فرآیند اسمز معكوس همان گونه كه از نام آن نیز مشخص است، بر عکس فرآیند طبیعی اسمز می باشد، فرایند اسمز معکوس امروزه جزء یكی از جدید ترین و متداول ترین روش های جدا سازی به خصوص در تصفیه آب های شور محسوب می‌شود. در این فرآیند با قرار دادن فشاری بیشتر از فشار اسمزی در سمت محلول غلیظ تر (آب شور یا concentrate)، جهت حركت حلال (آب خالص یا pure water ، permeate)معکوس شده و به این ترتیب می توان آب را از ناخالصی های درون آن جدا كرد و TDS را کاهش داد.

اسمز معکوس

 اسمز معکوس ( Reverse Osmosis) فرایند تصفیه آبی است که در آن از فشار برای معکوس نمودن جریان اسمزی آب از درون یک غشای نیمه‌تراوا برای تولید آب خالص و حذف یون‌ها، مولکول‌ها و ذرات بزرگتر حل‌شده در آب استفاده می‌شود. اگر یک غشای نیمه‌تراوا بین دو محلول آب خالص و آب ناخالص قرار گیرد آب به صورت طبیعی و تحت خاصیت اسمزی از غلظت پایین‌تر به غلظت بالاتر جریان می‌یابد. این پدیده تا هنگامی که پتانسیل‌های شیمیایی دو طرف برابر گردند ادامه خواهد یافت. در حالت تعادل اختلاف فشار بین دو طرف غشا برابر اختلاف فشار اسمزی است. اگر فشاری برابر با اختلاف فشار اسمزی به محلول غلیظ‌تر اعمال گردد جریان آب قطع خواهد شد. در صورتی‌که فشار اعمال شده بیشتر از فشار اسمزی باشد، جهت جریان طبیعی آب، معکوس خواهد گردید.

در این روش آب با فشار از میان غشایی گذرانده می‌شود که نیترات و دیگر مواد معدنی و بسیاری از مواد شیمیایی و میکروارگانیسم‌ها (عمدتاً باکتری‌ها) را حذف می‌کند. نیم تا دو سوم آب پشت این غشا باقی می‌ماند که به عنوان آب پسمانده (Concentrate) دور ریخته می‌شود. می‌توان پسماند خروجی را مجدداً به سیستم بازگرداند تا در مصرف آب صرفه‌جویی شود. اگر پسآب خروجی که نیم تا دوسوم آب را تشکیل می‌دهد در یک سیکل چرخشی وارد شود می‌توان راندمان سیستم را افزایش داد.

همچنین بهترین روش نمک‌زدایی از آب‌های شور استفاده از فرایند گذرندگی وارونه می‌باشد، زیرا سیستم پیچیده‌ای نداشته و راهبری آن قابلیت کنترل بیشتری از دیگر روش‌ها دارا می‌باشد و با توجه به توسعه روش‌های پیشرفته تولید غشاهای پلیمری، به‌کارگیری این روش، توجیه بیشتری دارد.

صنایع امروز برای تصفیه آب مورد استفاده در بخش‌های تولید بخار و فرایند خود از سیستم گذرندگی وارونه به فراوانی استفاده می‌کنند. اساس کار این دستگاه‌ها بر عبور مولکول‌های غیر یونی مثل آب از یک غشاء با روزنه‌های بسیار ریز بنا شده‌است. این غشاءها به صورتی ساخته شده‌اند که مولکول‌های خنثی را به آسانی از خود عبور می‌دهند. به همین دلیل آب ورودی به سیستم، که دارای املاح مختلف است به آب تقریباً خالص تبدیل می‌گردد. در سیستم گذرندگی وارون، جریان ورودی یا خوراک (Feed) به دو جریان آب تصفیه‌شده (Permeate) و پساب غلیظ (Concentrate) یا (Brine) تبدیل می‌شود. سیستم گذرندگی وارونه که به واسطه فیلتری که به آن ممبران یا غشاء گفته می‌شود عملیات جداسازی مولکول را انجام می‌دهد. به این صورت که غشاء یا لایه‌های به هم تابیده شده به دور یک لوله استوانه‌ای که بیشتر از جنس پلاستیک است با روزنه‌هایی که اندازه آن‌ها از یک ده هزارم میکرون کوچکتر هستند آلاینده‌های آب را جداسازی می‌کند. این آلاینده‌های آب شامل نیترات، انگل، باکتری، قارچ، سموم کشاورزی، نمک و دیگر املاح محلول آلوده‌کننده می‌باشند.

تعریف اسمز

تشریح کلمه اسمز معکوس از دو کلمه معکوس : Reverse و اسمز osmosis تشکیل شده است ، در صورتی كه یك غشاء نیمه تراوا (منظور از غشاء نیمه تراوا یعنی غشایی که آب به راحتی از آن عبور نماید، در حالی که عبور املاح و نمک های آب نظیر MgSo4 CaSo CaCl2 NaCl و غیره امکان پذیر نباشد.

فشار اسمزی

بین دو محلول با غلظت های متفاوت قرار گیرد، مقداری از حلال از یك طرف محلول رقیق به سمت دیگر غشاء می رود. این پدیده كه به نام اسمز معروف است، تا زمانی ادامه پیدا می كند كه سیستم به حالت تعادل برسد. در حالت تعادل بین دو طرف غشاء اختلاف فشاری متناسب با غلظت مواد حل شده در محلول وجود دارد كه به آن فشار اسمزی می گویند.

غشای نیمه تراوا چیست؟

خروجی آن یکی آب تولید و دیگری آب فاضلاب است حال مقدار درصد بازیابی با توجه به نوع غشاء (ممبرین)،كیفیت و كمیت آب تصفیه شده و مقدار هزینه های عملیاتی، را تعیین خواهد کرد . بالا رفتن بیش از اندازه درصد بازیابی (ریکاوری) (recovery)، باعث افزایش املاح در آب تولید شده دستگاه و در نتیجه فشار اسمزی در آب پشت غشا ها می شود، كه این امر باعث افزایش انرژی عملیاتی لازم، كاهش دبی و افزایش درصد عبور املاح از میان غشاها می‌شود .

چگونه عملکرد سیستم اسمز معکوس را ارزیابی کنیم

پارامترهای مختلفی برای ارزیابی عملکرد اسمز معکوس استفاده می شود. این پارامترها شرایط عملیاتی سیستم را مشخص می کنند

۱. سرعت جریان (Flow Rate)

سیستم های اسمز معکوس بر اساس سرعت و یا دبی جریان محصول رتبه بندی می‌شوند. سرعت جریان های ورودی به سیستم و جریان تغلیظ شده فقط در مراحل طراحی اهمیت دارند و ذکر می‌شوند. در برخی موارد، سرعت جریان محصول ممکن است متفاوت از سرعت طراحی شده باشد. این تفاوت به علت تغییرات در شرایط آب ورودی به سیستم نسبت به شرایط طراحی است. بطور مثال، ممکن است دبی و یا دمای آب ورودی به سیستم کمتر از مقدار طراحی شده باشد.

۲. نقش شار یا فلاکس (Flux) در عملکرد اسمز معکوس

فلاکس یکی از پارامترهای ارزیابی عملکرد سیستم‌های غشایی است که معادل سرعت جریان آبی است که از سطح مشخصی از غشا عبور می کند. در سیستم‌های اسمز معکوس فلاکس را بوسیله گالن آب بر فوت مربع در واحد روز (gfd) گزارش می کنند. همچنین می‌توان در سیستم استاندارد و واحد لیتر بر متر مربع در ساعت (LMH) نیز فلاکس را گزارش کرد. فلاکس آب عبوری از غشای اسمز معکوس با فشار عملیاتی که پمپ اعمال می‌کند، متناسب است.

تعیین فلاکس اسمز معکوس در طراحی

طراح سیستم اسمز معکوس میزان فلاکس آب کل سیستم را مشخص می کند. به طور کلی فلاکس سیستم اسمز معکوس باید بر اساس کیفیت آب وروردی به سیستم تعیین شود. در فلاکس بیشتر سرعت گرفتگی غشای اسمز معکوس نیز بیشتر خواهد بود. پس در حالتی که کیفیت آب ورودی پایین است لازم است طراحی سیستم تصفیه آب بر اساس فلاکس کمتری صورت گیرد.

فرق بین سرعت جریان آب عبوری از غشا با فلاکس چیست؟

غشاها در صنعت به صورت ماژول هایی که سطح وسیعی از غشا را در حجم کمی متمرکز کرده‌اند، مورد استفاده قرار می گیرند. پس ماژول‌های مختلف ممکن است دارای سطح ویژه متفاوتی باشند. در نتیجه دبی عبوری از غشا بر اساس سطحی از غشا که ماژول در خود جای داده، وابسته است. به منظور مستقل کردن سرعت آب عبوری از غشا از سطح غشای موجود در ماژول از پارامتر فلاکس استفاده می شود که سرعت جریان را در هر متر مربع گزارش می دهد.

۳. تعیین عملکرد اسمز معکوس با پارامتر پس زنی (Rejection)

پس زنی مشخص می کند چه مقدار از ترکیبات موجود در جریان آب ورودی به سیستم اسمز معکوس توسط غشا نگه داشته شده و از جریان آب تصفیه شده حذف شده‌اند. به عنوان مثال، ۹۸ درصد پس زنی سیلیس به این معنی است که غشا ۹۸ درصد از غلظت سیلیس موجود در جریان خوراک را نگه داشته، و تنها ۲ درصد امکان ورود به محصول را پیدا کرده است. هر چه درصد پس زنی غشا بیشتر باشد نشان دهنده قدرت بالای غشا در حذف ترکیبات مورد نظر است. پس زنی غشای اسمز معکوس ممکن است در اثر ایجاد فولینگ (Fouling) یا گرفتگی کاهش یابد. پس لازم است کیفیت آب تصفیه شده توسط سیستم RO بطور مداوم مورد ارزیابی قرار گیرد.

TDS متر کاهش سختی آب، اگرچه کاملا مشهود است که آبی که مستقیما مصرف می کنیم .اغلب به مواد شیمیایی و ذرات سخت آلوده است. این مواد معدنی حل نشده در آب می توانند سلامتی ما را به خطر بیندازند. جدا از مواد بزرگتری که به سرعت توسط فیلتر تصفیه آب مسدود می شوند . ذرات ریزتری که در آب حل می شوند .TDS یا سختی آب نامیده می شوند. تی دی اس در آب ترکیبی از هر دو ماده آلی از منابع طبیعی و مواد معدنی است. که توسط صنایع ، نمک های جاده ای ، سموم دفع آفات و غیره تولید می شود. بنابراین کاهش سختی آب اهمیت زیادی دارد.

تی دی اس یک عدد قابل اندازه گیری است. که سطح شدت نمک محلول در آب را نشان می دهد. این مقدار به منبع ، تامین کننده و استفاده از آب بستگی دارد. آب موجود در منبع ، یعنی یخچال ها ، میزان سختی کمتری در مقایسه با آب تأمین شده شهری دارد. کاهش سختی آب اهمیت زیادی دارد ، با این حال ، آب آشامیدنی باید حاوی مقدار مناسبی نمک محلول باشد. بنابراین ، اطمینان از میزان مناسب سطح سختی آب بسیار مهم است.

آب سخت دارای سطح بالایی از تی دی اس است که قبل از مصرف نیاز به کاهش دارد. آب آشامیدنی با سختی بالا برای سلامتی خطرات زیادی دارد. شایع ترین آن گلودرد با احساس خارش است. همچنین ، آب سخت برای سلامتی و سایر تجهیزات خانگی مضر است ، بنابراین کاهش سختی آب امری ضروری است.

