بخشی از مقاله
چکیده
در این مقاله به معرفی نانوفیلتراسیون برای تصفیه و نمکزدایی، کاربردهای آن در صنایع مختلف و نتایج مربوط به عملیات تصفیه توسط انواع غشاهای نانوفیلتراسیون در دهه های گذشته بر روی آب های سطحی، پسابهای صنعتی و فاضلاب پرداخته شد.
تحقیقات نشان میدهد استفاده از غشاهای نانوفیلتراسیون در تصفیه آب و پساب علاوه بر افزایش کیفیت آب تصفیه شده، میتواند هزینههای تصفیه را نسبت به غشای اسمزمعکوس یا دیگر روشهای جداسازی مانند تقطیر و غیره تا حدود زیادی کاهش دهد. نتایج حاصل نشان می دهد غشای نانوفیلتراسیون اثر موثری در تصفیه آب به ویژه حذف آلاینده ها و ترکیبات آلی از قبیل مواد آلی طبیعی، مواد گندزدا، آفتکشها، اورانیوم حل شده، کروم، آرسنیک و دیگر فلزات دارد. به علاوه نانوفیلتراسیون به عنوان پیش تصفیه در فرآیندهای نمکزدایی استفاده می شود.
-1 مقدمه
غشای نانوفیلتراسیون کاربردهای فراوانی دارد. یکی از اصلیترین کاربردهای آن در تصفیه آب آشامیدنی و فاضلاب میباشد. از نانوفیلتراسیون برای تصفیه و نمکزدایی انواع آبهای زیرزمینی، سطحی و فاضلاب استفاده میگردد. نانوفیلتراسیون قادر به حذف کدورت، میکروارگانیسمها و سختی، وهمچنین برخی نمکهای محلول می باشد.
فرآیند نمکزدایی آب به مقدار قابل توجهی انرژی برای جداسازی نمک و بدست آوردن آب شیرین نیاز دارد. مقدار و نوع انرژی مورد نیاز با توجه به روش مورد استفاده متفاوت میباشد، که انتخاب فناوری مورد استفاده بستگی به کیفیت منبع آب، هزینههای سرمایهگذاری، انرژی و پتانسیل برای استفاده مجدد از انرژی می باشد. نمکزدایی از آب با روشهای مختلف انجام میگیرد که به دو دستهبندی فرآیندهای غشایی و حرارتی تقسیم شده است. از جمله فرآیندهای حرارتی به تبخیر ناگهانی چندمرحلهای ، تقطیر چندگانه، فشردهسازی بخار و در فرآیندهای غشایی روش اسمزمعکوس، الکترودیالیز، نانوفیلتراسیون می باشند.
نانوفیلتراسیون یک فرآیند مقرون به صرفه به علت مصرف انرژی پایین برای نمک زدایی از آب لب شور میباشد. بزرگترین مزیت نانوفیلتراسیون نسبت به اسمزمعکوس و الکترودیالیز هزینه عملیاتی پایین آن میباشد. هزینه پایین مواد غشاء سبب میشود از روشهای دیگر بهتر باشد. داشتن منافذ باز بیشتر و عملکرد در فشار پایین این فرآیند منجر به نفوذ شار بالا و احتباس انتخابی بین یونهای دوظرفیتی و تک ظرفیتی میباشد.
نانوفیلتراسیون یک پیشرفت تازه در فناوری غشایی است که کاربردی بین اولترافیلتراسیون و اسمزمعکوس دارد. اسمزمعکوس دارای جریان کمتر و فشار بیشتر میباشد. اولترافیلتراسیون میتواند جریان بیشتر با فشار کمتر تولید کند و بزرگ مولکولهایی از جمله اسیدهیومیک و اسیدفولیک را حذف نماید اما نمیتواند نمکها و اسیدها و قندها را حذف کند. در حالی که نانوفیلتراسیون خواص اولترافیلتراسیون و اسمزمعکوس را ترکیب و قابلیت حذف بزرگ مولکولها و یونهای چند ظرفیتی در محدوده فشار 20-3 بار را دارد. با استفاده از نانوفیلتراسیون خاصیت بافری آب حفظ میشود و تغییرات شدید pH در آب خروجی آن مشاهده نمی-گردد.
تاریخچه نانوفیلتراسیون به قرن هفدهم برمیگردد. زمانی که فشارهای اسمز معکوس - که بسیار بالا بودند - با دبی عملیاتی قابل قبول آب در فشارهای کم توسعه داده شدند. به عبارت دیگر کیفیت تولیدی آب خالص از اسمز معکوس خوب بود ولی فشار عملیاتی بالا بود. با بهبود تکنولوژی، جداسازی با فشارهای بالای اسمز معکوس به فشارهای پایینتر نانوفیلتراسیون تبدیل گردید و تا نیمهی دوم قرن هجدهم نانوفیلتراسیون ساخته شد و اولین کاربرد آن گزارش شد. از ابتدا سطوح کاربردی اصلی برای نانوفیلتراسیون صنعت آب آشامیدنی میباشد.
علت تاریخی این مدعا این است که غشاهای نانوفیلتراسیوناساساً برای نرمسازی توسعه یافته اند و تا الان نیز از غشاهای نانوفیلتراسیون بعضی اوقات به عنوان غشاهای نرمسازی یاد می شود. حذف سختی امروزه هم یکی از منظورهای اصلی نانوفیلتراسیون میباشد.
