اگر بهره‌بردار سیستم‌های تصفیه آب اسمز معکوس هستید احتمالا حداقل با این مشکل مواجه شده‌اید که دبی تولیدی سیستم شما افت کرده است. از مهم‌ترین دلایل افت جریان آب تولیدی رسوب سیستم تصفیه آب یا Scaling است. در این حالت ترکیبات معدنی موجود در آب خوراک نظیر کربنات کلسیم، سولفات کلسیم و … بر روی سطح ممبران‌های اسمز معکوس رسوب می‌کنند و جلوی عبور جریان آب را می‌گیرند.

رسوب در سیستم‌ تصفیه آب RO چگونه اتفاق می‌افتد؟

بیشتر آب‌های طبیعی حاوی غلظت بالایی از یون‌های کلسیم، سولفات و بی کربنات هستند. در دستگاه‌های تصفیه آب غشایی که درصد بازیافت یا ریکاوری بالایی انجام می‌دهند، حلالیت بعضی ترکیبات موجود در آب از حد اشباع بیشتر شده که باعث می‌شود این ترکیبات متبلور شده و کریستال‌هایی در سطح غشا تشکیل ‌شود. این ذرات کریستالی وقتی روی سطح ممبران تشکیل می‌شوند منجر به کاهش شار، کاهش کارایی فرایند و افزایش هزینه های عملیاتی می شوند.

اگر چاره‌ای برای این مساله اندیشیده نشود خیلی زود و پس از یک دوره زمانی مشخص ظرفیت تولیدی سیستم افت شدیدی می‌کند. البته طول این دوره زمانی با نوع ترکیباتی که در خوراک وجود دارد و میزان اشباع  بودن آن‌ها می‌تواند متفاوت باشد. بطور مثال برای سیستمی که خوراکش محتوی سولفات کلسیم است پس از ۸ روز و برای سیستم دیگری که محتوای کربنات کلسیم است پس از ۲ روز افت دبی تولیدی مشاهده می‌شود. پس کربنات کلسیم می‌تواند خطر بیشتری برای سیستم تصفیه آب ما داشته باشد.

از نظر اقتصادی بهتر است از تشکیل رسوب جلوگیری شود، حتی اگر تمهیداتی برای شستشوی ممبران‌ها، نظیر عملیات شستشوی CIP در نظر گرفته باشیم! این رسوبات مسیر عبور جریان خوراک از درون المان RO را هم مسدود می‌کند، که تمیز کردن آن را بسیار دشوار و وقت‌گیر می‌کند. همچنین این خطر وجود دارد که به سطح غشا نیز آسیب‌های جبران ناپذیری برساند.

راه های جلوگیری از تشکیل رسوب در تصفیه آب صنعتی

حالا که به اهمیت جلوگیری از تشکیل رسوب روی ممبران‌ پی بردیم در ادامه می‌خواهیم در مورد راه حل هایی که برای این منظور داریم، صحبت کنیم:

•  دمای آب

یکی از روش های جلوگیری از رسوب در دستگاه تصفیه آب صنعتی توجه به دمای آب ورودی است.دمای آب ورودی سیستم اسمز معکوس، بهتر است  بیشتر از 35 درجه نباشد، اگر بیش از مقدار گفته شده آب گرم شده است و به ممبران و غشای دستگاه آسیب می رساند و علاوه بر این مشکل باعث ایجاد رسوباتی در این قسمت از دستگاه نیز می شود .

• تزریق اسید و کاهش pH خوراک

دومین روشی که برای جلوگیری از رسوب در سیستم‌های تصفیه آب RO وجود دارد تزریق اسید است که یون‌های کربنات را از بین می‌برد که یکی از واکنش دهنده‌های لازم برای رسوب کربنات کلسیم است. پس همانطور که مشخص است این روش در جلوگیری از رسوب کربنات کلسیم بسیار مؤثر است، اما در جلوگیری از انواع دیگر رسوب تاثیری ندارد. پس ابتدا باید با استفاده از آنالیز آب خوراک مشخص کنیم چه ترکیباتی وجود دارند که می‌توانند باعث تشکیل اسکیلینگ شوند و بر اساس آن روش مناسب را انتخاب کنیم. ولی از مضرات روش اسید زنی می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• احتمال ایجاد خوردگی در لوله‌ها و اتصالات
• هزینه مخزن اسید و تجهیزات نظارتی لازم
• کاهش pH در جریان تصفیه شده RO

•  آنتی اسکالانت

این روش یکی از پر استفاده ترین راه‌های جلوگیری از رسوب در سیستم‌های تصفیه آب RO است. چون در تمام سیستم‌ها با هر ظرفیتی می‌تواند کارایی داشته باشد. بخصوص برای سیستم‌های تصفیه آب با ظرفیت پایین بهترین روش است، چون در چنین سیستم‌هایی استفاده از رزین توجیه اقتصادی ندارد. همچنین در سیستم‌های تصفیه آب دریا که استفاده از رزین سختی گیر کارایی ندارد، آنتی اسکالانت می‌تواند موثر باشد.

آنتی اسکالانت‌ ها انواع مختلفی دارند که هر کدام مکانیسم خاص خودش را برای جلوگیری از تشکیل رسوب روی غشا دارد. ولی در کل آنتی اسکالانت تمرکزش روی تشکیل کریستال و جلوگیری از رسوب آن روی سطح ممبران است.

• سختی گیر رزینی 

استفاده از رزین سدیمی یکی از موثرترین روش‌هایی است که برای جلوگیری از رسوب روی سیستم‌های RO استفاده می‌شود. در این سیستم‌ها که به عنوان پیش تصفیه RO استفاده می‌شوند تمرکز روی حذف کاتیون‌های کلسیم و منیزیم است که باز هم از واکنش دهنده‌هایی هستند که باعث تشکیل رسوب می‌شوند. کاری که رزین سدیمی برای ما انجام می‌دهد تبادل یون‌های کلسیم و منیزیم موجود در خوراک با یو‌ن سدیم است. خبر خوب اینکه کارایی سیستم رزین در جلوگیری از تشکیل رسوب بالای ۹۹ درصد است.

