اثرات افزودن ازن در پیش تصفیه میکرو فیلتراسیون آب شیرین کن های آب دریا
با کاهش کمیت و کیفیت منابع آبی قابل دسترس در دنیا، شیرین سازی آب دریا یکی از گزینه های اصلی تأمین آب شیرین به شمار می رود. پیشرفت فناوری اسمز معکوس و ممبرانهای آب شیرین کن آب دریا منجر به کاهش بهای شیرین سازی شده و نگرانی اصلی مربوط به بالا بودن هزینه شیرین سازی آب دریا را بسیار مرتفع نموده است. اسمز معکوس(RO) به طور گسترده ای در ۲۰-۳۰ سال گذشته آب قابل شرب را با استفاده از شیرین سازی آب دریا تأیمن کرده است.
چالش بزرگ تصفیه آب دریا به روش اسمز معکوس، کاهش بهروری ممبران ها به دلیل گرفتگی ناشی از کلوئید، ذرات جامد نامحلول، مواد محلول آلی و معدنی در آب خام و به همان میزان رشد بیولوژیکی در فرایند RO است. مسئله ی حیاتی برای موفقیت آب شیرین کن آب دریا انتخاب پیش تصفیه مناسب با شرایط آب ورودی است. این امر قابل دسترس ترین راه حل برای جلوگیری یا به حداقل رساندن گرفتگی ممبران بوده که درنتیجه آن هزینه های بهره برداری آب شیرین کن کاهش پیدا می کند.
چندین مطالعه روی ترکیب فرایند ازن و ممبران های میکروفیلتراسیون(MF) انجام شده است. یکی از مطالعات سیستم ترکیبی ازن و MF/اولترافیلتراسیون(UF) را برای حداقل رسانی گرفتگی ممبران با استفاده از مدل گرفتگی مثل بنتونیت و اسید هومیک ازمایش کرده اند که تاثیر ازن در کاهش گرفتگی ممبران ثابت شده است. مطالعه دیگری اثر ازن را در طول فرایند MF برای تصفیه آب رودخانه و فاضلاب شهری بررسی کرده است. نتیجه مطالعه نشان می دهد که ژل آلی بر روی ممبران می تواند توسط ازن تجزیه شود، که منجر به سایش کمتر و شار بالاتر شود.
گرفتگی ممبران توسط آب دریا و اثر پیش تصفیه
به منظور بررسی گرفتگی ممبران آب دریا، اندازه گیری جریان در طول فرایند فیلتر شدن آب دریا با دو نوع میکرو فیلتر از نوع هیدروفیلیک و هیدروفوبیک (PVDF، ۰٫۲۲ µm) انجام شده است.
امکان استفاده از ازن برای کاهش گرفتگی ممبران در طول میکروفیلتراسیون آب دریا بررسی شده است. در این بررسی آب دریا و آب دریا فیلتر شده با فیلتر ۰٫۴۵µm با ازن ترکیب شده و پس از آن با ممبران های MF مدل PHO و PHI فیلتر شده است که در شکل ۲ نتایج نشان داده شده است. وجه تمایز در دو نوع ممبران قابل مشاهده است. برای ممبران های PHI پیش ازن منجر به کاهش زیاد نرخ جریان در طول فیلتراسیون هر دو نمونه آب دریا و دریا فیلتر شده ۰٫۴۵ µm در مقایسه با آب دریا بدون ازن است. از سویی دیگر، برای ممبران های PHO نرخ جریان نمونه پیش ازن به شدت کاهش می یابد. همان طور که در شکل ۳٫a نشان داده شده آب خام دریا و آب دریا فیلتر شده ۰٫۴۵ µm مشآبه یکدیگر هستند. این امر نشان می دهد که ترکیب ازن با آب دریا می تواند موجب تحریک بیشتر گرفتگی برای ممبران های PHI شود. اما برای ممبران های PHO تحت شرایط چه در حضور و یا عدم حضور ذرات موجود در آب دریا گرفتگی کاهش می یابد. تنها با توجه به نرخ جریان با و بدون ازن در آب دریا، به نظر تنها برای ممبران PHO به منظور کاهش گرفتگی ممبران تجهیزات فرایند ازن مناسب هستند.
شکل ۲: تأثیر پیش ازن روی گرفتگی ممبران توسط دریا تازه و ۰٫۴۵µm فیلتر دریا. SFV = حجم مخصوص فیلتراسیون (L / m2)، دوز ازون = ۱۲mg/L، pH = 8.0، دما. =۲۰oC (جریان در ۲۵oC نرمالیزه شده است)، DOC = 1.4 mg / L.
شکل ۳ اثر پیش ازن روی گرفتگی ممبران توسط فیلتر دریا ۱۰۰kDa. SVF=حجم مخصوص فیلتراسیون (L/m2)، دوز ازن = ۱۲ mg/L، PH=8.0، دما= ۲۰oC (جریان نرمالیزه شده در دمای ۲۵oC)، DOC=1.4 mg/L.
مکانیزم تغییر گرفتگی ممبران با استفاده از پیش ازن آب دریا
مطالعات نشان می دهد که ترکیب ازن با آب دریا می تواند منجر به تشکیل کیک روی ممبران شود. به طور کلی ازن می تواند توزیع ابعاد ذرات به همان میزان شکل گیری ذرات کلوئیدی را تغییر دهد. اگرچه ازن می تواند میزان کربن مجموع آلی (TOC) یا کدورت در طول جدا سازی، شناور سازی یا فیلتراسیون را بهبود ببخشد. اثرات افزودن ازن به پیش تصفیه به حالات زیر گزارش شده است:
- افزایش ترکیب الومینیوم با مواد آلی ترکیب شده با ازن
- بهبود ترکیب کلسیم با استفاده از مواد آلی ترکیب شده با ازن
- کاهش مواد آلی از سطح ذرات گل و لای
- پلیمریزاسیون مواد آلی
- شکستن ترکیب فلز-آلی
- واکنش با جلبک ها
شکل ۴ مقایسه ی مقاومت ممبران قبل و پس از ترکیب ازن ، SFV=200L/m2 a) ممبران PHI b) ممبران PHO.
نتیجه گیری
افزودن ازن در پیش تصفیه آب شیرین کن های آب دریا که از میکروفیلتراسیون استفاده می کنند، وابسته به نوع ممبرانهای MF اثرات متفاوتی دارد. افزودن ازن در ممبرانهای هیدروفیلیک منجر به تشکیل کیک روی سطح ممبران و تشدید گرفتگی می شود. در حالی که در ممبرانهای هیدروفوبیک میزان گرفتگی به میزان قابل توجهی کاهش می یابد.
منبع: