دستگاه تصفيه آب

در طي دستگاه تصفيه آب سال هاي 1950 و اوايل دهه 1960، پديده اسمز معكوس به عنوان روشي عملي براي آب شيرين كن توسعه يافت، به طوري كه در سال 1965 اولين سيستم RO شهري در كالينگاي كاليفرنيا، نصب شد. تا اواسط دهه 1980، اغلب شيوه هاي تجاري براي شيرين سازي آب لب شور استفاده شدند.
پيشرفت هاي اخير كه در زمينه فناوري غشايي صورت گرفته است و نيز ميزان كارايي بالاي آن، به كاربرد وسيع تر آن منجر شده است، به طوري كه سيستم هاي RO در حال حاضر بيش از 50 درصد ظرفيت آب شيرين كن هاي دنيا را تحت پوشش قرار داده اند. آنها به طور گسترده اي در پروژه هاي شيرين سازي آب دريا، آب لب شور و تصفيه آب استفاده شده و نيز در بازار آب شيرين كن ها، سريع ترين رشد را داشته اند.
در حال حاضر در بسياري از واحدهاي عظيم آب شيرين كن دنيا، سيستم هاي RO به منظور شيرين سازي آب دريا استفاده مي شوند. اين سيستم ها، آب با كيفيت بالا براي ديگ هاي خنك كننده نيروگاه هاي برق، كارخانه هاي نوشابه سازي، داروسازي و سازنده نيمه هادي، توليد مي كنند. شهرت سيستم هاي RO خانگي، باعث شده كه اسمز معكوس فرايندي كاملا شناخته شده در خانه ها باشد.س

_ مكانيزم واكنش، اثرات زيست محيطي و اثرات بهداشتيمختصري در مورد عنصر بور Boronبور (Boron) با نماد شيميايي B نام يك عنصر شيميايي با عدد اتمي 5 است اين عنصر از شبه فلزها است و داراي فراواني كمي در پوسته زمين مي باشد و بعنوان يك عنصر بسيار ناچيز در زندگي انسان ها و حيوانات نقش دارد. در پوسته زمين عنصر بور نسبتا كمياب است و تنها 0.001 از آن را تشكيل مي دهد. دستگاه تصفيه آب
از كاربردهاي بور مي توان به كاربرد آن در صنعت شيشه و سراميك ، مواد شوينده ، فضاپيماها ، رآكتورهاي هسته اي ، مصارف پزشكي و دارويي اشاره كرد. اسيد بوريك و بورات از تركيبات حاوي بور هستند و از اسيد بوريك در ساخت حشره كش ها و از بورات در تهيه بسياري از مواد پاك كننده و شوينده لوازم خانگي استفاده مي شود.
آب دريا شامل حدودا ppm (5-4) ، آب رودخانه ها به طوركلي شامل ppm10 ، جلبك هاي دريايي 8-15ppm ، و در صدف هاي دريايي 4-5ppm توده خشك از عنصر بور پيدا شده است. فرم كلي عنصر بور در محلول هاي آبي بصورتB(OH)3aq - B(OH)4aq يافت مي شود.وجود بور در آب آشاميدني
بور و واكنش آن در آب :در شرايط عادي بور با آب واكنش نمي دهد اما با اين حال تركيبات بور ممكن است در آب واكنش دهند. بعنوان مثال تري فلوئوريد بور با آب و اكنش مي دهد و منجر به توليد دي اتيل اتر BF3 (تري فلوريد بور) و برخي گازهاي قابل اشتعال مي شود.
همچنين برخي از تركيبات بور در آب هيدروليز مي شوند مانند يديد بور.
حلاليت بور و تركيبات بور در آببه طور كلي نمك هاي بور قابليت انحلال بالايي در آب دارند. اسيد بوريك با حلاليت 75 g/L ، بوراكس 2.25g/L ، تري اكسيد بور 22g/L، تري فلوئوريد بور از تركيبات بور است كه حداقل ميزان حلاليت بور در آب را با مقدار 2/4 گرم در ليتر دارا مي باشد.
همچنين برخي از تركيبات بور مانند نيتريت بور به طور كامل در آب نامحلول است.
بور از چه منابعي وارد آب مي شودمواد معدني فراوان ترين محتويات بورون هستند كه شامل كرنيت ، بوراكس ، كولمانيت است و همچنين در تخته سنگ و صخره و لوم غني يافت مي شود غلظت بور در خاك بين 5-80 ppm متفاوت است . بورون از سنگ و خاك از طريق هوازدگي منتشر شده و از طريق خاك وارد آب مي شود.
اثرات بهداشتي بور در سلامت انسانبدن انسان شامل حدود 0.7ppm عنصر بور است و بعنوان يك عنصر ضروري در رژيم غذايي در نظر گرفته نشده است. مصرف روزانه حدود 2 ميلي گرم بور توصيه مي شود كه از طريق ميوه و سبزيجات دريافت مي شود. مصرف روزانه بيش از 5 ميلي گرم از اسيد بوريك توسط انسان باعث تهوع ، استفراغ ، اسهال ، لخته شدن خون ، و تحريك پوست و چشم مي شود. مصرف مقادير بالاي 20 گرم در روز براي زندگي بسيار تهديد كننده است.
برخي از محققان از ارتباط احتمالي بين ميزان بور در خاك و آب آشاميدني و وقوع بيماري آرتريت (بيماري ورم مفاصل - شايعترين نوع آرتريت استئوآرتريت است كه به آن آرتروز يا ساييدگي مفصل هم مي گويند) خبر مي دهند.
از تركيبات بور يعني اسيد بوريك و بوراكس در علم پزشكي به مقدار مشخص و معيني در درمان تومورهاي مغزي استفاده مي شود.
سازمان بهداشت جهاني حداكثر غلظت بور در آب آشاميدني را زير 5/0 ميلي گرم در ليتر و استانداردهاي اتحاديه اروپا حداقل سطح بور را زير mg/L 1 اعلام نموده اند.
با كدام فن آوري تصفيه آب مي توان بور را از آب حذف كردبور به طور طبيعي عمدتا بصورت اسيد بوريك و يا نمك اسيد بوريك وجود دارد اسيد بوريك را مي توان با رزين هاي تبادل يون حذف نمود اما به دليل شباهت آن به سيليكات بايد فرآيند حذف و تصفيه با دقت صورت گيرد. همچنين در فرآيند اسمز معكوس غشاهاي ممبرين در از بين بردن ذرات باردار يون بورات بسيار مؤثر هستند.
اثرات زيست محيطي بورعنصر بور در رژيم غذايي تعدادي از موجودات مورد نياز است و نقش مهمي در ميتوز و تقسيم سلولي ايفا مي كند بعنوان مثال در جلبك سبز و برخي از گونه هاي گياهي كمبود بور باعث مشكلات رشد و نموشان مي شود.
حداكثر غلظت بورون در گياهان و گونه هاي گياهي حدود 30-75ppm مي باشد غلظت بيش از ppm100 باعث مسموميت و كاهش عملكرد گياه مي شود اما برخي از گونه هاي چمن غلظت بالاي بور را تحمل مي كنند اما گونه هاي كاج بسيار حساس هستند.غلظت بالاي بور در آب ممكن است براي برخي از گونه هاي ماهي سمي باشد غلظت بين 300-10 ppm .

استفاده از كلر بعنوان يك گند زداي مؤثر جهت از بين بردن ميكرو ارگانيزم هاي بيماري زا و نيز بعنوان يك اكسيد كننده قوي از سابقه طولاني در صنعت آب برخوردار است.
استفاده از كلر و يا به عبارتي كلر زني آب ، در سيستم آب شهري داراي معايب و مزايايي بوده كه در ضمن اين بحث به بررسي آن پرداخته مي شود.

مزاياي استفاده از كلر بعنوان يك گندزدا :

1): سهولت كاربرد
2): پايين بودن هزينه هاي نسبي آن در مقايسه با ساير گندزدا ها
3): حمل و نقل آسان
4): باقي مانده قابل اندازه گيري دارد.

معايب استفاده از كلر بعنوان يك گندزدا :

1): گاز كلر تحت فشار و درجه حرارت خاصي به صورت مايع در مي آيد و در ظروف فولادي در ظرفيت هاي مختلف به بازار عرضه مي شود ، گاز كلر متصاعد شده از كلر شديداٌ سمي است و بايد تحت نظارت شخصي انجام شود كه كاملاٌ با مشخصات شيميايي و فيزيكي كلر آشنا باشد و براي مقابله با حالت هاي اضطراري كه ممكن است درعمل پيش آيد كاملاٌ تعليم ديده باشد . بنابراين سمَيت كلر، خطر آتش سوزي ، خورندگي و خاصيت انفجاري كپسول هاي گاز كلر از معايب آن محسوب مي شود.

2): كلر زني آب آشاميدني موجب تشكيل تركيبات جانبي آلي هالوژنه درآب مي گردد ، مواد هوموسي كه به صورت طبيعي در آب هاي سطحي يافت مي شوند مواد پيش سازي هستند كه درفرآيند كلر زني آب تركيبات جانبي هالوژنه ايجاد مي كنند كه غلظت آنها از ديگر مواد آلاينده بيشتر است، براي كنترل مقدار كل تركيبات جانبي آلي هالوژنه در آب آشاميدني از دستگاه Total organic Halogen ( TOX) استفاده مي شود.
تركيبات آلي هالوژنه تحت عنوان تري هالومتان ((THM يا هالوفرم نامگذاري مي شوند ،
3(THM) هاي اصلي عبارتند از كلرو فرم ، برمو دي كلرو متان ، دي برمو كلرو متان و برمو فرم.
تشكيل تركيبات تري هالومتان ها ، در آب پس از چند روز تا وقتي كه مواد آلي و كلر آزاد در آب وجود داشته باشد ادامه مي يابد ، خاتمه تشكيل تري هالومتان ها در آب ، بيانگر مصرف كامل كلر آزاد است .
تري هالو متان در آب با افزايش PH ، درجه حرارت ، غلظت يون كلر و مقدار TOC افزايش مي يابد.

3):كلرزني باعث كشته شدن ميكروارگانيزم هاي موجود در آب مي شود و اين در حالي است كه لاشه اين ميكرو ارگانيزم ها در آب باقي مي مانند وممكن است خود منشأ آلودگي شوند.

