نسل بعدی غشا اسمز معکوس مقاوم به رسوب آرشیو مقالات

فناوری جدید باعث صرفه­ جویی در هزینه و کاهش پاک­سازی عملیات تصفیه آب صنعتی می­ شود.

شکل 1. انواع آب صنعتی . همه اشکال نشان­ دهنده عملکرد مثبت آب داو و راهکارهای فرایندهستند.

در دسترس بودن آب و منابع، از نظر حجم و کیفیت در سطح جهانی رو به کاهش است که منجر به تغییر رویکرد تولیدکنندگان به انواع دستگاه تصفیه آب خانگی برای تخلیص منابع آب در عملیات شده است. اگرچه، تصفیه آب می تواند هزینه بردار باشد اگر فناوری­ و اجزای مناسب به اندازه کافی مناسب نیستند. این خصوصا برای زمانی است که مصرف­ کنندگان اب صنعتی دسترسی به کیفیت خوبی از منابع اب ندارند.

نسل سوم جدید به نیروگاه ­های تصفیه رسوب­ زیستی-مستعد اجازه می­دهد 30 درصد بیشتر از زمان اجرای پاک­سازی استفاده کنند و از مزایای مشکلات کاسته، هزینه شمیایی، کارگر و زمان پایین بودن سیستم استفاده کند.

تصفیه آب به روش اسمز معکوس استاندارد طلایی برای مصرف­ کنندگان آب صنعتی تبدیل شده است. این روش کم­ هزینه برای تولید آب با کیفیت، مورد استفاده در بویلر، برج خنک­ کننده و واکنش ­های صنعتی است. سالها پیش، تقاضای آب معمولا با تصفیه آب زیرزمینی یا سطحی با الاینده و TDS کم پاسخ داده می­ شد. با توجه به کاهش عرضه، کاربران صنعتی با استفاده از منابع فاضلاب محلی رو به افزایش هستند و فاضلاب فرایند خود را جهت استفاده دوباره عملیاتی بازیابی می  کنند. این آب ها حاوی مقادیر و سطوح بالای آلاینده و TDS هستند که باعث عملکرد زیر حد بهینه سیستم اسمز معکوس می­ شود. فیلتر اسمز معکوس با هدف تصفیه آب، برای نیروگاه­ های صنعتی ضروری هستند تا کارا و مقرون به صرفه بمانند.

سطوح بالای الاینده در منابع فاضلاب مختلف چالش رسوب شامل پوسته ­شدن مواد معدنی، ذرات کلوئیدی، آلی، و بیولوژیکی شده ­اند. پوسته ­شدن مواد غیرآلی و کلوئیدی یا ذرات رسوب می­ تواند مربوط به فناوری­های پیش تصفیه برای نرم کردن ( به عنوان مثال با آهک یا اضافه کردن ضد رسوب) و حذف جامدهای معلق مثلا از طریق اولترافیلتراسیون باشد. فناوری ­های پیش­ تصفیه برای کاهش مواد آلی و مواد زیستی آلی در آب – ممانعت از دو نوع دیگر رسوب – تنها بخشی موثر هستند. در نتیجه، اپراتورها بر غشاهای پیشرفته اسمز معکوس برای تصفیه اب با این الاینده ­های باقیمانده تکیه می ­کنند.

رسوب زیستی یا الی، عملکرد سیستم اسمز معکوس را شامل می­شود و شروع فرایند تمیز کردن سیستم و بازیابی عملکرد را تنظیم می­ کند. هردو عامل بهره ­وری ناکارا، رسوب بیولوژیکی حین افزایش اولین فشار تفاضلی مرحله اول مشاهده شده است. میکروب­ها به کانال خوراک المان اسمز معکوس ملحق می­شوند و بیوفیلمی برای جذب مواد مغذی آلی از آب تشکیل می­دهند. بیوفیلم رشد می­کند و شروع به بستن کانال تغذیه می­کند که باعث افزایش تفاضل فشار Dp می­شود. وقتی تفاضل فشار بیشتر از3.5 بار شود، منجر به تخریب مکانیکی بازگشت ­ناپذیری برای المان اسمز معکوس می­ شود و نتیجه باید جلوگیری شود.

رسوب الی از طرف دیگر طی کاهش شار غشا در نتیجه تجمع لایه الاینده روی سطح غشا مشاهده است که باعث توقف جریان اب می شود. این در نتیجه نیاز به عملیات در فشار بالا است که انرژی بیشتری نیز مصرف می­کند. هردو رسوب الی و زیستی می­توانند در سیستم پاکسازی بازیابی شوند، اما اثرات منفی افزایش زمان فرونشستن، افزایش زمان کار نکردن، افزایش هزینه مواد شیمیایی و کارگر و کاهش بهره­ وری و طول عمر غشا نیز دارد.