•  پیش تصفیه

برای ماندگاری بالای ممبران بهتر است سعی کنیم قبل از استفاده از روش اسمز معکوس آب را با روش های دیگری تا حدودی سالم سازی و تصفیه کنیم و تصفیه نهایی را به این دستگاه بسپاریم ؛ با این تفاسیر از مهم ترین روش های جلوگیری از رسوب در دستگاه آب شیرین کن صنعتی می توان به روش پیش تصفیه نیز اشاره کرد که می توان از آن نتیجه خوبی گرفت ( دستگاه دیرتر رسوب می بندد و بیشتر عمر می کند ) .

منظور از آلودگی آب، آلودگی پهنه‌های آبی معمولاً توسط فرایندهای انسانی است. پهنه‌های آبی برای مثال شامل دریاچه ها، رودخانه ها، اقیانوسها سفره‌های آب و آب‌های زیرزمینی است. هنگامی که آلودگی‌ها به‌طور مستقیم یا غیرمستقیم بدون تصفیه از مواد ترکیبی مضر در آب‌ها تخلیه می‌شوند، آلودگی آب‌ها بیشتر می‌شوند. آلودگی آب‌ها بر گیاهان و ارگانیسم‌های زنده درون این آب‌ها اثر می‌گذارند. تقریباً در همه موارد، این اثرات علاوه بر گونه های منفرد و جمعی، گروه‌های زیستی طبیعی را نیز تخریب می‌کند.

آلودگی آب مهم‌ترین علت مرگ و بیماری در سراسر جهان است، به عنوان مثال به دلیل بیماری‌های منتقله از آب.طبق گزارش‌های سازمان جهانی بهداشت در سال ۲۰۳۰ از هر ۳ نفر یک نفر دسترسی به آب آشامیدنی ایمن نخواهد داشت.

دلایل آلوده شدن آب

در ادامه دلایل آلوده شدن منابع آب رو مورد بررسی قرار می دهیم:

1- آلودگی منابع آب با وارد شدن فاضلاب

زباله های انسانی، مواد شیمیایی خانگی، داروها، محصولات بهداشت شخصی، آب استفاده شده از سینک، دوش و… بعد از خارج شدن از خانه وارد فاضلاب می شوند. در کنار این آب باران هم می تواند باعث وارد شدن زباله ها، روغن و مواد شیمیایی به فاضلاب شود.

بر اساس گزارش سازمان ملل، بیش از 80 درصد فاضلاب در جهان بدون تصفیه یا استفاده مجدد به محیط زیست راه پیدا می کند. این آمار در کشورهای کمتر توسعه یافته می تواند به 95 درصد هم برسد.

در آمریکا، تاسیسات تصفیه فاضلاب روزانه حدود 34 میلیارد گالن فاضلاب را تصفیه می کنند. این تاسیسات آلاینده هایی را مثل پاتوژن ها، فلزات سنگین، مواد شیمیایی سمی و… در پسماندهای صنعتی قبل از تخلیه به آبراه ها تصفیه می کنند. با این حال EPA* عنوان می کند که سیستم های تصفیه فاضلاب به دلیل استفاده از روش های قدیمی و در مواردی ناکارامد تاثیر زیادی را در تصفیه فاضلاب ندارند و سالانه بیش از 850 میلیارد گالن فاضلاب تصفیه نشده به آب های آزاد راه پیدا می کنند.

* EPA مخفف Environmental Protection United States Agency به معنی سازمان حفاظت از محیط زیست آمریکا می باشد.

2- آلودگی های نفتی در آب

نفت یکی از حیاتی ترین منابع انرژی در جهان است، توزیع نابرابر نفت در سراسر جهان باعث شده تا نیاز به انتقال آن از طریق کشتی ها در اقیانوس یا خطوط لوله کشی در خشکی باشد. انتقال و حمل نفت به کشتی ها و البته شکستگی خطوط انتقال نفت می تواند باعث وارد شدن نفت به محیط زیست و آسیب زدن به آن شود. نشت نفت در اقیانوس ها و مناطق ساحلی می تواند مشکلات زیادی را به دنبال داشته باشد. حتما تا الان خبرهایی را مبتی بر آلوده شدن اقیانوس ها به دلیل نشت نفت شنیده اید.

اکثر آلودگی های نفتی در آب، به همین موضوع مربوط می شوند. نشت نفت به اقیانوس ها در حین انتقال و آلودگی منابع آب می تواند باعث کشته شدن حیوانات آبزی و بروز فاجعه های زیست محیطی شود. علاوه بر این تقریبا 50 درصد از 1 میلیون تن نفتی که هر سال به محیط های دریایی وارد می شوند، در کنار نشت نفت کش ها، می تواند ناشی از دیگر عوامل مثل کارخانه ها باشد.

اثرات مخربی که نشت نفت می تواند برای انسان ها به دنبال داشته باشد به دلیل بخارات سمی و البته استفاده از غذاهای دریایی است. در کنار این حتی قایق رانی در محیط های آلوده به نفت هم می تواند تاثیرات مخربی را برای سلامتی به دنبال داشته باشد.

3- وارد شدن آلودگی های کشاورزی به آب

باور کنید یا نه، صنایع کشاورزی حدود 70 درصد منابع آب شیرین را در جهان استفاده می کنند و در کنار این عامل اصلی مشکلات آلودگی آب در جهان هستند. در آمریکا، کشاورزی و دامداری منبع اصلی آلودگی رودخانه ها، تالاب ها و دریاچه ها می باشند. علاوه بر منابع آب های سطحی، کشاورزی می تواند عامل آلودگی آب های زیر زمینی هم باشد. با هر بار بارش باران، مواد شیمیایی سمی مثل آفت کش ها، کودها و… با آبراهه ها شسته شده و وارد منابع آب های زیر زمینی می شوند. این موضوع می تواند حجم زیادی از آب های زیر زمینی را آلوده کند.

توجه کنید که آلودگی منابع آب می تواند باعث کاهش سطح کیفی محصولات کشاورزی هم شود، که این موضوع سلامت انسان ها را به خطر می اندازد. امروزه در سراسر جهان، بسیاری از محصولات کشاورزی به دلیل آبیاری با منابع آب آلوده با سطح کیفی بسیار پایین تولید می شوند. مصرف این محصولات کشاورزی می تواند خطرات زیادی را برای سلامتی به دنبال داشته باشد.

