تحقیق در مورد فرآیندهای تصفیه آب خانگی بر اساس غشاهای نانوفیلتراسیون کم فشار-

با بهبود مستمر استانداردهای زندگی و افزایش آگاهی عمومی از سلامت، سیستم‌های تصفیه آب خانگی از فیلتراسیون اولیه به سمت راه‌حل‌های تصفیه تصفیه‌شده‌تر تغییر می‌کنند که بر حذف آلاینده‌ها و حفظ مواد معدنی تأکید دارند. غشاهای نانوفیلتراسیون با فشار کم (LPNF)، به عنوان یک فناوری پیشرفته جداسازی غشایی، به دلیل عملکرد جداسازی انتخابی و فشار عملیاتی نسبتا پایین، مزایای قابل توجه و پتانسیل کاربردی قوی در تصفیه آب خانگی را نشان داده‌اند.

غشاهای نانوفیلتراسیون کم فشار-از نظر خصوصیات جداسازی بین اولترافیلتراسیون و اسمز معکوس عمل می کنند. آنها می توانند به طور موثر یون های چند ظرفیتی را حذف کنند، تا حدی یون های تک ظرفیتی، مواد آلی و میکروارگانیسم ها را تحت فشار عملکرد نسبتا کم حذف کنند، در حالی که بخشی از مواد معدنی مفید را در آب حفظ کنند. در مقایسه با فناوری اسمز معکوس مرسوم، نانوفیلتراسیون با فشار کم{3} تاکید بیشتری بر حفظ تعادل مواد معدنی و بهبود طعم آب آشامیدنی دارد و آن را به یک جهت فنی مهم برای تصفیه آب خانگی مدرن تبدیل می‌کند.

در کاربردهای مسکونی، غشاهای نانوفیلتراسیون با فشار کم{0} می‌توانند به طور موثری سختی آب، فلزات سنگین و آلاینده‌های آلی را کاهش دهند و در عین حال وابستگی به افزودنی‌های شیمیایی را به حداقل برسانند. این امر خطر آلودگی ثانویه را کاهش می دهد و با اصول تصفیه آب سبز، انرژی{2} کارآمد و پایدار همسو می شود.

برای ارزیابی جامع عملکرد تصفیه غشاهای نانوفیلتراسیون کم فشار{{0}در شرایط عملیاتی، مطالعات از سیستم‌های فیلتراسیون ثابت-فشار مسطح-صفحه متقاطع{3}} استفاده کرده‌اند. آزمایش‌ها در فشار ورودی غشاء تقریباً 0.5 مگاپاسکال، با تجزیه و تحلیل مقایسه‌ای در شرایط مختلف کیفیت آب فصلی انجام شد. نتایج نشان می‌دهد که غشاهای نانوفیلتراسیون با فشار کم می‌توانند شار نفوذ پایدار و حذف موثر آلاینده‌ها را حتی تحت فشار{8} پایین حفظ کنند.

یک نوآوری کلیدی این تحقیق در استفاده از فیلتراسیون ثابت-جریان مسطح-صفحه متقاطع- است. در مقایسه با فن‌آوری‌های معمولی تصفیه خانگی، این رویکرد به طور موثر رسوب غشاء را از طریق شرایط هیدرودینامیکی بهینه و استراتژی‌های تمیز کردن شیمیایی هدفمند کاهش می‌دهد، در نتیجه کاهش عملکرد و افزایش عمر مفید غشا را کاهش می‌دهد.

یک سیستم تصفیه آب با نانوفیلتراسیون کم فشار معمولی از سه مرحله اصلی تشکیل شده است: پیش تصفیه، فیلتراسیون غشایی، و تصفیه پس{1}. آب خام ابتدا از واحد پیش تصفیه عبور می کند، جایی که جامدات معلق، کلوئیدها و بخشی از بار میکروبی حذف می شوند تا کدورت و محتوای آلی کاهش یابد. روش‌های متداول پیش تصفیه شامل پیش{4}}اکسیداسیون، انعقاد و ته نشینی است که به محافظت از غشا و تضمین عملکرد سیستم پایدار کمک می‌کند.

