اسمز معکوس (RO) یکی از مهم ترین فناوری های تصفیه آب امروزه است. با دقت فیلتراسیون در سطح 0.0001 میکرومتر، به طور گسترده در نمکزدایی آب دریا، استفاده مجدد از فاضلاب صنعتی و تولید آب با خلوص بالا استفاده میشود. با این حال، غشاهای RO در حین کار بسیار مستعد رسوب میشوند، به ویژه با پوستهگیری معدنی (به عنوان مثال، CaCO3 و CaSO4)، که باعث کاهش شار آب، افزایش فشار گذرنده (TMP) و تسریع پیری غشا میشود. استراتژیهای کاهش مرسوم به آنتیاسکالانتها و تمیز کردن اسید/قلیایی متکی هستند. اگرچه این روشها موثر هستند، هزینههای شیمیایی را افزایش میدهند، خطرات آلودگی ثانویه را ایجاد میکنند و ممکن است آلودگیها را تا حدی از بین ببرند در حالی که باعث آسیب به غشاء میشوند. در نتیجه، روشهای تمیز کردن و کنترل رسوبزدگی غیرشیمیایی-با انرژی کم{10}}به یک اولویت برای صنعت تبدیل شدهاند.
میکرو حباب های هوا (MBs)، با قطر در محدوده میکرومتر، امکانات جدیدی را برای سیستم های RO به ارمغان می آورند. سطوح آنها شارژ میشوند و پارگی آنها با جتهای میکرو-و آشفتگی موضعی همراه است. این ویژگیهای منحصربهفرد MB ها را قادر میسازد تا نقش تقویتکنندهای را هم در جلوگیری از رسوب و هم در تمیز کردن غشا ایفا کنند.
از نظر جلوگیری از رسوب، MB ها اثرات متعددی را ارائه می دهند:
- اثر الکترواستاتیک- سطوح مگابایت بارهای منفی را حمل می کنند که یون ها و مولکول های دارای بار مثبت را در محلول جذب می کنند و در نتیجه از رسوب مستقیم آنها بر روی سطح غشاء جلوگیری می کنند.
- تداخل هسته ای- مگابایت ها به عنوان مکان های هسته زایی جایگزین عمل می کنند و رشد کریستال نمک را در محلول حجیم به جای روی سطح غشاء ترویج می کنند و به طور موثر پوسته پوسته شدن را از سطح مشترک منحرف می کنند.
- آشفتگی آشفته- حرکت و فروپاشی MB ها لایه پلاریزاسیون غلظت را مختل می کند و تجمع املاح در نزدیکی غشاء را کاهش می دهد.
شواهد تجربی واضح است: تحت شرایط با CaCO3 و CaSO4، تزریق مداوم MBs به مدت چهار روز باعث افزایش احتباس شار از 55-63٪ به 83-86٪ شد. به طور قابلتوجهی، عملکرد نه تنها از گروه کنترل پیشی گرفت، بلکه از آنتیاسکالانتهای تجاری نیز فراتر رفت و نشان داد که مگابایتها میتوانند بهعنوان یک روش کنترل جرمگیری رایگان-شیمیایی و سبز عمل کنند.
برای تمیز کردن، MB ها پتانسیل به همان اندازه قوی را نشان می دهند.بر خلاف تمیز کردن شیمیایی سنتی، MB ها به اختلالات فیزیکی متکی هستند:
- حرکت براونی- مگابایت ها به طور تصادفی در محلول حرکت می کنند، لایه پلاریزاسیون غلظت را مختل می کنند و انتقال املاح را افزایش می دهند.
- جذب سطحی- با سطح ویژه بزرگ خود، MB ها سورفکتانت ها و سایر مولکول های فعال را جذب می کنند، ترشوندگی غشاء و کشش سطحی را تغییر می دهند، که جدا شدن لایه های رسوب را آسان تر می کند.
- فروپاشی سطحی- فروپاشی حباب، انفجارهای موضعی انرژی را آزاد می کند و رسوبات آلوده را به طور فیزیکی از بین می برد.
آزمایشهای تمیز کردن درجا نشان دادهاند که MBs میتواند شار غشای RO را به 100٪ بازگرداند در حالی که دفع املاح را 0.8٪ افزایش میدهد. در مقایسه با تمیز کردن اسیدی یا قلیایی، تمیز کردن کمکی MB خفیفتر است، خوردگی شیمیایی غشاء را کاهش میدهد و ترشحات شیمیایی را کاهش میدهد.
شرایط عملیاتی برای عملکرد مگابایت حیاتی است.در دماها و فشارهای پایین تر، مگابایت ها طولانی تر زنده می مانند و عملکرد موثرتری دارند. نرخ جریان هوا مناسب به افزایش تراکم حباب در لایه مرزی غشاء کمک می کند و تلاطم را افزایش می دهد. در مقابل، در دماها و فشارهای بالاتر، فروپاشی حباب سریعتر اتفاق می افتد و اثربخشی آنها را کاهش می دهد. بنابراین، کاربرد صنعتی بهینه MB ها نیازمند ادغام با بهینه سازی پارامترهای فرآیند است.
با نگاه به آینده، چندین روند در حال ظهور هستند.از آنجایی که صنعت تصفیه آب به سمت عملیاتهای مصرف شیمیایی سبزتر و کمتر-میرود، احتمالاً MB در ترکیب با آنتیاسکالانتهای معمولی یا سیستمهای نظارت هوشمند استفاده میشود. دوز شیمیایی با دوز پایین به اضافه مگابایت میتواند به کنترل رسوبگیری مؤثر با هزینه کمتر دست یابد، در حالی که نظارت بر زمان واقعی شار و TMP میتواند استراتژیهای تزریق MB تطبیقی را برای پیشگیری دقیق فعال کند. همچنین برای ارزیابی اینکه آیا رادیکالهای آزاد تولید شده در طی فروپاشی حباب ممکن است بر پایداری مواد غشایی تأثیر بگذارند، به تحقیقات بلندمدت- نیز نیاز است.
به طور خلاصه، MB ها عملکرد RO را با مهار رسوب از طریق جذب الکترواستاتیک، تداخل هسته، و آشفتگی افزایش می دهند، در حالی که تمیز کردن را از طریق حرکت براونی، جذب، و فروپاشی سطحی نیز تقویت می کنند. آنها نه تنها شار و TMP را تثبیت می کنند، بلکه وابستگی به عوامل شیمیایی را نیز کاهش می دهند و گزینه ای سبزتر و مقرون به صرفه تر برای عملیات RO ارائه می کنند. با تحقیقات بیشتر و بلوغ تجهیزات، MB ها آماده تبدیل شدن به یک فناوری کلیدی برای جلوگیری از رسوب و تمیز کردن در غشاهای RO هستند، صنعت تصفیه آب را به سمت راندمان بالاتر، مصرف انرژی کمتر و پایداری بیشتر پیش می برند.
