کمبود آب یک چالش جهانی است و غشاهای آب دریا به یک فناوری حیاتی برای تولید آب شیرین و آشامیدنی از طریق نمکزدایی تبدیل شدهاند. این غشاها به عنوان یک فیلتر پیچیده عمل میکنند و به مولکولهای آب اجازه عبور میدهند و در عین حال نمکها، مواد معدنی و سایر آلایندهها را دفع میکنند. انتخاب غشاء برای کارایی و مقرون به صرفه بودن یک کارخانه آب شیرین کن بسیار مهم است و آنها به طور کلی بر اساس اندازه منافذ و نوع فیلتراسیونی که انجام می دهند طبقه بندی می شوند.
در حالی که انواع مختلفی از غشاها برای تصفیه آب وجود دارد، غشاهای اولیه مورد استفاده برای نمک زدایی آب دریا اسمز معکوس (RO) و نانوفیلتراسیون (NF) هستند. سایر انواع غشاء، مانند اولترافیلتراسیون (UF) و میکروفیلتراسیون (MF)، معمولاً به عنوان یک مرحله پیش درمان برای محافظت از غشاهای ظریف RO و NF.
اسمز معکوس استاندارد طلایی برای نمک زدایی آب دریا است. این یک فرآیند تحت فشار است که آب را از یک غشای نیمه تراوا عبور می دهد و نمک های محلول و سایر ناخالصی ها را پشت سر می گذارد. غشاهای RO ساختاری بسیار متراکم و غیر متخلخل دارند.
اندازه منافذ: غشاهای RO دارای کوچکترین اندازه منافذ هستند و به طور موثر به عنوان مانعی برای هر چیزی بزرگتر از مولکول آب عمل می کنند. این به آنها اجازه می دهد تا نه تنها جامدات معلق بلکه نمک های محلول و یون های تک ظرفیتی مانند سدیم و کلرید را نیز دفع کنند.
مواد: غشاهای RO مدرن معمولاً کامپوزیت های لایه نازک (TFC) هستند که از یک لایه فعال پلی آمید روی یک تکیه گاه پلی سولفون متخلخل ساخته شده اند. این ساختار چند لایه هم عملکرد بالا و هم استحکام مکانیکی را فراهم می کند.
کاربرد: RO برای کاربردهای با شوری بالا، از جمله آب دریا و فاضلاب صنعتی با TDS بالا (کل مواد جامد محلول) استفاده می شود. آنها رایج ترین نوع هستند غشاهای آب دریا در کارخانه های نمک زدایی در مقیاس بزرگ
انرژی مورد نیاز: با توجه به اندازه بسیار کوچک منافذ و نیاز به غلبه بر فشار اسمزی، RO به انرژی قابل توجهی نیاز دارد و آن را به یک فرآیند انرژی بر تبدیل می کند.
نانوفیلتراسیون اغلب به عنوان RO "شل" شناخته می شود زیرا به طور مشابه اما با اندازه منافذ کمی بزرگتر عمل می کند. غشاهای NF به ویژه در دفع یون های دو ظرفیتی و مولکول های بزرگتر موثر هستند.
اندازه منافذ: غشاهای NF اندازه منافذ بزرگتری نسبت به RO دارند و به برخی یونهای تک ظرفیتی کوچکتر (مانند سدیم و کلرید) اجازه عبور می دهند. با این حال، آنها در دفع یون های چند ظرفیتی بزرگتر (مانند منیزیم و سولفات کلسیم) بسیار موثر هستند.
کاربرد: در حالی که معمولاً برای نمکزدایی کامل آب دریا استفاده نمیشود، غشاهای NF برای تصفیه آب شور و برای کاربردهای صنعتی خاص که در آن حذف انتخابی یونهای چند ظرفیتی مورد نیاز است، ارزشمند هستند. آنها همچنین می توانند به عنوان یک مرحله پیش تصفیه برای RO برای کاهش پوسته پوسته شدن و رسوب استفاده شوند.
انرژی مورد نیاز: از آنجایی که غشاهای NF دارای منافذ بزرگ تری هستند، به فشار کمتری نیاز دارند و بنابراین انرژی کمتری نسبت به غشاهای RO مصرف می کنند.
قبل از مرحله نمکزدایی اولیه، آب دریا باید پیش تصفیه شود تا ذرات بزرگتری که میتوانند به غشاهای RO آسیب بزنند یا کثیف شوند، حذف شود. اینجاست که اولترافیلتراسیون (UF) و میکروفیلتراسیون (MF) وارد می شوند.
میکروفیلتراسیون (MF): غشاهای MF دارای بزرگترین اندازه منافذ در بین انواع غشا هستند که برای حذف جامدات معلق، کلوئیدها و باکتری های بزرگ استفاده می شود.
اولترافیلتراسیون (UF): غشاهای UF دارای اندازه منافذ کوچکتری نسبت به MF هستند و می توانند ذرات کوچکتر، باکتری ها، ویروس ها و مولکول های آلی بزرگ را حذف کنند.
هم افزایی: در کارخانه های آب شیرین کن مدرن، UF اغلب به عنوان یک پیش تصفیه مستقیم برای RO استفاده می شود. این ترکیب تضمین می کند که RO غشاهای آب دریا از رسوب ذرات محافظت می شوند، طول عمر خود را افزایش می دهند و عملکرد بالا را حفظ می کنند.
فراتر از نوع فیلتراسیون، غشاها نیز در پیکربندی های فیزیکی مختلف برای بهینه سازی عملکرد و کاهش ردپا تولید می شوند.
زخم مارپیچی: این رایج ترین پیکربندی برای غشاهای RO و NF است. ورقه های غشایی به دور یک لوله مرکزی می چرخند و سطح بزرگی را در طراحی فشرده ایجاد می کنند.
فیبر توخالی: در این پیکربندی، غشاها به شکل لوله های ریز و توخالی هستند. آب یا از طریق مرکز الیاف یا در اطراف خارج می شود، که آن را به یک طراحی بسیار موثر برای آب با کدورت بالا تبدیل می کند. غشاهای UF و MF معمولاً در این پیکربندی یافت می شوند.
درک انواع مختلف غشاهای آب دریا برای طراحی و راه اندازی سیستم های آب شیرین کن کارآمد بسیار مهم است. انتخاب به کیفیت آب منبع، آب محصول مورد نظر و ملاحظات اقتصادی بستگی دارد. با پیشرفت فناوری، مواد و طرحهای جدید غشایی به بهبود بهرهوری انرژی و قابلیت اطمینان نمکزدایی ادامه میدهند و آن را به یک راهحل مناسب برای نیازهای جهانی آب تبدیل میکنند.
