مفهوم ریکاوری در تصفیه آب صنعتی چیست و چه تفاوتی با ریسایکل دارد؟
در بسیاری از مصارف تصفیه آب از جمله کشاورزی، آبیاری، تامین آب آشامیدنی، فرآیندهای صنعتی و سایر مواردی از این دست از ریکاوری آب و ریسایکل آب به عنوان دو روش اصلی برای استفاده مجدد حداکثری از آب استفاده می‌شود. همانطور که مشخص است، به علت کمبود منابع آبی در ایران و بسیاری نقاط دیگر جهان، استفاده مجدد حداکثری از آب در دستگاه‌های تصفیه آب صنعتی و حتی تصفیه آب دریا می‌تواند به عنوان تضمینی جهت پایداری منابع آبی عمل کرده و همچنین به سلامت محیط زیست کمک شایانی کند. از این دو روش به عنوان جایگزین مناسبی برای منابع آب موجود و افزایش امنیت، پایداری و انعطاف پذیری آب استفاده می‌شود. معمولا فرآیند استفاده مجدد حداکثری از آب به دو صورت انجام می‌شود:
• حالت اول، ریسایکل یا بازیافت: درصدی از پساب تصفیه آب صنعتی مجدد به سمت پیش تصفیه دستگاه هدایت شده و دوباره به عنوان آب خام یا اصطلاحا آب خوراک وارد ممبران‌ها شده و تصفیه می‌شود. در این حالت دور ریز آب یا همان پساب کاهش می‌یابد. در این روش معمولا 10 تا حداکثر 20 درصد آب می‌تواند بازیافت یا ریسایکل آب شود. منبع آب سیستم از قبل مورد استفاده قرار گرفته و دوباره به کار گرفته می‌شود؛ مثل فاضلاب صنایع که به رودخانه ریخته شده و مجددا تصفیه شده و از آن استفاده می‌شود.
• درحالت دوم یعنی ریکاوری، به طور دقیق نسبت آب تولید به پساب توسط نرم افزارهای مخصوص مانند روزا یا ویو مشخص می‌شود که غالبا بین محدوده 40 تا حداکثر 80 درصد تنظیم خواهد شد. هرچقدر ریکاوری آب بالاتر باشد، دوریز آب کاهش می‌یابد. ریکاوری در این مورد از یک محدوده مشخص نمی‌تواند افزایش یابد زیرا به سلامت ممبران‌ها و عملکرد دستگاه تصفیه آب صنعتی آسیب وارد شده و یا سیستم دچار اختلال عملکرد می‌شود. سیستم تصفیه و بازیافت آب از قبل برنامه‌ریزی شده و مقدار مصرف آب و انرژی را تا سطح زیادی کاهش پیدا می‌کند. مفاهیمی مثل ریکاوری آب و ریسایکل آب نیز در این دسته قرار می‌گیرند که در ادامه به بررسی آن‌ها می‌پردازیم.
ریکاوری در سیستم اسمز معکوس
ریکاوری آب یک عبارت فنی است که نشان می‌دهد چه مقدار از آب ورودی به دستگاه تبدیل به آب خروجی یا پرمیت می‌شود. به عبارت دیگر، ریکاوری نسبت آب پرمیت به آب ورودی به دستگاه تصفیه آب است. برای مثال، اگر 100 لیتر آب ورودی به دستگاه بدهید و 50 لیتر آب پرمیت تحویل بگیرید، ریکاوری شما 50 درصد خواهد بود.
ریکاوری به عوامل مختلفی بستگی دارد. از جمله این عوامل می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
• فشار
• دما
• کدورت
• نوع غشاء
• تعداد مراحل سیستم تصفیه آب
ریکاوری بالاتر به معنای کارآمدتر بودن دستگاه است اما همچنین ممکن است باعث افزایش رسوبات و آلودگی‌های غشاء شود. بنابراین باید یک تعادل مناسب بین ریکاوری و کارایی غشاء انتخاب کرد. نرخ بازیابی یا ریکاوری آب در سیستم اسمز معکوس عمدتاً تحت تأثیر کیفیت آب ورودی است. آلاینده‌های آب معمولا شامل نمک‌های معدنی و آلی هستند که می‌توانند تغییراتی را در سیستم تصفیه آب ایجاد کنند. این آلاینده‌ها فشار اسمزی را افزایش داده و غشاهای سیستم را آلوده می‌کنند.