در چنین مواردی که میزان سختی آب بالا است ، سرمایه گذاری برای یک فیلتر با کارایی بالا که سطح TDS را کاهش دهد و آب خالص و سالمی را در اختیار شما قرار دهد ، بسیار مهم است.

TDS آب چیست؟

TDS یا Total Dissolved Solid به کل جامدات محلول در آب گفته می شود. این جامدات شامل نمک های معدنی، عمدتاً کلسیم، منیزیم، پتاسیم، سدیم، بی کربنات ها، کلرید ها و سولفات ها و مقدار کمی از مواد آلی است که در آب حل می شوند.

آب حلالی قوی در طبیعت به شمار می رود. آب آشامیدنی بدون بو، بدون رنگ و بدون مزه است. جامدات محلول به هر ماده معدنی مانند نمک، فلزات، آنیون ها و کاتیون هایی که در آب محلول هستند، اشاره دارد.  TDS در آب آشامیدنی از منابع طبیعی، خطوط انتقال و مواد شیمیایی مورد استفاده در فرآیند تصفیه آب و ماهیت لوله کشی یا سخت افزار مورد استفاده برای انتقال آب منشأ می گیرد.

تست کل جامدات محلول یک اندازه گیری کیفی از مقدار یون های محلول را نشان می دهد. اما نوع مواد محلول در این تست مشخص نمی شود. علاوه بر این، این تست اطلاعاتی در مورد مسائل خاص کیفیت آب مانند سختی، طعم شور، رنگ‌، بو، خورندگی یا وجود فلزات کمیاب و آلاینده های میکروبیولوژیکی ارائه نمی کند. بنابراین از آزمون کل جامدات محلول به عنوان آزمایش شاخص برای تعیین کیفیت عمومی آب استفاده می شود.

اهمیت اندازه گیری کل جامدات محلول در آب

آزمایش آب یک راه عالی برای بررسی کیفیت آبی است که در اختیار دارید و برای اهداف مختلف استفاده می‌کنید. در این قسمت چند دلیل برای اهمیت اندازه گیری TDS آب آورده شده است که برای رفع این موارد بهتر است از روش‌های کاهش TDS آب استفاده نمایید.

طعم : سطوح بالای TDS در آب بر طعم آب آشامیدنی شما تأثیر می‌گذارد. آب شرب بسته به نوع مواد جامد محلول موجود در آب ممکن است طعم تلخ، شور یا گوگردی داشته باشد.

اهداف بهداشتی : آب با TDS بالا برای نوشیدن کاملا بی خطر است. با این حال، برخی از مواد مانند سرب، یا مس می‌توانند خطراتی برای سلامتی به همراه داشته باشند.

تعمیر و نگهداری فیلترها : سیستم‌های تصفیه آب تحت تاثیر سطح بالایی از تی دی اس هستند. آزمایش منظم سیستم‌های تصفیه آب از عملکرد صحیح فیلترها اطمینان حاصل می‌کند.

پخت و پز : اگرچه TDS بالا بر سلامتی تأثیر نمی‌گذارد، اما می‌تواند طعم غذای شما را تغییر دهد.

تمیز کردن : TDS بالا در آب لکه‌های زشتی را روی ظروف شما ایجاد می‌کند. این نوع آب همچنین رنگ لباس های شما را محو می‌کند و با تجمع در سینک، وان و شیرهای آب موجب برخی مشکلات می‌شود.

لوله کشی و لوازم برقی : مقادیر زیاد نمک‌های کلسیم و منیزیم محلول می‌تواند باعث تشکیل رسوب در لوله‌ها و لوازم خانگی شود و طول عمر آنها را کاهش دهد.

نحوه اندازه گیری TDS آب

دو روش آزمایشگاهی و خانگی برای اندازه گیری TDS آب وجود دارد. در روش آزمایشگاهی مواد و تجهیزاتی نیاز است که افراد عادی به آنها دسترسی ندارند، بنابراین روش خانگی که با استفاده از TDS سنج انجام می­شود، انتخاب بهتری است

TDS سنج چیست؟

TDS سنج دستگاهی است که می تواند برای نشان دادن TDS یک منبع آب استفاده شود. تحقیقات نشان می دهد TDS  سنج ها با قیمت های متفاوت با توجه به برند و دقت در بازار عرضه می شوند. جامدات محلول به طور طبیعی رسانایی آب را افزایش می دهند. بنابراین یک TDS سنج رسانایی یک نمونه آب را اندازه گیری می کند و از این طریق برای تعیین سطح تی دی اس آب استفاده می­کند. این سطح بر حسب قسمت در میلیون (ppm) یا میلی گرم در لیتر (mg/L) اندازه گیری می شود.

آنچه حائز اهمیت می­باشد این است که در حالی که یک TDS سنج غلظت TDS را در آب اندازه گیری می کند، اما آلاینده هایی که در آب است را نشان نمی­دهد. علاوه بر این، یک TDS سنج فقط می تواند جامدات محلول را اندازه گیری کند. برخی از آلاینده ها، مانند برخی از فلزات، مواد شیمیایی، داروها و آفت کش ها توسط دستگاه TDS متر مشخص نمی­شوند. برای وضوح و دقت بیش­تر در مورد آنچه در منبع آب وجود دارد، آزمایش آب باید در نظر گرفته شود.

تفاوت TDS و سختی آب

یکی از اشتباهات رایج این است که TDS را برابر با سختی آب می دادند. طبق تعریف هر کدام، سختی آب به کل مقدار یون های بی کربنات و کربنات (از جمله منیزیم و کلسیم) گفته میشود. در صورتی که TDS به کل جامدات آلی و غیر آلی گفته می شود. به عبارت دیگر سختی آب زیرمجموعه ای از TDS است. بدین منظور همیشه مقدار سختی آب کمتر یا مساوی TDS می باشد.

