نمک زدایی آب دریا توسط سیستم اسمز معکوس (RO) با چالش های زیادی روبرو است ، اما خوشبختانه با ترکیب اسمز رو به جلو (Forward Osmosis) برای تشکیل یک سیستم ترکیبی FO / RO ، بازیابی و تصفیه آب تا ۴۵٪ افزایش می یابد.
این سیستم ترکیبی می‌تواند برای تصفیه فاضلاب با استفاده از آب دریا به عنوان جریان کششی در فرآیند اسمز جلو FO مورد استفاده قرار گیرد. سپس آب مقطر تصفیه‌شده تحت فرایند اسمز معکوس قرار می گیرد تا به آب شیرین تبدیل شود
این فرآیند ترکیبی در مقایسه با فناوری متداول RO دارای مصرف انرژی کمتری است و با هزینه ۰.۳۵ – ۰.۷۰ USD / m3 قابل رقابت است.
اما هنوز با محدودیت هایی روبرو است ، به عنوان مثال فرسایش آب دریا
امروزه منابع آب آشامیدنی به عاملی جدی و موثر در توسعه اجتماعی-اقتصادی تبدیل شده‌اند. به طور معمول ، آب آشامیدنی عمدتا از منابع ایمن آب ، به عنوان مثال آب سطحی ، آب زیرزمینی تولید می شود.
با این حال، آلودگی آبهای سطحی و کاهش سطح آب شهری باعث کاهش دسترسی به منابع آب شده‌است.
منابع آب آشامیدنی غیرمتعارف مانند آب دریا و فاضلاب به عنوان گزینه هایی برای آب شیرین طبیعی در نظر گرفته شده است.
به عنوان مثال ، نمک زدایی آب دریا توسط چندین کشور برای تأمین تقاضای آب شیرین استفاده می شود.
اما با وجود پیشرفت در فناوری غشای سیستم تصفیه آب صنعتی RO ، نمک زدایی آب دریا از طریق اسمز معکوس با سه چالش اصلی روبرو است:
- (۱) بهره وری انرژی
- (۲) بازیابی آب خالص
- (۳) تولید لجن پیش تصفیه
فاضلاب های خانگی حاوی مولکول های زیادی با نفوذ متنوع هستند . فاضلاب مورد استفاده مجدد برای آشامیدن نیاز به ضد پاتوژن ضد صدا و بازیابی بهتر آب دارد.
بازیابی آب با استفاده از سیستم ترکیبی FO / RO می تواند ۴۵٪ افزایش یابد
اسمز رو به جلو (FO) در ۱۰ سال گذشته به طور فزاینده ای مورد مطالعه قرار گرفته است که اغلب به عنوان پیش تصفیه قبل از نمک زدایی اسمز معکوس (RO) استفاده می شود.
مطالعات نشان داده است که با استفاده از سیستم ترکیبی FO / RO می توان بازیابی آب را تا ۴۵٪ افزایش داد. از آنجا که نیروی محرکه فرآیند اسمز جلو ، اختلاف فشار اسمزی است ، شوری بالای آب دریا منجر به محدود شدن شار می شود.
اسمز رو به جلو
اسمز رو به جلو اصطلاحی بیولوژیکی است که گیاهانی را که از خاک آب می کشند توصیف می کند: مولکول های آب از یک غشاء نیمه تراوا عبور می کنند ، در عین حال یون ها و ذرات توسط غشا حفظ می شوند.
فرآیند اسمز رو به جلو در تصفیه آب یک فرآیند طبیعی برای آب بسیار غلیظ جهت برداشتن مولکول های آب از آب شور است.
کلرید سدیم به دلیل کم هزینه بودن و محلول بودن به عنوان محلول کشش استفاده شده است. غلظت آن معمولاً بین ۳/۰ تا ۶ میلی متر است ، اما اغلب با غلظت ۵/۵ میلی متر برای شبیه سازی آب دریا به عنوان محلول کشش استفاده می شود.