آب را می‌توان با توجه به کل جامدات محلول (TDS) در آن به دسته‌های زیر طبقه بندی کرد:
• مقدار قابل شرب کمتر از 500
• آب شیرین (تصفیه نشده) <1500
• آب شور (BW) 1500-5000
• آب شور > 5000
• آب دریا (SW) > 25000
بنابراین هرچه TDS کمتری داشته باشید، به فشار کمتری نیاز دارید تا آب را از میان منافذ غشاهای RO عبور دهید. به همین دلیل است که ممبران آب لب شور BWRO می‌تواند تا 70 الی 97٪ نرخ ریکاوری (به ویژه با پیکربندی سیستم‌های نوین) داشته باشد ولی ممبران SWRO به 35-45٪ محدود شده است. اگر فشار زیادی به غشا وارد کنید، ممکن است نمک‌های فوق اشباع در آن رسوب کنند. همچنین این احتمال نیز وجود دارد که در محدودیت فشار بالا (85bar)، غشا قادر به تحمل نبوده و باعث ترکیدگی آن شود.
ریسایکل در دستگاه تصفیه آب RO
ریسایکل آب روشی برای کاهش مصرف آب و افزایش ریکاوری آب در دستگاه تصفیه آب اسمز معکوس یا RO است. در این روش بخشی از آب تلغیظ شده یا پساب که از غشا خارج شده است، به عنوان آب ورودی دوباره به دستگاه فرستاده می‌شود. این کار باعث شده تا آب ورودی دارای میزان کدورت بیشتری باشد. بنابراین ریسایکل، یک راه‌حل مناسب برای بهبود کارآمد بودن سیستم و صرفه‌جویی در مصرف آب است. با این وجود، این فرآیند نیز دارای محدودیت‌های خاصی در سیستم تصفیه آب است. برای مثال هنگامی که میزان غلظت آب تلغیظ شده بسیار بالا باشد، رسوبات و آلودگی در فیلتر ممبران نیز افزایش پیدا می‌کند.
برای عملکرد بهتر سیستم ریسایکل در تصفیه آب صنعتی، لازم است تا مقدار حداکثر ریسایکل برای سیستم تعریف شده و چون این فرآیند در کیفیت آب تاثیر دارد، باید حداقل میزان کیفیت آب پرمیت نیز تعیین شود. در نتیجه کدورت آب و میزان کیفیت آب پرمیت به عنوان دو پارامتر اصلی برای طراحی سیستم‌های تصفیه آب دارای ریسایکل شناخته می‌شوند.
نقش رسوب‌گیری در افزایش نرخ ریکاوری سیستم اسمز معکوس
آنیون‌ها و کاتیون‌های ایجاد کننده TDS موجب پوسته پوسته شدن سطح غشا می‌شوند. این امر به دلیل پدیده ای به نام خوردگی اتفاق می‌افتد زیرا غلظت آلاینده‌ها در نزدیکی سطح غشا زیاد است. غلظت 20 درصدی نیز ممکن است منجر به تشکیل کریستال و در نتیجه پوسته پوسته شدن شود. این امر باعث می‌شود:
• فشار دیفرانسیل (ΔP) افزایش یافته
• جریان نفوذ کمتر شده
• و در نتیجه کیفیت نفوذ کاهش پیدا کند.
مواد ارگانیک لایه‌ای در بالای غشاها (بیوفیلم) ایجاد می‌کنند که اثراتی مشابه پوسته پوسته شدن دارد. برخی از رسوبات همچنین می‌توانند به خود غشا آسیب فیزیکی وارد کرده و در نتیجه عملکرد و طول عمر آن را کاهش دهند.
جرم گیری و رسوب زیستی از جمله مهمترین دلایلی هستند که قبل از رسیدن آب تغذیه به غشاها، مرحله پیش تصفیه اعمال می‌شود. با این وجود به طور کلی این فرآیند توسط فیلتراسیون کارتریجی، جذب، تنظیم pH و مواد شیمیایی ضد رسوب انجام می‌شود. همچنین از پاک‌کننده‌های شیمیایی (CIP) نیز به این منظور استفاده می‌شود. برای غلبه بر محدودیت‌های نمک‌زدایی، چند ترفند ساده وجود دارد که می‌توان آن‌ها را به شکل زیر طبقه‌بندی کرد:
• بهبود پیش تصفیه آب خوراک
• تکنولوژی غشاء و فرآیندهای غشایی پیشرفته
• تنظیمات جریان جدید
