طراحی و اجرای سیستم های نانو فیلتراسیون چیست؟ فیلتراسیون نانو یک فناوری جداسازی مایع است که از ویژگی‌های آن با فیلتراسیون معکوس (RO) شباهت دارد. نانو فیلتراسیون در حذف یون های حل شده با تقریباً 1 نانومتر (10 آنگستروم) بسیار کارآمد است، در حالی که فیلتراسیون معکوس در حذف تقریباً تمام یون های حل شده بسیار کارآمد است.
زمانی که غشاهای نانو فیلتراسیون در سیستم های جداسازی با استفاده از فشار اعمال شده برای غلبه بر فشار سیستم آسموزی استفاده می شود، این جریان متقاطع به طور خودکار باعث می شود تا جریان آب با درصد حل شده به پایین‌تر از غشا عبور کند، در حالی که جریان آب با درصد بالاتر روی سطح غشا حرکت می‌کند، که یون های رد شده و جریان‌های دیگر را به همراه دارد.
سیستم های نانو فیلتراسیون چیست؟
سیستم های فیلتراسیون نانو به قابلیت های خاص خود در بسیاری از برنامه های تصفیه آب و سایر روش های فناوری غشایی استفاده می شوند. این سیستم ها بر اساس فناوری غشاهای نانو فیلتراسیونی که توسعه یافته، طراحی شده اند. این غشاها با استفاده از فشارهای نسبتاً پایین و جریان آب، قادر به جداسازی ترکیبات محلول هستند و به طور معمول یون های کلرید را با سرعت بالا از خود عبور می دهند، در حالی که یون های سولفات را به خوبی و به سرعت جدا می کنند.
سیستم های فیلتراسیون نانو می توانند در سامانه های چند مرحله ای مانند سامانه آبی دوفازی، آزئوتروپ، و اتوکتیک به کار برده شوند. این سامانه به طور معمول برای درمان آب در آب‌های صنعتی و برای ارائه با کیفیت بالا در مناطق توسعه یافته طراحی شده است.
فیلتراسیون نانو به دلیل کارایی بالا در حذف یون های کلرید و سولفات و همچنین امکان انتخاب آب با فشارهای پایین نسبت به سایر روش های فیلتراسیون، انتخابی مناسب برای کاربردهای تصفیه آب است. این سیستم ها همچنین در فرآیندهای فناوری غشایی مانند تقطیر، تبادل یونی، الکترودیالیزی، اسمز معکوس، تقطیر غشایی، اسمز مستقیم، نمکزدایی، نمکزدایی زمین‌گرمایی، نمکزدایی خورشیدی، آب شیرین‌کن خورشیدی، آلودگی زدایی، بازی آزایی اثر چند، تبلور آذریخ، گلخانه آب دریا مورد استفاده قرار می گیرند.
سیستم های نانو فیلتراسیون چگونه طراحی و ساخته می شوند؟
طراحی و اجرای سیستم های نانو فیلتراسیون (NF) شامل چندین مرحله است که در زیر به آنها اشاره خواهیم کرد.
انتخاب غشاء
انتخاب غشای نانو فیلتراسیون بسیار مهم است. غشاها باید قادر به دفع املاح محلول در محدوده اندازه تقریباً 1 نانومتر (10 آنگستروم) باشند، به همین دلیل به آن ها غشاهای نانوفیلتراسیون می گویند. آن ها به طور موثر طیف گسترده ای از آلاینده ها را رد می کنند، از جمله مواد آلی محلول، اندوتوکسین ها / پیروژن ها، حشره کش ها / آفت کش ها، علف کش ها، آنتی بیوتیک ها، نیترات ها، قندها، امولسیون های لاتکس و یون های فلزی. غشای ایده آل بسته به کاربرد، نفوذپذیری آب بالا، املاح کم دارد.
پیکربندی فشار و جریان متقاطع
مانند سیستم های اسمز معکوس (RO)، غشاهای نانو فیلتراسیون در پیکربندی های جریان متقاطع استفاده می شوند. این تنظیم با وارد کردن فشار آب با غلظت پایین تر از طریق غشاء به به حداقل رساندن رسوب کمک می کند، در حالی که آب با غلظت بالاتر در سطح غشاء حرکت می کند و نمک های دفع شده و سایر ناخالصی ها را از بین می برد. آب تصفیه شده را تراوش و آب با غلظت بالاتر را کنسانتره یا رد می کنند.
