تاریخچه تحقیق در رابطه اسمز معکوس

طی دهه گذشته بیشتر تحقیقات پایه و کاربردی در باره گرفتگی بیولوژیکی غشاء در جنوب کالیفرنیا در حال انجام بوده است. برای مثال در واحد آب 21 که در کالیفرنیا واقع شده است لجن گرفتگی غشاء سالیانه بیش از 700 هزاردلار هزینه در بر دارد که این رقم تقریباً 25% هزینه سالیانه بهره برداريکه شامل شستشوی شیمیایی و افت کارآیی غشاء است. این واحد در سال 1970ساخته شد تا جهت جلوگیری از نفوذ آب دریا، فاضلاب شهری را تصفیه و بهآبهای زیر زمینی تزریق کند. در این واحد مشخص گردید که لجن گرفتگی در کارآیی غشاء تاثیر زیادی دارد. همچنین کاهش آشکار و عمده شار غشاء بر اثرتجمع لایه ژلاتین که مانع نفوذ می شود. ( به عنوان مثال بیو فیلم ) ، اینماده موجب تخریب سریعتر غشاء یا اجزای سیستم ( به عنوان مثال ، لوله ها)توسط تماس مستقیم (آنزیم باکتری ) یا فرآیند غیر مستقیم (تغییر pH ) همراهبا سوخت وساز میکروبی طبیعی و گسترش لایه بیولوژیکی به وقوع می پیوند.

در ایالت متحده کاهش تولید در اثر گرفتگی بیولوژیکی اسمزمعکوس، موجب استفاده از فرآیندهای مخصوص پیش تصفیه آب خوراک و موادشیمیایی، افزایش هزینه بهره برداری و نگهداری، مصرف انرژی توسط سیستم وکاهش عمر مفید غشاء شده است که در نهایت ده ها میلیون دلار خسارت به همراهداشته است.

از دیگر تحقیقات انجام شده، در خصوص گرفتگی بیو لوژیکی میتوان به تحقیقات در واحد یوما واقع در ایالت آریزونای آمریکا اشاره کرد.این واحد قادر است میلیونها لیتر آب از رودخانه کارداو، قبل از ورود بهمکزیکو را نمک زدایی کند. در نمک زدایی یوما، به آب خوراک، آمونیاک تزریقمی شود. آمونیاک با کلر آزاد واکنش داده، کلر آمین تشکیل می دهد که حالتاکسید کنندگی آن به اندازه کلر آزاد نیست. و کلر آمین دارای خاصيتبایوساید بوده، درنتیجه از غشاء در مقابل فعالیت بیولوژیکی محافظت می کند.

در یک سیستم اسمز معکوس در سان دیاگو ایالت کالیفرنیا، طی یکهفته30% از آب محصول کاهش پیدا کرد. اسمز معکوس در پایین دست صافی هایکربن فعال قرار داشت که تعداد بیشماری باکتری توسط این صافی ها وارد آبخوراک می شد. تعداد باکتریهای مهاجر بالغ بر چندین هزار عدد در یک میلیليتر بودند. در این واحد زمانی که سیستم اسمز معکوس در سرویس است، اسید پراستیک با غلظت ppm 4/0 (در حضور ppm 2 پر اکسید هیدروژن ) به آب خوراکتزریق می شد. اگر چه با تزریق اسید، کاهش قابل توجهی در شمار باکتریهامشاهده نمی شد. ولی روند کاهش آب محصول متوقف می شد. بعد از گذشت دو ماهدبی آب محصول ثابت گردید.

مرکز دیالیز کلیه واقع در مینه سوتا دچار مشکل رشد باکتری دردو سیستم موازی اسمز معکوس، تانکهای ذخیره و شبکه توزیع شده بود. سیستمتصفیه آب این مرکز هر هفته به صورت آنی و ناپیوسته ضد عفونی می شد. دوسیستم انتخاب شده مشخص در پایین دست صافیهای کربن فعال شده قرار دارند واین صافی ها دارای آلودگی بیولوژیکی سنگین هستند. این صافیها موجب جاریشدن باکتریها در سیستم اسمز معکوس می شوند.

