مراحل فرآیند تصفیه بدون پساب

شبکه عرضه و تقاضای فناوری حوزه آب (شفا)

در سال‌های اخیر فناوری‌های بدون پساب یا بازیابی و تصفیه بدون پسماند رشد چشمگیری داشته است. دانشنامه آب شفا در این مقاله، به دلیل اهمیت فناوری بدون پساب برای تامین مجدد آب قابل استفاده و حفظ محیط زیست به  بررسی مراحل فرآیند تصفیه بدون پساب می‌پردازد.

سیستم ZLD معمولا از دو مرحله‌ی پیش تغلیظ و تبخیر/ کریستالیزاسیون تشکیل شده است.

• پیش تغلیظ

پیش تغلیظ پساب شور معمولا با تغلیظ غشایی یا الکترودیالیز پساب شور حاصل می‌شود. این فناوری‌ها جریان پساب را تا شوری زیاد غلیظ می‌کنند و قادر به بازیابی حداکثر 60 تا 80 درصد از آب است.

• تبخیر/ تبلور

در این مرحله با فرآیندهای حرارتی یا تبخیر، تمام آب باقی‌مانده تبخیر می‌شود، آن را جمع و برای استفاده مجدد هدایت می‌کنند. ضایعاتی که از آن باقی‌مانده است به بخش تبلور می‌رود و تمام آب جوشیده می‌شود تا زمانی که همه ناخالصی‌ها متبلور شوند و به صورت جامد به بیرون فیلتر شوند.

واحدها و مراحل اصلی ZLD

پیش تغلیظ پساب شور در فرآیند تصفیه بدون پساب

پیش تغلیظ جریان مایع زباله، یک مرحله بسیار مهم است که باعث کاهش حجم زباله و کاهش زیاد مرحله بسیار هزینه‌بر تبخیر/ تبلور می‌شود. پیش تغلیظ معمولا با استفاده از الکترودیالیز یا فرآیندهای غشایی حاصل از اسمز رو به جلو و تقطیر غشایی حاصل می‌شود.

فن‌آوری‌های تصفیه پساب شور، الف) الکترودیالیز، ب) اسمز رو به جلو، ج) تقطیر غشایی

ED ، FO و MD می‌توانند با مقدار شوری بسیار بالاتر از RO (به ترتیب ppm 150000، ppm 200000،  ppm250000 و  ppm 70000) به طور موثر عمل کنند.

الکترودیالیز/ الکترودیالیز معکوس

الکترودیالیز فرآیندی غشایی است که از الکترودها برای ایجاد یک میدان الکتریکی استفاده می‌کند که یون‌های منفی و مثبت را از طریق غشاهای نیمه نفوذپذیر با گونه‌های مثبت یا منفی متصل به آن جذب می‌کند. الکترودیالیز در چند مرحله برای تغلیظ پساب شور به میزان اشباع استفاده می‌شود که اغلب همراه با اسمز معکوس برای بازیابی بسیار زیاد آب استفاده می‌شود.

الکترودیالیز با اسمز معکوس تفاوت دارد زیرا یون‌ها را حذف می‌کند و آب را حذف نمی‌کند، اما در اسمز معکوس به صورت برعکس است. به همین دلیل، سیلیس و مواد آلی محلول با الکترودیالیز از بین نمی‌رود. الکترودیالیز مشابه با اسمز معکوس به مواد جامد نیاز دارد و مواد جامد و مواد معدنی از خوراک حذف می‌شود.

الکترودیالیز معکوس

در الکترودیالیز معکوس، قطب الکترودها چند بار در ساعت معکوس می‌شود و آب شیرین و فاضلاب غلیظ شده در غشا تبادل می‌شوند تا رسوب‌ها و ضدرسوب‌ها حذف شوند.

اسمز رو به جلو

اسمز رو به جلو یک فرآیند غشای اسمزی با غشای نیمه نفوذپذیر است که برخلاف اسمز معکوس از اعمال فشار برای رسیدن به جداسازی آب از محلول مانند یون‌ها، مولکول‌ها و ذرات بزرگ‌تر استفاده نمی‌کند. بنابراین انرژی کمتری برای فرآیند در مقایسه با اسمز معکوس دارد. به طور کلی اسمز رو به جلو از انرژی حرارتی و الکتریکی استفاده می‌کند. انرژی حرارتی را می‌توان با گرمای حاصل از ضایعات کم درجه‌ای که در همه جا و در بیشتر مناطق صنعتی یا مجاور یافت می‌شود، می‌توان جایگزین کرد.

