فرایندهای غشایی - الکترودیالیز

قدمتاستفاده از فرایند الکترودیالیز نزدیک به ربع قرن میرسد. این فرایند درکنار اسمز معکوس به عنوان فرایندهای غشایی تصفیة آب بصورت صنعتی استفادهمیشود. درفرایندهای غشایی نیرویی محرکه حرکت یونهای در اثر اختلاف فشار،اختلاف غلظت یا اختلاف پتانسیل میباشد. نحوة جداسازی در فرایند غشایی یابر اساس سایز ذرات یا اثر پدیدة نفوذ - دفع یا دراثر اولویتبندی عبورذرات بوسیله غشاءها میباشد.
الف- جداسازی در فرایند غشایی بر اساس سایز ذرات:غشای (ممبران) دارای حفرهها و سوراخهایی است که برخی از اجزای میتواننداز آن عبور کرده و برخی دیگر نمیتوانند عبور کنند در اصل میتوان گفتممبران مانند یک غربال یا الک عمل مینماید.
ب- پدیدة نفوذ - دفع: در این حالت غشاء دارای حفره و سوراخ نبوده بلکه ذرات در غشا حل شده بوسیلة پدیده نفوذ (diffusion ) به آن طرف غشا راه پیدا میکنند و سپس در آن طرف غشا بوسیله پدیدة دفع (desorption ) وارد فاز دیگر میشود.
ج- اولویتبندی عبور ذرات بوسیله غشاء: دراین حالت بسته به ابعاد حفرهها و سوراخهای غشاء و ابعاد و نوع ملکولهاو ناخالصیها غشاء برای برخی از ذرات ایجاد مقاومت کرده و عبور آنها را بامشکل مواجه میکند.
فرایندهایغشایی بر اساس اندازه جداسازی ذرات از 02/.- 10 میکرومتر (100000- 200انگستروم) تا 0001/.-001/. میکرومتر (10-1 انگستروم) به چهار نوع تقسیممیکنند:
1- میکرو فیلتراسیون 2- اولترا فیلتراسیون 3- نانو فیلتراسیون 4- اسمز معکوس
اسمز معکوس (REVERCE OSMOSIS ):اسمز معکوس فرایندی فیزیکی است که میتوان از محلولی (حلال + ناخالصی) بهکمک یک غشاء نیمهتراوا حلال تقریباً خالصی تهیه کرد. اسمز معکوس میتواند99% مواد معدنی حل شده را از آب حذف کند. اگر یک غشاء نیمهتراوا بین دومحلول با غلظتهای متفاوت قرارگیرد، مقداری از حلال از یک طرف غشا به طرفدیگر منتقل میشود، جهت حرکت به گونهای است که محلول غلیظتر را رقیقنماید که این پدیده را اسمز گویند. این عمل باعث میشود سطح محلول در آبغلیظتر بالا رود، اختلاف سطح ایجادشده در حالت تعادل بین دو محلول، ازنظر غلظت نمک، را فشار اسمزی گویند. حال اگر فشاری بیش از فشار اسمزی بهمحلول غلیظ وارد کنیم، جهت حرکت آب برعکس شده آب از غشاء نیمهتراوا عبورکرده وارد محیط رقیقتر میشود؛ در حالی که ناخالصیها نمیتوانند از غشاءعبور کنند. پس اسمز معکوس یک روش جداسازی ناخالصی از آب در اثر اعمال فشارمکانیکی میباشد. اسمز معکوس کاری شبیه به عمل فیلتراسیون انجام میدهد.از این رو گاهی به اسمز معکوس هایپرفیلتراسیون (HYPER FILTRATION ) میگویند. کفیت آب تصفیهشده در فرایند اسمز معکوس بهتر و هزینة آن نیز نسبت به الکترودیالیز بیشتر میباشد.