یکی از بزرگترین واحدهای تولید آب اسمز معکوس از آب دریا درجهان واحد آدور در کشور بحرین می باشد. در این واحد تعدادی مشکل دستپا گیر باعث کاهش ظرفیت تولید درکمترین مقدار خود به همراه بیشترین برنامهشستشو شیمیایی، گرفتگی شدید غشاءها و تعویض زود به هنگام غشاء ها باعثتعجب کارشناسان متخصص نمک زدایی گردید. تجربه و کوشش متخصصین جهت حل مشکلو یافتن بهترین راه حل به استفاده از تکنولوژی غشاءها UF جهت بهبود آبخوراک و بازیابی قابلیت هدایت الکتریکی ، در قسمت پیش تصفیه منتهی گردید. غشاءهایUF نصب و راه اندازی شد ولی بزودی مشخص گردید که خود غشاءها UFنیاز به پایش و اصلاح بیشتری دارد. تعدادی مشکلات جزئی در سیستم UF رویکار آیی سیستم تاثیر گذاشته و باعث کاهش ظرفیت تولید و افزایش هزینه هایتولید گردید. سپس در یک پروژه تحقیقاتی جداگانه دیگر تحت عنوان نوسازیواحد آدور طرح بهبود ممبرانهای UF و استفاده از گونه های دیگری از غشاءهایاسمز معکوس پیشنهاد گردید.

پیتس در سال 1995 بیان می کند که چطور بار ظرفیتیذرات می توانند به طور چشمگیری بوسیله ولتاژ بالا رفته ایجاد شده با یکسیستم ظرفیت دهنده تحت تاثیر قرار گیرند. كه این سبب یک افزایش سریع دربار سطحی سطوح خیس شده و یک کاهش در تنش سطحی محلول بالک می گردد. یکالکترود سرامیکی18 اینچی و یک تامین کننده برق kv DC30 در قسمت مکش پمپواحد اسمز معکوس در واحد آب آشامیدنی در تاکسون آریزونا ( AZ ) نصب شدند.هدف از اینکار مطالعه اثر الکتروستاتیک ولتاژ بالا ایجاد شده با الکترود،روی غشاها به عنوان راهی برای جلوگیری از رسوبهای بیولوژیکی بوده است.مهمترین نتیجه این مطالعه افزایش نرخ بازیافت پرميت بود. نرخ بازیافت بیانگر میزان آب تولید شده بعنوان درصدی از آب خوراک سیستم می باشد. نمودارها نرخ بازیافت، نرخ پس دهي نمكو افت فشار غشاها را بترتیب بطور متوسط 26/77% ، 97% و Kpa 474 بوده است.این یک افزایش 3% در نرخ بازیافت را نشان می دهد. طبق گزارشات، غشاهانیازمند این بودند که هر 3-4 ماه تمیز شوند. در این مواقع هنگامي که ظرفهاي تحت فشار باز می شدند، یک فیلم سنگینی از ( لایه بیوفیلم) روی سطح غشاها و دیواره های داخلی ظرف ها پوشانده بود. در پایان دورهآزمون، یکی از ظروف برای بازرسی چشمی باز شد و آنچه مشاهده شد سطح تمیزیبر روی دیواره داخلی ظروف و روی غشاها عاری از بیوفیلم بود. 2 ماه بعد ازاینکه اولین دوره آزمون پایان یافت، غشاها تمیز شدند ( البته نه بدلیل افتفشاردرعملکرد) برخلاف تجربه های تمیز کردن قبلی، بازده غشاها بعد از شستشوبالا نرفت که این نشان می دهد غشاها در طول 9 ماه دوره تصفیه تمیز ماندهبودند.

در پالایشگاه البرتوپاسکوالنسی بار آلودگی بالای آب خوراکسیستم اسمز معکوس باعث تخریب غشاء بدلیل گرفتگی بیولوژیکی می شود بطوریکهبایو فیلم در تمام قسمتهای پیش تصفیه دیده می شود. درتحقیق انجام شده دراین پالایشگاه AOC و DOC درنقاط مختلف سیستم اندازه گیری و مقایسه گردید. و علی رغم اینکه از یکبایوساید 30 برابر بیشتر از مقدار لازم استفاده شد ولی رشدمیکرواورگانیزمها کاهش نيافت و یا متوقف نشد.

در تحقیق دیگری که در کشور اسپانیا در یک واحد تصفیه فاضلابکه مجهز به تصفیه ثانویه است از اسمز معکوس با غشاءهای سلولز استات درمقیاس آزمایشگاهی به عنوان تصفیه ثالثیه استفاده گردید. این تحقیق نشانداد که بهینه سازی پیش تصفیه به جهت کاهش گرفتگی بیولوژیکی با تثبیت لجنتولیدی و کنترل pH و مقدار تزریق کلرورفریک برای انعقاد ولخته سازی، کیفیتآب خروجی بالا رفته و قابل تزریق به آبهای زیر زمینی می باشد