تقطیر غشایی

تقطیر غشایی یک فرایند انتقال حرارتی است که از غشاهای آبگریز استفاده می‌کند. نیروی محرکه در این روش اختلاف فشار بخار بین دو طرف منافذ غشایی است و امکان انتقال جرم و گرما اجزای محلول فرار (به عنوان مثال آب) را فراهم می‌آورد.

سادگی فرآیند تقطیر غشایی به همراه امکان تامین انرژی آن از گرمای زباله و یا منابع انرژی جایگزین مانند انرژی خورشیدی و زمین گرمایی، تقطیر غشایی را قادر می‌سازد تا با سایر فرآیندهای موجود در سیستم‌ها ترکیب شود و آن را به یک روش جداسازی امیدوارکننده تبدیل کند.

اهمیت پیش تغلیظ در فرآیند ZLD

فن‌آوری‌ پیش تغلیظ از بازیابی بسیار بالایی برخوردار است اما معمولا مانند فن‌آوری‌های معمولی تبخیر حرارتی برای رساندن پساب شور به غلظت اشباع کافی نیست.

دلیل اهمیت زیاد فرایند پیش‌تغلیظ چیست؟ دلیل آن CAPEX / OPEX تبخیر کننده/ تبلور است.

1) با توجه به خاصیت خورنده پساب شور، آلیاژهای فلزی بیشتر و مقاوم به آن می‌شود تا با افزایش غلظت‌، در برابر خوردگی مقاومت کنند. این بدان معنی است که ماژول تبخیر/ تبلور است است و CAPEX مورد نیاز (که می‌تواند 60 تا 70 درصد از کل فرآیند باشد) بزرگ‌تر خواهد بود.

2) انرژی بیشتری به دلیل بالا رفتن نقطه جوش پساب شور با افزایش غلظت نیاز است.

تبخیر و تبلور پساب شور در فناوری تصفیه بدون پساب

پس از مرحله پیش تغلیظ پساب، مرحله بعدی استفاده از فرآیندهای حرارتی یا تبخیر برای تولید جامد و استفاده مجدد از آب تبخیر شده است. تبخیر در اصل انتقال گرما به مایع در حال جوش با هدف تغلیظ یک ماده جامد غیر فرار از یک حلال که معمولا آب است، با جوشاندن حلال است. فرآیند تبخیر قبل از اینکه حل‌شونده شروع به رسوب نماید، متوقف می‌شود که به عنوان تبلور در نظر گرفته می‌شود.

تبخیر فیلم در حال سقوط یک روش تبخیر کارآمد از نظر انرژی است که آب را تا نقطه تبلور اولیه (فوق اشباع) متمرکز می‌کند. افزودن اسید، محلول را خنثی می‌کند، بنابراین در هنگام گرم کردن آن، مانع از رسوب و آسیب به مبدل‌های حرارتی می‌شود. از هوادهی غالبا برای آزادسازی اکسیژن محلول، دی اکسید کربن و سایر گازهای غیرقابل تراکم استفاده می‌شود.

پساب شور خروجی از تبخیرکننده به متبلورساز چرخشی می‌رود که در آن آب فراتر از حلالیت آلاینده‌ها و کریستال‌های تشکیل شده تغلیظ می‌شود. محصول حاصل از طریق فیلتر پرس یا سانتریفیوژ آبگیری می‌شود و  به مرکز تبلور بازگردانده می‌شود.

میعانات جمع شده (آب) از سه مرحله به فرآیند باز می‌گردد و تخلیه مایعات در سیستم را از بین می‌برد. در صورت وجود مواد آلی، ممکن است قبل از استفاده مجدد از آن، فراوری میعانات مورد نیاز باشد. سپس آب محصول به مخزن نگهدارنده هدایت می‌شود.

پسماندهای جامد در این مرحله به محل دفن زباله یا به مکان‌های بازیافت خواهند رفت.

مرحله تبخیر / تبلور ZLD

شبکه عرضه و تقاضای فناوری آب (شفا)، سعی دارد تا با ایجاد یک فضای فناورانه، آشنایی با مراحل و واحدهای سازنده تصفیه بدون پساب مسیر توسعه این فناوری را در راستای بهبود و ارتقا سطح کیفیت آب و کاهش پساب‌های شور هموار کند.