4- آلودگی آب با مواد رادیو اکتیو

زباله های هسته ای ناشی از پروژه ها و فرایندهای صنعتی، پزشکی و علمی باعث تولید مواد رادیو اکتیو شده که در محیط زیست آزاد می شوند. زباله های رادیو اکتیو معمولا توسط نیروگاه های هسته ای استخراج اورانیوم، تولید و آزمایش سلاح های نظامی، دانشگاه ها و بیمارستان (برای اهداف تحقیقاتی و تولید دارو) تولید می شوند. این آلاینده ها می توانند قرن ها در محیط زیست باقی بمانند و اثرات مخربی را برای محیط زیست به دنبال داشته باشند.

5-آلودگی آب با جامدات معلق و رسوبات

برخی از آلاینده‌ها (موارد، ذرات و مواد شیمیایی نیز وجود داند که در آب حل نمی‌شوند و به دلیل سبک بودن نیز ته نشین نمی‌گردند در نتیجه به صورت معلق در آب وجود دارند. این ذرات معلق حتی برای ارگانیسم‌هایی که در درون آب قرار دارند نیز کشنده هستند.

همچنین ذرات خاک هم به دلایل مختلفی مانند باران و باد وارد آب رودها،دریاچه‌ها و اقیانوس‌ها می‌گردند و در بستر آن ته نشین می‌شوند که در صورت ته نشین شدن انباشتگی زیاد رخ می‌دهد و جر آلاینده‌ها به حساب میاید.

فرسایش ناشی از حذف درختان حافظ خاک نیز که غالباً در نزدیکی آبراهه‌ها به وجود آمده یا بر اثر حمل خاک توسط آب‌های زراعی یا بارندگی روی معادن و اطراف جاده‌ها، می‌تواند با افزایش بیش از حد جامدات معلق و رسوبات در رودها و دریاچه‌ها گردد.مورد درگیر ذرات معلق در آب نشست های رسوبات در کف منابع آب باعث پوشانده شدن سنگریزه های بستر شده است و این باعث میشود تخم گذاری ماهی های همچون سالمون و تروت که دو نوع ماهعی از خانواده قزل آلا هستند کاهش یابد و یا به کلی نابود شود.

از طرفی هم حضور مواد معلق در داخل آب مانع از نفوذ نور خورشید به داخل آب می‌شوند. نور خورشید برای فرایند فوتوسنتز گیاهان کف آب مورد نیاز است.

6- آلوده شدن آب با ترکیبات آلی سنتز شده

ورود ترکیبات آلی از نوع سنتزی به اکوسیستم محیط زیستی عمدتاً از طریق فعالیت‌های انسان اتفاق می افتد. افزایش تولید ترکیبات سنتزی، نشت در حین انتقال و استفاده بی رویه از این محصولات در کاربردهای مختلف، از جمله مسیرهای ورود ترکیبات سنتزی به اکوسیستم زیستی انسان است. این ترکیبات در افزودنی‌های سنتزی، خوراکی، داروها،رنگ‌ها، الیاف سنتزی و حلال‌ها وجود دارد. این ترکیبات به دلیل سمی بودن به دلیل فرآیندهای تولید سنتزی در مقابل تجزیه توسط میکروب‌ها مقاوم هستند.

7- آلوده شدن اب با گرما

گرما معمولا از نظر بيشتر مردم، يک آلوده كننده و حداقل به عنوان يک عامل فاسد كننده شيميايي نيست، گرچه افزايش دمای آب بدن سبب تاثيرات زيانباری به بزرگی بسياری آلوده كننده های شيميايی می شود.

سرعت هر واكنش شيميايی، شامل تنفس آبزيان و اكسايش تقريبا با افزايش دما به ازاء هر 10c دو برابر می شود. در آب های آلوده شده حرارتی، ماهی ها به علت افزايش سرعت تنفس به اكسيژن بيشتري نياز دارند. تهديد بيشتر به زندگی آبزيان از طريق كلرينه كردن آب های سرد برای استفاده می باشد. اين كار برای جلوگيری از رشد باكتری ها انجام می شود. كلر به روی موجودات زنده محيط تاثير می گذارد. كلر، موجودات زنده ميكروسكوپي را كه بعضی از زنجيره های غذايی اهميت دارند از بين می برد.

8- آلودگی آب با وارد شدن مواد شیمیایی معدنی و کانی ها

اين گروه از آلوده كننده های آب شامل نمک های معدنی و اسيدهای معدنی و تركيبات فلزی است. حضور اين آلوده كننده ها در آب سه نتيجه عمومی شامل اسيديته، شوری و سمی بودن آب را فراهم می آورد.

خاصيت اسيدی (اسيد يته): با اهميت ترين منابع برای افزايش دادن اسيد يته شامل زهكشي معادن و باران اسيدي است.

شوری: شوری آب مشاهده غير معمولي نمی باشد بلكه حدود 97 درصد از كل آب های جهان در اقيانوس ها و درياها به صورت آب نمک هستند و 3 درصد باقيمانده آب شيرين ناميده می شود.

سميت: خاصيت سمی تعدادی از تركيبات معدنی خصوصا عناصر سنگين فلزی سال ها شناخته شده است. تعدادی از اين تركيبات كه خواص مطلوبی دارند، مرتبا توليد می شوند. احتياط لازم، ضامن امنيت اشخاصی است كه در امر توليد در گيرند.

سمی ترين اين مواد در محيط زيست، شامل مواد حاوی جيوه، سرب، كادميوم، كروم و نيكل می باشند. اين فلزات در بدن موجودات زنده جمع و به مدت زمان طولانی باقی می مانند و به عنوان مجموعه سم عمل می نمايند.

9-عومل بیماری زا

ب دارای پتانسيل حمل موجودات ريز بيماری زا كه سلامتی و زندگی را به خطر می اندازند می باشد. ميكرب های بيماری زا متناوب در سراسر آب منتقل می شوند و می توانند باعث عفونت در ناحيه روده (تيفوئيد، اسهال خونی، پاراتيفوئيد، وبا) شوند و مسئوليت ايجاد بيماری فلج اطفال و يرقان را بر عهده دارند. از لحاظ تاريخی اولين دليل برای كنترل آلودگی آب ها، جلوگيری از بيماری هايی است كه مولد آن ها در آب وجود دارد. عوامل ايجادكننده بيماری را نمی توان كنترل و سلامت كامل را تامين كرد.