شکل 1: مفهوم اسمز و اسمز معکوس

الکترودیالیز Electro Dialysis ): الکترودیالیز به جداسازی اجزای باردار (یونها) به کمک جریان الکتریسته از آب گویند. الکترودیالیز برای نمکزدایی از آبهای لبشور کاربرد دارد، آبهای لبشور آبهایی هستند که TDS (کل جامدات محلول) آنها کمتر از 2500 میلیگرم در لیتر بوده یا میزان نمکآنها بین 1/. تا حداکثر 1 درصد باشد. درصد تبدیل آب خام به آب تصفیهشدهدر الکترودیالیز حدود 90 درصد میباشد. یعنی 90 درصد آب ورودی یونزداییشده و یونها در 10 درصد باقیمانده تجمع پیدا میکنند که این فاضلابتولیدی باید به نحوی مناسب دفع گردد، چون ممکن است اثرات زیستمحیطینامطلوبی در برداشته باشد. آب مورد تصفیه در فرایند دیالیز نیاز بهپیشتصفیه داشته. لازم است کلیة جامدات معلق و مواد آلی محلول آن جداشوند، چون این ناخالصیها باعث گرفتگی غشاءها میشوند. تنظیم PH در دامنة نسبتاً اسیدی برای جلوگیری از رسوب مواد معدنی میتواند مفیدواقع شود. الکترودیالیز نسبت به اسمز معکوس برای دبیهای کم کاربرد دارد.

اصول کار الکترودیالیز: دستگاهالکترودیالیز تشکیل شده است از دو الکترد آند و کاتد که به یک منبع برقمستقیم وصل میشوند و مجموعهای از غشاءها (ممبرانها) . در الکترولیز دونوع غشاء داریم، غشاء کاتیونی و غشاء آنیونی. این غشاءها بصورت متناوب درکنار یکدیگر قرار گرفته و تشکیل کانالهایی را میدهند که آب در فواصل بینآنها جریان مییابد. ضخامت غشاءها در حدود mm 5 /. بوده که به وسیلة فضاهای متخلخلی (کانالها) با عرض حدود 1 میلیمتر ازهمدیگر جدا شدهاند. غشاءهای کاتیونی اجازة عبور یونهای مثبت آب (کاتونها) را داده و از عبور یونهای منفی (آنیونها) جلوگیری میکنند. عکس اینعمل در مورد غشاءهای آنیونی روی میدهد. از مجموع یک غشاء آنیونی و یکغشاء کاتیونی یک سل الکترولیز ایجاد میشود. در اثر برقراری جریانالکتریسیته بین آند و کاتد، اختلاف ولتاژی پدید میآید که این اختلافولتاژ باعث میشود کاتیونها به سمت کاتد (قطب منفی) و آنیونها به سمتآند (قطب مثبت) حرکت نمایند. با توجه به آنچه گفته شد و بر اساس خاصیتانتخابی غشاءها (Ion selective membrane ) در دستگاه الکترودیالیز از یونهای بعضی از سلها کاسته شده (آب تصفیهشده) ولی در سل مجاور به یونهای آب خام افزوده میشود و محلول غلیظی ازیونها حاصل میشود (فاضلاب). همانطور که در شکل زیر نشان داده شده در سلشماره 1 و 3 محلول غلیظی از آنیون و کاتیونها را داریم و در سل شمارة 2آب عاری از یونها (آب تصفیهشده) وجود دارد. لذا در مجموعه سلها بصورت یکدر میان آب بینمک و آب نمک غلیظ تشکیل میشود. هرچه فاصلة سلها ازیکدیگر کمتر باشد، برای تصفیة مقدار معینی آب تعداد سلهای بیشتری نیازخواهد بود. در عمل نیز یک دستگاه الکترودیالیز ممکن است تا حدود 500 جفتسل داشته باشد. برای رسیدن به بازده حدود 60 درصد (60 درصد آب تصفیه شدهو40 درصد فاضلاب تولید میگردد) زمان تماس 10 تا 20 ثانیه لازم میباشد.

شکل 2: طرز کار واحدهای الکترودیالیز – C معرف غشاء کاتیونی و A معرف غشاء آنیونی است