غشاهای نانوفیلتراسیون قادر به حذف مواد آلی طبیعی و رنگ میباشند. ترکیب حذف مواد آلی و معدنی همزمان هدف نانوفیلتراسیون برای تولید آب آشامیدنی، را از یک فرآیند نرمسازی به یک فرآیند ترکیبی برای حذف محدودهی زیادی از ترکیبات مختلف تغییر داده است. اکنون نانوفیلتراسیون به عنوان فرآیند ترکیبی قادر به حذف سختی و محدودهی وسیعی از ترکیبات دیگر در یک مرحله میباشد. کاربردهای جدید مثل گندزدایی به وسیلهی حذف ویروس، آلایندههای ریز و حذف آرسنیک یافت شدند.
از مزایای غشای نانوفیلتراسیون در جاهایی که حفظ نمک های تک ظرفیتی ضروری است و جداسازی نمک آنیونهای چند ظرفیتی و جداسازی بین مواد آلی با وزن مولکولی کم و نمکهای تکظرفیتی یعنی جداسازی لاکتوز از خاکستر، جدایی رنگها از کلرید سدیم. خالص سازی اسیدها، بازها یا حلال مورد بررسی به ویژه هنگامی که آلاینده ها در محدوده MWCO غشای نانوفیلتراسیون هستند.
در این مقاله جنبه هایی از غشای نانوفیلتراسیون در تصفیه آب های زیرزمینی، سطحی، فاضلاب وپسابها و همچنین به عنوان پیش تصفیه در نمک زدایی استفاده می شود
-2کاربردهای غشای نانوفیلتراسیون
کاربرد اصلی نانوفیلتراسیون در صنعت آب آشامیدنی می باشد. دلیل تاریخی آن این است که اساسا از این غشاء برای نرم سازی آب استفاده شده است و هنوز هم از نانوفیلتراسیون به عنوان غشای نرم سازی یاد میشود. غشای نانوفیلتراسیون کاربردهای مختلف صنعتی دارد. به طور گسترده در جز به جز کردن و حذف انتخابی مواد حل شده از جریان فرآیندهای مخلوط می باشد
توسعه نانوفیلتراسیون به عنوان یک فرآیند عملی در طی سالهای اخیر در بسیاری از صنایع از جمله تصفیه فاضلاب، صنعت نساجی، دارویی، لبنی، بازیافت فلزات و حذف ویروسها افزایش یافته است. به تدریج به منظور تصفیه آب و پساب استفاده می شود. در بسیاری از پژوهشها گزارش دادهاند که استفاده از نانوفیلتراسیون به شدت TDS، شوری، سختی، نیترات ها، سیانیدها، فلوریدها، آرسنیک، فلزات سنگین، رنگها و ترکیبات آلی وهمچنین کل کربن آلی، اکسیژن بیولوژیکی، اکسیژن شیمیایی و آفت کشها را کاهش داده و علاوه بر این باکتریها، ویروسها، کدورت وTSS را از سطح آب ها حذف می کند.
غشای نانوفیلتراسیون باردارشده و یونهای تک ظرفیتی را پس میزند. یون های تک ظرفیتی تا حدی رد میشوند که یک مزیت برای نانوفیلتراسیون به حساب می آید و همچنین در فشار اسمزی پایینتری نسبت به اسمزمعکوس می باشند به طوری که در فشارهای پایین تر به کار گرفته می شوند و مصرف انرژی به همان نسبت کمتر می شود.[1]
به طور خلاصه برای جمعبندی کاربردهای فراوان نانوفیلتراسیون در جدول1 اشاره می کنیم.
جدول:1 کاربرد نانوفیلتراسیون در صنایع مختلف.
کاربرد
حذف املاح از آب پنیر، جدا کردن مواد معدنی از محلول شکر، بازیافت مواد مغذی در فرآیند تخمیر، جداسازی روغن آفتاب گردان از حلال، بازیابی محلول های تمیزکننده، بازیابی مایع احیا کننده از رزین رنگ زدا در صنعت قند، عملیات پساب، خالص سازی اسیدهای آلی جداسازی آمینواسید، حذف رنگ از فاضلاب
بازیابی آب ونمک از فاضلاب
بازیابی و استفاده مجدد از کروم - III - و کروم - - II، بازیابی آب فاضلاب و زباله های پساب تصفیه آب بازیابی محلول سفیدکننده، حذف سولفات قبل از کلر و سود تولیدی، حذف کربن دی اکسید از فرآیندگازی، تهیه برمید، بازیابی محلول سوزآور در سلولز و تولید ویسکوز، رسوب CaSO4
جداسازی فلزات سنگین از محلول اسید، حذف فلز سولفات از فاضلاب ، تمیزکردن ماشین با باقیمانده محلول ها، حذف نیکل، بازیابی یون مس از محلول استخراجی اوره، حذف یون آلومینیوم از فاضلاب صنعت کنسرو
بازیابی ازLiOH در عملیات تصفیه ضایعات باتری، حذف عامل پاک کننده روغن از آب، حذف محصولات جانبی گندزدا، حذف سختی، حذف مواد آلی طبیعی، حذف سموم دفع آفات، حذف فلزات سنگین سرب ،آهن، مس،روی و سیلیکا، تصفیه آب لبشور حذف فسفات، سولفات، نیترات و فلوراید، حذف سموم جلبکی، تصفیه شیرابه محل دفن زباله، حذف سلنیوم از آب زهکشی