عوامل تأثیرگذار
عملکرد یک سیستم NF تحت تأثیر عوامل متعددی قرار می گیرد، از جمله:
- فشار : افزایش فشار خوراک موثر باعث کاهش کل جامدات محلول نفوذی (TDS) و در عین حال افزایش شار نفوذی می شود.
- دما : افزایش دما، در حالی که سایر پارامترها ثابت می مانند، شار نفوذ و عبور نمک را افزایش می دهد.
- بازیابی : نسبت جریان نفوذ به جریان خوراک. افزایش بازیابی شار نفوذ را کاهش می دهد و اگر غلظت نمک به نقطه ای برسد که فشار اسمزی کنسانتره با فشار تغذیه اعمال شده برابر شود متوقف می شود و منجر به کاهش دفع نمک می شود.
- غلظت نمک آب تغذیه : غلظت نمک آب تغذیه بالاتر، شار نفوذ را کاهش می دهد در حالی که عبور نمک را افزایش می دهد.
- تعمیر و نگهداری و بهره برداری : عملکرد یک سیستم NF نیز می تواند تحت تأثیر نگهداری و بهره برداری از کارخانه، از جمله طراحی پیش تصفیه قرار گیرد. نگهداری و بهره برداری مناسب برای دستیابی به عملکرد مطلوب ضروری است.
- کاربردها : سیستم های نانوفیلتراسیون برای کاربردهای مختلفی از جمله حذف رنگ و کربن آلی کل (TOC) از آب های سطحی، کاهش کل جامدات محلول (TDS) و جداسازی مواد آلی از مواد معدنی در کاربردهای تخصصی مواد غذایی و فاضلاب استفاده می شود.
برای آشنایی با روش های مختلف دیگر فیلتراسیون میتوانید مقاله تصفیه بیولوژیکی فاضلاب های صنعتی مطالعه کنید.
به طور خلاصه، طراحی و ساخت سیستم های نانوفیلتراسیون نیازمند انتخاب دقیق غشاها، در نظر گرفتن پیکربندی های جریان متقاطع، درک عوامل تأثیرگذار و توجه به نگهداری و بهره‌برداری است. این مراحل تضمین می کند که سیستم برای کاربرد مورد نظر بهینه شده است و جداسازی موثر آلاینده ها از آب را فراهم می کند.
مزایای استفاده از نانوفیلتراسیون نسبت به سایر روش های فیلتراسیون چیست؟
نانوفیلتراسیون (NF) مزایای متعددی را نسبت به سایر روش های فیلتراسیون ارائه می دهد که آن را به انتخابی ارجح برای کاربردهای مختلف از جمله تصفیه آب، فرآوری مواد غذایی و نمک زدایی تبدیل می‌کند. در اینجا مزایای کلیدی وجود دارد:
حذف موثر آلاینده ها
NF به ویژه در حذف آلاینده ها از جریان های آب، از جمله یون های چند ظرفیتی مانند کلسیم و منیزیم، که برای نرم شدن آب ضروری هستند، موثر است. یون‌های چند ظرفیتی را به میزان قابل‌توجهی بیشتر از یون‌های تک ظرفیتی دفع می کند و برای نرم کردن آب و حذف پیش سازهای محصول جانبی ضدعفونی ایده‌آل است.
نرخ شار بالا
در مقایسه با اسمز معکوس (RO)، NF نرخ شار بالاتری دارد، به این معنی که می تواند آب را با فشار پمپ کمتری پردازش کند. این منجر به هزینه های عملیاتی کمتر و نیاز به عناصر غشایی کمتری می شود که آن را برای نرم سازی و سایر کاربردها مقرون به صرفه‌تر می‌کند.
بدون نیاز به مواد شیمیایی
بر خلاف روش های سنتی که از رزین های تبادل یونی استفاده می کنند، NF برای تسهیل حذف یون های سختی به مواد شیمیایی نیاز ندارد. این امر نیاز به چرخه های بازسازی و انتشار کلریدها را در محیط حذف می کند و نگرانی های مربوط به آلودگی کلریدهای بیش از حد و کل جامدات محلول (TDS) را برطرف می کند.