تفاوت TDS و PH آب

یکی دیگر از رایج ترین اشتباهات این است که PH و TDS به یکدیگر مرتبط هستند. با توجه به تعریف هر کدام، PH نشان دهنده میزان غلظت یون هیدروژن (+H) می باشد. در صورتی که TDS مقدار املاح و جامدات محلول در آب را مشخص می کند. در نتیجه PH و TDS هیچ ارتباطی با یکدیگر ندارند.

اثرات TDS آب بالا

• مزه آب: TDS بالا باعث ایجاد مزه تلخی در آب شده و بسته به اینکه چه نمکی در آب حل شده مزه شوری می دهد.
• آشپزی: استفاده از آب با TDS بالا موجب تغییر در مزه و طعم غذا می شود.
• شست و شو: غلظت بالای TDS در آب، باعث تشکیل لکه هایی بر روی ظروف، لباس ها و سایر وسایلی که در تماس با سطح می شوند که به سختی قابل تمیز شدن است.
• سلامتی: عامل TDS ممکن است که مواد مغذی طبیعی نباشد، برخی از مواد محلول مانند مواد شیمیایی خطرناک و مواد معدنی موجود در آب برای سلامتی انسان ممکن است خطرناک باشد.
• لوله کشی: وقتی آب از سیستم لوله کشی و وسایل برقی عبور می کند از خود رسوبات TDS بر جای می گذارد که موجب گرفتگی و آسیب به لوله ها و سایر وسایل می شود.

بهترین روش برای کاهش TDS آب کدام است؟

آب یک کالای کمیاب و بسیار ارزشمند است. پس از اندازه گیری TDS در آب آشامیدنی اگر متوجه شدید که سطح آن غیرقابل قبول است، می توانید راه‌های زیر را برای کاهش تی دی اس آب امتحان کنید.

روش اسمز معکوس برای کاهش TDS آب

روش اسمز معکوس بهترین و محبوب ترین راه حل برای کاهش TDS و حذف آن از آب است. دستگاه تصفیه آب صنعتی RO می تواند بیش از 98 درصد TDS شامل نمک های محلول، مواد معدنی و مواد شیمایی تا ابعاد 0.0005 میکرون را حذف کند.

سیستم های تصفیه اسمز معکوس معمولا در قبل از محل استفاده از آب مانند زیر سینک نصب می شوند. آب در ابتدا از چندین مرحله فیلتراسیون از جمله فیلتر کربنی عبور می کند و بعد از طریق یک پمپ فشار قوی از یک غشای نیمه تراوا عبور می کند. 

بیشتر نا خالصی ها توسط غشا به دام افتاده و از طریق سیستم تخلیه از آب خارج می شود. از لحاظ راندمان کاهش تی دی اس هیچ روش بهتری از RO وجود ندارد. استفاده از دستگاه تصفیه آب به روش اسمز معکوس یک راه حل مقرون به صرفه دراز مدت برای حذف تی دی اس آب است.

یک دستگاه تصفیه آب صنعتی از چندین مرحله فیلتراسیون و یک غشای نیمه تراوا برای کاهش بیش از 99.9٪ TDS استفاده می کند. این نوع سیستم تصفیه، در تصفیه خانه های آب رایج است. در صورت کم بودن دبی آب ورودی می توان از دستگاه تصفیه آب نیمه صنعتی و یا خانگی استفاده کرد.

TDSمتر TDSمتر TDSمتر TDSمتر TDSمتر TDSمتر TDSمتر TDSمتر TDSمتر TDSمتر تی دی اس متر 

روش تقطیر برای کاهش TDS آب</h3>

e=”color: #ffffff;”>TDS متر تقطیر روش موثر دیگری برای حذف مواد معدنی و آلی از آب آشامیدنی است. فرآیند تقطیر شامل جوشاندن آب تا زمانی است که تبخیر شود. سپس آب در امتداد یک سطح خنک حرکت می‌کند و سپس در یک ظرف جداگانه متراکم و جمع آوری می‌شود. اکثر آلاینده‌ها دارای نقطه جوش بالاتری نسبت به آب هستند، بنابراین به صورت جامد یا مایع در انتهای محلول در حال جوش در محفظه جوش باقی می‌مانند. سپس هنگامی که محفظه بین استفاده تمیز می‌شود، این مواد نیز حذف می‌شوند.

هر TDS که قادر به تبخیر و متراکم شدن با آب باشد، توسط یک فیلتر کربنی که در دهانه دستگاه تقطیر قرار می‌گیرد، حذف می‌شود. تقطیر اساساً به عنوان یک تصفیه کننده آب آشامیدنی عمل می‌کند و اکثر TDS آب را حذف می‌کند. با این حال، تولید آب مقطر ساعت‌ها طول می‌کشد و همه حوصله صبر کردن این مقدار را ندارند. le=”color: #ffffff;”>TDS متر

روش دیونیزاسیون برای کاهش TDS آب

دیونیزاسیون شامل جریان آب بین الکترودهای مثبت و منفی است. این کار باعث می‌شود یون‌های مثبت از آب جدا شوند و به سمت الکترود منفی جذب شوند. آب یونیزه شده بسیار خالص است زیرا بیشتر یون‌های مثبت و منفی آن حذف شده است. با این حال، دییونیزاسیون آلاینده‌های غیر یونی را هدف قرار نمی‌دهد، بنابراین آب معمولاً قبل از این فرآیند با سیستم اسمز معکوس تصفیه می‌شود تا تی دی اس  به محدوده مجاز کاهش یابد. به همین دلیل، دیونایزرها به عنوان تصفیه کننده آب در نظر گرفته نمی‌شوند و به اندازه روش‌های دیگر موثر نیستند.

منابع TDS در آب

تمامی جامدات محلول می توانند از هر نوع منبعی بدست بیایند. ممکن است از فاضلاب، مواد شیمیایی تصفیه آب، رواناب کشاورزی یا فاضلاب صنعتی وارد آب شوند.

منابع طبیعی مانند خاک و سنگ نیز ممکن است حاوی تی ای اس باشند. رواناب شهری یا جریان آب باران در مناطق شهری می تواند حامل TDS باشد و حتی لوله ها و مواد لوله کشی مورد استفاده برای انتقال آب به خانه ممکن است منبع تی دی اس باشند. لازم به ذکر است که TDS لزوما بد نیست.تر

مواد معدنی “مفید” را می توان در عوامل محیطی مانند ذخایر کربنی و چشمه های معدنی یافت. نمک ها که نوع رایجی از تی دی اس هستند، ممکن است در نهایت در آب آشامیدنی ناشی از ورود آب دریا یا حتی از مواد یخ زدایی در جاده های شهری به یافت شوند.

فیلتر کربن یکی از تجهیزات مهم در صنعت تصفیه آب بشمار می آید. این نوع فیلتر را می توان یکی از زیر مجموعه‌ها یا هم خانواده فیلتر شنی دانست. علت این  امر تشابه سیستم ساختاری آنها می باشد. به طور کلی می توان گفت بدنه و سیستم لوله کشی و زهکشی هر دو سیستم یکسان است و تنها اختلاف این دو فیلتر در موادی است که بر روی بستر داخل مخزن استفاده می گردد.

فیلتر کربن چیست؟

فیلتر کربن یا فیلترهای کربن فعال، عضوی از سیستمهای تصفیه آب استاندارد در خانه‌ها، ساختمانها هستند و از آنها برای فیلتر کردن آلاینده‌ها مانند کلر، حلالهای آلی، علف کش ها، آفت کش ها و رادون آب استفاده می شود. بسیاری از مردم معتقدند که این فیلترها آب را سالم تر و طبیعی تر می کند.

کربن فعال در تأسیسات تصفیه آب برای کمک به بهبود کیفیت آب استفاده می شود. بسیاری از دستگاه‌های تصفیه آب خانگی نیز از کربن فعال استفاده می کنند، به ویژه برای کمک به کاهش بو، رنگ و طعم آب.

کربن فعال را می توان از بسیاری از مواد معمول که دارای کربن زیاد هستند تهیه کرد. ابتدا ذغال سنگ در غیاب اکسیژن گرم می شود. سپس ممکن است در معرض سایر مواد شیمیایی مانند آرگون و نیتروژن قرار گیرد و در حضور بخار و اکسیژن دوباره گرم شود.

دومین فرآیند گرمایش یک ساختار منفذی ایجاد می کند که با افزایش سطح کربن، کربن را “فعال” می کند. یک مزیت بزرگ زیست محیطی و اقتصادی کربن فعال این است که پس از یک عملیات حرارتی برای حذف ترکیبات جذب شده قابل بازیافت است. به این فرآیند فعال سازی مجدد می گویند.

زغال سنگ در بالاترین درجه حرارت از طریق یک فرآیند تجاری “فعال” می شود. به محض افزایش دما، ساختار هسته تغییر کرده و اندازه منافذ آن متراکم می شود، در حالی که کربن متخلخل تری نسبت به حالت معمولی ایجاد می کند. بافت متخلخل زغال دارای بار الکتریکی منفی است که مولکولهای با بار مثبت مانند سموم و گازها را جذب می کند. این امر به دام انداختن سموم و مواد شیمیایی کمک می کند.

فعال شدن زغال سنگ باعث ایجاد یک سطح فیلتراسیون عالی می شود و به آن اجازه می دهد تا ظرفیت بالایی برای جذب ناخالصیهای آب داشته باشد. جذب فرآیندی است که طی آن ماده به سطح یک ماده جاذب می چسبد. به واسطه این جذب، کربن فعال دارای ظرفیت نگهداری بالایی است.

فیلتر کربنی در تصفیه آب صنعتی چیست؟

قبل از پاسخ به این سوال پاسخ دهیم که فیلتر کربنی در تصفیه آب صنعتی چیست، اجازه دهید اشاره کنیم که فیلتر کربنی توسط روش جذب سطحی، عمل تصفیه آب را به انجام می‌رساند. کربن فعال با فرایندی که باعث می‌شود دانه‌های آن دچار منافذ و جذب سطحی زیادی شوند، به وجود می‌آید که این فرایند باعث می‌شود کلر و مواد آلی (TOC) جذب سطح کربن فعال شوند.

این منافذ بسیار ریز هستند. درواقع هرچه این منافذ ریزتر باشند، قدرت جذب سطحی آن‌ها بالاتر است. هر گرم کربن فعال، سطحی حدود ۵۰۰ متر مربع برای جذب دارد. از میان شرایط عملیاتی دبی جریان آب، فشار جریان آب و زمان تماس آب با کربن عواملی هستند که روی عملکرد جذب سطحی کربن فعال تاثیر دارند.

کاربرد فیلتر کربن در تصفیه آب فاضلاب

واحد کربن فعال با اهداف مختلفی ممکن است در سیستم‌های تصفیه آب صنعتی مورد استفاده قرار گیرد. ولی اگر هدف استفاده از این سیستم را پیش تصفیه واحد اسمز معکوس (RO) در نظر بگیریم، می‌توان گفت فیلتر کربن با ۲ هدف مهم در پیش تصفیه RO قرار می‌گیرد.

۱. کاربرد فیلتر کربن در پیش تصفیه RO با هدف کاهش بایوفولینگ

یکی از مشکلاتی که گریبان‌گیر سیستم‌‌های RO صنعتی است فولینگ بیولوژیکی یا بایوفولینگ است. دلیل این پدیده وجود میکروارگانسیم‌های زنده در سیستم است که اگر غذای مورد نیازشان به آنها برسد رشد می‌کنند و کل سیستم RO را با مشکل مواجه می‌کنند. در چنین حالتی یکی از موثرترین راهکارها برای کاهش اثر بایوفولینگ جلوگیری از رسیدن غذا به این باکتری‌ها و میکروارگانیسم‌ها است. کاهش پارامتر TOC که با استفاده از فیلتر کربن انجام می‌شود دقیقا یعنی از رسیدن غذا با باکتری‌ها جلوگیری شده است. پس می‌توان گفت یکی از کاربرد‌های فیلتر کربن در پیش تصفیه آب صنعتی کاهش فولینگ بیولوژیکی از طریق کاهش پارامتر TOC است.