نحوة چیدمان سلهای دستگاه الکترودیالیز:اگر سلها به صورت سری در کنار یکدیگر قرار گیرند، راندمان تصفیه افزایشیافته و آبی با کیفیت بهتر تولید میگردد و اگر آنها را به صورت موازی درکنار یکدیگر قرار گیرند، میتوانند میزان آب بیشتری را مورد تصفیه قراردهند. (افزایش دبی آب تصفیهشده)
شدت جریان لازم در الکترودیالیز:شدت جریان مستقیماً بستگی به تعداد یونهایی دارد که از غشا عبور میکنند،لذا هرچه تعداد یونهای آب کمتر باشد (آب خالصتر باشد)، مقاومت الکتریکیبیشتر شده و هزینة برق افزایش مییابد. مقدار مقاومت الکتریکی هر جفت سلبرای آبهای معمولی حدود 5 تا 500 اهم میباشد. هرچه فاصلة سلها کمترباشد، مقاومت الکتریکی کمتر شده و در نتیجه در هزینة برق صرفهجویی میشود.
شدت جریان الکتریسته لازم در فرایند الکترودیالیز از فرمول ذیل قابل محاسبه می باشد.که در آن Q معرف دبی حجمی آب خام و cΔمعرف اختلاف غلظت یونهای بین آب خام و آب تصفیهشده ɧ بازده جریان برقمصرفی (بازده جریان برق معرف کسری از کل جریان برق مصرفی است که واقعاًصرف حرکت یونهای ناخالص شده است و مقدار آن همیشه کمتر از 100% میباشد) z ظرفیت یون و F ثابت فاراده است که برابر با 96500 کولمب به ازای هر گرم اکیوالان است (کولمب واحد بار الکتریکی بوده و معادل 6.24 ضربدر ده به توان 18 الکترونمیباشد)، بازده جریان برق مصرفی مستقیماً بستگی به تعداد جفت سلهایالکترودیالیز دارد. همانطور که گفته شد یونهای داخل محلول عامل عبورجریان برق از غشا هستند. بنابراین اگر شدت جریان زیاد شود و به اندازةکافی کاتیون نباشد که از غشاء عبور کند در آن صورت جریان برق صرف تجزیة آبشده و تولیدH+ و OH-میکند یون هیدروژن (H+ ) از غشاء عبور کرده و یون (-OH ) هیدرواکسید در قسمت آب تصفیهشده باقی میماند که منجر به افزایش PH (قلیاییشدن محیط) و صدمهزدن به جنس غشاها میگردد.
مشکلات و معایب فرایند الکترودیالیز:
1-با توجه به اینکه جنس غشاءها در فرایند الکترودیالیز از جنس رزینهایتبادل یون میباشد که معمولاً به شکل صفحاتی به طول یک متر به کار میروند(رزینهای تبادل یون، ذرات جامدی هستند که میتوانند یونهای نامطلوب درمحلول را با همان مقدار اکیوالان یون مطلوب و با بار مشابه جایگزین کنند)لذا خواص آنها با غلظت محیط و دما و حتی نوع یون دستخوش تغییر میگردد کهاین امر موجب تغییر در میزان کارایی غشاءها میگردد. همچنین به علت ایجادسوراخهای سوزنی در غشاء خاصیت انتخابگری غشاءها تغییر کرده و مثلاًتعدادی از آنیونها از غشاء کاتیونی عبور کرده و برعکس.
2- این فرایند فقط قادر به حذف مواد معدنی محلول بوده؛ لذا آب باید مراحل پیشتصفیه را گذرانده باشد و فاقد هرگونه مواد جامد معلق باشد.
3- فرایند الکترودیالیز سیستم مدرنی بوده و نیاز به نگهداری و نظافت ماهرانه دارد.
4- این فرایند قادر به تصفیه آبهایی با TDS بالاتر از 2500 میلیگرم نمیباشد، لذا آب دریاها و اقیانوسها را به علت بالابودن جامدات محلول (TDS<3500 mg/l ) نمیتواند تصفیه کند.
5-آبهای دارای سولفات بالا با این روش به سختی تصفیه میشوند چون خاصیتانتخابپذیری و اولویتبندی یونها باعث میشود یونهای کلرور سهلتر وزودتر از غشاء عبور کنند.
6- به علت تشکیل گاز هیدروژن و سود (NaOH ) در کاتد لازم است با یک جریان اسیدی، سود تولیدی را خنثی کرد.
7-برای دستگاههای الکترودیالیز نیاز به جریان برق مستقیم با میزان ولتاژبالایی میباشد که چنین ولتاژی کاملاً خطرآفرین است، لذا لازم است محیطکاملاً از نظر الکتریکی عایق باشد. از طرفی جریانهای نشتی در اطرافدستگاه الکترودیالیز میتواند باعث خوردگی شدید شوند لذا باید از اتصال بهزمین دستگاه مطمئن شد.

