ل
در مقاله قبل به بررسی روش های گرمایی در شیرین سازی آب پرداختیم. در این بخش به توصیف روش های غشایی تصفیه آب و شیرین سازی آب می پردازیم.
تکنولوژی‌های غشایی به دو دسته بزرگ الکترودیالیز , الکترودیالیز معکوس و اسمز معکوس تقسیم می‌شود.
شیرین‌سازی آب به روش الکترودیالیز و الکترودیالز معکوس
روش الکترودیالیز فرآیندی غشایی برپایه‌ی ولتاژ است که در آن از پتانسیل الکتریکی برای حرکت دادن نمک موجود در آب شور در داخل غشا استفاده می‌شود که نتیجه آن جمع شدن آب شیرین است. این روش برای اولین بار حدود ده سال پیش از اسمزمعکوس در سال‌های ۱۹۶۰ معرفی شد.
در ابتدا این روش برای شیرین‌سازی آب‌های دریا معرفی شده‌بود اما درواقع امروزه برای شیرین کردن آب‌های برکریش استفاده می‌شود.
در حالت کلی روش‌های الکترودیالیز به این اصول عمومی وابسته‌اند:
بیشتر مقدار نمک‌های حل شده در آب به‌صورت یون‌های مثبت و منفی هستند.
باتوجه به اینکه قطب‌های هم‌نام یکدیگر را دفع کرده و قطب‌های ناهمنام یکدیگر را می‌ربایند، یون‌ها به سمت الکترودهای ناهمنام حرکت می‌کنند.
غشای مناسب عبور یکی از آنیون‌ها یا کاتیون‌ها را فراهم میکند.
در محلول‌های نمکی، یون‌های محلول مانند سدیم (+) و کلراید (-) از میان غشا به سمت الکترودهای مخالف حرکت می‌کنند، غشا با توجه به نوع آن تنها به یکی از انواع آنیون یا کاتیون اجازه حرکت می‌دهد. غشاها معمولا در یک الگوی تناوبی قرار دارند، یک غشای آنیونی که به دنبال آن یک غشای کاتیونی قرار می‌گیرد. در طی فرایند، آب نمک درون کانال رقیق شده و از غلظت نمک آن کاسته می‌شود درحالیکه آب نمک با غلظت بالا در درون غشاها تشکیل می‌شود. محلول‌های غلیظ و رقیق در میان فضاهای بین غشاهای متناوب ایجاد می‌شوند و به این فضاهای محدود شده توسط دو غشا سلول گفته می‌شود. واحدهای الکترودیالیز از چند صد سلول متصل به الکترود تشکیل شده است که به آن‌ها پشتیبان گفته می‌شود. آب ورودی به طور همزمان از همه سلول‌ها عبور میکند تا بتواند جریان مداوم از نمک‌زدایی را تامین‌کند.
در اوایل ۱۹۷۰ااکترودیالیز معکوس مورد امتحان قرار گرفت. واحدهای الکترودیالیز معکوس بر پایه اصول اولیه الکترودیالیز معمولی عمل می‌کنند با این تفاوت که کانال آب نمک زدایی شده و آب‌نمک در هنگام ساخت یکسان هستند. در فوتصل چند بار در ساعت، قطب الکترودها معکوس شده و یون‌ها در جهت مخالف الکترودها حرکت می‌کنند. بلافاصله پس از معکوس شدن قطب‌ها، آب حاصل تا زمان رسیدن به کیفیت مورد نظر خارج می‌شود و لوله‌ها تخلیه شوند. این فرآیند تنها چند دقیقه تا شروع دوباره فرایند تصفیه طول می‌کشد. تخلیه لوله‌ها پس از هر فرآیند باعث کاهش رسوب در غشاها می‌شود. به دلیل خصوصیات فرآیند الکترودیالیز، این واحدهای تصفیه معمولا برای تصفیه آب‌های برکریش با درصد نمک پایین به جای آب دریاها استفاده می‌شود. در برخی مناطق آمریکا نیز این واحدها برای نمک‌زدایی آب‌های سطحی استفاده می‌شوند.