۲. کاربرد فیلتر کربن در پیش تصفیه آب صنعتی RO با هدف حذف کلر آزاد

تزریق کلر به آب خام یکی از روش‌های گند زدایی و کنترل بایوفولینگ در سیستم‌های تصفیه آب صنعتی است. ولی اگر در انتهای فرایند تصفیه اسمز معکوس دارید، حتما باید توجه داشته باشید که کلر آزاد در آب ورودی به RO  منجر به تخیریب سریع ممبران‌های شما خواهد شد. پس لازم است قبل از ورود خوراک به RO کلر آزاد را خنثی کنید. این کار توسط فیلتر کربن به طور موثر انجام پذیر است.

۳. کاربرد فیلتر کربن در تصفیه فاضلاب‌های صنعتی

فاضلاب صنعتی حاوی بسیاری از ترکیبات آلی، مواد شیمیایی مضر، بو و ناخالصی‌های دیگر است که نیاز به فیلتراسیون موثر دارند. تصفیه‌خانه‌های آب در هند از فیلترهای زغال (کربن) فعال برای حذف آلاینده‌ها از فاضلاب صنعتی استفاده می‌کنند. ساختار متخلخل به از بین بردن مواد شیمیایی آلی معدنی و مصنوعی کمک می‌کند. با استفاده از روش فعال‌سازی حرارتی و شیمیایی می‌توان ظرفیت جذب کربن را افزایش داد.

کاربرد فیلتر کربن اکتیو

تصفیه آب شامل حذف آلاینده‌های مضر از آب است. فیلتراسیون از نظر فیزیکی آلاینده‌ها را مسدود یا از نظر شیمیایی حذف می کند. استفاده از کربن اکتیو یک روش تصفیه متفاوت از اسمز معکوس است، که آب را از طریق غشای نیمه نفوذپذیر و تقطیر، که آب را بخار می کند تا از آلودگی ها جدا شود، تصفیه می کند.

فیلترهای کربنی در حذف انواع مواد شیمیایی مضر، شامل کلر، بنزن، رادون، ترکیبات حلال تری هالومتان، مواد شیمیایی آلی فرار مانند آفت کش ها و علف کش ها طعم و بوی بد آب و صدها ماده مصنوعی دیگر است که می توانند در جریان جریان آب در سیستم لوله کشی وجود داشته باشند، بسیار مفید هستند.

همانطور که در بالا عنوان شد عمده کاربرد فیلتر کربنی حذف مواد آلی آب خام ورودی سیستم می باشد. فیلتر کرین توانایی حذف طعم، رنگ و بوی نامطبوع آب را دارا می باشند. به لحاظ تخصصی فیلتر کربن BOD و COD آب را کاهش داده و به سبب آن کدورت و ناخالصی آب حذف شده و اصطلاحا آب تصفیه می شود. هم چنین کاربرد دیگری که برای این فیلتر کربن مطرح می باشد، حذف مولکولهای کلر آزاد از آب می باشد که در استخر ها که به آب کلر اضافه می گردد بسیار کاربردی و حائز اهمیت می باشد.

فیلترها اغلب توسط افرادی که مراقب سلامتی هستند و می خواهند از ذرات دانه دار یا بوها و طعمهای ناخوشایند از آب جلوگیری کنند، استفاده می شود. باید بدانید که فیلترهای کربن فعال باکتری ها، ویروس ها یا قارچ ها یا اسپورهای قارچی را از آب حذف نمی کند.

انواع فیلتر کربنی در تصفیه آب صنعتی

فیلتر کربنی بسته به نوع کربن و اندازه ذرات به سه گروه تقسیم می‌شود:

1. فیلتر کربنی دانه‌ای یا گرانول (Granular Activated Carbon): این فیلتر به فیلتر کربن شنی نیز معروف است و تصفیه آب را با دانه‌های از جنس کربن بسیار کوچک و تقریبا به اندازه شن انجام می‌دهد. مزیت این فیلتر مقاومت کم در برابر عبور جریان آب و عبور سریع‌تر آب از داخل فیلتر است. ولی عیب آن احتمال ایجاد Channeling است ،یعنی امکان ایجاد یک مسیر آزاد در فیلتر وجود دارد که در این مسیر، آب بدون مقاومت و تماس مناسب با کربن عبور کند.
2. فیلتر کربنی پودری (Powdered Active Carbon): این فیلتر بیشترین سطح تماس با قطرات آب را دارد و امکان جذب مواد آلی و رفع بو و طعم و رنگ اضافی در آن از بقیه نمونه‌ها بیشتر است.
3. فیلتر کربنی بلاک (Active Carbon Filter Block): این فیلترها به دلیل اندازه و ابعاد بزرگ‌تر کربن قدرت جذب کمتری دارند اما فرایند تصفیه را بهتر از دو نوع قبل انجام می‌دهد. محدودیت این مدل این است که در برابر جریان آب مقاومت بیشتری از خود نشان می‌دهد. پس می توان گفت افت فشار بیشتری نیز در ستون فیلتر کربنی از این نوع اتفاق می‌افتد.

