تصفیه آب به روش نانو فیلتراسیون NF

نانو فیلتراسیون NF چیست؟

نانوفیلتراسیون به یک فرآیند غشایی اختصاصی اشاره دارد که املاح محلول را در محدوده اندازه تقریبی ۱ نانومتر (۱۰ آنگستروم) دفع می‌کند از این رو اصطلاحاً “نانو فیلتراسیون” نامیده می‌شود.
با توجه به اندازه و وزن املاح که غشاهای نانوفیلتراسیون دفع می نمایند (ریجکت می کنند)، NF در قلمرو بین اسمز معکوس (RO) و اولترافیلتراسیون (UF) عمل می کند: مولکول های آلی با وزن مولکولی بیشتر از ۲۰۰ تا ۴۰۰ دفع (ریجکت) می شوند. غشاهای نانوفیلتراسیون می توانند به طور موثری از جمله آلاینده های زیر را دفع کنند:
مواد آلی محلول
اندوتوکسین ها / پیروژن ها
حشره کش ها / آفت کش ها.
علفکشها.
آنتی بیوتیک ها.
نیترات ها
قندها
امولسیون های لاتکس
یون های فلزی
همچنین برخی از نمک های محلول را دفع می کند. به طور خاص، NF نمک های محلول را در محدوده ۲۰ تا ۹۸ درصد دفع می کند. نمک هایی که دارای آنیون های تک ظرفیتی هستند (مانند کلرید سدیم یا کلرید کلسیم) ۲۰ تا ۸۰ درصد دفع می شوند، در حالی که نمک هایی با آنیون های دو ظرفیتی (مانند سولفات منیزیم) ۹۰ تا ۹۸ درصد دفع بیشتری دارند. فشارهای گذرنده معمولاً ۵۰ تا ۲۲۵ psi (5/3 تا ۱۶ بار) است.
غشای نانوفیلتراسیون ایده آل دارای نفوذپذیری آب بسیار بالایی است، اما نفوذپذیری ایده آل املاح ممکن است نزدیک به صفر یا مقداری بالاتر باشد، بسته به املاح و کاربرد. به عنوان مثال، یک کاربرد ممکن است به نفوذپذیری نزدیک به صفر برای آفت کش ها و ۵۰ درصد نفوذپذیری برای یون های کلسیم نیاز داشته باشد.

کاربردهای معمول سیستم های غشایی نانو فیلتراسیون

حذف رنگ و کل کربن آلی (TOC) از آب های سطحی.
حذف سختی یا رادیوم از آب چاه.
کاهش کلی کل جامدات محلول (TDS).
جداسازی مواد آلی از غیر آلی در کاربردهای ویژه غذا و فاضلاب

مبانی فناوری نانو فیلتراسیون NF

فشار و جریان متقاطع مانند غشاهای اسمز معکوس، غشاهای نانو فیلتراسیون در سیستم‌های جداسازی استفاده می‌شوند که از فشار اعمال‌شده برای غلبه بر فشار اسمزی سیستم استفاده می‌کنند و جریان یک حلال را در یک غشای نیمه‌تراوا از ناحیه‌ای با غلظت املاح بالاتر به ناحیه‌ای با غلظت کمتر معکوس می‌کنند.
این جریان “معکوس” و درجه نفوذپذیری غشای نانوفیلتراسیون باعث می شود که املاح بیش از حد بزرگ باشد که از غشاء عبور کند و در سمت غشاء با غلظت بالاتر باقی بماند، در حالی که آب خالص تری که حاوی املاح مورد نظر یا قابل قبول است از آن عبور می کند.
غشاهای نانوفیلتراسیون از جهت دیگری نیز شبیه غشاهای RO هستند: آنها در مدل های جریان متقاطع استفاده می شوند. جریان متقاطع به به حداقل رساندن رسوب، یا تجمع املاح که نمی توانند از غشای نیمه تراوا در برابر غشاء عبور کنند، کمک می کند.
به بیان خیلی ساده، در جریان متقاطع، جریان تحت فشار آب ورودی، آب با غلظت کمتر را از طریق غشای NF وارد می کند، در حالی که جریان آب با غلظت بالاتر که اکنون جدا شده است، در سراسر سطح غشا حرکت می کند و نمک های دفع شده و سایر ناخالصی ها را با خود می برد. آب تصفیه شده تراویده نامیده می شود، در حالی که آب با غلظت بالاتر پساب تغلیظ شده یا دفعی نامیده می شود.

عوامل موثر نانو فیلتراسیون (NF) 

پارامترهای کلیدی عملکرد فرآیند جداسازی غشای نانوفیلتراسیون، شار نفوذی و دفع نمک است. تحت شرایط مرجع خاص، شار (میزان تراوش منتقل شده در واحد سطح غشاء) و دفع شدن، خواص ذاتی عملکرد غشاء و قابل پیش بینی هستند.
شار و دفع یک سیستم غشایی عمدتاً تحت تأثیر پارامترهای متغیر است، از جمله: فشار: با افزایش موثر فشار جریان ورودی، TDS نفوذی کاهش می یابد در حالی که شار نفوذ افزایش می یابد.
دما: اگر دما افزایش یابد در حالی که سایر پارامترها (فشار، راندمان و غلظت نمک آب ورودی) ثابت باشند، شار آب تصفیه شده و عبور نمک افزایش می یابد.
بازیابی (راندمان دستگاه): بازیابی نسبت جریان تراوش شده (آب نمک زدایی شده) به جریان ورودی است. در صورت افزایش بازیابی، شار آب تصفیه کاهش می یابد و اگر غلظت نمک به مقداری برسد که فشار اسمزی شوراب به اندازه فشار ورودی اعمال شده باشد، متوقف می شود. دفع نمک با افزایش بازیابی کاهش می یابد.
غلظت نمک آب ورودی: با افزایش غلظت نمک آب ورودی، شار جریان تصفیه کاهش می یابد در حالی که عبور نمک افزایش می یابد.
عوامل دیگری که ممکن است بر عملکرد یک سیستم NF تأثیر بگذارد عبارتند از:
نگهداری و بهره برداری از سیستم
طراحی پیش تصفیه