در حالی که گرفتگی بیولوژیکی یکی از چالشهای بزرگ در سیستمهای اسمز معکوس است در تحقیق دیگری که در مقیاس آزمایشگاهی انجام شده امکان سنجی استفاده از صافی های بیولوژیکی برای کاهش مشکل گرفتگیبیولوژیکی بررسی گردید در این تحقیق فعالیتهای بیولوژیکی در سیستم اسمزمعکوس اعم از خوراک، محصول و مواد تزریقی مورد آزمون قرار گرفت وپارامترهای بهره برداری همچون اختلاف فشار و جریان محصول پایش گردید و اثرراکتور بیولوژیکی در کاهش AOC و DOC مورد بررسی قرار گرفت. بایو راکتوربه طور موثری توانست باعث كاهش AOC و DOC شود. این تحقیق نشان داد کهاستفاده از بایو راکتور یک روش پیشگیرانه ساده و اقتصادی جهت کنترل لجنگرفتگی می باشد.

عربستان سعودي يكي از كشورهايي مي باشد كه به شدت با مشكلمحدوديت منابع آب مواجهه است. بطوري كه در سال 2000 ميزان مصرف 20ميليونمتر مكعب بود. بيشترين مصرف آب در اين كشور در بخش كشاورزي، صنعتي ودامپروري مي باشد. از طرف ديگر يك سوم آب شيرين سازي جهان در اين كشورصورت مي گيرد. با توجه به اين كه گرفتگي بيولوژيكي يكي از مشكلات اساسيسيستم هاي اسمز معكوس مي باشد استفاده از اين تكنولوژي بدليل تخريب غشاءهادر عربستان را با محدوديت مواجهه كرده است.

واحد تصفيه آب همسيكرك در شمال هلند (با ظرفيت 20 ميليون مترمكعب در سال) درنيمه دوم سال 1999 به بهره برداري رسيد كه داراي سيستم پيشتصفيه شامل: انعقاد، لخته سازي و فيلتراسيون مي باشد. درابتدا غشاءها هر400 ساعت شستشو مي گرديد، ولي با پايش پيش تصفيه و بهينه كردن موادشيميايي تزريقي و با نصب الترافيلتراسيون واستفاده از زیست کش در شستشويمعكوس ميزان گرفتگي 25% كاهش يافت.

كنترل گرفتگي غشاءها يك چالش بزرگ براي صنايع آب مي باشد .گرفتگي بر روي كارآيي سيستم تاثير گذار است و باعث افزايش هزينه هاي بهرهبرداري مي گردد. اولين قدم براي كنترل گرفتگي شناخت كامل نوع و تركيباتگرفتگي است. يك بررسي كلي براي شناخت گرفتگي بوسيله آزمون تشريحمشخص مي شود. آزمون تشريح به همراه ارزيابي داده هاي پيش تصفيه برايدرك گرفتگي بسيار مهم است. مقايسه نتايج داده ها با نتايج آزمون تشريحعملكرد واحد را نشان مي دهد. مواد شيميايي كه تزريق مي گردد (مانند آنتياسكالانت) نشان مي دهد كه ماهيت گرفتگي داراي چه تركيباتي مي باشد. اينبانك اطلاعاتي حتي ميزان ريسك گرفتگي بيولوژيكي را نشان مي دهد. درك نوعگرفتگي در بهبود و كنترل گرفتگي بسيار موثر و مفيد مي باشد. بسياري ازمطالعات پايلوت پلنت نشان مي دهد كه مشكلات گرفتگي مي تواند بوسيله انواعديگري بجز آن گرفتگي كه ما انتظار داشتيم بوجود آيد.

در تحقیق انجام شده در کشور آمریکا توسط چیلدرس اندازه گیریپتانسیل زتا در سطح غشاءهای اسمز معکوس و ارتباط شیمی محلول روی بارسطحیانجام گرفت و تاثیر بارسطحی بر روی جریان محصول و آب دور ریز مورد بررسیقرار گرفته است. این نکته حائز اهمیت است که میکرواورگانیزم نیز همانند یکذره باردار تحت تاثیر بار سطحی غشا قرار می گیرند.

