شيرين‌‌سازی آب (Water Desalination)

فناوري غشايي اسمز معكوس (RO) روشي اميدبخش براي نمك‌زدايي آب شور و آب دريا مي‌باشد. در اسمز معكوس از فشار ديناميكي براي غلبه بر فشار اسمزي محلول نمك استفاده مي‌شود. بنابراين باعث نفوذ انتخابي آب از سمت آب شور به سمت ديگر غشا مي‌گردد. بر اثر دفع نمك‌ها از غشا جداسازي اتفاق مي‌افتد. غشاهاي RO لايه‌هاي نازك پليمري نيمه‌تراوا هستند كه به لايه‌ي محافظ ضخيمي چسبيده‌اند. غشاها اغلب از استات سلولز، پلي‌آميدها و پلي سلوفون‌ها ساخته مي‌شوند و تفاوت آن‌ها در منظم يا نامنظم بودن و تركيب لايه‌ي نازك غشا است.
غشاها به تغييرات PH، غلظت‌هاي كم از تركيبات اكسيدكننده مثل كلر و دي اكسيد كلر، محدوده‌ي وسيعي از مواد آلي و حضور باكتري و جلبك در محيط حساس هستند. بنابراين تصفيه‌ي مقدماتي دقيق به منظور جلوگيري از آلودگي غشا و رسوب‌گذاري ضروري است. صاف‌سازي مقدماتي براي حذف جامدات محلول از آب ورودي به سامانه، تزريق مقداري اسيد براي زدايش يون‌هاي بي‌كربنات، هوادهي براي حذف دي‌اكسيدكربن و صاف‌سازي به وسيله‌ي كربن فعال براي حذف تركيبات آلي محلول و تركيبات كلرينه قابل استفاده مي‌باشد.
رسوب‌زداهاي گوناگون به منظور جلوگيري از ته‌نشيني جامدات محلول در اثر افزايش غلظت به كار مي‌روند. اين مواد در مقابل رسوب‌گذاري CaCo3، CaSo4، SrSo4 و BaCo3 موثر بوده اما در مقابل رسوب سيليكات تاثير اندكي دارند.
به منظور ايجاد بهترين نسبت سطح غشا به حجم عمليات، دو نوع طرح متناسب با فشار مخزن غشاهاي مارپيچي و غشاهاي فيبري متخلخل ارايه شده است.
انرژي برق تنها براي پمپ كردن آب تا فشار عملياتي به نسبت بالا مورد نياز است. استفاده از توربين‌هاي مخصوص، بخشي از انرژي را مي‌تواند تامين كند. فشار عملياتي بين 10 تا 25 بار براي آب لب شور و براي آب دريا بين 50 تا 80 بار متغير است.
فشار بالا براي ايجاد نفوذ كافي در غلظت‌هاي به نسبت بالايي از آب شور در ميان غشا مورد نياز است. درصد تبديل آب مي‌تواند به حد 90 تا 95 درصد، در آب‌هاي سبك لب شور و در آب دريا به 35 تا 50 درصد بازيافت برسد. بازيافت كم به ويژه در مورد آب درياهاي به نسبت محدود، مثل درياي سرخ و خليج‌فارس قابل انتظار است.
افزايش دماي آب تا حداكثر محدوديت غشا، سبب افزايش شدت جريان عبوري از غشا مي‌شود. در نيروگاه برق بر اثر عبور جرياني از آب دريا از سامانه‌ي خنك‌كننده، گرم‌شدن آب و در نتيجه افزايش كارآمدي رخ مي‌دهد. كيفيت آب بستگي به ويژگي‌هاي غشا، ميزان بازيافت آب و طراحي مناسب سامانه دارد. بعضي مولكول‌هاي به نسبت كوچك مثل دي‌اكسيدكربن، سولفيد هيدروژن و سيليكات ممكن است از ميان غشا نفوذ كرده و سبب آلودگي آب توليد شده شوند. اين مشكل در هنگام به كارگيري هوادهي يا تعويض كننده‌هاي يوني يا تغيير حجم آب و رقيق‌سازي محلول رخ مي‌دهد. تركيبات آلي كوچك محلول در آب ورودي ممكن است از راه‌هاي گوناگون وارد آب شده و نزول كيفيت آن را سبب شوند.
جامدات محلول (TDS) آب ورودي ممكن است بين 100 تا 600 ميلي‌گرم در ليتر باشد. با استفاده از يك مرحله‌ي ثانويه اين مساله قابل حل مي‌باشد، اما هزينه را به طور قابل ملاحظه افزايش مي‌دهد.
اسمز معكوس اغلب براي واحدهاي كوچك و بزرگ استفاده مي‌شود و حدود 22 درصد از واحدهاي بزرگ دنيا با ظرفيتي بيش از 4000 مترمكعب در روز را شامل مي‌شود. اين شيوه مي‌تواند به آساني در آب شيرين كن‌هاي حرارتي نيز به كار رود.
فناوري ديگر الكترودياليز (ED) يا پيشرفته‌تر از آن الكترودياليز برگشت‌پذير (EDR) مي‌باشد. در اين فرآيند يون‌ها توسط جريان برق مستقيم (DC) مجبور به عبور از غشاهاي نميه‌تراوا مي‌شوند. در اين روش به دليل خواص انتقال ترموديناميكي، غشا نسبت به رسوب‌گذاري حساس نمي‌باشد. متاسفانه اين شيوه آن طور كه انتظار مي‌رفت نسبت به ديگر فرآيندها چندان موفق نبوده است. به تازگي از اين شيوه براي شيرين‌كردن آب شور و تصفيه‌ي آب استفاده مي‌شود.
غشاهاي نانوفيلتراسيون براي زدايش نمك‌هاي سنگين از آب به كار مي‌روند. غشاهاي اولترافيلتراسيون راه حل جديدي براي حذف باكتري‌ها و ويروس‌ها از آب مي‌باشند. غشاهاي ميكروفيلتراسيون براي زدايش ذرات معلق به كار مي‌روند و ممكن است در مقابل انگل‌هاي ژيارديا و كريپتوسپريديوم كه از مهم‌ترين انگل‌ها به شمار مي‌روند، نقش محافظ ايفا كنند.
غشاهاي الكترودياليز برگشت‌پذير (EDR) اغلب براي زدايش نمك‌هاي خاصي از جمله نيترات‌ها به كار مي‌روند. برخي از غشاهاي اشاره شده براي تصفيه‌ي مقدماتي آب‌هاي آلوده قبل از نمك‌زدايي به روش RO نيز كاربرد دارند.
فرآيندهاي غشايي به تدريج در تصفيه‌ي آب، پالايش و بازيافت فاضلاب، تصفيه‌ي پساب صنايع و … رواج يافته است.

Basic set up of a Reverse Osmosis (RO) system