مزایا و معایب غشاهای اسمز رو به جلو:
مزایای:
- کیفیت خوب آب ، حذف عوامل بیماری زا و ریزگردها و همچنین ذرات
- بهره وری انرژی
- سازگار با فاضلاب صنعتی
- کاهش رسوب غشایی و تمیز کردن ساده در مقایسه با غشا ء RO
معایب:
- شار کم آب
- نشت املاح معکوس
- قطبش غلظت محلول نمکی در دو طرف غشا
- غشا F تجاری جدید FO موجود است
یک چارچوب کلی برای منابع آب غیرمتعارف
آب دریا در مناطق ساحلی به وفور یافت می شود و اینجاست که می توان یک راه حل تولید آب شیرین یکپارچه را پیاده سازی و از آنجا آب را از ترکیب فاضلاب تصفیه شده و آب دریا تولید کرد.
این رویکرد جدید تولید آب شیرین با مصرف بهینه انرژی در زیر نشان داده شده است.
پساب تصفیه خانه فاضلاب که از تصفیه ثانویه یا سوم عبور کرده است ، روند جریان اسمز را به عنوان جریان خوراک پیش می برد ، در حالی که از آب دریا به عنوان جریان کشش استفاده می شود.
انتقال آب به طور طبیعی از ورودی آهسته تا جریان کشش اتفاق می افتد ، در حالی که ذرات ، عوامل بیماری زا و سایر آلاینده ها در سمت ورودی حفظ می شوند.
آب دریا در طی این فرآیند طبیعی توسط مولکول های آب رقیق می شود. از آب دریا که رقیق شده می توان برای نمک زدایی اسمز معکوس استفاده کرد.
دراین جریان فشار و مصرف انرژی کاهش می‌یابد زیرا غلظت یون آب دریا در طی فرآیند FO کاهش یافته است.
سیستم ترکیبی FO / RO برای استفاده مجدد از پساب و آب دریا از نظر فنی و اقتصادی در مطالعات امکان پذیر است.
حداکثر شار FO می تواند تا ۱۳.۲LMH برسد و میزان کل دفع نمک می تواند به ۹۹٪ برسد.
آب غلیظ حاصل از RO می تواند به عنوان محلول کشش فرآیند FO مورد استفاده مجدد قرار گیرد.
مصرف انرژی فرآیند ترکیبی در مقایسه با فرآیند اسمز معکوس معمولی بسیار کمتر است …
با پیش تصفیه مناسب آب ورودی ، مانند استفاده از اولترافیلتراسیون ، نانو فیلتراسیون یا تبادل یونی ، مصرف انرژی فرآیند ترکیبی تقریباً ۰.۹۰ کیلووات ساعت در متر مکعب است که در مقایسه با فرآیند معمولی RO (3.02 کیلووات ساعت در متر مکعب) بسیار کمتر است.
هزینه کلی استفاده از سیستم ترکیبی برای تولید آب شیرین ۰.۳۵ – ۰.۷۰ USD / m3 است.
بنابراین ، سیستم ترکیبی FO / RO می تواند یک راه حل رقابتی برای شیرین سازی آب دریا و استفاده مجدد از فاضلاب با بازیابی بالا ، هزینه کمتر و کیفیت آب بالاتر باشد.
الزامات و محدودیت‌هایFO
قطبش غلظت داخلی (ICP) ، رسوب زدایی غشاء و شار کم سه مسئله اصلی محدود کردن کاربرد مقیاس بزرگ اسمز رو به جلو و همچنین FO / RO ترکیبی است.
ICP مختص غشای RO است که در داخل متخلخل لایه حمایت کننده غشاء اتفاق می افتد. ICP ممکن است بیشتر منجر به رسوب زدگی غشا شود و شار را کاهش دهد.
برخی از سیستم های ترکیبی از تبادل یونی به عنوان یک راه حل میانی برای کاهش ICP استفاده می کنند.
فشار اسمزی بالاتر برای ایجاد شار آب ضروری است. از فرآیند ترکیبی FO / RO می توان در مناطق ساحلی استفاده کرد اما فرسایش آب دریا در سیستم فاضلاب فاضلاب به طور قابل توجهی در استفاده از FO تأثیر می گذارد.
بعنوان مثال در برخی از شهرهای ساحلی چین ، به دلیل فرسایش آب دریا به سیستم فاضلاب ، غلظت Cl- می تواند به ۱۵۰۰ تا ۲۰۰۰ میلی گرم در لیتر برسد. در نتیجه ، پتانسیل اسمزی کاهش می یابد که در نتیجه منجر به شار کم فرآیند RO می شود.