روزانه میلیون ها از موجودات توسط افراد دفع می شود. اين ساكنين مدفوع انسان يک محيط زيست را با اين شرايط در آب های طبيعی پيدا نمی كنند تا توليد مثل كنند و به سرعت از بين می روند.

بيماری هايی كه توسط آب های آلوده به انسان سرايت می كنند شامل:

الف: بيماری انگلی (ليپتوسپيرا ايكترو هموراژه) كه به تب يا ويل معروف شده است.

ب: كرم ها، تخم كرم هايی مانند اسكاريس، تريكوسفال (كرم شلاقي) و كرم قلابدار ممكن است از طريق خاک و آب آلوده به آن ها وارد بدن انسان شود و ايجاد بيماري نمايند.

ج: بيماری وبا

د: بيماری های ويروسی (آب در انتقال دو نوع ويروس پوليويروس و هپاتيت عفونی) نقش موثری ايفا می كند.

10- مواد غذایی گیاهی

مواد غذايی عامل محدود كننده مهمی در رشد همه گياهان است. در كنار عوامل ديگر سرعت و فراوانی رشد گياهان متناسب با مقدار ماده غذايي در دسترس است. مشخص شده كه پانزده تا بيست عنصر برای رشد گياهان سبز مورد نياز است.

بيش از 70 درصد از تركيبات فسفره در فاضلاب ها در اثر استفاده از شوينده هاي خانگی ايجاد می شود و بايد اقدام كنترل كننده ای روی اين مسئله انجام گيرد.

جلوگیری از آلودگی آب

درسته که نمیتونیم بطور کامل از آلودگی آب جلوگیری کنیم اما میشه با رعایت نکاتی روند پیشرفت اون رو به حد خیلی زیاد کاهش داد که در اینجا چند مورد از این روش ها رو میگیم.

1. جلوگیری از ورود فاضلاب ها به درون رودخانه ها
2. آموزش دادن مردم و مخصوصا کشاورزان
3. تصفیه فاضلاب ها
4. صرفه جویی در مصرف آب، که دیگه نیازی به تصفیه آب آلوده نباشه
5. روغن، رنگ و زباله رو درون سینک ظرفشویی، دستشویی و توالت نریزیم
6. استفاده نکردن زیاد از کودها و حشره کش ها
7. بکارگیری یک رویکرد زیربنایی سبز جهت بهبود ظرفیت مدیریت آب‌های خروشان در کل سیستم، و کاهش سربارهای روغنی تصفیه خانه‌ها
8. تعمیر و جایگزین کردن تجهیزات کار کرده و معیوب
9. افزایش ظرفیت هیدرولیکی سیستم جمع آوری فاضلاب (بیشتر اوقات گزینه ی خیلی گرونی هست)
10. دفن کود های جانوری به مدت 6 ماه در زیر خاک
11. هر 3 ماه وضعیت لوله کشی داخلی ساختمون رو کنترل کنین تا پوسیدگی، ترکیدگی لوله نداشته باشه، برای انجام این کار میتونین از افراد فنی کار و لوله کش کمک بگیرین.

اثرات مخرب آلودگی آب

تغییر در طعم، بو و رنگ آب اصلی ترین اثر ورود مواد آلاینده به منابع آبی می باشد، اما وجود این مواد تاثیرات مخرب زیادی بر سلامت انسان و طبیعت ایجاد می کند که برخی از آنها عبارتند از:

• شیوع بیماری های واگیردار و عفونی بخاطر ورود پساب های بیمارستانی
• ورود فلزات سنگین سرطان زا به منابع آبی
• ازدیاد ابتلا به سرطان بخاطر ورود مواد رادیواکتیو به منابع آب زیرزمینی
• بروز مشکلات تنفسی برای موجودات
• ایجاد مسمومیت بخاطر ورود مواد غیرآلی به آب
• برهم زدن تعادل زیستی در اثر رسوب مواد معلق در آب و از بین رفتن محل تخم گذاری ماهی ها

سیستم های تصفیه آب به روش اسمز معکوس (RO) و نانو فیلتراسیون (NF)، مدتها است که برای نمک زدایی، سختی گیری و تصفیه آب از آلاینده ها و ناخالصی ها مورد استفاده قرار می گیرند. با توجه به کاهش منابع آبهای تمیز و با کیفیت در دنیا، استفاده از این سیستم ها برای تصفیه آبهای سطحی، آبهای زیرزمینی و پساب برای بکارگیری آنها در مصارف مختلف شرب و صنعتی، روز به روز در حال گسترش است. منابع آب اشاره شده، معمولاً دارای میزان بالایی از مواد آلاینده، مواد آلی و ذرات معلق هستند که با ممبرانهای اسمز معکوس و نانوفیلتراسیون سازگاری ندارند. ممبرانهای اسمز معکوس و نانو فیلتراسیون، برای حذف نمک و یونهای محلول در آب، طراحی و ساخته شده اند و نه ذرات معلق موجود در آب. بنابراین، وجود یک بخش “پیش تصفیه” (Pre-treatment) مناسب در این سیستمها، باعث افزایش عمر مفید سیستم و کاهش هزینه های عملیاتی قابل توجه در آنها خواهد شد.

حوزه طراحی سیستم پیش تصفیه اسمز معکوس، بدلیل پیچیدگی و تنوع موارد آن مانند ذرات جامد معلق، نرخ رسوب گذاری و تأثیر کیفیت آب خوراک بر روی عمر و استهلاک ممبرانها، جزو مباحثی است که همواره مد نظر مهندسین و سازندگان این رشته قرار داشته و دارد.

سیستم پیش تصفیه آب چیست

سیستم پیش تصفیه به سیستمی گفته میشود که توسط دستگاه‌ تصفیه آب دیگری در کنار دستگاه اصلی انجام می‌گیرد. این دستگاه‌ها آب را که هنوز برای تصفیه نیاز به پاکسازی بیشتر دارد، تصفیه می‌کنند و از طریق فیلترهای جذب قوی عناصر خطرناک و املاح نامطلوب آب را به خود میگیرند. این فیلترها از جنس الیاف گیاهی مخصوص هستند که از قدرت جاذبه بالایی برخوردارند. این سیستم ها دارای اهمیت بالایی است.