4): تماس كلر با پوست و موي انسان مضر مي باشد و سبب تخريب و صدمه به بافت مو شده كه عواملي چون حساسيت و ريزش مو را در پي دارد ، همچنين تنفس كلر در حمام يا استخرها براي بيماراني كه از مشكلات ريوي برخوردارند خطرساز است.
امروزه يكي از علت هاي خشك شدن پوست و مو بعد از استحمام كلر باقيمانده موجود در آب است زيرا كلر خاصيت خورندگي دارد و به سرعت به سطح خارجي پوست حمله مي كند ، چربي ها و پروتين هاي محافظ سطح پوست را از بين برده و سبب زبري و خشكي پوست مي شود.
امروزه با توجه به افزايش ميزان آلاينده ها و فعاليت هاي روزمره ، استحمام روزانه امري بديهي است پس در اين صورت همه ي مردم با آبي كه حاوي كلر است شست و شو مي كنند ، در هنگام استحمام ، منافذ پوست در اثر گرماي آب بازتر شده و در نتيجه كلر و ساير آلاينده هاي موجود در آب براحتي وارد بدن مي شوند كه اين خود سبب بروز مشكلات جدي در رابطه با پوست مي شود.

دستگاه تصفيه آب
فيلتر FRP كاربردهاي مختلفي در صنعت تصفيه آب دارند. از مهم ترين كاربردهاي اين مخازن مي توان به فيلتر شني، فيلتركربني و سختي گير نام برد.فيلتر شني: فيلتر شني دستگاهي است كه با فيلتراسيون فيزيكي آب باعث حذف ذرات معلق موجود در آن نظير گل، رنگ، مواد آلي، پلانكتون، باكتري ها و ذرات حاصل از خوردگي مي شود.در اين دستگاه، آب حاوي ذرات معلق را از بستري از ذرات سيليس (يا شن) عبور مي دهند. در اثر عبور آب از خلل و فرج بين ذرات شن، مواد معلق آب گير كرده و آب تقريبا عاري از مواد معلق، به دست مي آيد. فيلتر شني براي تصفيه آب هاي سطحي، چاه، دريا ، استخر ها و … استفاده مي شود.در استخر ها پس از مدتي چربي و ذرات اضافي از بدن انسان (مو، پوست و…) و ذرات اضافي از محيط وارد آب استخر مي شوند. فيلتر شني مي تواند با تصفيه كردن اين آب به صورت فيزيكي و عبور دادن آب از روي سيليس در چندين مرحله و حذف ذرات ناخالص بر روي سطح سيليس آب ورودي به استخرها را تصفيه كند. در سيستم هاي RO به منظور كاهش اثرات منفي ذرات ناخالصي موجود در آب خوراك بر روي ممبرين ها، استفاده از فيلتر هاي شني امري ضروري مي باشد.كاربردهاي مهم فيلتر شني: الف: پيش تصفيه آب رودخانه‌ ها، چاه ها جهت تهيه آب شرب، بهداشتي و صنعتيب: جهت تصفيه آب استخر براي جلوگيري از كدر شدن آب و زلال سازي آنج: تصفيه نهايي فاضلاب هاي صنعتي و انسانيد: تصفيه آب برج خنك كن از مواد معلق نفوذي از هوا به آب مانند گرد و خاكفيلتر كربني: از فيلتر كربني براي حذف طعم، بو، رنگ، مواد آلي و كلر آزاد از آب مورد استفاده قرار مي‌گيرد . اساس كار در فيلتر كربني جذب مي باشد. كربن به دليل سطح فعال بالا بسيار در سيستم هاي جذبي استفاده مي شوند. كربن فعال در فيلتر FRP به صورت بستري تهيه مي شود و آب با سرعت خطي مناسب (بسته به كيفيت آب عبوري از فيلتر كربني) از روي اين بستر عبور مي كند. پس از گذشت زمان سطح كربن از ذرات ناخالصي پر مي شود كه در اين مرحله احياي كربن بايد صورت گيرد كه مي تواند با Backwash انجام شود.سختي گير: سختي و يا Hardness به بخشي از مواد و فلزات محلول در آب گويند كه ماهيت رسوبي دارند واز تركيبات آهن، منگنز، استرانسيم، آلومينيوم و به خصوص كلسيم و منيزيم بوجود مي‌‌آيند كه ۴ مواد اول داراي نسبت بسيار كمتري در آب مي ‌باشند. بطور كلي سختي موجود در آب باعث مشكلاتي درسيستمهاي تاسيساتي و صنعتي مي‌‌شوند. مهمترين آنها مي توانند:۱) سختي بيش از اندازه در آب براي سلامتي انسان مضر بوده و تشكيل انواع سنگ هاي كليه، مثانه و سوء هاضمه از آن جمله مي‌‌باشد.۲) ايجاد رسوب در ديگ هاي بخار فشار بالا، كه باعث كاهش راندمان بر اثر انتقال حرارت پايين و در نتيجه بالا بردن دماي كاري ديگ توسط كاربر براي جبران كسري انتقال حرارت و به تبع آن افزايش مصرف سوخت خواهد شد.۳) ايجاد رسوب در برج هاي خنك كن، چيلر و ساير سيستم هاي حرارتي و برودتي و كاهش راندمان آنها و يا از كار افتادن كل سيستم۴) به علت سختي موجود در آب، قدرت شويندگي انواع مواد صابوني كاهش مي‌‌يابد بطوريكه بازدهي شوينده‌ها در آب سخت نصف بازدهي آنها در آب نرم است.۵) در صنايع نساجي و رنگرزي باعث افت كيفيت رنگ مي‌‌شود.متداولترين روش براي حذف سختي آب، استفاده سختي‌گير رزيني مي‌باشد. دستگاه سختي‌گير مورد استفاده در تصفيه آب مي تواند از فيلتر FRP باشد، به طوري كه در داخل آن، ذرات رزين را قرار مي‌‌دهند و داخل سطوح آن با اپوكسي پوشش داده شده است تا از خوردگي آن جلوگيري و باعث افزايش عمر دستگاه گردد.متداول ترين روش جهت حذف سختي آب استفاده از دستگاه سختي گير نوع رزيني مي باشد. در دستگاه هاي رزيني، فرايند تبادل يوني توسط رزين هاي كاتيوني انجام مي شود. رزين ها وقتي در حضور آب سخت قرار مي گيرند، يون سديم آنها با يون هاي رسوب گذار از قبيل كلسيم و منيزيم موجود در آب تعويض مي شوند. مبادله يون ها تا زماني ادامه مي يابد كه همه سديم رزين ها با كلسيم و منيزيم آب تعويض شوند، پس از اين زمان ، به تدريج بازده فرايند سختي گير ي كاهش مي يابد. در اين شرايط، رزين ها مي بايست دوباره بازيابي و احياء شوند. احياء مجدد اين رزين هاي كاتيوني با عبور محلول غليظ كلريد سديم (نمك طعام) از بستر رزين انجام مي پذيرد.

يكي از روش هاي مرسوم تصفيه آب از گذشته تا به حال بوده است. در اين روش آب ورودي جهت تبديل به آب بدون يون از دو ستون تعويض يوني عبور مي كند. ستون اول از رزين كاتيوني تشكيل شده است كه يون هاي كاتيوني موجود در آب را جذب كرده و به جاي آن يون H مثبت وارد آب مي شود. در ادامه آب وارد ستون دوم يا ستون آنيوني مي شود و يون هاي آنيوني آب نيز جذب و حذف شده و به جاي آنها يون -OH وارد آب مي گردد. به عبارتي با حذف كامل يون هاي مثبت و منفي آب، آبي بدون يون جهت كاربرد هاي مختلف حاصل مي گردد. پس از مدتي كه ستون هاي رزيني كاتيوني و آنيوني به مرز اشباع رسيدند جهت بازگشت به ظرفيت جذب اوليه با محلول هاي اسيدي و بازي احيا مي گردند و يون هاي جذب شده به جريان پساب خروجي دفع مي شوند.

اسمز معكوس يا روش هاي تبخيري؟هر دو سيستم ، عمل حذف نمك ها و ساير مواد جامد از آب دريا را به خوبي انجام مي دهند.انتخاب سيستم حرارتي يا غشايي بر اساس مكان هاي مختلف و نوع كاربري و احتياجات به خصوص صورت مي گيرد كه برخي از آن ها به شرح زير است.
دستگاه تصفيه آب

1. نوع انرژي و موجوديت آن
چون انرژي ، عامل مهمي در اقتصاد آب شيرين كن هاست ، ارزيابي گزينه انرژي به طور كامل ضروري است.با توجه به هزينه كم انرژي الكتريكي ، روش هاي RO(Reverse Osmosis) و بعضي اوقات روشMVC (متراكم سازي مكانيكي بخار آب) توصيه مي شود. اگر مقادير فراوان بخار با حرارت اضافي و با هزينه پايين در دسترس باشد ، در آن صورت استفاده از روش هايMSF (تبخير ناگهاني چند مرحله اي)يا MED (روش تقطير جند مرحله اي) در اولويت قرارا مي گيرد.


2. اندازه واحد آب شيرين كن
در واحد هاي با اندازه كوچك ، روش هاي RO و MVC كاهش يافته و در سيستم هاي RO،MSF يا MED تغيير مي يابد.


3. كيفيت آب اوليه (خام)
در صورت كيفيت پايين آب اوليه (خام) ، فرايند تبخيري ترجيح دارد ، زيرا احتياج به فرايند پيش تصفيه درباره فرايند هاي MED ،MSF و MVC بسيار كمتر از آن درباره سيستم RO است.


4. سادگي بهره برداري
سيستم هاي MSF به نگهداري و تعميرات كمتري نياز دارند. نياز هاي بهره برداري و نگهداري در باره سيستم هاي MED كمي بيش از سيستم MSF است.پيچيدگي سيستم RO معمولا مربوط به احتياجات پيش تصفيه است. اگر چه بهره برداري MVC نسبتا ساده است ، اما كمپرسور هاي موجود در اين سيستم به ميزان نگهداري و تعميرات زيادي نياز دارند.


5. كيفيت محصول آب توليد شده
اگرچه سيستم هاي آب شيرين كن به منظور دستيابي به فراورده آب با كيفيت مطلوب و در حد نياز طراحي مي شوند ، اغلب سيستم هاي تبخيري از فرايند تقطير استفاده مي كنند كه در آن محصول آب توليد شده داراي كيفيت بالا و نيز TDS آن كمتر از 25 ميلي گرم در ليتر است، در حاليكه سيستم هاي RO براي دستيابي به يك كيفيت مشابه نياز به دو يا چند مرحله دارند.


