بخشی از مقاله
چکیده :
تکنولوژی اسمز معکوس، روشی نوین است که از طریق جداسازی و حذف آلودگیهای مضر و یون فلزات سنگین موجود در آب و شیرین نمودن آب مورد استفاده قرار میگیرد. در حال حاظر از بین روش های فیلتراسیون این روش بیشترین راندمان و کمترین مصرف انرژی را دارد. در این پژوهش از یک سیستم اسمز معکوس با غشای پلی آمیدی با محلول کبالت و منگنز با غلظت 0,5 درصد جهت حذف فلزات سنگین کبالت و منگنز استفاده گردید، همچنین در فرایند اسمز معکوس اثر فشارهای 8، 10، 12 بر روی راندمان جداسازی مورد مطالعه قرار گرفت و مشاهده گردید که با افزایش فشار میزان دبی عبوری از غشا افزایش یافته و بیشترین جداسازی فلزات در فشار 8 بار به میزان 95/3 درصد و کمترین جداسازی در فشار 12 بار به میزان 94/8 درصد صورت پذیرفت.
کلمات کلیدی : جداسازی، تصفیهی آب، اسمز معکوس، فلزات سنگین، کبالت، منگنز.
-1 مقدمه
در سالهای اخیر، آنچه ما دنبال آن هستیم ایجاد بستری مناسب، برای دسترسی به آبی سالم، با کیفیت و مقرون به صرفه است که استفاده از روش اسمز معکوس توسط غشا این موارد را دارا و در بسیاری از صنایع، بخش اعظم قیمت تمام شده یک محصول مربوط به هزینههای جداسازی و خالص سازی محصول است که با انتخاب این روش ما بهترین راه حل را انتخاب و مورد بررسی قرار میدهیم[1]،.[2]ایپک در سال 2005 برای حذف نیکل و روی با استفاده از پیش تصفیه و روش اسمز معکوس و استفاده از کربن فعال توانست به 2/99 تا 8/98 درصد برسد.[3]
سن در سال 2008 نیز مطالعه ای بر کارایی غشای اسمز معکوس در حذف فلوراید انجام داده است.نتایج به دست آمده مشخص می کند که این نوع غشای اسمز معکوس راندمانی در حدود 80 درصد در حذف فلوراید دارد.[4]
روش اسمز معکوس ، یکی از روش های غشایی است که در ابتدا فقط برای تولید آب شیرین از آب شور دریا استفاده قرار می گرفت اما در سال های اخیر با توسعه ی روز افزون این روش موثر ترین روش برای تصفیه آب توجه جوامع بشری را جلب کرد.[5]هدف از انجام انجام این مطالعه بررسی تاثیر فشار بر میزان حذف دو فلز سنگین توسط روش اسمز معکوس و بدست آوردن راندمان از این روش می باشد.
-2 مواد و روش ها
روش صورت گرفته در این مطالعه بر اساس داده های آزمایشگاهی و یک سیستم عملی و اجرایی از نوع مطالعات تجربی میباشد. آزمایش های مورد نظر در بخش آب نیروی پتروشیمی بندر امام خمینی صورت گرفت. پایلوت مورد استفاده این مجموعه شامل یک مخزن خوراک از جنس استینلس استیل - S.S - میباشد با حجم 20 لیتر، پمپ با حداکثر فشار 13 بار و غشای پلی آمیدی به همراه یک کویل خنک کننده جهت پایین بردن دما به کار گرفته شد.برای ساخت محلول کبالت از نمک سولفات کبالت و برای ساخت محلول منگنز از نمک سولفات منگنز استفاده شد، به این ترتیب که به میزان برابر از این مواد محلول 0/5 میلیگرم بر لیتر و آب دیونیزه در مخزن بیست لیتری قرار داده شد.روش آزمایش به این گونه است که پس از روشن نمودن پمپ از طریق شیر بعد از پمپ میزان فشار-های مورد نظر تنظیم میکنیم. اندازهگیری دبی توسط یک استوانه مدرج 200 میلی لیتری از جریان آب تمیز هر سه ساعت یکبار صورت گرفت که معیار نتیجهگیری نهایی تغییرات دبی بود. میزان مواد جامد محلول در آب تمیز و محلول ورودی به غشا توسط دستگاه TDSمتر نیز اندازهگیری شد.
3 نتایج و بحث
پس از بدست آوردن داده ها باید میزان دفع نمک و بازه ی سیستم و همچنین دبی را محاسبه کنیم. که به دلیل کامل بودن جداول در این مطالعه ابتدا تعریفی از این پارامتر ها داشته و سپس روابط مربوط به آن را ارایه میدهیم.
1-3 دبی جریانهای عبوری از غشا
تعداد مولکولهای حلال عبور کننده از غشاء متناسب با اختلاف فشار دو طرف غشاء - - ، ضخامت دیواره غشاء - L - ، مساحت غشاء - - A و چگونگی طراحی میبایستی به گونهای باشد که:
که در آن JW دبی آب محصول - آب تصفیه شده - ، اختلاف فشار اسمزی محلولهای دو طرف غشاء و Lp ضریب تراوایی غشاء1 برای مولکولهای حلال میباشد که بستگی به جنس و چگونگی طراحی دارد. نکته مهم: طبق فرمول - 1 - میتوان گفت ضریب تراوه برابر با شیب نمودار JW بر حسب - - P- میباشد.چون غلظت مولکولهای ناخالصی در دو طرف غشاء متفاوت است از این رو طبق قانون فیک به علت وجود گرادیان غلظت ناخالصی،جریانی از مولکولهای نمک - ناخالصی - از قسمت تغلیظ شده به محفظه تصفیه شده داریم که می توان با رابطه زیر بیان کرد:
که در آن Qs دبی نمک عبوری از غشاء به داخل محفظه آب تصفیه شده، CC غلظت نمک درآب تغلیظ شده - آب نمک - و Cp غلظت نمک در آب تصفیه شده و LP ضریب تراوایی غشاء برای مولکولهای ناخالصی است. تمام آب موجود در محلول آب نمک، قادر به عبور از غشا نیست. همچنان که آب از محلول آب نمک خارج میشود محلول غلیظتر میشود. برای غلبه بر افزایش فشار اسمزی محلول تغلیظ شده احتیاج به افزایش هیدرولیکی خواهد بود، به عبارت دیگر عبور جریان آب زمانی متوقف خواهد شد که فشار اعمال شده برابر با فشار اسمزی محلول آب نمک باشد. بازده یک فرایند اسمز معکوس E بصورت زیر تعریف میشود: که در آن JW دبی آب محصول و QR دبی آب تغلیظ شده و E بازدهی فرایند اسمز معکوس میباشد.
