت در کنار حداقل میزان خروجی اتمسفری ناشی از مصرف کمتر انرژی باعث گردیده است که به عنوان یک انتخاب دوست‌دار طبیعت مطرح شود.