اهمیت استفاده از این سیستم ها :

با یک مثال ساده به اهمیت بالای این سیستم ها را به شما خواهیم گفت. برای مقال در تصفیه آب شهری در تصفیه خانه ها برای حداقل بودن عملیات تصفیه آب در سازمان‌های تصفیه شهری، عامل دیگری وجود دارد که منجر به آلودگی آب می‌شود و آن فرسودگی شبکه‌ی آبرسانی شهری است. لوله‌های فلزی معمولاً پیش از مدتی دچار رسوبات میشود و در انتها تمامی لوله های شهری دچار هزینه های بالایی میشوند. از این رو اگر پیش از ورود آب به این لوله ها از سیستم های پیش تصفیه برای گرفتن سختی آب استفاده شود از این مشکلات پیش گیری میشود.

در موارد دیگر نیز پس از طی مدتی از فعالیت تاسیسات صنعتی و فرآیند انتقال آب، املاح موجود در آن موجب رسوب ‌گذاری در لوله و اتصالات خواهد شد. این امر موجب شده تا استفاده از پیش تصفیه آب صنعتی و تصفیه آب صنعتی در تاسیسات بسیار لازم و ضروری میباشد. به طور کلی یکی از اهمیت های مهم استفاده از این سیستم ها کاهش رسوب در سیستم آبرسانی است.

یکی دیگر از موارد اهمیت استفاده از این سیستم ها پیش از ورود آب به دستگاه آب شیرین کن نمک ها هستند. به دلیل وجود نمک‌های محلول در آب ورودی به سیستم تصفیه آب صنعتی، محل‌ های عبور آب از غشا دچار گرفتگی و به اصطلاح انسداد می شود. از مواد شیمیایی مهم در تصفیه آب صنعتی ro آنتی اسکالانت anti-scalant است.

دستگاه تصفیه آب صنعتی با بهره بردن از تکنولوژی اسمز معکوس بهترین نوع فیلتر و تصفیه آب ro محسوب می گردد. برای مانع شدن از ته نشین شدن املاح و رسوب املاح بر روی سیستم آب ورودی باید تصفیه آب صنعتی ro از طریق تزریق میزان دوز متناسبی از آنتی اسکالانت تنظیم شود. عدم بهره بردن از این ماده حیاتی سبب آسیب جدی به دستگاه تصفیه آب صنعتی شده و باعث کاهش شدت جریان آب خروجی و همچنین بالا رفتن TDS آب خواهد شد.

پیش تصفیه آب مناسب سیستم اسمزمعکوس 

برای سیستم های اسمزمعکوس کاهش سختی آب با استفاده از آنتی اسکالانت به عنوان یکی از انواع مواد شیمیایی، برای جلوگیری از ماندگاری رسوب‌ در تصفیه آب ro استفاده می شود. این روش از شیوه ‌های متداول و مطمئن کاهش و حذف سختی آب جهت تصفیه آب است. این روش نسبت به سایر روش‌ها است که در مقیاس صنعتی اجرا شده، جدیدتر بوده و در مقیاس خانگی نیز استفاده می ‌شود. پیش تصفیه آب صنعتی در این روش به این ترتیب است که با عبور آب از داخل فیلتر ممبران تمامی املاح و ناخالصی ها جدا می ‌شود.

ضرورت پیش تصفیه آب صنعتی

عملیات پیش تصفیه آب صنعتی برای محافظت از ممبران‌های اسمز معکوس در برابر گرفتگی (Fouling) و در نیتجه افزایش عملکرد و عمر مفید ممبران‌ها ضروری است. یک غشای RO از ساختار متخلخلی ساخته شده است که به ملکول‌های آب اجازه عبور می دهد، اما تا ۹۹ درصد ناخالصی‌های موجود، نظیر جامدات حل شده در آب، را روی سطح خود نگه می‌دارد. ترکیباتی که اجازه عبور از غشا را پیدا نمی‌کنند می‌توانند روی سطح ممبران‌ رسوب کرده و باعث تشکیل لایه‌های فولینگ شوند، که در نهایت باعث افت تولید در سیستم تصفیه آب صنعتی RO می‌شود.

مشکلات ناشی از انتخاب نامناسب پیش‌تصفیه آب شیرین کن

برای درک اهمیت انتخاب صحیح سیستم پیش‌تصفیه یک دستگاه تصفیه آب اسمز معکوس لازم است مشکلاتی را که در غیاب و یا انتخاب ناصحیح سیستم پیش‌تصفیه به وجود می‌آید، بررسی کنیم. در ادامه مهم‌ترین این مشکلات بیان شده است.

رسوب‌گیری فیلتر ممبران

رسوب‌گیری در اثر تجمع آلودگی‌ها بر روی سطح ممبران به وجود می‌آید که رفته‌رفته موجب بسته شدن مسیر آب عبوری از فیلتر ممبران می‌شود. با توجه به منشأ ورود آب به یک آب شیرین کن، آب ورودی می‌تواند محتویات مختلفی داشته باشد که بسیاری از آنها با چشم قابل روئیت نبوده و حتی ممکن است برای سلامتی انسان نیز خطرساز نباشند؛ اما حجم این محتویات در آب به‌قدری بالاست که می‌توانند به‌سرعت سبب ایجاد رسوب بر روی ممبران شده و حتی باعث بسته شدن مسیر عبور آب شوند. ایجاد رسوب روی سطح ممبران موجب افت شدید فشار در طول فرآیند تصفیه آب شده و میزان آب تصفیه‌شده خروجی را کاهش می‌دهد. وقوع این مسائل در یک دستگاه تصفیه آب اسمز معکوس به معنی افزایش شدید هزینه‌های عملیاتی ناشی از شست‌وشو و یا تعویض ممبران‌ها است. حتی با وجود استفاده از پیش‌تصفیه مناسب، ایجاد رسوب بر روی سطح فیلتر ممبران یک امر طبیعی است؛ اما پیش‌تصفیه مناسب می‌تواند سرعت تشکیل رسوب را بسیار کاهش داده و هزینه‌های عملیاتی فرآیند اسمز معکوس را به حداقل برساند.

