غشاهای مورد استفاده در سیستم های اسمز معکوس

برای تهیه آب خالص، عموماً از دو غشای سلولز استات (CA) و پلی آمید (PA) استفاده می‌شود که هر دو پلیمری میباشند. نوع سوم غشاء که در سالهای اخیر مرسوم شده است، پلی سولفان باردار (PS) میباشد.

سلولز استات

غشای سلولز استات، اولین نوع غشائی است که به نحو گستردهای در آرایش حلزونی مورد استفاده قرار گرفت. این غشاء مقاومت بالایی به کلر آزاد از خود نشان داد و تا زمان دستیابی به غشاء فیلم- نازک پلی آمیدی تنها غشاء انتخابی برای کاربردهای مختلف RO بود. غشای سلولز استات بدون بار است. بدین معنا که حلقه‌های انتهایی پلیمر به شدت قطبی نیستند و این یک مزیت نسبت به سایر غشاها نظیر پلی‌اَمید و پلی سولفان باردار است. زیرا بسیار کمتر از آنها احتمال جذب ذرات باردار عامل فولینگ روی غشاء CA وجود دارد. در غشای سلولز استات، سطحی که در معرض آب خوراک قرار دارد بسیار نازک و شبیه به یک لایه صاف است که چرم و یا پوست نامیده می‌شود.

از این پوسته، غشاء به داخل ساختار متخلخل محافظ غشاء شاخه شاخه میشود. همچنین به نظر می‌رسد که سطح صاف و نرم لایههای این پوسته به مقاومت غشاء CA در مقابل گرفتگی کمک مینماید. مهمترین فاکتور کنترلی برای غشای سلولزاستات، PH میباشد. غشای سلولزاستات با گذشت زمان، هیدرولیز خواهد شد. در این حالت، غشا خاصیت دفع نمک را از دست خواهد داد. سرعت تخریب تابعی از دما و PH میباشد. همچنین با تغییر شرایط خصوصاً مقدار pH یک تغییر فوق العاده زیاد در نرخ هیدرولیز غشاء بوجود میآید.جهت کاهش سرعت هیدرولیز غشای سلولزاستات، بیشتر سیستم‌های محتوی این نوع غشا، جهت کاهش PH از اسید استفاده می‌کنند.

PH مطلوب حدود 8/4 است، تنظیم PH به مقدار کمتر از 5/6، سرعت هیدرولیز سلولز استات (CA) را به حداقل می‌رساند به طوری که غشا، حداقل سه سال کارآیی خواهد داشت.

نخستین غشاء های CA از جنس سلولز دی استات ساخته میشدند. در تجربه های بعد، با اختلاط آن با سلولز تری استات در کارائی آن بهبود بوجود آورند. این غشاء مختلط CA نرخ جریان محصول بالاتر و مقاومت بهتر در مقابل حمله باکتریها و نرخ هیدرولیز کمتر را دارا بودن. تقریباً همه المنتهای با غشاء CA که امروزه در بازار هستند از جنس CA مختلط ساخته میشوند.

غشاهای سلولز استات توانائی بالاتری در تحمل مواد اکسید کننده نظر کلر آزاد و کلروآمینها نسبت به دیگر انواع غشاءها دارا میباشد. در نتیجه انتخاب یک سیستم غشائی با غشاء سلولز استات برای استفاده در جاهایی که پتانسیل بالائی بیوفولینگ (گرفتگی بیولوژیکی) دارد، بسیار مناسب میباشد. زیرا در این موارد امکان تزریق کلر تا غلظت ppm1 به آب خوراک RO به منظور کاهش رشد مواد بیولوژیکی بدون تغییر در عمر مورد نظر غشا امکان پذیر میباشد.

