ممبران های اسمز معکوس دیسک (DTRO:disc tube reverse osmosis) و ممبران های لوله ای فاصله دار(STRO: space tube reverse osmosis) دو تکنولوژی نوین و پیشرفته جهت تصفیه آب و پساب هایی هستند که تصفیه آنها به روش های معمول با چالش های زیادی مواجه است. این دو ممبران با وجود تفاوت هایی در نوع طراحی معمولا در کنار هم نام برده می شوند چون از لحاظ عملکرد و نوع تکنولوژی به کار رفته با هم شباهت های زیادی دارند. هر دو این ماژول ها از یک لایه بسیار نازک غشایی با خاصیت نیمه تراوایی بسیار دقیق و کارآمد تشکیل شده اند که در حین عبور مناسب آب، فاکتورهای آلودگی را به خوبی گیر انداخته و از جریان آب جدا می کنند.
مهمترین کاربرد هر دوی این ممبران ها در تصفیه شیرابه های پسماندهای موجود در زمین های دفن زباله است که میزان غلظت آلودگی در آنها بسیار بالاتر از حد معمول می باشد. در این جا به بررسی ساختار و تکنولوژی این دو ممبران و مقایسه آنها با یکدیگر می پردازیم:
ممبران اسمز معکوس دیسک(DTRO):
این ممبران ها به دلیل ساختار خاص خود ضد رسوب بوده و به طور اختصاصی برای تصفیه فاضلاب هایی با غلظت بسیار بالای آلودگی طراحی و ساخته شده اند. کانال باز ورودی از ایجاد گرفتگی جلوگیری کرده و همچنین دیسک های آب دوست با ساختار محدب شکل خود جریان آب را به نحوی هدایت می کنند که از ایجاد گرفتگی در اطراف منافذ غشا و وقوع فرآیند پلاریزاسیون (قطبش غلظت) بر روی سطح آنها جلوگیری می کنند. ساختار ممبران های DTRO به نحوی طراحی شده که جداسازی و سرهم بندی قطعات آن به سادگی انجام گرفته و در صورتی که دیسک یا قطعه ای نیاز به تعویض داشته باشد می توان این کار را به راحتی انجام داد.
ممبران های اسمز معکوس دیسک یک روش با راندمان بسیار بالا و مقرون به صرفه برای نمک زدایی از مایعات، خالص سازی و کاهش دهنده COD پساب های بسیار آلوده می باشد. استفاده از این ممبران ها سالانه به طور چشمگیری افزایش یافته و هم اکنون هزاران پروژه صنعتی و زیست محیطی توسط این روش در حال انجام است.
ساختار ماژول اسمز معکوس دیسک (DTRO):
با توجه به ابعاد ماژول، حدود دویست تا هزار دیسک در یک برج واحد و به صورت عمودی در کنار یکدیگر قرار می گیرند. درون هر دیسک نیز یک غشای نازک جهت فیلتراسیون آب وجود دارد.
شکل زیر قسمت های مختلف یک ماژول اسمز معکوس دیسک (DTRO) را نشان می دهد:
فاصله دهنده های میله ای نقش ایجاد فضا بین ممبران و دیسک ها را دارند. فلنج های اتصال، قطعات مختلف ماژول را محکم بهم وصل کرده و اجزای ماژول را نیز آب بندی می کنند. این قطعات نقش بسیار مهمی را برای جلوگیری از نشت آب و سایر سیالات به درون ماژول ایفا می کنند. وظیفه مهم دیگر این فلنج ها توزیع یکنواخت فشار در بین قطعات ماژول بوده که مانع آسیب به اجزای ماژول تحت فشارهای هیدرولیکی می شود. فلنج های انتهایی، ماژول را به لوله ها و سایر اجزای سیستم تصفیه متصل می کند. برای مثال اتصال لوله های خروجی ماژول با کانال های آب پرمیت و پساب با استفاده از این سیستم ها امکان پذیر بوده و این جریانات به این ترتیب به بیرون ماژول هدایت می شوند. تصویر زیر انواع فلنج های مورد استفاده در صنعت را نشان می دهد:
تای رادها قطعات مهم دیگری در ماژول ها هستند که وظایف مختلفی دارند از جمله اینکه به توزیع فشار و جلوگیری از آسیب به قطعات کمک میکنند. آب بندی قطعات و و حفظ فاصله مناسب بین قطعات از وظایف دیگر تارادها می باشد.
مخزن تحت فشار نقش حیاتی را در محافظت از قطعات، ایجاد فشار ثابت و یکنواخت در ماژول، جذب شوک های فشار و جلوگیری از نوسانات فشار ایفا می کند .
دیسک ها نیز ساختار مخصوص به خود را دارند. هر دیسک از از خارج به داخل از یک پوسته محدبی شکل، لایه پرزدار و غشای نیمه تراوای نازک تشکیل شده است.
لایه پرزدار یک لایه شبکه ای و توری مانند است که از جنس پلی پروپیلن یا پلی استر بوده و کل غشای نیمه تراوا را تحت پوشش قرار میدهد. این لایه از غشای نیمه تراوا که بسیار نازک و شکننده است محافظت کرده و از آسیب رسیدن به آن جلوگیری می کند. این لایه همچنین به توزیع یکنواخت آب در سطح غشا و جلوگیری از تجمع رسوبات بر روی غشا جلوگیری کرده و با ایجاد سطحی ناهموار میزان سطح تماس بین آب ورودی و غشا را افزایش میدهد.