ایجاد رسوب روی سطح ممبران می‌تواند ناشی از عوامل زیر باشد:

1. ذرات معلق یا کلوئیدی (مانند گل‌ولای و …)
2. مواد آلی (مانند هومیک و فولیک اسید)
3. میکروارگانیسم‌ها (مانند باکتری‌ها، ویروس‌ها و …). رسوب ناشی از باکتری‌ها یک مشکل اساسی در سیستم‌های تصفیه آب اسمز معکوس محسوب می‌شود و دلیل آن این است که ممبران‌های امروزی توان مقاومت در برابر مواد گندزدا مانند کلر را ندارند و بنابراین باکتری‌ها می‌توانند به‌راحتی روی سطح فیلتر ممبران اسمز معکوس رسوب تشکیل دهند. در اثر حضور باکتری‌ها روی سطح فیلتر ممبران بایوفیلم تشکیل شده که موجب افت شدید عملکرد فیلتر ممبران در دستگاه آب شیرین کن می‌شود.
4. ایجاد شکاف در فیلترهای پیش‌تصفیه بالادستی فیلتر ممبران نظیر فیلتر کربن اکتیو و یا سیستم سختی‌گیر آب که باعث انباشته شدن مواد تشکیل‌دهنده این فیلترها روی سطح ممبران شده و رسوب ایجاد می‌کند.

به کمک آزمایش کیفیت آب ورودی و اطلاع از خواص فیزیکی، شیمیایی و میکروبی آن می‌توان احتمال ایجاد رسوب بر روی فیلتر ممبران را به‌دقت بررسی کرد. برای جلوگیری از ایجاد رسوب معمولاً از تصفیه آب فیزیکی با روش‌هایی نظیر فیلترهای مالتی مدیا (MMF)، میکروفیلتراسیون (MF) و اولترافیلتراسیون (UF) استفاده می‌شود. در برخی موارد نیز تنها استفاده از فیلتر رسوب‌گیر الیافی کفایت می‌کند.

گرفتگی فیلتر ممبران

اگر غلظت برخی مواد معدنی محلول در آب از حد مجاز انحلال خود عبور کند، این مواد می‌توانند ته‌نشین شده و باعث گرفتگی ممبران شوند. گرفتگی ممبران سبب افزایش افت فشار در سیستم تصفیه آب اسمز معکوس، افزایش میزان عبور نمک از ممبران و همچنین کاهش دبی و کیفیت آب تصفیه‌شده خروجی از آب شیرین کن می‌شود. یکی از موادی که تمایل زیادی به ایجاد گرفتگی در ممبران دارد، کلسیم کربنات (CaCO₃) است.

تخریب ممبران در اثر تماس با مواد شیمیایی

ممبران‌های مرکب لایه‌نازک (TFC) امروزی در برابر کلر و کلرآمین‌ها مقاوم نیستند. مواد اکسنده‌ای نظیر کلر می‌توانند بر روی حفرات ممبران اسمز معکوس تأثیر گذاشته و آسیب‌های جبران‌ناپذیری به آن وارد کنند. نتیجه حاصل از برخورد این مواد به سطح فیلتر ممبران، میزان عبور نمک بیشتر (کاهش کیفیت آب تصفیه‌شده خروجی) خواهد بود. بنابراین باید از برخورد این مواد با سطح فیلتر ممبران جلوگیری نمود که این کار البته از سویی سبب رشد و ایجاد بایوفیلم روی سطح ممبران می‌شود.

تخریب فیزیکی فیلتر ممبران

بخشی از پیش‌تصفیه یک دستگاه تصفیه آب اسمز معکوس از لوله‌کشی‌ها، اتصالات و تجهیزات کنترلی تشکیل می‌شود. اگر سیستم تصفیه آب به‌درستی راه‌اندازی نشود می‌تواند سبب تخریب فیزیکی ممبران شود. این اتفاق در صورت وجود فشار بیش‌ازاندازه پشت ممبران‌ها نیز اتفاق می‌افتد. برای جلوگیری از بروز این اتفاقات، استفاده از تجهیزاتی نظیر شیرهای کنترلی، شیرهای فشارشکن و … در یک سیستم آب شیرین کن ضروری است.

حال که با مشکلات ناشی از عدم وجود یا انتخاب نامناسب سیستم پیش‌تصفیه آشنا شدیم، اهمیت وجود و انتخاب صحیح این سیستم به وضوح روشن می‌شود.

آب عنصری اساسی برای زندگی و ادامه حیات همه موجودات زنده است و اساس پایداری زندگی در کره زمین است. در قرن حاضر مسئله آب یکی از چالش های مهم است که باعث ایجاد تحولات وسیعی درکل جهان شده است. در دهه های اخیر موضوع آب و چالش های مربوط به کمبود آب موضوع اصلی مذاکرات بین المللی قرار گرفته است به طوری که کارشناسان بر این باورند جنگ های آینده جنگ بر سر مسائل آب است.

کشور ایران نیز مانند بسیاری از کشورهای جهان با مسئله کمبود آب مواجهه است که در سال های اخیر این مشکل اهمیت بیشتری پیدا کرده است. در این مقاله سعی می کنیم به بحران کم آبی و راه های مقابله با آن بپردازیم.

دلایل بحران آب در ایران

ایران به دلیل موقعیت جغرافیایی به عنوان یکی از کشورهای خشک و نیمه خشک شناخته شده و این مساله مخصوصا در بخش های شرقی و مرکزی بیشتر دیده میشود. علاوه براین، دلایل متعددی در رخ دادن و مواجه شدن با کمبود و بحران آب در ایران وجود دارند که برخی از آنها عبارتند از:

• خشکسالی و بحران آب در ایران
• کشاورزی ناکارآمد
• سوء مدیریت و عطش توسعه
• مصرف بی رویه و سوء مدیریت منابع آبی
• رشد سریع و الگوی نامناسب استقرار جمعیت

خشکسالی و بحران آب در ایران

در حالت کلی ایران از جمله کشورهایی می باشد که بارندگی کمی در طول سال داشته و به همین دلیل اغلب مناطق آن بیابانی و کویری بوده و با کمبود منابع آبی مواجه است. علاوه براین، در دو دهه اخیر با مشکل خشکسالی مواجه هستیم و به شدت بر میزان بارندگی ها در طول سال تاثیر منفی ایجاد نموده است. به طوریکه متوسط بارندگی 154 میلیمتری در سال به 150 میلیمتر کاهش یافته است.