تصفیه خانه آب مشهد - دوشنبه هفدهم خرداد 1389
دستگاه کلر زن (کلریناتور) - یکشنبه شانزدهم خرداد 1389
مثالی از مراحل جمع آوری اطلاعات و اجرا پروژه آبرسانی - یکشنبه شانزدهم خرداد 1389
حسگر شناسايي فلز سمي سرب در آب - شنبه پانزدهم خرداد 1389
فیلتر شنی - شنبه پانزدهم خرداد 1389
هزینه تصفیه فاضلاب لجن فعال و RBC برای ظرفیتm3/day 6000 - جمعه چهاردهم خرداد 1389
عوامل موثر در مقدار Do - جمعه چهاردهم خرداد 1389
استافیلوکوک Estaphylococcus - پنجشنبه سیزدهم خرداد 1389
مراحل تصفیه آب - پنجشنبه سیزدهم خرداد 1389
تصفیه پیشرفته فاضلاب (حذف فسفر) - چهارشنبه دوازدهم خرداد 1389
پمپاژ و سیالات - چهارشنبه دوازدهم خرداد 1389
عوامل تغيير دهنده خواص ارگانولپتيکی آبها - سه شنبه یازدهم خرداد 1389
تصفیه خانه ی شماره 3 (تهرانپارس) - سه شنبه یازدهم خرداد 1389
تصفیه خانه شماره 2(کن) - دوشنبه دهم خرداد 1389
عوارض سوئ استفاده از فاضلاب - دوشنبه دهم خرداد 1389
سختی گیرهای الکترونیکی - یکشنبه نهم خرداد 1389
تصفیه خانه شماره یک جلالیه - یکشنبه نهم خرداد 1389
فیلتراسیون(Filtration) - شنبه هشتم خرداد 1389
شاخص های فیزیکی آب و فاضلاب - شنبه هشتم خرداد 1389
مهندسی آب و فاضلاب وسازه های هیدرولیکی تصفیه خانه ها - جمعه هفتم خرداد 1389
برکه های تثبیت - جمعه هفتم خرداد 1389
بررسی واحد تصفیه آب پتروشیمی - پنجشنبه ششم خرداد 1389
روشهای تست صحت عملکرد فرآیند استریلیزاسیون - پنجشنبه ششم خرداد 1389
اتوکلاوهای پیش خلاء یا کمک خلاء - چهارشنبه پنجم خرداد 1389
حذف بیولوژیکی نیتروژن - چهارشنبه پنجم خرداد 1389
تصفیه اولیه فاضلاب - سه شنبه چهارم خرداد 1389
مطالعه کاربرد استریلیزاسیون به روش فرمالدئید - سه شنبه چهارم خرداد 1389
تاریخچه اندیکاتورها - دوشنبه سوم خرداد 1389
فاضلاب و تصفیه آن - دوشنبه سوم خرداد 1389
تصفیه خانه فاضلاب شهر تبریز - یکشنبه دوم خرداد 1389
اندیکاتور بیولوژیکال فور - یکشنبه دوم خرداد 1389
Formaldehyde فرمالدئید - شنبه یکم خرداد 1389
تصفیه خانه آب شرب شهر گرگان - شنبه یکم خرداد 1389
روند تصفیه فاضلاب به روش برکه تثبیت - جمعه سی و یکم اردیبهشت 1389
انواع روشها و تکنیکهای حفاری - جمعه سی و یکم اردیبهشت 1389
آموزش نرم افزار(ILWIS) _راهنماي سيستم اطلاعات جامع زمين و آب - پنجشنبه سی ام اردیبهشت 1389
روش های شناور سازی در تصفیه فاضلابهای صنعتی - پنجشنبه سی ام اردیبهشت 1389
آلودگی آرسنیک در آب آشامیدنی - چهارشنبه بیست و نهم اردیبهشت 1389
ضد عفونی خورشیدی آب (SODIS) چیست؟ - چهارشنبه بیست و نهم اردیبهشت 1389
جلبکهای شاخص آب آلوده - سه شنبه بیست و هشتم اردیبهشت 1389
جنبه های میکروبی حائز اهمیت آب آشامیدنی - سه شنبه بیست و هشتم اردیبهشت 1389
نمکزدائی به روش اسمز معکوس - دوشنبه بیست و هفتم اردیبهشت 1389
فرآیندهای بیولوژیکی - دوشنبه بیست و هفتم اردیبهشت 1389
تصفیه آبهای صنعتی - یکشنبه بیست و ششم اردیبهشت 1389
دستگاه سختیگیر - یکشنبه بیست و ششم اردیبهشت 1389
آلاینده های آب و روشهای اندازه گیری کیفیت آب - شنبه بیست و پنجم اردیبهشت 1389
نمونههای عملی از کاربرد فناورینانو در تصفیه آب - شنبه بیست و پنجم اردیبهشت 1389
یونیسف و نگاهی تازه به مساله "فلوراید در آب" - جمعه بیست و چهارم اردیبهشت 1389
جلبکها - جمعه بیست و چهارم اردیبهشت 1389
نانوسیلات - پنجشنبه بیست و سوم اردیبهشت 1389