6. مقدار آب ورودي
سيستم هاي RO و MVC نسبت به سيستم هاي MSF و MED ، نياز به مفادير آب ورودي كمتري دارند و علت اين امر عدم نياز آن ها به آب سرد است.


7. هزينه سرمايه گذاري هزينه هاي سرمايه گذاري سيستم RO كمتر از فرايند هاي تبخيري است.

چند سالي است كه فيلترهاي تصفيه آب و اينكه كدام يك براي مصارف خانگي مناسب تر هستند به يكي از موضوع هاي بحث‌برانگيز در ميان مردم تبديل شده است...
دستگاه تصفيه آب

بسياري از خانواده ها بدون توجه به اينكه هركدام از اين فيلترها چه محاسن و معايبي دارند و كاربردشان چيست، يكي از آنها را براي تصفيه آب منزل خريده‌اند و با اين تصور كه تمام فيلترها يك ويژگي دارند، از آنها استفاده مي‌كنند در حالي كه هر يك مورد مصرف خاصي داشته و برخي از آنها براي مصارف خانگي توصيه نمي‌شوند. براي اطلاع بيشتر در مورد اين موضوع و مقايسه انواع رايج فيلترهاي تصفيه آب پيشنهاد مي‌كنيم مطلب زير را تا انتها مطالعه كنيد. 1. فيلتر كربن يا زغال فعال پيدايش فيلترهاي كربني به قرن ها پيش يعني حدود 2000 سال قبل از ميلاد مسيح برمي‌گردد كه براي تصفيه آب از زغال، شن و ماسه استفاده مي‌شد. مكانيسم اين فيلترها براساس ايجاد پيوند شيميايي به خصوص با مواد آلاينده آلي است. كربن فعال شكلي از كربن تغييرشكل يافته است كه در اثر اكسيداسيون، خلل و فرج هايي در سطح آن ايجاد مي‌شود. معمولا اندازه ذرات كربن از 5/0 تا 50 ميكرو است و ريزتر بودن هرچه بيشتر آنها، نشان‌دهنده كارايي بهتر فيلتر در جذب آلاينده‌هاي آلي است. محاسن: اين نوع فيلترهاي تعبيه شده در يخچال هاي خانگي، فضايي را در آشپزخانه اشغال نمي‌كنند؛ املاح مفيد آب از آب لوله‌كشي حذف نمي‌شود؛ نصب اين فيلترها آسان است و نياز به ايجاد تغييرات خاص در سيستم لوله كشي ساختمان وجود ندارد و از ساير فيلترهاي خانگي ارزان ترند. معايب: اين نوع فيلترها موقتي هستند و نمي‌توانند بعضي از تركيب ها مانند منيزيم، كلسيم، نيترات ها، فلوئور، كلريدها، پركلرات ها، هيدروژن سولفيد، آفت‌كش ها، حشره‌كش ها يا فلزات سنگين مثل جيوه، سرب، آرسنيك، كروم و...، ميكروب ها و مواد آلاينده پرتويي از آب را خارج كنند، قادر به فيلتر‌كردن آمونياك يا كلرآمين ها نيستند، عبور آب گرم از فيلترهاي كربني باعث آزاد يا جدا شدن مواد آلاينده كه قبلا با جذب سطحي در بستر فيلتر گرفتار بودند، مي‌شود و خروجي آب فيلترشده را آلوده مي‌كنند و سلامت مصرف‌كننده را به خطر مي‌اندازند و برخلاف دستگاه هاي خانگي ديگر كه خروجي آنها مستقيم در سلامت ما تاثير ندارند و كار كردن با آنها بسيار راحت است، فيلتر‌هاي تصفيه آب خانگي به رسيدگي و اجراي كامل و دقيق دستورالعمل هاي سازنده در مورد چگونگي كار با دستگاه، تعويض به موقع فيلتر، انجام آناليزهاي ادواري براي اثبات سلامت آب فيلتر شده و... نياز دارند. طول عمر فيلترهاي كربني: طول عمر فيلترهاي كربن فعال به تنهايي يا متصل به يخچال هاي خانگي، به ميزان آلاينده هاي موجود در آب بستگي دارد كه براي هر منطقه تقريبا متفاوت است. هرچند تعيين زمان دقيق براي عمر فيلتر مثلا 6 ماه يا 1 سال، چندان منطقي نيست و فروشنده يا سازنده موظف است حداكثر توان ظرفيتي فيلتر را براي مصرف‌كننده مشخص كند؛ مثلا اگر عمر فيلتر براي ظرفيت حدود 900 ليتر برآورد شده باشد، يعني مي‌تواند 900 ليتر آب لوله‌كشي را با كيفيت مطلوب فيلتر كند، بنابراين براي يك خانواده 4 نفري كه به‌طور تقريبي روزانه 15 ليتر آب شرب مصرف مي‌كنند، طول عمر اين فيلتر مي‌تواند حداكثر براي حدود 2 ماه تخمين‌زده و بعد از آن بايد فيلتر تعويض شود.
2. فيلتر تفاضل درجه جنبشي (KDF) اين فيلتر خانگي از تركيب آلياژ خالص مس و روي به شكل ماتريكس، فلس، گرانول يا ذرات خيلي ريز تشكيل شده است. مكانيسم عمل آن بر پايه علم الكتروشيمي يعني واكنش‌هاي اكسيداسيون و احياست كه هم اكنون تكنولوژي نوين در تصفيه آب براي مصارف شرب به شمار مي‌‌رود. جرقه اوليه كشف اين فيلتر را دون‌ هسكت در سال 1984 ميلادي در ايالات متحده و وقتي به طور اتفاقي مغز خودكار از جنس فلز برنج (آلياژ مس و روي) داخل يك ليوان آب حاوي قرص كلر افتاد، زد. او سرانجام بعد از 3 سال موفق به اختراع و توليد اين فيلتر شد. به عبارت ديگر، اين فيلتر مانند مجموعه اي از پيل هاي متعدد مثبت و منفي عمل مي‌كند و توانايي جذب،‌ حذف، كاهش يا تبديل بعضي از آلاينده ها يا ناخالصي ها با بار مثبت و منفي را به مواد بي خطر دارد. مثلا كلر موجود در آب را به كلرور روي قابل‌حل در آب تبديل مي‌كند كه اين ماده به علت فرار نبودن، در فضا متصاعد نمي شود و از طريق فاضلاب دفع مي شود. به علاوه، اين دستگاه هيدروژن سولفيد داخل آب را به سولفيد مس كه غير محلول در آب است، تبديل و آهن را به يون قابل‌حل و سپس به هيدروكسيد فريك نامحلول در آب تبديل مي‌كند و در نهايت اين ماده غيرمحلول در آب، جذب فيلتر مي‌شود به طوري كه با شستشوي متناوب فيلتر، اين مواد نامحلول جدا مي‌شود و دوباره فيلتر به وضعيت اوليه خودش برمي گردد. موارد كاربرد: به جز مصارف خانگي، از اين فيلترها در برج هاي خنك كننده در صنايع غذايي به ويژه توليد نوشابه، رستوران ها و هتل ها، لباسشويي ها و... استفاده مي‌شود. اين فيلترها در آزمايشگاه هاي طبي، بيمارستان ها، به خصوص در بخش هاي مخصوص دياليز كه خالص بودن آب اهميت زيادي دارد، كاربرد دارند. از طرفي، در برخي بيمارستان ها، مخصوصا در زمينه سوانح سوختگي و... كه با بعضي از آلاينده هاي مضر و خطرناك مثل جيوه سر و كار دارند، از اين فيلتر‌ها براي فيلتر‌ و پاك سازي فاضلاب استفاده مي‌‌شود تا آلاينده هاي مضر زيست محيطي مستقيم وارد منابع آبي يا فاضلاب عمومي شهر نشوند. هم اكنون نيز در بعضي از كشورها از فيلترهايKDF در تصفيه خانه هاي آب شهري براي كلرزدايي و فيلتر‌ كردن فلزات سنگين استفاده مي‌شود. محاسن: اين فيلتر‌ها تكنولوژي ساده‌اي دارند بنابراين نصب و راه‌اندازي، تعمير و نگهداري شان ساده است. در ضمن، كم هزينه بودن پروسه، استفاده نكردن از مواد يا افزودني شيميايي، بدون ايجاد ضايعات و صددرصد قابليت بازيافت، بي‌خطر و دوستدار محيط‌ زيست بودن از ديگر محاسن آنهاست. اين فيلترها مي‌توانند املاح مفيد آب مثل كلسيم، منيزيم، پتاسيم و... را در آب