غشاء پلی‌اَمیدی

مقبولیت استفاده از غشاهای پلی‌آمید به سبب شار بالای محصول عبوری از آنها رو به افزایش میباشد. غشای پلی‌آمید در ابتدا با آرایش الیاف توخالی غشا مورد استفاده قرار گرفت. ساختمان شیمیایی آن از پلی‌امید آروماتیک خطی است که میتواند به شکل تارهای پوک بسیار ریز، قالب پذیرد. غشای پلی آمید که با آرایش حلزونی مورد استفاده قرار می‌گیرد از لایه نازک پلی امید آروماتیک ساخته شده که به شکل فرعی پلی سولفان با جرم حجمی کم درآمده است. این نوع خاص از غشا، لایه نازک نامیده می‌شود. ساختمان شیمیایی این غشا، چلیپایی است که در مقابل عوامل اکسید کننده مقاومت بیشتری دارد. غشای پلی آمید لایه نازک، اساساً دارای شار بیشتری نسبت به سلولزاستات است و این امر سبب میگردد تا فشار راهبری سیستم اسمز معکوس برای غشای پلی امید نیمی از فشار غشای سلولزاستات باشد و دفع نمک بهترصورت پذیرد. این بدین معنا است که یک سیستم RO با استفاده از غشای لایه نازک نیمی از انرژی سیستم RO با غشای سلولز استات را مصرف می‌کند.

به دلیل نیاز به اتصالات و لوله های با تحمل فشار کمتر، هزینه سرمایه گذاری اولیه دستگاه های سیستم RO با غشای لایه‌ی نازک معمولاً از نوع مشابه آن با غشای سلولز استات ارزانتر میباشد.

غشای پلی‌آمید به عوامل اکسید کننده نظیر کلر آزاد یا یُد آزاد، بسیار حساس است. بدین معنا که اگر در آب خوراک سیستم، کلر آزاد وجود دارد باید توسط یک عامل احیا کننده، نظیر بی‌سولفیت سدیم، یا با عبور آب خوراک از کربن فیلتر، کلر آزاد از میان برداشته شود.

به محض حذف عامل اکسید کننده از نوع بایو سایدی در آب خوراک، احتمال فعالیت بیولوژیکی و متعاقب آن، گرفتگی غشا بیشتر خواهد شد. در مورد بسیاری از آبهای سطحی و بعضی از چاههای آب، رشد بیولوژیکی موجب غیرقابل استفاده شدن غشای PA می‌شود؛ مخصوصاً اگر از سیستم به تناوب استفاده شود.

غشای پلی آمید لایه‌ نازک که غالباً در صنایع تصفیه آب مورد استفاده قرار می‌گیرد، دارای مشخصات بار منفی است. در بعضی از منابع آب، این بار منفی سایر ذرات را که موجب گرفتگی شده‌اند، جذب می‌کند. همچنین در سیستم شستشوی شیمیائی برای جمع آوری مواد از سطح غشاء باید از مواد شیمیائی هم بار با غشا استفاده شود. به عنوان مثال فقط باید از فعال کننده های سطحی آنیونی برای شستشوی سیستم با غشاء آنیونی استفاده نمود.

غشای پلی اَمید برای آب دریا

غشاهای مخصوص از جنس PA برای نمک زدائی از آب دریا و سایر کاربردهایی که نیاز به فشار بالا دارند، مورد استفاده قرار میگیرند. این نوع المنت های غشا از یک لایه ضخیم‌تر پلی‌آمید استفاده می‌کنند. میزان شار آب محصول با وجود لایه ضخیم تر غشاء کمتر است، اما دفع نمک، بهتر صورت می‌گیرد. کاربرد غشای پلی آمید برای آب دریا مزایایی دارد و نیز برای کاربردهایی غیر از آب دریا مناسب است. افزایش دور ریز املاح موجب بهبود کیفیت آب محصول می‌شود. همچنین، کاهش شار محصول می‌تواند به کاهش پتانسیل گرفتگی غشا کمک کند.

پایین بودن فشار اُسمزی در ابتدای مرحله در صورت استفاده از المنت غشای پلی آمید مخصوص آب دریا، موجب افزایش بیش از حد آب محصول می‌شود. المنتهای با غشاء مخصوص را میتوان جهت نرخ شار و موازنه بیشتر در عرض سیستم RO و کاهش نرخ گرفتگی در مراحل انتهائی مصرف نمود.