^{پروپوزال}

توسعه غشاهای پیشرفته اسمز معکوس که موثرا آب مورد نظر را تصفیه می­کنند در محیط فعلی ضروری است. نسل بعدی محصولات اسمز معکوس بر اساس استانداردهای عملکرد، مقاومت به رسوب بیشتر تحت پیشرفت­های شیمی غشا و طراحی ماژول برای انواع امروزه آب ارائه می­دهند. شیمی غشای مقاوم به رسوب به دقت شارژ، زبری و آب­دوستی را کنترل می­کند. کوپلینگ غشا با ماژول مهندسی شده از نظر مکانیکی برای کنترل پروفایل برشی طراحی شده است و بازده المان باعث بسته کاملی می­شود

شکل 2. اثر سیستم رسوب زیستی و الی

در سال 2015، نظرسنجی در مورد استفاده مجدد از فاضلاب نشان می دهد که بر خلاف امکان پذیری استفاده از المان­ های مقاوم به رسوب اسمز معکوس، قابلیت اطمینان سیستم های تصفیه آب آنها باعث تداوم مقاوم رسوب بیولوژیکی می­شود. با این چالش در ذهن، آخرین نسل ، غشای اسمز معکوس مقاوم به رسوب برای رها شدن از رسوب بیولوژیکی بدون پیشرفت در مقاومت رسوب آلی توسعه داده شد. ویژگی و مزایای آخرین، سومین نسل، غشای اسمز معکوس مقاوم به رسوب در جدول 1 ارائه شده اند.

جدول 1. ویژگی و مزایای آخرین غشای اسمز معکوس مقاوم به رسوب

غشای اسمز معکوس نسل سوم می تواند در افت فشار کم بسیار کمتری برای ماژول 8 اینچی، 400 فوت مربع در مقایسه با نسل قبل غشاهای اسمز معکوس در شکل 4 ارائه دهد. این غشا به شیمی غشای مقاوم به رسوب الی مجهز است که بلوکه شدن الحاقه بیوفیلم الی و حالت الی طبیعی را کاهش می دهد (شکل 5). علاوه بر این، بعد از نصب، محصول تناوب پاکسازی سیستم اسمز معکوس را کاهش می دهد که در عوض به بهبود زمان فعال بودن و کاهش هزینه تعمیر و نگهداری کمک می کند.

شکل 3. نسل های فناوری اسمز معکوس مقاوم به رسوب

مدرک

دو اب مستعد رسوب زیستی برای مقایسه نسل سوم جدید با نسل اول و دوم غشاهای مقاوم به رسوب استفاده شدند. آخرین نسل غشای اسمز معکوس، زمان اجرای بیشتر در رسیدن به حداکثر حد تفاضل فشار 3.5 بار برای سیستم ارائه داده است.

ارزیابی غشاهای نسل اول در سیستمی با دو مجرای فشار تک مرحله ­ای انجام شد. هفت المان هشت اینچی هر یک در غشاهای نسل اول و سوم موازی با تیرپایه اسمز معکوس صنعتی تصفیه کننده فاضلاب آهن و فولاد قرار گرفتند. دو مخازن المان­ها در شار تطبیق­یافته و بازیابی اجرا شدند. شار آغازین 15 L/m/h بود و بازیابی 48 درصد بود. خوراک فاضلاب به سیستم اسمز معکوس TDSی معادل 700 تا 900 میلی­ گرم بر لیتر، تقاضای اکسیژن شیمیایی 40 تا 60 میلی گرم بر لیتر و سابقه رسوب بیوزیستی داشت که باعث شد تیر صنعتی افزایش تفاوت فشار تقاضلی سریعی بعد از دوره مشخصی از عملیات تجربه کند.

شکل 4 . پروفایل افت فشار مقایسه­ای المان­ های اسمز معکوس 8 اینچی، 400 فوت مربع با 34 میل ضخامت فضاهای اب­شور به عنوان تابع جریان خوراک

در مقایسه با غشای اسمز معکوس نسل اول، نسل سوم، 35 درصد زمان عملیاتی طولانی ­تری حین چرخه­ های پاکسازی شش تایی داشت (شکل 6). فشار تفاضلی آغازین غشای نسل اول 0.85 بار در مقابل 0.35 بار برای غشای نسل سوم بود.

