اهمیت پیش‌تصفیه در تصفیه آب به روش اسمز معکوس

در سلسله مقالاتی که پیرامون تصفیه آب به روش اسمز معکوس آورده شد، پس از تعریف اسمز معکوس (بیشتر بخوانید: تصفیه آب به روش اسمز معکوس چیست؟) و نحوه عملکرد آن (بیشتر بخوانید: اسمز معکوس چگونه عمل می‌کند؟) به بیان اصطلاحات رایج در طراحی سیستم آب شیرین کن (بیشتر بخوانید: مبانی طراحی آب شیرین کن) و همچنین شیوه‌های مختلف قرارگیری فیلترهای ممبران در یک دستگاه تصفیه آب (بیشتر بخوانید: چیدمان ممبران اسمز معکوس در سیستم‌های آب شیرین کن) پرداختیم. در این مقاله سعی داریم تا به زبان ساده، اهمیت انتخاب پیش‌تصفیه مناسب را برای یک سیستم تصفیه آب به روش اسمز معکوس بیان کنیم.

بسیار ضروری است که آب ورودی به یک دستگاه آب شیرین کن قبل از ورود به فیلتر ممبران اسمز معکوس به روش‌های مکانیکی و شیمیایی تا حدودی تصفیه شود. دلیل این امر جلوگیری از وقوع گرفتگی (Scaling) و رسوب‌گیری (Fouling) ممبران است که می‌توانند سبب کاهش شدید طول عمر این فیلتر و یا حتی دستگاه تصفیه آب شده و نیاز به شست‌وشو و یا تعویض فیلتر ممبران را بسیار بیشتر کنند.

مشکلات ناشی از انتخاب نامناسب پیش‌تصفیه آب شیرین کن

برای درک اهمیت انتخاب صحیح سیستم پیش‌تصفیه یک دستگاه تصفیه آب اسمز معکوس لازم است مشکلاتی را که در غیاب و یا انتخاب ناصحیح سیستم پیش‌تصفیه به وجود می‌آید، بررسی کنیم. در ادامه مهم‌ترین این مشکلات بیان شده است.

رسوب‌گیری فیلتر ممبران

رسوب‌گیری در اثر تجمع آلودگی‌ها بر روی سطح ممبران به وجود می‌آید که رفته‌رفته موجب بسته شدن مسیر آب عبوری از فیلتر ممبران می‌شود. با توجه به منشأ ورود آب به یک آب شیرین کن، آب ورودی می‌تواند محتویات مختلفی داشته باشد که بسیاری از آنها با چشم قابل روئیت نبوده و حتی ممکن است برای سلامتی انسان نیز خطرساز نباشند؛ اما حجم این محتویات در آب به‌قدری بالاست که می‌توانند به‌سرعت سبب ایجاد رسوب بر روی ممبران شده و حتی باعث بسته شدن مسیر عبور آب شوند. ایجاد رسوب روی سطح ممبران موجب افت شدید فشار در طول فرآیند تصفیه آب شده و میزان آب تصفیه‌شده خروجی را کاهش می‌دهد. وقوع این مسائل در یک دستگاه تصفیه آب اسمز معکوس به معنی افزایش شدید هزینه‌های عملیاتی ناشی از شست‌وشو و یا تعویض ممبران‌ها است. حتی با وجود استفاده از پیش‌تصفیه مناسب، ایجاد رسوب بر روی سطح فیلتر ممبران یک امر طبیعی است؛ اما پیش‌تصفیه مناسب می‌تواند سرعت تشکیل رسوب را بسیار کاهش داده و هزینه‌های عملیاتی فرآیند اسمز معکوس را به حداقل برساند.