مزایای تصفیه آب صنعتی با carbon filter

• راندمان جذب آلاینده‌ها تا ۹۰ درصد
• فرآیند فیلتراسیون آسان
• هزینه تعمیر و نگهداری پایین
• به طور موثر کلر، مواد آلی، طعم بد و بوی بد آب را از بین می‌برد
• مقرون به صرفه به دلیل هزینه نصب پایین
• هزینه‌های عملیاتی تنها محدود به تعویض فیلتر
• موثرترین راه جهت حذف مولکول‌های آلی بزرگ
• قابل استفاده در تصفیه‌خانه‌های فاضلاب

معایب فیلتر کربن فعال شده

• الزام به احیای فیلتر در بازه‌های زمانی معین
• احتمال رشد میکروب در بستر فیلتر

احیای کربن فعال چگونه انجام می شود؟

عبور ذرات معلق و جذب مواد آلی توسط فیلتر کربن فعال به مرور باعث می شود تا نوعی لایه ژله ای بر روی آن ایجاد شود که به شدت عملکرد فیلتر را کاهش می دهد. به همین خاطر لازم است فیلتر با روش های مختلف از قبیل شستشوی معکوس با بک واش تمیز و احیا شود. زمان بک واش فیلتر کربنی به مشخصات آب ورودی مانند کدورت و املاح معلق و مواد آلی موجود در آب وابسته می باشد. همچنین نحوه بهره برداری از دستگاه و فشار ورودی در تغییر زمان بک واش دستگاه موثر می باشد.

انواع روش احیا کربن فعال

• احیای کربن فعال با حرارت دهی
• احیا کربن فعال با تبخیر کربن اکتیو
• احیای کربن فعال به روش شیمیایی
• احیای کربن فعال با الکترولیز
• احیا با کاتالیست اکسید منگنز
• احیای بیولوژیکی کربن فعال

عوامل تاثیر گذار بر قیمت فیلتر کربنی تصفیه آب

به طور کلی چند فاکتور مهم در تعیین قیمت این دستگاه وجود دارد که خریدار می بایست به آن توجه فرماید:

• جنس بدنه فیلتر که میتواند فایبرگلاس، کربن استیل با پوشش اپوکسی و یا استنلس استیل باشد.
• سایز فیلتر کربنی متناسب با دبی آب مصرفی
• برند تولید کننده تجهیزات دستگاه مانند کربن اکتیو، مخزن، شیرها و انصالات
• خلوص کربن اکتیو مصرفی با توجه به نوع و مورد استفاده از فیلتر کربن
• نوع کربن استفاده شده
• ابعاد کربن استفاده شده
• دارا بودن قابلیت احیا
• اتوماتیک و یا دستی بودن سیستم لوله کشی

• نانوفیلتراسیون (Nanofiltration NF)

نانو فیلتراسیون NF به روشی برای تصفیه آب گفته میشود که جریان آب با فشار الکتریکی از غشای نیم تراوا و بارور با حفره هایی به اندازه 0.001 میکرون عبور می کند. با عبور جریان آب تمام ذرات بیشتر از یک نانو از آب جدا خواهند شد و مابقی یون های مفید برای بدن انسان از آن عبور خواهند کرد. یکی از ویژگی های مثبت این شیوه تصفیه آب، حذف مواد ذائد و مواد آلی با وزن بیشتر از 1000 دالتون می باشد که باعث میشود آب درجه خالصی بالایی داشته باشد.

غشا و فیلتر به کار رفته در ساختار پکیج های تصفیه آب به روش نانو فیلتراسیون دارای دو لایه می باشند که یک لایه به منظور حفظ دستگاه در برابر فشار وارد شده به آن عمل می کند. لایه دوم در واقع نقش جداکننده مواد ذائد از آب را دارا می باشد که با تکنولوژی نانو تولید شده و از طول عمر بالایی برخوردار است.

روش کار تصفیه آب با نانو فیلتراسیون

روش کار تصفیه آب با کمک تکنولوژی (Nanofiltration NF) شباهت بسیار زیادی با تصفیه آب به روش اسمز معکوس دارد. برای درک بهتر نحوه تصفیه آب با این روش لازم است ابتدا نگاهی به اسمز و شیوه خالص سازی آب با آن داشته باشیم. اسمز که یک پدیده طبیعی می باشد، بر این اساس عمل می کند که همیشه مواد با درجه شوری پایین به سمت شوری بیشتر جذب میشوند و این مساله براحتی در طبیعت مشاهده می گردد. در تصفیه آب به روش اسمز معکوس و NF عکس این روال در نظر گرفته شده و با فشار آب با درجه شوری بیشتر را به سمت کمتر هدایت می کند.در ساختار کلی پکیج تصفیه آب به روش NF یک غشا یا ممبران دو لایه در نظر گرفته شده است که آب با فشار الکتریکی از آن عبور می کند. با توجه به بارور شدن ممبران، علاوه بر مواد ذائد و مولکول و ویروس ها، کاتیون های دو یا چند ظرفیتی نیز امکان عبور از آن را پیدا نمی کنند. در نتیجه آب بدست آمده از این روش در نهایت درجه خالصی بالایی داشته و برای صنایع داروسازی و مصارف صنعتی مناسب خواهد بود.

• اولترافیلتراسیون

جداسازی ذرات ریز از آب را اولترافیلتراسیون می نامند که بر پایه افت فشار انجام می شود.

این تکونولوژی توانایی حذف ذرات ریز کلوییدی ، باکتری ها ، ویروس ها و سایر آلاینده های میکروبی را دارد ولی نمی تواند یون ها ومولکول های کوچک که املاح محلول

و سختی آب را تشکیل می دهد را از آب جدا کند.

جنس غشاها پلی وینیلا یدن فلوراید ( PVDF ) با قطر خارجی 1.3 میلی متر و قطرداخلی 7. میلی متر وقطر دیواره ا ی به ضخامت 3. میلی متر بوده

و قطرحفره های آن 05. میکرومتر می باشد به این خاطر قابلیت حذف بیش از نود درصد ذرات بزرگتر از 05. میکرون را دارد.

براساس جداول استانداردهای اندازه ذرات ،ویروس ها با اندازه ای بین 05. تا 5. میکرومتر ،کلوییدها با اندازه ای بین 01. تا 10 میکرومتر ، باکتری ها با اندازه ای بین 2. تا 1.5 میکرومترو

قارچ ها با اندازه ای بین 1 تا 10 میکرومتر به راحتی توسط این غشاها، قابل حذف شدن می باشند .

ازاین روش همچنین برای اطمینان ازتولید آب باکیفیت بالاتر برای واحدها ی پایین دستی استفاده میشود

و یک سرمایه گذاری معقول برای به روز رسانی واحدهای قدیمی تصفیه آب میباشد.

همچنین از روش اولترافیلتراسیون برای به روز و نو ساختن واحد های قدیمی تصفیه آب استفاده می شود.

دراین مورد مشخص واحدهای قدیمی با کمترین تغییر درجانمایی آن ها ارتقا می یابند .

بااستفاده از تکنولوژی فشرده واتوماتیک UF خطوط پیش تصفیه قدیمی شامل انعقاد ،لخته سازی ،فیلتراسیون وحتی لجن فعال جایگزین می گردند

و می توان مصرف مواد شیمیایی ،تولید لجن و نیروی انسانی را از طریق اتوماسیون سازی کم کرد.تصفیه آب صنعتی

• میکروفیلتراسیون

میکروفیلتراسیون (Micro Filtration) یکی از قوی ترین غشاها برای جداسازی جامد از مایع می باشد که در تصفیه آب کاربرد گسترده ای دارد. این گروه از غشاها به دلیل قطر کم منافذ قادر هستند تا ذرات 0.1 تا 10 میکرون را از مایعات حذف کنند.

مراحل تصفیه آب به روش میکروفیلتراسیون

فرآیند تصفیه آب به روش میکروفیلتراسیون MF شامل چند مرحله می باشد که عبارتند از:

به منظور حذف ذرات با اندازه 45 میکرون، ابتدا آب از فیلتر شنی عبور می کند. با انجام این عمل به عنوان پیش تصفیه، از آسیب وارد شدن به غشای میکروفیلتراسیون جلوگیری شده و راندمان کار را نیز تا حد مطلوبی افزایش می دهد.
آب خروجی از فیلتر شنی با کمک پمپ وارد هوزینگ حاوی غشای MF شده و تنها ذرات با اندازه کمتر از یک میکرون امکان عبور از منافذ غشا را پیدا خواهند کرد
لازم به ذکر است که به منظور احیا و تمیز کردن سطح روی غشای MF لازم است به روش های مختلف نسبت به شستشوی آنها اقدام شود. مدت زمان و تعداد دفعاتی که در هر بازه زمانی باید نسبت به تمیز کردن غشای میکروفیلتراسیون اقدام گردد، به میزان آلودگی موجود در آب بستگی دارد.
آب خروجی از این مرحله می تواند به عنوان پیش تصفیه برای اولترافیلتراسیون و اسمز معکوس استفاده گردد.

مزایای تصفیه به روش میکروفیلتراسیون

غشای میکروفیلتراسیون یکی از کاربردی ترین فیلترهای مورد استفاده در صنایع مختلف می باشد که ویژگی های مثبت متعددی دارد. از مهم ترین نقاط مثبت و مزایای این غشا می توان به موارد زیر اشاره نمود:

• قابلیت حذف میکروارگانیسم ها و حذف بیولوژیکی مواد آلاینده موجود در آب
• قدرت بالا در حذف ذرات کلوئیدی، باکتری و ویروس، مواد پروتئینی و پلیمرهای موجود در آب
• قیمت مناسب و توان عملیاتی بالا
• نیاز به اختلاف فشار کم نسبت به روش اسمز معکوس
• عدم نیاز به مواد شیمیایی
• عدم تغییر PH آب خروجی از غشا
• دارای پساب کمتر نسبت به روش اسمز معکوس
• حذف مواد آلی، گل و لای

کاربرد غشای میکروفیلتراسیون

مهم ترین کاربردهای غشای میکروفیلتراسیون عبارتند از:

• استفاده از MF به عنوان پیش تصفیه اسمر معکوس
• کاربرد گسترده در بیوراکتور غشایی
• قابلیت استفاده برای تصفیه مواد غذایی و دارویی
• تصفیه آب آشامیدنی
• تصفیه آب در سیستم های خنک کننده و بویلرها

تصفیه آب صنعتی

موارد استفاده از فرآیند غشایی در تصفیه آب و فاضلاب

در سیستم‌های تصفیه آب صنعتی و فاضلاب از فناوری‌های غشایی با فرآیند غشایی در دستگاه تصفیه آب که در بخش‌های قبلی به آن اشاره کردیم استفاده می‌کنند. این سیستم‌ها شامل: سیستم تصفیه آب اسمز معکوس، تصفیه خانه‌ های بازیابی آب از پساب و تصفیه خانه‌های فاضلاب بیوراکتور غشایی که به آن MBR هم می‌گویند.

کاربردهای غشاها :

• انجام گندزدایی آبهای زیرزمینی و سطحی
• تولید آب صنعتی از آب سطحی
• تصفیه آب آشامیدنی و پیش تصفیه برای حذف جامدات معلق، کدورت، رنگ، ویروس و برخی مواد عالی دیگر
• تولید آب از پساب خروجی تصفیه خانه‌های صنعتی و شهری

نتیجه گیری مقاله فرآیند غشایی در تصفیه آب

استفاده از فرآیند غشایی در تصفیه آب اینگونه است که با وارد کردن نیرو به یک محلول مایع که آلایندگی زیادی دارد، آب از غشا در تصفیه عبور می‌کند و آلاینده‌ها پیش غشا باقی می‌مانند. همانطور که در بالا اشاره کردیم برای فرآیند غشایی در تصفیه آب از روش‌های شیمیایی، بیوشیمیایی، میکروبی و دیگر موارد استفاده می‌کنند.