فيلترشده حفظ كنند. پوشش آب با املاح مفيد در آب براي بدن بسيار مفيد و ضروري و در بهبود مزه و طعم آب بسيار موثر است. در ضمن، اين املاح قليايي مانع اسيدي شدن آب مي‌شوند و pH آب را در حالت خنثي نگه مي‌دارند در نتيجه، از ايجاد واكنش هاي احتمالي با ظروف پلاستيكي در موقع نگهداري آب جلوگيري مي‌شود. افرادي كه از اين نوع فيلترها در منازل خود استفاده مي‌كنند، كمتر در معرض آلاينده هاي بسيار مخرب براي سلامت مثل كلر (يك ضدعفوني‌كننده خيلي قوي) قرارمي گيرند و سلول هاي پوستي آنها كمتر آسيب مي بيند، آب فيلترشده با اين فيلتر ميزان ناچيزي مس و روي دارد كه باعث عدم رشد و تكثير ويروس ها، باكتري ها، قارچ ها و جلبك ها در آب مي شود. اين فيلتر‌ها برخلاف بيشتر فيلترهاي رايج خانگي مثل كربن فعال، دچار آلودگي ميكروبي نمي شوند و مقاومت خوبي در برابر گرما دارند بنابراين مي توان آنها را در مسير دوش آب گرم و شير آشپزخانه نصب و به آساني مواد آلاينده را از آب گرم خارج كرد.
3. دستگاه اسمز معكوس اين دستگاه معمولا در ورودي انشعاب آب به ساختمان نصب مي‌شود. دستگاه اسمزمعكوس از يك غشاي كم نفوذ تشكيل شده كه آب با فشار خيلي زياد، وادار به عبور از آن مي‌شود. در واقع، كيفيت آب فيلترشده يا خارج‌كردن انواع مواد و آلاينده ها به نوع غشاي به كار برده شده در دستگاه بستگي دارد. اندازه فيلترهاي اسمز معكوس خانگي معمولا 11 در 51 سانتيمتر است كه قادرند كل آب مورد نياز خانه را فيلتر كنند. معمولا از دو نوع فيلتر اسمز معكوس در خانه ها استفاده مي‌شود؛ غشا يا فيلم نازك كامپوزيت (TFC) و سلولز تري استات(CTA). اختلاف آنها در عملكرد و ميزان توانايي تصفيه كلر و باكتري هاست. نوع سلولز تري استات قادر به فيلتر‌كردن حدود 93 درصد از آلاينده هاي استاندارد است و نوع كامپوزيت تا 98 درصد قدرت فيلتر دارد. معمولا فيلترهاي اسمز معكوس قادرند املاح محلول در آب مثل نيترات، فلورايد، كلريد، پركلرات، فسفات، كرومات، بي‌كربنات، بورات، سيليكات، سديم، سولفات، سولفيت، تيوسولفات، آلومينيوم، آمونيوم، منيزيم، كلسيم، پتاسيم، جيوه، منگنز، آرسنيك، باريم، كادميوم، كروم، مس، سرب، سلنيوم، نقره و روي را خارج كنند. به علاوه، كدورت و بسياري از مواد آلاينده آلي به‌خصوص ‌هالوژن دار، آفت‌كش ها، راديوم، ويروس ها و باكتري ها را نيز مي‌توان با اين دستگاه فيلتر كرد. معايب: ضايعات آب با اين روش زياد است؛ همانند فيلترهاي ديگر به رسيدگي و نگهداري نياز دارند، زمان تصفيه آب، لازم است مراقب باشيد بستر فيلتر آسيب نبيند. (براي كسب اطمينان از كيفيت و سلامت آب فيلترشده با هر نوع فيلتر خانگي يا صنعتي، به انجام آزمايش هاي منظم فيزيكي، شيميايي و ميكروبي نياز است)، خروجي آب تصفيه شده با دستگاه اسمز همانند آب مقطر pH نسبتا اسيدي دارد و فقط ممكن است داراي ميزان ناچيزي املاح معدني يا مجموع املاح قابل‌حل آن در آب پايين تر از مقدار استاندارد تعريف شده باشد بنابراين براي مصارف شرب و پخت و پز مناسب نيست، براي رفع اين مشكل فيلتر مواد معدني بعد از فيلتر اسمز معكوس در دستگاه هاي اسمز معكوس قرار گرفته شده اند.
4. فيلتر تعويض يوني رزيني در اين فرايند آب از يك غشاي رزيني عبور و يون هاي مزاحم يا ذرات باردار مثل باريم، كلسيم، منيزيم و آهن با يون سديم تبادل يا تعويض مي شوند. اين آب مقدار زيادي سديم دارد كه به غير از مصارف شرب و پخت و پز مي تواند كاربردهاي بسياري داشته باشد. اخيرا نوعي از اين فيلتر طراحي‌شده كه وزن آن حدود 70 كيلوگرم و داراي قابليت فيلتر‌كردن آلاينده هاي ديگري مثل سيليكا، منگنز، آهن، باكتري ها و سولفيد هيدروژن نيز است.
5. دستگاه تقطير خانگي با اين روش فلزات سنگين و رسوبات يا سختي آب كه از مواد غيرفرار هستند، از آب خارج مي‌شوند ولي آلاينده هاي فرار آلي كه نقطه جوش آنها كمتر از 100 درجه سانتي‌گراد باشد، حين فرايند وارد آب تقطيرشده مي‌شوند و معمولا براي خارج‌كردن آنها از فيلتر كربن استفاده مي‌شود. به‌علاوه، اين روش به زمان و انرژي زيادي نياز دارد. ضايعات ناشي از اين فرايند لازم است كاملا علمي و اصولي معدوم شود تا به محيط زيست آسيبي نرسد. اين دستگاه در 4 دهه گذشته خيلي معروف بوده ولي امروزه به علت اشكال هايي كه گفته شد، كاربردي در منازل ندارد و بيشتر در صنايع و آزمايشگاه ها استفاده مي شود. در پايان، با توجه به ورود انواع مختلف فيلترهاي تصفيه آب خانگي به‌طور مجزا يا متصل به يخچال در كشورمان و ارتباط مستقيم آنها با سلامت مصرف‌كننده و محيط ‌زيست، لازم است مسوولان براي حمايت از حقوق مصرف كننده، چگونگي جمع آوري و معدوم‌كردن ضايعات ناشي از اين فيلترها و عدم تبعات زيست‌محيطي، نظارت و كنترل بيشتري در اين رابطه اعمال و مبادرت به تدوين يا سامان دهي استانداردهاي دقيق و تخصصي تر و كاملا اجباري براي اين نوع فيلترها بورزند.
خلاصه اينكه... 1. قبل از نصب هر نوع فيلتري بايد مشخص شود هدف از اين كار، كاهش آلودگي است يا حذف املاح اضافي. پس از مشخص شدن اين موضوع، بايد فيلتر مناسب انتخاب شود. براي اين كار مشورت با افراد متخصص ضروري است و نبايد تحت تاثير تبليغات فروشندگان قرار گرفت زيرا فيلترها به طور مستقيم با سلامت افراد سروكار دارند و نبايد آنها را وسايلي تجملاتي دانست. 2. خيلي وقت ها به دليل آلودگي آب، فيلترها را بايد زودتر از موعد تعويض كرد و در غير اين صورت رنگ، بو و طعم آب تغيير مي‌كند. 3. اگر فيلتر يخچال هاي امروزي به تعويض نياز داشته باشد، با علامتي آن را اعلام مي‌كنند اما برخي مصرف كنندگان بي توجه به اين موضوع باز هم از آب آن يخچال استفاده مي‌كنند در حالي كه بايد اين فيلترها را كه معمولا از نوع كربن فعال هستند خارج كنند زيرا در غير اين صورت آلودگي هاي ثانويه همراه آب مصرفي وارد بدن مي شوند و سلامت مصرف كننده را به مخاطره مي اندازند. 4. بهترين فيلترهاي تصفيه آب، فيلترهاي تفاضل درجه جنبشي يا KDF هستند كه در كشور ما به دليل گراني كمتر از آنها استفاده مي شود. 5. هنگام خريد فيلترها، بايد به خدمات پس از فروشي كه توليدكننده براي آن در نظر گرفته توجه كرد زيرا نگهداري و تعويض فيلتر هم بايد به وسيله شركت پيگيري شود تا هدف نصب فيلتر كه همان حذف املاح اضافي يا آلودگي است، تامين شود.