ارزیابی فناوری نسل دوم در سیستمی با دو مخزن المان­های اسمز معکوس انجام شد (هر یک با هشت المان سری، موازی با شار متوسط مشابه 22 L/m/h و بازیابی 67 درصد). هر مخزن قطر 5/2 اینچی، ورژن­های  فنس ­دار پایین غشاهای نسل دوم و سوم اسمز معکوس داشت. خوراک اب زیرزمینی نرم شده TDSی معادل 180 تا 200 میلی گرم بر لیتر و مصرف مواد مغذی زیستی قابل هضم و کل کربن آلی معادل 2 تا 3 میلی گرم بر لیتر برای شرایط رسوب زیستی بالا داشت.

در مقایسه با غشای اسمز معکوس نسل دوم، نسل سوم، متوسط، 38 درصد زمان عملیاتی بیشتری در سه چرخه پاکسازی داشت (شکل 7). فشار تفاضلی آغازین غشای نسل دوم 0.85 بار در مقابل 0.35 بار برای نسل سوم بود.

شکل 5. زمان عملیات برای رسیدن به افت شار 20 درصدی برای آخرین نسل، غشاهای اسمز معکوس مقاوم به رسوب

کنار زدن مرز با فناوری مقاوم به رسوب

توسعه فناوری مقاوم به رسوب برای منابع آب با TDS بالا برای اولین بار در غشاها به کار برده شد تا نیروگاه تصفیه اب صنعتی مرزهای استفاده مجدد از اب را کنار بزنن و به کمترین میزان تخلیه مایع دست یابند. همانطور که در این مقاله گفته شد، نسل جدی و سوم به نیروگاه تصفیه مستعد رسوب زیستی اجاره می دهد 30 درصد زمان عملیاتی بیشتری بین پاکسازی و مزایای کاهش زحمت، هزینه شمیایی، کارگر و پایین بودن سیستم تجربه کنند.

شکل 6. کل زمان پیاده سازی تجمعی برای دوره­های شش تایی رسوب زیستی برای غشای بازتولید اسمز معکوس (بالا) و نسل سوم (پایین)

برای تصفیه کل طیف فاضلاب صنعتی، المان­ های پیشرفته برای تصفیه آب­ های دارای TDS بالا با بهره ­وری بالا و کیفیت آب نفوذی جفت­ شده با آخرین فناوری مقاوم به رسوب، نیز توسعه داده شدند. استفاده ترکیبی از نسل بعدی، غشاهای مقاوم به رسوب اسمز معکوس و پیشرفته، المان­ های با TDS بالا باعث توانایی دستیابی اوپراتورهای صنعتی به بازیابی آب قابل اطمینان، با آب زیاد در حین کار کردن با فشارهای عملیاتی استاندارد اسمز معکوس می شود.

شکل 7. غشاهای نسل دوم (بالا) و سوم (پایین) کل زمان عملیاتی تجمعی حین سه دوره­ الودگی زیستی.

مراجع

- تینا اررود دانشمند محقق در آب داو و راهکارهای فرایند موسسه تحقیق و توسعه غشاهای اسمز معکوس. او هدایتگر پلتفرم تحقیقاتی برای مطالعه علم پایه رسوب در سیستم های اسمز معکوس برای توسعه فناوری­های مقاوم به رسوب است. ارود مدرک دکترا در شیمی آلی از دانشگاه مینه­سوتا دارد

- گیولیم گیبلرت-اوریول سال 2010 به داو به عنوان مهندس تحقیق و توسعه پیوست وی دارای مدرک کارشناسی ارشد مهندسی شمیی و فرایند از دانشگاه رویرا و دکترا در زمینه اولترافیلتراسیون است. در حال حاضر هدایتگر تیم ضدرسوب اسمز معکوس در مرکز فناوری جهانی اب در تاراگونا اسپانیا است

- چنگ یانگ در جولای سال 2012 به داو پیوست. در چند پروژه تحقیق و توسعه در مورد مقاومت به رسوب اسمز معکوس، حداقل تخلیه مایع و جداسازی خاص مشارکت داشت. چنگ دوثبت اختراع جهانی منتشر در 12 مجله و دکترا در مهندسی شیمی از دانشگاه سینگا پکن است.

- جان جانسون در زمینه ماژولا­های مارپیچی غشای اسمز معکوس فعالیت دارد که شامل المان عنصر مارپیچی جدید، طراحی و ازمایش اجرای ساختاری و مدلسازی و بهینه­سازی فضایی است. او مهندسی مکانیک خود را از مدرسه معدن کلرادو و دانشگاه مینه­سوتا دارد.

المان­های اسمز معکوس فوق از آب­های مورد نظر و کاربرد انها با عملکرد و حمایت داو استفاده می­کنند. المان­های موسسه فوق هزینه­ های اب را کاهش می دهند، در راستای اهداف پایداری هستند و مشکلات رسوب بیوزیستی را به حداقل رسانده و به سمت تخلیه حداقل مایع پیش می­روند.