ایجاد رسوب روی سطح ممبران می‌تواند ناشی از عوامل زیر باشد:

1. ذرات معلق یا کلوئیدی (مانند گل‌ولای و ...)
2. مواد آلی (مانند هومیک و فولیک اسید)
3. میکروارگانیسم‌ها (مانند باکتری‌ها، ویروس‌ها و ...). رسوب ناشی از باکتری‌ها یک مشکل اساسی در سیستم‌های تصفیه آب اسمز معکوس محسوب می‌شود و دلیل آن این است که ممبران‌های امروزی توان مقاومت در برابر مواد گندزدا مانند کلر را ندارند و بنابراین باکتری‌ها می‌توانند به‌راحتی روی سطح فیلتر ممبران اسمز معکوس رسوب تشکیل دهند. در اثر حضور باکتری‌ها روی سطح فیلتر ممبران بایوفیلم تشکیل شده که موجب افت شدید عملکرد فیلتر ممبران در دستگاه آب شیرین کن می‌شود.
4. ایجاد شکاف در فیلترهای پیش‌تصفیه بالادستی فیلتر ممبران نظیر فیلتر کربن اکتیو و یا سیستم سختی‌گیر آب که باعث انباشته شدن مواد تشکیل‌دهنده این فیلترها روی سطح ممبران شده و رسوب ایجاد می‌کند.

به کمک آزمایش کیفیت آب ورودی و اطلاع از خواص فیزیکی، شیمیایی و میکروبی آن می‌توان احتمال ایجاد رسوب بر روی فیلتر ممبران را به‌دقت بررسی کرد. برای جلوگیری از ایجاد رسوب معمولاً از تصفیه آب فیزیکی با روش‌هایی نظیر فیلترهای مالتی مدیا (MMF)، میکروفیلتراسیون (MF) و اولترافیلتراسیون (UF) استفاده می‌شود. در برخی موارد نیز تنها استفاده از فیلتر رسوب‌گیر الیافی کفایت می‌کند.

گرفتگی فیلتر ممبران

اگر غلظت برخی مواد معدنی محلول در آب از حد مجاز انحلال خود عبور کند، این مواد می‌توانند ته‌نشین شده و باعث گرفتگی ممبران شوند. گرفتگی ممبران سبب افزایش افت فشار در سیستم تصفیه آب اسمز معکوس، افزایش میزان عبور نمک از ممبران و همچنین کاهش دبی و کیفیت آب تصفیه‌شده خروجی از آب شیرین کن می‌شود. یکی از موادی که تمایل زیادی به ایجاد گرفتگی در ممبران دارد، کلسیم کربنات (CaCO₃) است.

تخریب ممبران در اثر تماس با مواد شیمیایی

ممبران‌های مرکب لایه‌نازک (TFC) امروزی در برابر کلر و کلرآمین‌ها مقاوم نیستند. مواد اکسنده‌ای نظیر کلر می‌توانند بر روی حفرات ممبران اسمز معکوس تأثیر گذاشته و آسیب‌های جبران‌ناپذیری به آن وارد کنند. نتیجه حاصل از برخورد این مواد به سطح فیلتر ممبران، میزان عبور نمک بیشتر (کاهش کیفیت آب تصفیه‌شده خروجی) خواهد بود. بنابراین باید از برخورد این مواد با سطح فیلتر ممبران جلوگیری نمود که این کار البته از سویی سبب رشد و ایجاد بایوفیلم روی سطح ممبران می‌شود.

تخریب فیزیکی فیلتر ممبران

بخشی از پیش‌تصفیه یک دستگاه تصفیه آب اسمز معکوس از لوله‌کشی‌ها، اتصالات و تجهیزات کنترلی تشکیل می‌شود. اگر سیستم تصفیه آب به‌درستی راه‌اندازی نشود می‌تواند سبب تخریب فیزیکی ممبران شود. این اتفاق در صورت وجود فشار بیش‌ازاندازه پشت ممبران‌ها نیز اتفاق می‌افتد. برای جلوگیری از بروز این اتفاقات، استفاده از تجهیزاتی نظیر شیرهای کنترلی، شیرهای فشارشکن و ... در یک سیستم آب شیرین کن ضروری است.

حال که با مشکلات ناشی از عدم وجود یا انتخاب نامناسب سیستم پیش‌تصفیه آشنا شدیم، اهمیت وجود و انتخاب صحیح این سیستم به وضوح روشن می‌شود.