دكتر ميترا غلامي دستگاه تصفيه آب حامد محمدي، سيد احمد مختاري 1- دكتراي تخصصي مهندسي بهداشت محيط، استاديار دانشگاه علوم پزشكي ايران 2- كارشناسي ارشد مهندسي بهداشت محيط، مربي دانشگاه علوم پزشكي زنجان 3- كارشناس ارشد مهندسي بهداشت محيط، معاونت بهداشتي دانشگاه علوم پزشكي تبريز چكيده زمينه و هدف: آلودگي آرسنيك در آب آشاميدني باعث اثرات زيان آور در سلامت انسان مي گردد. هدف از اين پژوهش، ارزيابي كارآيي فرآيند اسمز معكوس براي حذف آرسنيك در آب آشاميدني مي باشد. روش بررسي: روش انجام اين پژوهش بر اساس داده هاي آزمايشگاهي و از نوع مطالعات تجربي بوده است. پژوهش در يك پايلوت غشايي اسمز معكوس از جنس پلي آميد با مدول مارپيچي مدل TE 2521 ساخت شركت CSM كره انجام گرفت. پس از آماده سازي محلول ارسنات سديم در آزمايشگاه، عملكرد سيستم اسمز معكوس در حذف آرسنيك، بررسي شد. تاثير تغييرات فشار، pH و دماهاي مختلف با غلظت ورودي 2/0 ميلي گرم در ليتر، و سپس در غلظت هاي مختلف بر روي كارآيي حذف آرسنيك مورد ارزيابي قرار گرفت. در هر حالت ميزان فلاكس عبوري (جريان عبوري در واحد سطح) از غشا اندازه گرفته شد. اندازه گيري مقدار آرسنيك به روش نقره دي اتيل دي تيو كاربامات انجام شد و درصد حذف آن تعيين گرديد. يافته ها: نتايج حاصل نمايانگر شرايط بهينه ي عملكرد سيستم در فشار حدود 190 پوند بر اينچ مربع، غلظت در محدوده ي 2/0 تا 5/0 ميلي گرم در ليتر، دما در محدوده 25 تا 35 درجه ي سانتيگراد و pH در محدوده ي 6 تا 8 مي باشد. غلظت آرسنيك در آب ورودي به غشا، تاثير چنداني در عملكرد سيستم و راندمان آن نداشت. افزايش دما موجب بهبود عملكرد سيستم و افزايش نسبي در راندمان آن شد. pH محلول ورودي تاثير چنداني در فلاكس و عملكرد هيدرليكي سيستم نداشت، ليكن راندمان حذف در pH هاي پايين به علت شكل يونهاي آرسنات موجود، نسبتاً كم بود. نتيجه گيري: راندمان حذف آرسنيك در شرايط بهينه ي عملكرد سيستم، تا بيش از 99 درصد مي باشد. واژگان كليدي: حذف آرسنيك، تصفيه آب آشاميدني، غشاي صاف سازي اسمز معكوس (RO)
مقدمه آرسنيك سومين عنصر گروه پنجم جدول تناوبي است. عدد اتمي آن 33 و جرم اتمي آن 92/74 مي باشد. اين عنصر با ظرفيت هاي مختلف و نيز به صورت معدني و آلي در طبيعت يافت مي شود. ميزان آرسنيك در پوسته ي زمين 8/1 ميلي گرم در كيلوگرم بوده، معمولاً به صورت تركيب با گوگرد و يا فلزاتي نظير مس، كبالت، سرب، روي و غيره يافت مي شود. از اين عنصر در كشاورزي، دامداري، پزشكي، الكترونيك، صنعت و متالوژي استفاده مي گردد (1). آرسنيك از طريق حل شدن كاني ها و مواد معدني، تخليه ي پساب هاي صنعتي وارد منابع آب مي گردد. آرسنيك يك ماده ي سمي، تجمعي و بازدارنده ي آنزيم هاي گروه SH است. نوع آلي آن از شكل معدني آن بسيار سمي تر است. همچنين آرسنيك سه ظرفيتي ] (آرسنيت)Arsenite [ در اكثر اوقات سمي تر از نوع پنج ظرفيتي ](آرسنات)Arsenate [ آن مي باشد (2و19). آلودگي آرسنيك در آب، به خصوص آب هاي زير زميني، به دليل سميت و مخاطره آميز بودن آن، به عنوان يك مشكل اساسي در جوامع مختلف مطرح است. در آب هاي طبيعي مقدار آن در حد 1 تا 2 ميلي گرم در ليتر گزارش شده است (3). مصرف طولاني مدت اين عنصر سبب ايجاد دستگاه تصفيه آب سرطان مي شود (4). بر اساس تقسيم بندي سازمان بين المللي تحقيقات سرطان ](IARC)[ International Association on Research Cancer تركيبات غير آلي آرسنيك در گروه 1 (سرطان زا براي انسان) قرار دارند (5). اين عنصر به عنوان آلاينده ي مهم آب آشاميدني به ويژه در نواحي آسياي جنوبي شناخته شده است. در اين نواحي ميليون ها نفر در خطر ابتلا به بيماريهاي مرتبط با آرسنيك مي باشند (6). USEPA حد مجاز آرسنيك را حدود 5 تا 10 ميكرو گرم در ليتر ذكر كرده است (7 و 5). رهنمود WHO براي آرسنيك 01/0 ميلي گرم در ليتر مي باشد (8 و 1). در حالي كه حداكثر مجاز تعيين شده در استاندارد ايران 5 ميكروگرم در ليتر است (9). به دليل اينكه در آبهاي طبيعي حذف آرسنيت از آرسنات سخت تر است، بنابراين براي دستيابي به ميزان بالاي حذف از آب آشاميدني، طي يك مرحله ي پيش تصفيه قبل از فرآيند اصلي حذف، آرسنيت به آرسنات اكسيد شده و سپس نسبت به حذف آرسنات اقدام مي شود (10). روش هاي مختلفي براي حذف آرسنيك و دستيابي به حدود تعيين شده در آب آشاميدني وجود دارد كه از بين آنها مي توان به انعقاد، صاف سازي، سبك سازي با آهك، آلوميناي فعال، تبادل يون، فرآيندهاي غشايي اشاره نمود كه هر كدام مزايا و معايب خود را دارند (11). هدف از اين پژوهش، استفاده از فرآيند غشايي اسمز معكوس براي حذف آرسنيك از آب آشاميدني مي باشد. به اين منظور تاثير پارامتر هاي مختلف، نظير غلظت آرسنيك، فشار، pH و دماي آب ورودي بررسي شده است. روش بررسي روش انجام اين پژوهش با توجه به ماهيت آن بر اساس داده هاي آزمايشگاهي و يك سيستم عملي و اجرايي از نوع مطالعات تجربي بوده است. روش آماري مورد استفاده به منظور تعيين تعداد نمونه ها، روش irregular fraction design از طريق نرم افزار Design Expert Ver 7.0.1 بوده است. بر اساس متغيرهاي وابسته و مستقل براي آناليز آماري چند متغيره (فشار، دما، pH و غلظت) برابر با 24 نمونه بوده است، آزمايشات در هر دوره (Run) به صورت سه تايي (Triple) انجام شده است. (در مجموع 72 نمونه بررسي شده است). تست هاي آماري انجام شده، رگرسيون و همبستگي مي باشد. در مرحله ي اول پايلوت غشايي طراحي و ساخته شد. غشاي مورد استفاده غشاي مارپيچي اسمز معكوس (RO) (مدل TE 2521)، ساخت شركت CSM كره مي باشد. اين غشا اصطلاحاً TFC ناميده مي شود و از جنس پلي آميد (PA) با شارژ منفي است. طول غشا 21 اينچ، قطر آن 5/2 اينچ، قطر لوله ي تغذيه 75/0 اينچ، و سطح فعال و موثر آن 1/1 متر مربع است. ميزان فلاكس عبوري اسمي غشا، معادل 1/1 متر مكعب در روز مي باشد. ديگر اجزاي اصلي پايلوت عبارت از غشاي اسمز معكوس، پمپ، الكترو موتور، بارومتر، مخزن آب ورودي و خروجي و فيلتر كارتريج مي باشد. در شكل شماره ي 1 دياگرام جريان در پايلوت نشان داده شده است.
پس از نصب و راه اندازي پايلوت، ابتدا فلاكس آب مقطر در فشارهاي مختلف تعيين گرديد. سپس با توجه به غلظت آرسنيك در آب آشاميدني مناطق آلوده ي كشور، غلظت 2/0 ميلي گرم در ليتر در نظر گرفته شد (12) و از آب شهر، تهيه گرديد. با ثابت نگه داشتن ساير پارامترها، ميزان فلاكس عبوري از غشا و درصد حذف آرسنيك در فشارهاي عملياتي مختلف 100، 130، 160، 190 و 210 پوند بر اينچ مربع (Psi) اندازه گيري شد. در مرحله سوم، با تعيين فشار بهينه (Psi 190)، تاثير غلظت، دما و pH در كارايي حذف غشاي بررسي شده و pH، غلظت و دماي بهينه تعيين گرديد. مقادير pH محلول هاي تهيه شده، با استفاده از سود و اسيد كلريدريك در pHهاي 4، 5/5 ،7، 5/8 و 10 تنظيم و تثبيت گرديد. ساير پارامترها ثابت نگهداشته شدند. تغييرات دما با استفاده از هيتر ترموكوپل دار و دماسنج در دماهاي 20، 25، 30، 35 و 40 درجه سانتيگراد تنظيم و تثبيت گرديد. همچنين با به دست آوردن دبي عبوري و با داشتن سطح فعال غشاي ارائه شده توسط كارخانه ي سازنده، ميزان فلاكس عبوري (Q/A) از غشا اندازه گيري شد. لازم به ذكر است كه براي تعيين دبي ورودي از فلومتر استفاده شد. جهت محاسبه ي دبي خروجي، حجم مشخصي از جريان عبوري از غشا، در يك زمان مشخص توسط كورنومتر و استوانه ي مدرج اندازه گيري شد. راندمان سيستم، پس از تعيين غلظت محلول ورودي به غشا و غلظت خروجي محاسبه شد (13). محلول ورودي با استفاده از آرسنات سديم (Na2HAsO4.7H2O) در مخزني از جنس پلي اتيلن به حجم 200 ليتر در غلظت 2/0، 5/0، 1، 5/1 و 2 ميلي گرم در ليتر آرسنيك تهيه شد. روش اندازه گيري آرسنيك در نمونه هاي برداشتي از ورودي و خروجي، روش نقره دي اتيل دي تيو كاربامات مي باشد (استاندارد متد AsB-3500). در تمام مراحل، ميزان جذب در طول موج 520 نانومتر توسط اسپكتروفتومترپركين- المر دبل بيم UV-VIS مدل S 550 ساخت آمريكا، خوانده شد و راندمان حذف آرسنيك در شرايط مختلف بدست آمد (14). در مرحله ي آخر، نمودارهاي مربوط به كارآيي و فلاكس جريان نسبت به هر يك از شرايط فوق رسم گرديد. يافته ها با توجه به آزمايشات انجام شده و نتايج بدست آمده، شرايط بهينه سيستم در محدوده ي فشار psi 190 (01/0=α)، غلظت 2/0 ميلي گرم در ليتر (05/0=α)، دما در محدوده ي 25 تا 30 درجه ي سانتيگراد، (05/0=α) و pH در محدوده 6 تا 8 بود. در نمودار 1، تاثير تغييرات فشار بر كارايي غشا در حذف آرسنيك و همچنين فلاكس عبوري از غشا، با توجه به شرايط عملياتي، آورده شده است. همانطوري كه از نمودار مشخص شده است، با افزايش فشار، فلاكس جريان نيز افزايش مي يابد. همچنين در فشار حدود 190 تا 210 پوند بر اينچ مربع، ماكزيمم راندمان حذف وجود دارد. نمودار 1: تغييرات فلاكس عبوري و راندمان حذف آرسنيك از محلول ورودي با تغيير فشار محلول ورودي توسط غشاي اسمز معكوس
TE 2521 (mg/L 2/0= CAS،C ̊ 25=T، 9/6= pH)
تاثير غلظت بر راندمان حذف و فلاكس جريان در فشار عملياتي psi 190، دماي 25 درجه ي سانتيگراد و pH معادل 9/6 بررسي شد. با توجه به نمودار 2، ملاحظه مي شود كه تغييرات غلظت آرسنيك در محلول ورودي تاثير قابل ملاحظه اي در ميزان فلاكس و راندمان حذف آرسنيك ندارد، در محدوده ي غلظت هاي 2/0 تا 5/0 ميلي گرم در ليتر بهترين عملكرد سيستم را با توجه به استانداردهاي موجود خواهيم داشت. همچنين در نمودار 3 عملكرد غشا با تغيير فشار و غلظت در حذف آرسنيك آورده شده است.