تطبیق پذیری در کاربردها
NF به تصفیه آب محدود نمی شود. همچنین در فرآوری مواد غذایی برای تغلیظ و غیر معدنی سازی جزئی، نمک زدایی از محصولات غذایی، لبنیات و نوشیدنی ها و در صنعت داروسازی برای تصفیه یا جداسازی مواد شیمیایی استفاده می شود. این تطبیق پذیری آن را به یک فناوری ارزشمند در بخش های مختلف تبدیل می کند.
بهره وری انرژی
NF از نظر انرژی کارآمد در نظر گرفته می شود، به ویژه هنگامی که با سایر روش های فیلتراسیون غشایی مانند میکروفیلتراسیون و اولترافیلتراسیون مقایسه می شود. در دمای اتاق کار می کند و نیاز به گرمایش یا سرمایش مداوم را کاهش می دهد که می تواند هزینه فرآیند را به میزان قابل توجهی افزایش دهد.
تولید مداوم
NF می‌تواند حجم زیادی را پردازش کند و به طور مداوم جریان‌هایی از محصولات تولید کند، که آن را برای کاربردهای صنعتی که در آن جریان ثابت آب مورد نیاز است، مناسب می‌سازد. این امر به ویژه در صنایعی مانند داروسازی، مواد شیمیایی خوب، و صنایع طعم دهنده و عطر مفید است.
مقرون به صرفه برای کشورهای در حال توسعه : ارائه روش های نانوفیلتراسیون به کشورهای در حال توسعه برای افزایش عرضه آب سالم، روشی بسیار ارزان در مقایسه با روش های معمولی است. این می تواند دسترسی به آب آشامیدنی پاک را در مناطقی که کمیاب است به طور قابل توجهی بهبود بخشد.
با وجود این مزایا، توجه به این نکته مهم است که هزینه و نگهداری غشاهای نانوفیلتراسیون می تواند قابل توجه باشد. فرکانس جایگزینی غشا به کل مواد جامد محلول، سرعت جریان و اجزای خوراک بستگی دارد که می تواند در کاربردهای مختلف بسیار متفاوت باشد.
نتیجه
با توجه با مطالب ارایه شده در مورد طراحی و اجرای سیستم های نانو فیلتراسیون متوجه شدیم که غشاهای نانو فیلتراسیون در سیستم های جداسازی با فشار اعمال شده برای غلبه بر فشار آسموزی سیستم استفاده می شوند. این جریان متقاطع به طور خودکار باعث می شود تا جریان آب با درصد حل شده به پایین‌تر از غشا عبور کند، در حالی که جریان آب با درصد بالاتر روی سطح غشا حرکت می‌کند، که یون های رد شده و جریان های دیگر را به همراه دارد.
سوالات متداول در مورد سیستم های فیلتراسیون نانو
کاربرد غشای محلول چیست؟
غشای محلول می تواند نمک های محلول را در محدوده 20 تا 98 درصد رد کنند و نمک های دارای آنیون های دو ظرفیتی (مانند سولفات منیزیم) در مقایسه با آنیون های تک ظرفیتی (مانند کلرید سدیم یا کلرید کلسیم) بیشتر است. این توانایی در دفع طیف گسترده ای از نمک ها، از جمله نمک هایی که برای نرم شدن آب ضروری هستند، یک عامل کلیدی عملکرد سیستم های NF است.
محدوده اندازه ایده آل برای غشاهای نانوفیلتراسیون چیست؟
محدوده اندازه ایده آل برای غشاهای نانوفیلتراسیون (NF) تقریباً 1 نانومتر (10 آنگستروم) است.
عوامل کلیدی عملکرد غشاهای نانو فیلتراسیون چیست؟
عوامل کلیدی عملکرد یک سیستم نانو فیلتراسیون شامل فشار و جریان متقاطع هستند. با افزایش فشار مصرف، فشار پرمیت حل می شود در حالی که جریان افزایش می یابد. اگر دما افزایش یابد در حالی که سایر بانکها (فشار، بازیابی، و درصد حل شده سم غذایی) ثابت باقی بمانند، جریان پرمیت و گذر سم افزایش می‌یابد.
بدون دیدگاه