جنس غشای به کار برده شده در این دیسک ها معمولا از پلیمر پلی آمید بوده که مقاومت مناسبی در شرایط مختلف شیمیایی و فیزیکی از خود نشان می دهد و قابل استفاده در هر دو محیط اسیدی و قلیایی می باشد.
لبه جوش خورده به محل اتصال غشای پلی آمیدی و لایه ی پرزدار گفته می شود. این قسمت بسیار محکم بوده و با اب بندی مناسب از تراوش آب و آلودگی های موجود در جریان ورودی به سایر قسمت های دستگاه جلوگیری می کند. همچنین طراحی آن به نحوی است که به توزیع فشار در دیسک کمک می کند.
نحوه عملکرد ممبران اسمز معکوس دیسک(DTRO)
تصفیه آب در ماژول های ممبران اسمز معکوس دیسک با سایر فیلترهای اسمز معکوس تفاوت های زیادی دارد. این ممبران یک تکنولوژی نوین محسوب شده و کارایی بالایی در تصفیه پساب های بسیار آلوده دارد. در ابتدا آب/پساب از طریق فلنج ورودی به سیستم راه پیدا میکند. هر فلنج دارای 8 کانال است که از طریق آنها آب وارد اولین دیسک می شود.
سپس آب از طریق شکاف مرکزی به سایر دیسک ها راه پیدا میکند
بعد از آن، آب وارد غشای داخل دیسک ها شده و عمل فیلتراسیون صورت می گیرد و سپس آب پرمیت از طریق کانال های مخصوصی جمع آوری شده و به لوله ای هدایت می شوند که آب پرمیت را از سیستم خارج می کند. مواد دفعی نیز از طریق کانال های دیگری جمع آوری شده و از سیستم خارج می شوند
برای آشنایی بهتر برای عملکرد ممبران های اسمز معکوس دیسک ویدیو زیر را مشاهده کنید
مزایای ممبران اسمز معکوس دیسک(DTRO)
از آنجایی که این ممبران ها نسبت با سایر غشاها میزان رسوب گیری بسیار پایین تری دارند،از آنها می توان برای تصفیه پساب های بسیار آلوده استفاده کرد. دلیل عدم گرفتگی این ممبران ها به دلیل ساختار منحصر به فرد دیسک هاست که باعث ایجاد تلاطم زیاد آب در حین فرایندهای تصفیه می شود. این تلاطم از ایجاد پلاریزاسیون و رسوب بر روی غشا جلوگیری می کند. دلایل دیگر این موضوع کانال های بزرگ برای عبور آب و نیروی برشی موجود در ماژول به دلیل ساختار دیسک هاست که به تمیز شدن مداوم غشاها با وجود آب پرتلاطم کمک زیادی می کند.
سطح فعال ماژول های DTRO جهت فرآیند فیلتراسیون در مقایسه با سایر موارد بسیار بالاست و به 9 متر مربع می رسد. این موضوع راندمان این ممبران ها را تا 2 برابر بیشتر از غشاهای spiral wound در شیرین سازی آبهای دریا می کند.
میزان تحمل فشار در ممبران اسمز معکوس دیسک بسیار بالاست و می توان میزان فشار عملیات را تنظیم کرد.همچنین تمام عملیات فیلترهای DTRO به صورت خودکار انجام شده و جداسازی و سرهم بندی قطعات جهت تعمیر و نگهداری به سهولت انجام میگیرد.
کاربرد ممبران اسمز معکوس دیسک (DTRO)
با توجه مزایا، قابلیت و راندمان بالای این غشاها از آنها می توان برای تصفیه پساب هایی حاوی انواع فاکتورهای آلودگی و پیچیده استفاده کرد. این ممبرانها برای تصفیه پساب هایی با غلظت زیاد مواد معلق بسیار مناسب است. پرچالش ترین پساب های این دسته شیرابه های زمین های دفن زباله می باشد که مهمترین کاربرد این غشاها، تصفیه شیرابه های پسماندها است که غلظت آلودگی مواد آلی در آنها بسیار بالا است. کاربردهای دیگر فیلترهای DTRO شامل موارد زیر می باشد:
● شیرین سازی آب دریا
● بازیابی مواد ارزشمند از پساب های صنعتی
● سولفورزدایی: حذف سولفور از فاضلاب و یا جداسازی آن از نفت خام برای تولید سوخت های فاقد سولفور
● مناسب سیستم های تصفیه بدون پسماند مایع(ZLD:Zero Liquid Discharge).در این سیستم ها پساب ورودی بایستی به طور کامل تصفیه شود به طوری که خروجی آن بدون هیچ گونه فاضلاب مایع باشد.
استفاده از این فناوری نوین به دلیل مزیت های زیاد، راندمان بالا و قابلیت استفاده در طیف وسیعی از صنایع رو به افزایش بوده و نتایج خوبی را از عملکرد خود نشان داده است.