در طول مرحله فیلتراسیون غشایی، آب با فشار از طریق غشای نانوفیلتراسیون کم فشار- هدایت می‌شود و به جداسازی انتخابی مواد محلول دست می‌یابد. این سیستم دو جریان تولید می کند: نفوذ (آب تصفیه شده) و کنسانتره (آب نمک). تراوش معمولاً استانداردهای کیفیت آب آشامیدنی را برآورده می کند، در حالی که کنسانتره حاوی غلظت های بالاتری از آلاینده های باقی مانده است و بر این اساس تخلیه می شود. از آنجایی که شستشوی معکوس معمولاً در سیستم‌های نانوفیلتراسیون اعمال نمی‌شود، کنترل رسوب غشایی عمدتاً بر بهینه‌سازی عملیاتی و تمیز کردن دوره‌ای شیمیایی متکی است.

تغییرات در مقاومت غشا یک شاخص مهم برای ایجاد رسوب است. با گذشت زمان، سطوح غشاء به تدریج مواد آلی طبیعی، آلاینده‌های آلی و یون‌های باردار را انباشته می‌کنند و لایه‌های رسوب‌کننده را تشکیل می‌دهند. هنگامی که رسوب به سطح بحرانی می رسد، تمیز کردن شیمیایی برای بازیابی عملکرد غشا لازم است. انتخاب مواد تمیز کننده باید بر اساس نوع رسوب موجود باشد. برای مثال، پاک‌کننده‌های مبتنی بر اسید یا کیلیت معمولاً برای حذف پوسته‌های معدنی مانند سولفات کلسیم استفاده می‌شوند.

لازم به ذکر است که در حالی که تمیز کردن شیمیایی می تواند اکثر رسوبات رسوب را از بین ببرد، عملکرد غشاء به طور کلی نمی تواند به طور کامل به حالت اولیه خود بازگردد. با تکرار چرخه های عملیات و تمیز کردن، ممبران به تدریج پیر می شوند و در نهایت به پایان عمر مفید خود می رسند. بنابراین، طراحی سیستم مناسب، پیش تصفیه موثر و شرایط عملیاتی بهینه برای کاهش نرخ رسوب و بهبود قابلیت اطمینان اقتصادی و عملیاتی کلی سیستم‌های نانو فیلتراسیون خانگی ضروری است.

به طور کلی، فناوری نانوفیلتراسیون با فشار کم، چندین مزیت کلیدی در کاربردهای تصفیه آب خانگی ارائه می‌کند. فشار عملیاتی نسبتا پایین آن منجر به کاهش مصرف انرژی می شود، در حالی که شار بالای غشایی آن باعث بهبود راندمان تولید آب و کاهش هزینه های تصفیه واحد می شود. در عین حال، نانوفیلتراسیون کم فشار{3} عملکرد عالی در حذف فلزات سنگین و آلاینده‌های آلی ردیابی را نشان می‌دهد و در عین حال مواد معدنی مفید را حفظ می‌کند و به تعادل بین ایمنی، طعم و سلامت آب دست می‌یابد.

با توجه به بازار تصفیه آب خانگی که به طور فزاینده‌ای-متمرکز بر سلامتی و انرژی{1}} کارآمد است، انتظار می‌رود غشاهای نانوفیلتراسیون کم فشار-به مکمل مهمی برای فناوری اسمز معکوس تبدیل شوند. آنها به ویژه برای سناریوهای مسکونی که حفظ مواد معدنی و مصرف انرژی کمتر را در اولویت قرار می دهند مناسب هستند. با پیشرفت‌های مداوم در مواد غشایی و یکپارچه‌سازی سیستم، انتظار می‌رود دامنه کاربرد و پتانسیل بازار فناوری نانوفیلتراسیون کم فشار-به گسترش خود ادامه دهد.