نمودار 2: تغييرات فلاكس عبوري و راندمان حذف آرسنيك از محلول ورودي با تغيير غلظت محلول ورودي توسط غشاي اسمز معكوس
TE 2521 (psi 190 = P،C ̊ 25=T، 9/6= pH)
نمودار 3: مقايسه راندمان حذف آرسنيك با تغيير فشار در غلظت هاي مختلف ورودي توسط غشاي اسمز معكوس
TE 2521 (C ̊ 25=T، 9/6= pH) نمودار 4 نشان دهنده ي تاثير pH بر كارايي غشا جهت حذف آرسنيك مي باشد. فشار عملكرد در هر حالت psi 200 به كار برده شد.با تغيير pH محلول ورودي تغيير چنداني در ميزان فلاكس عبوري ايجاد نمي گردد، ليكن در محدوده ي pH بين 4 تا 5/6 افزايش نسبي راندمان حذف را داريم و بعد از pH حدود 5/6 ميزان حذف ثابت مي ماند و در محدوده ي 6 تا 8 حداكثر راندمان را خواهد داشت. با توجه به اينكه تغييرات pH در محدوده ي بيان شده چندان قابل ملاحظه نيست، مي توان نتيجه گرفت كه pH تاثير چنداني در راندمان حذف ندارد.
نمودار 4: تغييرات راندمان حذف آرسنيك و فلاكس عبوري از غشاي اسمز معكوس
TE 2521، با تغيير pH (mg/L 2/0= CAS،psi 200= P، C ̊ 20=T)
نمودار 5: تغييرات راندمان حذف آرسنيك و فلاكس عبوري از غشاي اسمز معكوس
TE 2521، با تغيير دماي محلول عبوري (mg/L 2/0= CAS، psi 225= P، 7 = pH) راندمان حذف آرسنيك با تغييرات دما در نمودار 5 نشان داده شده است. با افزايش ميزان دماي محلول ورودي، ميزان فلاكس عبوري از غشا افزايش يافته و متعاقب آن راندمان حذف آرسنيك نيز افزايش خواهد يافت؛ به طوريكه در محدوده ي دمايي 25 تا 30 درجه ي سانتيگراد حداكثر راندمان حذف ملاحظه مي شود. بحث آرسنيك از سمومي است كه از دو راه طبيعي و صنعتي وارد محيط زيست مي گردد. در حال حاضر با توجه به استانداردها و رهنمودهاي WHO و EPA و پايين آمدن مقادير استاندارد توصيه شده به ميزان 10 ميكرو گرم در ليتر، سازمان هاي تامين كننده ي آب آشاميدني مجبور به پيروي از رهنمودها و استانداردهاي تعيين شده خواهند بود (8و 5، 7). لذا با تكنولوژي هاي موجود دستيابي به اين استانداردهاي جديد تا حد زيادي مشكل خواهد بود. يكي از روش هاي نوين تصفيه آب كه امروزه در اكثر نقاط دنيا رو به گسترش بوده و قادر است حدود استانداردهاي جديد تعيين شده را تامين نمايد، استفاده از فرآيندهاي غشائي مي باشد كه در اين پژوهش مورد آزمايش و بررسي قرا گرفته است. نتايج حاصل از اين تحقيق نشان دهنده ي آن است كه فرآيندهاي غشائي به خصوص اسمز معكوس، در حذف آرسنيك از آب آشاميدني به طور قابل ملاحظه اي موثر است و راندمان حذف آن، در حدود 95 تا 99 درصد مي باشد. مطالعات مختلفي روي اين نوع غشا و انواع ديگر غشاهاي صاف سازي انجام شده است. براي حذف آرسنيك از آب آشاميدني از غشاي اولترافيلتر نيز استفاده شده است، كه اين نوع غشا، تحت شرايط آزمايشگاهي، تنها قادر به حذف حدود 10 درصد آرسنيك بوده است كه براي افزايش كارايي آن، از كيتوسان و تركيبات اسيدهيوميك براي چيلاته شدن اين فلز و در نتيجه بالا رفتن وزن مولكولي آن استفاده شده است، به اين ترتيب، راندمان اولترافيلتر تا حدود 65 درصد افزايش يافته است (4). كارايي حذف آرسنات با استفاده از سيستم اولترافيلتراسيون كه به آن سورفكتانت هاي CPC (hexadeclypyridinium chloride)، CTAB (hexadecyltrimethylammonium bromide) و ODA (octadecylamine acetate) اضافه شده است، نيز بررسي شده است، كه نتايج نشان دهنده ي درصد حذفي به ترتيب برابر 96، 94 و 80 درصد بوده است (15). روش هاي الكترواولترافيلتراسيون نيز به كار برده شده است كه كارايي حذف براي آرسنات، بسيار بالا بوده و آرسنيت نيز بعد از تنظيم pH، حذف شده است (16). از ساير فرآيندهاي با پايه ي غشائي نيز براي اين منظور استفاده شده است (17). به عنوان مثال از سيستم نانوفيلتراسيون با فشار پايين استفاده شده است كه درصد حذف آرسنيك توسط آن 94 درصد به دست آمده است (18). براي آب آشاميدني شهرها و صنايع و همچنين آبهاي سطحي و زيرزميني هم از نانوفيلتراسيون استفاده شده، كه راندمان قابل قبولي جهت حذف آرسنيك داشته است (19). عملكرد فرآيند نانوفيلتراسيون با صافي هاي ماسه اي تند نيز براي حذف آرسنيك به كار رفته است كه نتايج نشان دهنده ي آن است كه در غلظت زير 50 ميكرو گرم آرسنيك، بدون توجه به كدورت، اين فرآيند قادر به كاهش آن تا حد رسيدن به رهنمود WHO است. از طرف ديگر، نانوفيلتر مي تواند تا 95 درصد آرسنات و 75 درصد آرسنيت را حذف كند، در حاليكه صافي ماسه اي تند قادر به حذف آرسنيت نمي باشد (8). از انواع ديگر نانوفيلتراسيون با قطر منافذ مختلف نيز استفاده شده است و در آن تغييرات pH، غلظت آرسنيك ورودي و حضور الكتروليت بررسي شده است. نتيجه بدست آمده نشان دهنده ي راندمان حذف بالاي 80 درصد است (20). به منظور حذف آرسنيك، از غشاهاي رسي (مونتموريلونيتو كائولينيت) استفاده شده، در آن توانايي اين نوع غشا، براي حذف آرسنيك در غلظت هاي مختلف و قدرت يوني كنترل شده با كلريد سديم مورد ارزيابي قرار گرفته، راندمان به دست آمده، بيش از 90 درصد بوده است (21). غشاي مورد استفاده ديگر جهت اين منظور، مدول غشائي ZW-1000 همراه با پيش تصفيه ي اكسيداسيون با پرمنگنات و انعقاد بوده است كه براي تصفيه آب چاه با ميزان آرسنيك 200 تا 300 ميكروگرم در ليتر استفاده شده است. با كمك اين روش، ميزان حذف به حد استانداردهاي موجود رسيده است. با كمك اين روش، ميزان حذف به حد استانداردهاي موجود رسيده است (22). از روش هاي ديگر حذف آرسنيك، استفاده از روش انعقاد اصلاح شده با يون هاي آهن و كلسيت درشت دانه، و متعاقب آن حذف لخته توسط غشاي ميكروفيلتراسيون بود. با اين روش سرعت ته نشيني افزايش يافته، و راندمان حذف تا بيش از 99 درصد افزايش مي يابد (24 و 23). با توجه به نتايج به دست آمده در نمودار 1، با افزايش فشار نمونه ي ورودي به غشا، ميزان فلاكس جريان عبوري از سطح غشا، و همچنين درصد حذف آرسنيك افزايش مي يابد (01/0 = α، 878/0 = r). دليل افزايش فلاكس با افزايش فشار، غلبه ي فشار اعمال شده بر فشار اسمزي محلول ورودي مي باشد. همچنين دليل افزايش ميزان حذف با افزايش فشار، كاهش قطر منافذ سطح غشا به واسطه ي تجمع آرسنيك نسبت به زمان است. لازم به ذكر است كه TDS آب ورودي هر چه بالاتر باشد، نيروي مولكولي بالايي را خواهد داشت و پيش از آنكه مولكولهاي آن شروع به جدا شدن از آب نموده و از مقطع غشا عبور كنند، اين نيروهاي مولكولي بايد توسط فشار محلول ورودي شكسته شوند. هر 100 ميلي گرم در ليتر از TDS نيازمند psi 1 فشار براي غلبه بر فشار اسمزي مي باشد (25). با توجه به نمودار2و3، افزايش غلظت تاثير چنداني در افزايش فلاكس جريان و درصد حذف ندارد (05/0= α،307/0 =r). از طرف ديگر، غلظت ورودي به طور معمول باعث كاهش فلاكس نفوذي در فرآيند صاف سازي غشا مي گردد و در برخي موارد رفتار تغييرات فلاكس با غلظت همانند پيش بيني هاي اغلب مدل هاي پلاريزاسيون غلظتي به صورت لگاريتمي مي باشد. به عبارت ديگر، بين فلاكس و لگاريتم غلظت ورودي رابطه ي خطي مشاهده مي شود. چنين رابطه اي عمدتاً در شرايطي حاصل مي گردد كه سرعت جريان ورودي از روي سطح غشا نسبتاً كم باشد. در سرعت هاي زياد افزايش غلظت، تاثير زيادي بر ميزان فلاكس نفوذي و راندمان حذف نداشته و ثابت باقي مي ماند (13). همانطوري كه در نمودار 4 مشاهده مي شود، pH تاثير چنداني در راندمان حذف ندارد. تغييرات مختصر ملاحظه شده، مربوط به تغيير شكل آنيون هاي آرسنيك موجود در محلول و بار آنهاست. در محدوده ي pH 4 تا 10، يون هاي 5 ظرفيتي آرسنات به اشكال H2AsO4- و HAsO42- مي باشند. به طوري كه تا pH 7/6 به شكل H2AsO4- و بعد از آن به صورت HAsO42- مي باشد (26). از طرفي با توجه به اينكه غشاي RO مورد استفاده داراي شارژ منفي مي باشد، لذا طبيعي است كه در محدوده ي pH پايين تر از 77/6، نسبت به pH هاي بالاتر به مقدار كمتري حذف گردد. در ضمن بايد به اين مسئله توجه داشت كه ميزان بار سطحي غشا، تابع جنس غشا و نيز pH و قدرت يوني محلول مجاور با غشا است. بيشترين ميزان فلاكس نفوذي و نيز بيشترين ميزان قدرت نگهدارندگي غشا را زماني مي توان انتظار داشت كه بار الكتريكي سطح غشا با بار الكتريكي مولكول هاي حل شده همنام باشد (13). در رابطه با تاثير دما، با توجه به نمودار 5، با افزايش دماي محلول ورودي به غشا در ابتدا ميزان فلاكس عبوري افزايش مي يابد. البته تغييرات فلاكس جريان تا محدوده اي ادامه مي يابد، سپس منحني به صورت خط افقي در مي آيد. به عبارتي جنس غشا، عامل محدود كننده ي تاثير دما روي افزايش فلاكس مي باشد. از طرف ديگر، افزايش دما به طور معمول باعث كاهش ويسكوزيته ي سيال و افزايش نفوذپذيري مي گردد و اين امر به افزايش فلاكس نفوذي كمك مي كند (25 و 13). نتيجه گيري با توجه به مطالعه ي حاضر مي توان نتيجه گيري نمود كه از بين غشاهاي مختلف، اسمز معكوس بهترين راندمان را براي حذف آرسنيك دارا مي باشد و راندمان حذف آرسنيك در شرايط بهينه ي عملكرد سيستم (فشار psi 190، دماي 25 درجه سانتيگراد و pH 9/6) تا بيش از 99 درصد مي باشد.

دستگاه تصفيه آب

يكي از قديمي‌ترين اسناد ثبت‌شده در مورد ممبرين‌هاي نيمه‌تراوا مربوط به سال 1748 است، كه در مورد مشاهده‌ي پديده‌ي اسمز توسط Abbe Nollet مي‌باشد. در سال 1850 افراد ديگري مانند Pfeffer و Traube پديده‌ي اسمز را با استفاده از ممبرين‌هاي سراميكي مورد مطالعه قرار دادند. به‌هرحال تاريخ فن‌آوري كنوني به 1940 برمي‌گردد، زماني‌كه دكتر Gerard Hassler از دانشگاه كاليفرنيا در لس‌آنجلس (UCLA)، در سال 1948 بررسي خواص اسمز سلوفان(cellophane) را آغاز نمود. او پيشنهاد كرد كه لايه‌ي نازكي از هوا در مجاورت دو ممبرين از جنس سلفون قرار گيرد. Hassler فرض كرد كه با انجام عمل تبخير بر روي سطح يك ممبرين، بخار آب با استفاده از پديده‌ي اسمز از ميان هواي موجود عبور كرده و بر روي سطح مقابل پديده‌ي چگالش اتفاق مي‌افتد. امروزه مي‌دانيم كه پديده‌ي اسمز در انجام عمل تبخير نقشي ندارد، اما شبيه‌ترين حالت به محلول و پديده‌ي نفوذ جسم حل شده در ممبرين مي‌باشد.
شكل 1 رخدادهاي مهم در تكامل فن‌آوري RO را بر روي خط زمان نشان مي‌دهد. خطوط پررنگ در زير توضيح داده شده‌اند. در سال 1959، C.E.Reid و E.J.Breton از دانشگاه فلوريدا، قابليت‌ عمل نمك‌زدايي را در لايه‌ي نازكي از استات سلولز اثبات كردند. آنها ممبرين‌هاي نيمه‌تراواي انتخابي را با روش سعي و خطا ارزيابي كردند، و بيش‌تر به لايه‌هاي نازك پليمري حاوي گروه‌هاي هيدروفيلي (آب‌دوست) توجه نشان دادند. مواد آزمايش شده عبارت بودند از سلوفان، هيدروكلرايد لاستيكي، پلي‌استايرن و استات سلولز. بسياري از اين مواد در فشارهاي كمتر از 800 psi، جريان آب تصفيه‌شده توليد نكردند و مقدار دفع كلرايد در آنها كمتر از 35٪ بود. به‌هرحال، استات سلولز ( مخصوصاً DuPont 88 CA-43 ) مقدار دفع كلرايد بيش از 96٪ نشان داد، حتي در فشارهاي كمتر از 400 psi . حدود شدت جريان نفوذي، تقريباً از 2 گالن در فوت مربع – روز (gfd) براي يك لايه‌ي نازك از استات سلولز با ضخامت 22 ميكرون، تا بيش از 14 gfd براي لايه‌اي با ضخامت 3.7 ميكرون، در فشار 600psi و با محلول سديم كلرايد 0.1 M، مورد آزمايش قرار گرفت. Reid و Breton نتيجه گرفتند كه استات سلولز داراي خاصيت نيمه‌تراوايي لازم جهت كاربردهاي عملي مي‌باشد، اما بايد شدت نفوذ و دوام آن‌ها براي موارد تجاري اصلاح شود. يك دهه پس از تلاش دكتر Hassler، Sidney Loeb و Srinivasa Sourirajan از UCLA در مورد پديده‌ي اسمز و اسمز معكوس شروع به تحقيقاتي متفاوت با آنچه كه دكتر Hassler انجام داده بود، كردند. رويكرد آنها عبارت بود از تحت فشار قرار دادن يك محلول، مستقيماً بر روي لايه‌اي نازك و صاف از پلاستيك. عمل آنها باعث تكامل اولين ممبرين استات سلولز نامتقارن در سال 1960 گرديد. دستگاه تصفيه آب
شكل 1 خط زمان افقي مربوط به تكامل اسمز معكوس
A. 1948- تحقيقات Hassler بر روي خواص اسمزي ممبرين سلوفان در UCLA B. 1955- اولين استفاده‌ي گزارش شده از عبارت "اسمز معكوس" C. 1955- Reid مطالعه در مورد غشاء‌هاي جداكننده‌ي مواد معدني را در دانشگاه فلوريدا آغاز نمود D. 1959- Breton و Reid ظرفيت نمك‌زدايي لايه‌ي نازكي از استات سلولز را نشان دادند E. 1960- Loebو Sourirajan ممبرين استات سلولز نامتقارن را در UCLA تكميل نمودند F. 1963- اولين مدول مارپيچي (spiral wound) عملي توسط General Atomics تكميل گرديد G. 1965- ساخت اولين تاسيسات تجاري RO براي آب لب‌شور در Coalinga , CA H. 1965- توضيح مدل انتقال از طريق نفوذ در محلول توسط Lonsdale , et. al I. 1967- اولين مدول فيبر تو خالي (hollow fiber) با موفقيت به‌طور تجاري توسط DuPont تكميل گرديد J. 1968- اولين مدول مارپيچي چند لايه‌اي توسط Fluid System تكميل شد K. 1971- Richter–Hoehn از DuPont ممبرين پلي‌آميد آروماتيك را به ثبت رسانيد L. 1972- Cadotte غشاي كامپوزيتي دو رويه را تكميل نمود M. 1974- اولين تاسيسات تجاري RO براي آب دريا در Bermuda N. 1994- TriSep اولين ممبرين با قابليت رسوب‌گذاري كم را معرفي نمود O. 1995- Hydranautics اولين ممبرين پلي‌آميدي با مصرف كم انرژي را معرفي نمود P. 2002- سيستم‌هاي ممبريني Koch، اولين مدول “MegaMagnum” با قطر 18 اينچ را معرفي نمود Q. ممبرين نانوكامپوزيت با لايه‌ي نازك در UCLA تكميل شد
به‌علت اصلاحات قابل توجهي در مقدار شدت نفوذ، از اين ممبرين براي ساخت RO با قابليت‌هاي تجاري استفاده شد، زيرا شدت نفوذ در آن ده برابر شدت نفوذ در ممبرين‌هاي با مواد شناخته شده تا آن زمان بود (مانند ممبرين‌هاي Reid و Breton ). اين ممبرين‌ها در ابتدا به‌طور دستي به‌شكل ورقه‌هايي صاف قالب‌ريزي مي‌شدند. در ادامه‌ي تكامل در اين زمينه‌، ممبرين‌ها را به‌شكل لوله‌اي (tubular) قالب‌ريزي كردند. شكل 2 طرحي از لوازم قالب‌گيري لوله‌اي استفاده شده توسط Loebو Sourirajan مي‌باشد. شكل 3 چاه درپوش‌دار با كف غوطه‌ور را كه Leob و دانشجويان از آن استفاده مي‌كردند، نشان مي‌دهد، اين چاه هنوز در Boelter Hall UCLA قرار دارد. به‌دنبال Loeb و Sourirajan، محققان از سال 1960 تا حوالي 1970 پيشرفت سريعي در راه تكامل ممبرين‌هاي بادوام RO تجاري داشتند. Harry Lonsdale، U.Merten و Robert Riley مدل " محلول – نفوذ " در مورد انتقال جرم در ممبرين RO را تنظيم كردند. اگرچه بيشتر ممبرين‌ها در آن زمان از جنس استات سلولز بودند، اما اين مدل توانست داده‌هاي تجربي بسيار خوبي را ارائه دهد، حتي در مورد ممبرين‌هاي پلي‌آميدي كنوني نيز بدين‌گونه است.
شكل 2 طرحي از لوازم قالب‌گيري لوله‌اي استفاده شده توسط Loeb. با احترام Julius Glater، UCLA

شكل 3 مخزن درپوش‌دار با كف غوطه‌ور واقع در Boelter Hall كه توسط Loeb و Sourirajan براي قالب‌گيري ممبرين‌هاي استات سلولزي لوله‌اي در UCLA مورد استفاده قرار گرفت، همان‌طوري‌كه در سال 2008 ديده شد.
شكل 3

درك مكانيزم انتقال براي تكامل ممبرين‌هايي كه عملكرد اصلاح‌شده‌اي از خود نشان مي‌دادند ( از نظر شدت نفوذ و مقدار دفع )، اهميت داشت. در سال 1971، E.I.Du Pont De Nemours & Company Inc. (DuPont) يك پلي‌آميد آروماتيك خطي متصل به گروه‌هاي اسيد سولفونيك را ثبت اختراع نمودند و نام تجاري آن ‌را ممبرين PermasepTM B-9 , B-10 گذاشتند. (Permasep علامت تجاري ثبت‌شده‌ي شركت DuPont Company , Inc. Wilmington , DE مي‌باشد ). اين ممبرين‌ها نسبت به ممبرين‌هاي استات سلولز داراي شدت نفوذ آب زيادتري در فشارهاي عملياتي كمي پايين‌تر بودند. اين ممبرين‌ها به‌گونه‌اي منحصربه‌فرد قالب‌گيري شدند تا نسبت به انواع ورقه‌اي يا لوله‌اي داراي فيبرهاي توخالي ظريف‌تري باشند. تا سال 1972 كه John Cadotte در North Star Research اولين ممبرين پلي‌آميد كامپوزيتي دو رويه را تهيه نمود، ممبرين‌هاي استات سلولز و پلي‌آميد آروماتيك خطي به‌عنوان استاندارد صنعتي مورد استفاده قرار مي‌گرفتند. اين ممبرين جديد در فشار عملياتي پايين‌تر نسبت به ممبرين‌هاي استات سلولزي و پلي‌آميد آروماتيك خطي آن‌زمان، داراي عملكرد و مقدار دفع مواد حل‌شده‌ي بيشتري بود. پس از آن، Cadotte براساس واكنش فنيلن دايمان و كلرايد تريمزول، ممبرين كامپوزيتي كاملاً دو رويه‌ي آروماتيكي را تكميل نمود. اين ممبرين تبديل به استاندارد صنعتي جديد شد و امروزه نام آن FT30 است، و مبنايي براي اكثر ممبرين‌هاي Dow Water و Process Solutions’ FilmTecTM مي‌باشد ( مانند BW30 كه به‌معني ممبرين FT30 براي آب لب‌شور است (Brackish Water) و TW30 كه به‌معني ممبرين FT30 براي آب شهري است (Tap Water) و غيره ) و در مورد بسياري از ممبرين‌هاي تجاري موجود از توليدكنندگان ديگر نيز چنين مي‌باشد. (FilmTec نام تجاري توليدات شركت Dow Chemical واقع در Midland, Michigan مي‌باشد ).
ديگر مراحل تكميلي قابل توجه در فن‌آوري غشايي به‌شرح زير مي‌باشد : • 1963- اولين مدول كاربردي از نوع بافت مارپيچي در Gulf General Atomics تكميل شد. ( بعدها به Fluid Systems® تغيير نام داد و اكنون متعلق به Koch Membrane Systems , Wilmington , MA. مي‌باشد ). افزايش تراكم بسته‌بندي در مورد غشاءها در يك مدول باعث كاهش اندازه‌ي سيستم RO شد. • 1965- اولين RO تجاري براي آب لب‌شور (BWRO) در ساختمان Raintree واقع در Coalinga , California وارد خط بهره‌برداري شد. ممبرين‌هاي استات سلولز لوله‌اي در UCLA تكميل و آماده شدند و در تاسيسات مورد استفاده قرار گرفتند. علاوه بر اين، سخت‌افزار سيستم در UCLA ساخته شد و به‌تدريج به محل تاسيسات برده شد. • 1967- اولين مدول تجاري باا استفاده از ممبرين فيبر توخالي توسط DuPont تكميل شد. نوع تركيب‌بندي اين مدول به‌گونه‌اي بود كه تراكم بسته‌بندي در مدول‌هاي ممبريني آن زياد شده بود. • 1968- اولين مدول غشايي داراي بافت مارپيچي چند لايه، توسط Don Bary و سايرين از Gulf General Atomics در دسامبر 1968، تحت امتياز US با شماره‌ي 3,417,870 با نام “Reverse Osmosis Purification” تكميل شد. تركيب مارپيچي چند لايه از طريق حداقل كردن افت فشار ايجاد شده به‌وسيله‌ي جريان آب تصفيه شده، كه به‌طور مارپيچي به‌سمت لوله‌ي جمع‌آوري مركزي هدايت مي‌شود، باعث بهبود خواص مربوط به شدت جريان در مدول RO مي‌گردد. • 1978- ممبرين FT-30 براي شركت FilmTec به‌ثبت رسيد و تحت مالكيت اين شركت قرار گرفت ( اكنون متعلق به شركت Dow Chemical در Midland , MI مي‌باشد ).

توسعه و پياده سازي انواع دستگاه تصفيه آب عمدتا به سه عامل اوليه بستگي دارد: كشف آلودگي هاي موجود در آب ، صدور استانداردهاي جديد كيفيت آب و هزينه نهايي .
براي 75 سال اول اين قرن، تصفيه شيميايي، فيلتراسيون دانه گرانول و كلرينگ، تقريبا تنها فرآيندهاي تصفيه مورد استفاده در دستگاه هاي تصفيه آب شهري بود. با گذشت 20 سال ، تغييرات چشمگيري در رويكرد صنعت آب به ويژه در تصفيه آب بوجود آمد كه در آن تاسيسات آب شروع به جداسازي فن آوري هاي جايگزين براي تصفيه سنتي تصفيه و تصفيه به روش كلر زني كرده اند. در اين مقاله 9 فناوري جديد در تصفيه آب آشاميدني مورد بررسي قرار مي گيرد .
تصفيه آب با فناوري نانو
در سال، 2014، فردي به Nano Sun از دانشگاه Nanyang سنگاپور يك فيلتر تصفيه آب چند منظوره را توليد و توسعه داد. آخرين تكنولوژي فيلتر آب، از فناوري نانو دي اكسيد تيتانيوم به جاي فيلتراسيون بر پايه پليمر استفاده مي كند.
اين عمل براي انسان هاي عادي مانند ما بسيار علمي به نظر مي رسد، اما بسيار ساده است، اين فيلتر باكتري ها را نابود كرده و تركيبات آلي را با استفاده از اشعه ماوراء بنفش، و يا همان، خورشيد از هم مي شكند. علاوه بر اين، اين روش ادعا دارد بسيار دوستدار محيط زيست است زيرا انباشت ميكروارگانيسم هاي زيستي را كه معمولا در سطوح مرطوب رشد مي كند را كاهش مي دهد.
1. Lifestraw
فن آوري هاي فيلترهاي آبي محدود به كشورهاي در حال توسعه نيست. همانطور كه قبلا ذكر شد، اين فناوري ها به دليل افزايش نياز به آنها و هم اينكه در كشورهاي توسعه نيافته نيز نياز به ابزارهاي ارزان تر براي بهبود آب وجود دارد بيشتر نمايان شده اند. يكي از اين فناوري ها Lifestraw است كه در سال 2008 براي استفاده هاي خانگي معرفي شد.
در معناي ساده اين روش براي استفاده فردي طراحي شده است. به اين صورت كه در داخل آن 2 فيلتر قرار گرفته است، يك فيلتر غشا و فيلتر زغالي. اين دو فيلتر آب را در حالي كه آن را به سمت بالا مكيده تصفيه مي كنند. به همين دليل استفاده از آن بسيار آسان است.
2. فن آوري تصفيه آب فوتوكاتاليست
اين فن آوري فيلتر آب كه با استفاده از فوتوكاتاليست ها و اشعه هاي UV كه از نور خورشيد ميگيرد به سم زدايي آب آلوده در سرعت هاي بالا مي پردازد، در سال 2014 در توكيو معرفي شد. براي درك بهتر فوتوكاتاليست ها ، به پروژه علمي خود در مدرسه بر روي كلروفيل فكر كنيد؛ زيرا كلروفيل با استفاده از نور خورشيد فعال مي شود.
در تكنولوژي تصفيه فتوكاتاليتي، واكنش يكسان است، از اشعه ماوراء بنفش خورشيد براي تميز كردن آب استفاده مي شود. اين فرايند توسط پاناسونيك تصويب شده و ادعا مي كند كه آرسنيك و باكتري هاي موجود در آب را از بين مي برد.
3. فناوري ريزلوله هاي آكوستيك
اگر فكر ميكنيد كه ناسا تنها به رويدادهاي خارج از سياره نظارت دارد اشتباه مي كنيد. زيرا آنها به اتفاقات درون سياره اي نيزنظارت دارند، آنها در مورد هر چيزي كه به پايداري سيستم زيست محيطي كمك مي كند، وارد مي شوند. در اين مورد، مركز فضايي جانسون ناسا تكنولوژي Acoustics Nanotube را براي از بين بردن آلاينده ها در آب به منظور توليد آب آشاميدني سالم، به عنوان يكي از مشاركت ناسا در فن آوري هاي تصفيه آب توسعه داده است.
اين نوآوري هنوز هم از يك غربال استفاده مي كند، اما بر خلاف ساير انواع فيلتراسيون، اين يك غربال مولكولي عميق است كه درون نانولوله هايي با قطر كوچك تعبيه شده است. اين پيشرفت تكنولوژيكي در فيلتر كردن آب، بر خلاف ساير روش ها، آب را از آلاينده ها دور مي كند. اين تكنولوژي در سال 2009 گزارش شده است.
4. سيستم SunSpring
در سال 2014، EaglefordTexas.com گزارش داد كه شركتي در كلرادو يك دستگاه تصفيه آب را طراحي كرده است كه مي تواند تا روزانه 5000 گالن آب را فقط با يك باتري كه از انرژي هاي تجديد پذير استفاده مي كند، را تميز كند.
اين دستگاه تصفيه آب SunSpring ناميده مي شود. اين سيستم با استفاده از يك غشاي هفت مايل كه ضخامت 0.02 ميكرون دارد، وظيفه از بين بردن سموم ميكروبيولوژيكي را دارا هستند.
5. Tata Swach
Tata Swach كه در سال 2009 توسط Tata Chemicals و Tata Data Research Center راه اندازي شده ، به گونه اي طراحي شده است كه خانواده هاي كم درآمد را براي عمل تصفيه آب مورد هدف قرار مي دهد. در ابتدا هدف قرار دادن خانواده هاي كم درآمد در هند بود، اين تصفيه كننده آب از خاكستر پوسته برنج و نانو نقره براي كشتن بيماري هايي كه باعث ايجاد ميكروب ها و باكتري ها مي شود، استفاده مي كند. اين آخرين فناوري بود كه در سال گذشته به نمايش گذاشته شده و ادعا مي كند كه بتواند هر روز 3-4 ليتر آب را پاك كند. اين عمل براي دستگاه آشپزخانه خانگي بد نيست!
6. سيستم فيلترهاي زيستي Euglena
يوگلنا يك گياه آبزي است كه آلودگي هاي آب را جذب مي كند. با استفاده از اين ويژگي، Noble Purification يك سيستم تصفيه براي درمان آب توليد كرده است. كه در سال گذشته راه اندازي شد، اين كشف فن آوري تصفيه آب، از جلبك هاي كنترل شده براي پرورش در فاضلاب استفاده مي كند كه سموم را از آب جذب مي كند.
7. نور خورشيد و موادي با تكنولوژي بالا
آنه مورريزي و تيم او در دانشگاه ايالتي دوبلين، يكي از تكنيك هاي تصفيه آب را با استفاده از نور خورشيد در ماه مارس 2014 اعلام كردند كه در آن يك فرآيند جديد براي تميز كردن آب توليد شده است. كه از نور خورشيد به عنوان يكي از اصلي ترين "كارگران" در اين فرآيند استفاده ميكند، همچنين از TiO2 و گرافن نيز در اين روش استفاده مي شود.

8. فرايند پاكسازي بيولوژيكي Grundfos
همانطور كه از نامش بر مي آيد، اين فرآيند جديد كه راه را براي درمان فاضلاب در بيمارستان ها در بر مي گيرد، يك پروژه با استفاده از Grundfos است. اگر چه يك پروژه آزمايشي در بيمارستان Herlev بود ، اما در حال حاضر تبديل به يك پروژه بين المللي شده است. تصفيه تحت فرايند بيولوژيكي قرار مي گيرد و از طريق غشاي فيلتراسيون سراميكي و پرداخت نهايي توسط كربن و ازن مي گذرد.