رشد سریع و الگوی نامناسب استقرار جمعیت

جمعیت ایران در قرن نوزدهم میلادی زیر ۱۰ میلیون نفر تخمین زده می‌شود. در حالی‌که در سال ۱۹۷۹ جمعیت ایران به ۳۵ میلیون نفر و در دو دهه بعد از آن جمعیت ایران به دو برابر یعنی ۷۰ میلیون نفر افزایش پیدا می‌کند. جمعیت بیشتر به غذای بیشتری نیاز دارد. به همین دلیل تولید محصولات کشاورزی به شدّت افزایش یافته و آب‌های زیرزمینی و روان به سرعت مصرف شدند.

محصول سادهٔ این رشد سریع جمعیت، افزایش تقاضای آب و متناسب با آن کاهش شدید سرانهٔ آب در دسترس است. سرانه کنونی آب در دسترس ایران با ۱٬۳۰۰ مترمکعب، کمی بالاتر از متوسط خاورمیانه و شمال آفریقا است. اما این مقدار بسیار پایین‌تر از متوسط جهانی (۷٬۰۰۰ مترمکعب) است.

با این حال مصرف خانگی مردم از آب‌های زیرزمینی تنها هشت تا هفت درصد است که رقم بالایی محسوب نمی‌شود. با توجه به این که بیشتر مصرف آب ایران در بخش کشاورزی است و مصرف خانگی سهم کمی در استفاده از آب دارد، صرفه جویی مردم ایران تأثیر زیادی بر بحران کمبود آب کشور ندارد. خانه‌ها تنها ۷ درصد آب موجود در کل کشور را استفاده می‌کنند و اگر بیست درصد صرفه جویی در مصرف آن‌ها محقق شود صرفاً ۱٫۵ درصد آب کشور نجات پیدا می‌کند.ولی صرفه‌جویی در مصرف غذایی می‌تواند تأثیر زیادی بر مصرف آب در بخش کشاورزی بگذارد.

توزیع مکانی جمعیت افزون بر رشد جمعیت از عوامل عدم تطابق میان آب در دسترس و تقاضای آب است. نابرابری اقتصادی، فرصت‌های شغلی و شرایط زندگی بهتر در مناطق شهری باعث افزایش شهرنشینی و مهاجرت از مناطق روستایی و شهرهای کوچک به مناطق عمدهٔ شهری شده‌است، مانند تهران بزرگ، که میزبان ۱۸ درصد از جمعیت کشور است. در حال حاضر، ۷۰ درصد از جمعیت ایران شهرنشین است. توزیع مکانی موجود و افزایش و تمرکز جمعیت در شهرهای بزرگ‌تر که هم‌اکنون نیز برای تأمین آب مورد نیاز خود دچار مشکل هستند، توازن عرضه و تقاضای آب در مناطق شهری را با چالش روبرو کرده‌است. هشدار در مورد خطر جیره‌بندی در عرضهٔ آب در ماه‌های تابستان در شهرهای بزرگ‌تر رایج است.

سرعت شهرنشینی، مهاجرت به شهرهای بزرگ و توسعه اراضی مستلزم افزایش مداوم در تأمین آب با رشد سریع تقاضای آب در مناطق شهری است. افزایش مداوم تقاضای آب بسیار نگران‌کننده است. با گسترش سریع شهرنشینی، تمایل به توسعهٔ بخش صنعت و تلاش‌ها برای شناسایی منابع اضافی تأمین آب، تقاضای آب را افزایش داده‌است.

سوء مدیریت و عطش توسعه

منابع آب ایران به‌طور جدی از ساختار نامناسب حکمرانی و مدیریت آب رنج می‌برد. در بخش آب، تعدد ذی‌نفعان و تنظیم منابع آب به‌طور طبیعی با درگیری‌ها و رقابت‌ها همراه است. سازمان حفاظت محیط زیست ایران قدرت سیاسی محدودی دارد و فاقد ظرفیت مورد انتظار برای اجرای مقررات جلوگیری از آسیب‌های محیط زیستی است. همچنین ساختار سلسله مراتبی سیستم مدیریت آب در ایران فرصت‌هایی را برای فساد و ناکارآمدی جدی در تبدیل تصمیمات به عمل، ایجاد می‌کند.

چاه‌ها به سرعت در حال گسترش هستند. اما داده‌های سراسر کشور نشان می‌دهد که استخراج آب زیرزمینی در حال کاهش است. بر اساس تجزیه و تحلیل داده های ملی، ایران از آب های زیرزمینی بیشتر از آنچه که بتوان به طور طبیعی شارژ کرد، استفاده می‌کند. درست همانگونه که هر سال چاه‌های بیشتری زمین را بهره‌برداری می‌کنند، دبی کلی آنها کاهش می‌یابد. در سراسر کشور، سطح آب زیرزمینی به طور متوسط تقریبا نیم متر در سال افت می‌کند.سازمان محیط‌زیست سرعت استفاده از منابع آب زیرزمینی در ایران را در قیاس با استاندارد جهانی سه برابر بیشتر تخمین می‌زند. این برداشت بی‌رویه عامل خشکیدن ۲۹۷ دشت از ۶۰۰ دشت ایران می‌باشد.همچنین بخاطر عدم رسیدگی به شبکهٔ انتقال آب ۳۵ میلیارد مترمکعب آب در مسیر انتقال هدر می‌رود. مطابق گزارش شرکت آب و فاضلاب و دانشکده محیط زیست دانشگاه تهران، تا شهریور ۱۳۹۴ ۴۰٪ از شبکهٔ آب کشور فرسوده اعلام شد. ۱۳٪ از کل هدر رفتن آب ایران تا این تاریخ به موجب همین فرسودگی بوده‌است.