اسمز معکوس
بااستفاده از اسمز که یک پدیده طبیعی است، آب با مقدار نمک کم از میان آب با غلظت نمک بالا که درون غشا قرار دارد عبور میکند. هنگامی که فشار به آب غلیظ وارد شود، آب در جهت معکوس درون غشا حرکت میکند و نمک در آنجا باقی می‌ماند. به این فرآیند اسمز معکوس می‌گویند.
هر واحد اسمز معکوس از چهار سیستم اصلی تشکیل می‌شود:
سیستم‌های تصفیه اولیه
پمپ‌های فشار
سیستم‌های غشایی
سیستم‌های تصفیه پایانی
تصفیه اولیه در اسمز معکوس بسیار مهم هستند چرا که پاکیزگی سطح غشاها دراین روش از اهمیت بالایی برخوردار است. بنابراین ابتدا همه ذرات معلق باید زدوده شوند و آب پیش از شیرین‌سازی تصفیه شود تا میکروبی برروی غشا رشد نکند و یا سطح غشا با نمک پوشانده نشود.
پیش تصفیه شامل روش‌های متداولی مانند تصفیه با استفاده از فیلترهای ماسه‌ای، روش‌های غشایی، میکروفیلتراسیون و اولترافیلتراسیون باشد. انتخاب فرآیندهای پیش‌تصفیه تا حد زیادی وابسته به ویژگی‌های کیفی آب، فضای در دسترس و نیازمندی‌های غشای مورد استفاده در اسمز معکوس است.
پمپ‌های فشار قوی، فشار مورد نیاز برای عبور آب از میان نمک و غشا را تامین میکند. فشار مورد نیاز برای این سیستم‌ها حدودا ۱۵۰ پاسکال برای آب‌های نیمه‌شفاف (برکریش)، وبین ۸۰۰ تا ۱۰۰۰ برای آب دریا است.
ساختار غشا شامل ظرف فشار و یک غشای نیمه‌نفوذپذیر در داخل است که اجازه عبور آب ورودی را می‌دهد. غشای اسمز معکوس به‌طور کلی به دو شکل ساخته می‌شوند: مارپیچ و توخالی.
غشاهای مارپیچ در حقیقت از غشاهای تخت تشکیل شده‌اند. مواد غشایی می‌توانند از جنس استات سلولز و یا سایر پلیمرهای کامپوزیت ساخته‌شده‌باشند. زمانی که بخشی از آب از غشا عبور میکند، میزان نمک آب باقی‌مانده افزایش می‌یابد. بخشی از آب ورودی نیز بدون عبور از غشا تخلیه می‌شود؛ چرا که بدون این تخلیه، میزان نمک آب ورودی افزایش مس‌یابد و باعث اشباع نمک می‌شود. مقدار آب تخلیه شده حدودا ۲۰٪ برای آب برکریش و ۵۰ درصد برای آب دریا است.
نوع دیگر غشا، انواع فیبری توخالی هستند که تعداد زیادی از این نوع غشاها را درون ظرف فشار قرار می‌دهند. در این روش، آب شور تحت فشار وارد ظرف شده و آب نمک زدایی شده از دیواره‌های فیبری خارج شده و تا زمان جمع‌آوری در الیاف توخالی جریان پیدا می‌کنند. امروزه این روش به گستردگی روش‌های مارپیچ نیست.
فرآیند پسا تصفیه شامل تثبیت و آماده‌سازی آب برای توزیع می‌باشد. از جمله فرآیندهای این بخش می‌توان از تنظیم pH و ضدعفونی نام برد. به‌علاوه اگر آب نمک زدایی شده با سایر منابع آبی ترکیب شود، اطمینان از تشابه کیفی میان دو آب ضروری است.
امروزه، استفاده از غشاهای کارآمدتر و دستگاه‌های بازیابی انرژی باعث کاهش هزینه‌های مربوط به این نوع تصفیه شده‌است.
غشاهای جدید با شار بالاتری که دارند باعث افزایش سرعت گردش آب در واحد سطح شده‌اند، به‌علاوه می‌توان با قیمت پایین‌تر، غشاهایی با عمر طولانی‌تر و خدمات بهتر تهیه کرد.