استفاده از بایو سایدها وبخصوص کلر اگرچه ممکن است در بهرهبرداری و راهبری سیستم مفید واقع شود اما از سوی دیگر ممکن است که مشکلبایو فولینگ را تشدید نیز کند زیرا میکرواورگانیزم ها در مقادیر پایینبایوساید اغلب پلی ساکارید تراوش می کنند که این پلی ساکاریدها باعث تشکیلبایو فیلم و محافظت از خودشان می شوند. در تحقیق انجام شده در کشور انگلیسعلت و اثر تشکیل بایو فیلم سفت و محکم شده مورد بررسی قرار گرفت و افزایشاختلاف فشار بیانگر این موضوع بود که رشد بایو فولینگ بسیار شدید میباشد. از 100 غشاء در سراسر دنیا که مورد آزمون تخریب قرار گرفت بیانگراین موضوع بود که بجز غشاءهایی که دارای مقدار زیادی قارچ می باشند شرایطتقریباً یکسان است. این تحقیق نشان داد که تعدادی از واحدهایی که تزریقکلر را کاهش دادند ، بایوفولینگ کاهش یافته است. نتیجه مهمی که دراینتحقیق حاصل گردید نشان داد که نوع باکتریها مختص همان منطقه می باشد و باشستشوی شیمیایی قابل حذف شدن می باشند.

واحد آب تانتان با مشکل گرفتگی بیولوژیکی شدیدی مواجهه شدهبود بطوری که ماهی دو بار شستشوی شیمیایی انجام می گردید این درحالی بودکه کیفیت آب حتی در حضور باکتریهای هوازی و بی هوازی خوب بود. آنالیزبایوفیلم نشان داد که مقدار زیادی باکتری هتروتروفیلیک سودوموناس و باکتریآهن وجود دارد. با فرض اینکه علت تشکیل بایو فیلم نقطه تزریق تیو سولفاتسدیم که قبل از صافی های فشنگی بوده تحقیقات انجام شد و نشان داد که صافیفشنگی همچون یک بایو راکتور برای سیستم اسمز معکوس که در بالا دست صافیفشنگی ها قرار دارد عمل می کند. باتغییر و جابجایی ساده محل تزریقتیوسولفات سدیم به بعد از صافی فشنگی، مشکل بر طرف گردید.

در کشور تایوان در تحقیقی، اثر تنش برشی و غلظت کلر بر رویرشد میکرواورگانیزم های هتروتروفیلیک بررسی گردید نتایج تجربی بیانگر اینموضوع بود تعداد باکتریهای بایو فیلم با افزایش غلظت کلرین کاهش می يابدو افزایش تنش برشی( تا یک حد مشخص) باعث کاهش پتانسیل بایو فیلم می شود.این تحقیق نشان داد که اثر متقابل و با معنی بین غلظت کلرین و برش تنشیوجود ندارد.

مشکل اصلی بهره برداری ازسیستم های اسمز معکوس و نانو فیلتراسیون گرفتگی بیولوژیکی و گرفتگی ذرات در توزيع كننده خوراك می باشد. در تحقیقی که در سال 2007 در کشور فرانسه صورت گرفت نشان داد کهشستشو المنتهای اسمزمعکوس با آب و هوا و یا تزریق سولفات مس میتواند درکنترل گرفتگی بیولوژیکی بسیار موثر باشد. این تحقیق همچنین نشان داد کهاگر از هر دو با هم استفاده شود نتیجه مطلوبتر خواهد بود.

غشاءهای مقاوم در برابر گرفتگی از سال 1996 به بازار معرفیگردیدند.تغیرات شیمیایی، فیلم نازک و غشاء آروماتیک پلی آمیدی جهت ساختارالمنتهای حلزونی مناسب گردید. در تحقیقی که در سال 2000 در کشور آمریکا برروی این نوع غشاءها انجام گردید ، دلایل تاریخی و تجربیات زمینه ای در طولچهار سال بر روی دو نسل اولیه این نوع غشاءها مورد بررسی قرار گرفت.

عارضه گرفتگی بیولوژیکی در 30 المنت غشایی نانوفیلتراسیون واسمز معکوس که از 13 واحد جمع آوری شده بود مورد بررسی قرار گرفت.پارامترهای بایومس شاملATP و TDC وHPCمورد بررسی قرار گرفت. مقدار بایو مس به پارامترهای بهره برداری همچونجریان نرمال شده و اختلاف فشار نرمال شده بستگی دارد. پایش آب خوراکواحدهای اسمز معکوس و نانوفیلتراسیون با پایش پارامترهای بایومس، ATP وTDC به اجرا در آمد و AOC نیز پایش گردید، سپس ساختار گرفتگی بیو لوژیکیدر 13 واحد مورد بررسی قرار گرفت.

مشکل گرفتگی بیولوژیکی یکی از بزرگترین مشکلات سیستمهای اسمزمعکوس در راه رسیدن به اهداف نهایی است. در تحقیقی که در کشور کره شمالیدر سال 2002 انجام گردید اثر غشاءهای TFC ترکیب شده با TiO₂برای حل مشکل گرفتگی بیولوژیکی مورد بررسی قرار گرفت و نشان داد کهاستفاده از این نوع غشاء در کاهش گرفتگی بیولوژیکی موثر و اقتصادی است.

استفاده از اسمز معکوس یک روش رایج جهت نمک زدایی آب دریاهااست. در طول چهار دهه گذشته تکنولوژی غشاءها به سمت استفاده از غشاءهای بافلوی مخصوص سوق داده شده است ولی با وجود این هنوز مشکل گرفتگی بیولوژیکیکه یکی از مشکلات اصلی سیستمهای اسمز معکوس است کماکان بهبود پیدا نکردهاست. در این تحقیق چگونگی استفاده از صافی کربن فعال به جهت کاهش گرفتگیبیولوژیکی با کاهش DOC مورد بررسی قرار گرفته است.

در تحقیقی دیگر بررسی شستشوی شیمیایی غشاءهای اسمز معکوس باگرفتگی آلی بوسیله محلولهای نمک غلیظ بررسی گردید. بعنوان گرفتگی آلی ازپلی ساکاریدها و یک ماده آلی طبیعی استفاده شد. با تغییر پارامترهایشیمیایی و فیزیکی موثر بر روی بازدهی شستشوی شیمیایی فرایند و مکانیزم عملشستشو بررسی گردید. فاکتورهای شیمیایی شامل غلظت نمک، نوع نمک و ترکیبگرفتگی آلی و پارامترهای فیزیکی شامل مدت زمان تماس سرعت جریان متقاطع،دمای محلول شستشو و سرعت تولید آب محصول می باشد. سپس با AFMمکانیزم مورد بررسی قرار گرفت. نتیجه بدست آمده حاکی از آن بود که شستشوبا نمک یک روش موثر شستشو می باشد و در جایی که بخش بیشتر گرفتگی آلیآبدوست است مفید می باشد.

ازروش EXSOP برای پایش بصورتمشاهده مستقیم بر روی تشکیل رسوب سطحی معدنی روی سطح غشاءهای اسمز معکوساستفاده شد. این سیستم شامل یک سل اسمزمعکوس بصورت قاب و صفحه ای با یکپنجره نوری می باشد که قادر است فشارهای تا mpa 4/2 را تحمل کند. بههنگام بهره برداری سیستم اسمز معکوس با یک میکروسکوپ نوری این بررسی انجامشد. نتیجه اینکه سیستم EXSOP برای پایش مستقیم رسوب گذاری و گرفتگی درواحدهای اسمز معکوس می تواند مورد استفاده قرار گیرد و همچنین با اینسیستم می توان تاثیر گرفتگی های کلوئیدی و گرفتگی های بیولوژیکی و همچنینتاثیر ضد رسوب ها و نیز برنامه های شستشو غشاء را ارزیابی کرد.

دینامیک گرفتگی یک میکروصافی بوسیله ماده آلی طبیعی در یکسری آزمایشات فیلتراسیون بررسی شد. فقط در صد کمی ( کمتر از 3% ) ازملکولهای ماده آلی طبیعی بوسیله غشاء دفع شد. اما ماده آلی دفع شده بطورقابل توجهی شار آب محصول از غشاء با تخلخل 025/0 میکرو متر را کاهش داد.با افزایش شار، سرعت گرفتگی نیز افزایش یافت. گرفتگی ابتدا بوسیله باریکشدن سوراخهای غشاء و در نهایت با گرفتگی کامل آن بوسیله ژل ماده آلی اتفاقافتاد. ملکولهای ماده آلی در آب محصول مرحله اول فیلتراسیون هیچ گرفتگی برروی صافی دوم ایجاد نمی کنند هر چند طولانی تر شدن زمان ماند آب محصول برروی صافی دوم گرفتگی را بر روی آن بیشتر می کند. نتیجه بدست آمده نشان دادکه حداقل برای نمونه مطالعه شده در این مقاله گرفتگی غشاء در مرحله دومفیلتراسیون با سرعت بسیار کمتری نسبت به مرحله اول انجام می شود بدین معنیکه اجزاء ماده آلی طبیعی که عامل گرفتگی می باشند بطور انتخابی در مرحلهاول حذف شده است.

نویسنده:مهرداد افشار

برچسب: نویسنده: امیرحسین ستوده بیدختی تاريخ: جمعه 30 13 ساعت: 20:25

درباره سایت

آخرین مطالب

امکانات وب

تاریخچه تحقیق در رابطه اسمز معکوس

صفحه بندی

آرشیو مطالب

پيوندهای روزانه

لینک دوستان

خبرنامه