تلاش ایران برای مدرنیزه شدن، در کنار پیشرفت‌های قابل‌توجه در توسعه زیرساخت‌ها قبل و بعد از انقلاب ۱۳۵۷، باعث توجه کمتر به اثرات محیط زیستی طولانی‌مدت به دلیل تعجیل برای ساخت زیرساخت‌ها و توسعه فناوری شد. در نتیجه این وضعیت ارتباط مهم بین توسعه و محیط زیست تا حد زیادی نادیده گرفته شد، و اجرای پروژه‌های زیربنایی و مهندسی به‌طور جدی محیط زیست را تحت تأثیر قرار داد که اثرات منفی آن بر سلامت مردم و بر سیستم‌های طبیعی مشاهده شده یا در طولانی مدت دیده خواهد شد. با وجود اثرات محیط زیستی و اقتصادی، تشنگی برای توسعه فنی و تکنولوژی سریع (به‌جای توسعه پایدار) هنوز هم عامل اصلی تصمیم‌گیری‌های توسعه‌ای کشور است.

دوگانه مدیریت آب و پایداری محیطی چندان هم جدید نیست. اما در حال رشد است. در طول دهه‌های متمادی، ایران با راه‌حل‌های مهندسی خودنمایانه و مبتنی بر عرضه مانند ساخت سد و تونل‌های انتقال آب به منظور تأمین امنیت آب، وسوسه شده‌است. اما ایران باید قبلاً دریافته باشد که انتقال بین‌حوضه‌ای -انتقال آب از یک منطقه جغرافیایی به منطقه دیگر، معمولاً در مسافت‌های طولانی- درمان قطعی نیست. مجموعه‌ای از انحرافات آب از سرآب‌های غربی رودخانه کارون در طی چند دهه بیش از دو برابر جریان طبیعی رودخانه زاینده رود، منبع اصلی آب سطحی برای یک قطب استراتژیک اجتماعی-اقتصادی در ایران مرکزی را افزایش داد، اما این امر باعث ترویج توسعه لجام گسیخته شد و مردم را به نقل مکان به آن ترغیب کرد. چندین سال است که نامزدهای مجلس با وعده‌ی آوردن کارخانجات به شهرهایشان، نتیجه‌ی انتخابات را از آن خود می‌کنند. به همین ترتیب، شهرهای بزرگتر با نمایندگان مجلس بیشتر از قدرت بیشتری برخوردارند.در نتیجه، افزایش درگیری‌های آبی، کشاورزان را بر علیه مصرف‌کنندگان شهری، استان‌ها را بر علیه یکدیگر، و ایران را بر علیه همسایگان خود قرار می‌دهد.

مصرف بی رویه و سوء مدیریت منابع آبی

عدم رعایت استانداردها در کشاورزی و بخش های صنعتی و حتی زندگی شهری همگی باعث شده اند تا مصرف آب در ایران بی رویه و غیر قابل مقایسه با سایر کشورها باشد. استفاده از روش های آبیاری غرقابی، آبیاری فضای سبز شهری و شستشوی معابر و غیره با آب آشامیدنی از بزرگترین مشکلات در ایران می باشند که همه ساله بحران آب را جدی تر می کنند. علاوه براین، در کارخانجات و کارگاه های تولیدی و معادن نیز آب زیادی مصرف و آلوده شده و در نهایت به عنوان آب غیر قابل استفاده از چرخه خارج خواهند شد.

کمبود آب در ایران

با توجه به میزان منابع آب و سرانهٔ مصرف، ایران از جمله کشورهایی است که در گروه کشورهای مواجه با کمبود فیزیکی آب قرار دارد. این گروه شامل کشورهایست که در سال ۲۰۲۵ با کمبود فیزیکی آب مواجه هستند. این بدان معناست که حتی با بالاترین راندمان و بهره‌وری ممکن در مصرف آب، برای تأمین نیازهایشان آب کافی در اختیار نخواهند داشت. حدود ۲۵ درصد مردم جهان از جمله ایران مشمول این گروه می‌باشند.

براساس شاخص فالکن مارک، کشور ایران در آستانه قرار گرفتن در بحران آبی است. با توجه به اینکه در دهه‌های ۱۳۸۰ و ۱۳۹۰ خورشیدی حدود ۶۹ درصد از کل آب تجدیدپذیر سالیانه مورد استفاده قرار می‌گیرد، براساس شاخص سازمان ملل، ایران نیز اکنون در وضعیت بحران شدید آبی قرار دارد. بر اساس شاخص مؤسسه بین‌المللی مدیریت آب نیز، ایران در وضعیت بحران شدید آبی قرار دارد.با نرخ بهره‌برداری کنونی، ۱۲ استان از ۳۱ استان ایران طی ۵۰ سال آینده سفره‌های زیرزمینی خود را به طور کامل خالی خواهند کرد.

راهکارهای مدیریت آب

همان طور که اشاره شد برخی از دلایل که منجر به جدی تر شدن بحران آب در ایران شده اند؛ از قبیل خشکسالی و کاهش بارندگی غیر قابل کنترل می باشند. در مقابل برخی دیگر از دلایل را می توان با مدیریت صحیح و استفاده از تکنولوژی و فناوری تا حد زیادی رفع نمود. از جمله راهکارهای مدیریت آب در ایران می توان به موارد زیر اشاره نمود:

استانداردسازی کشاورزی و آبیاری

بیشترین مصرف آب را در بخش های کشاورزی شاهد هستیم و سالانه مقدار زیادی از آب سفره های زیرمینی و چاه و قنات ها توسط مزارع کشاورزی استفاده میشود. علاوه براین، در این صنعت از کودهای شیمیایی و آفت کش های شیمیایی به وفور استفاده شده و به همین دلیل منجر به آلوده شدن آب ها می شوند. استفاده از روش های آبیاری نوین از جمله آبیاری قطره ای و انتخاب محصولات مناسب با هر اقلیم برای کشت از جمله راهکارهای مدیریت آب در این حوزه می باشند.

مدیریت بحران آب در ایران با بازیافت فاضلاب

یکی از راهکارهای مهم و کاربردی تصفیه فاضلاب و استفاده مجدد از آن دربخش صنعت و کشاورزی است.با استفاده از سیستم های تصفیه فاضلاب در صنایع و تصفیه و استفاده مجدد از آن می توان در مصرف آب صرفه جویی کرد و همچنین از آلودگی محیط زیست جلوگیری کرد.