مضرات نیترات در آب آشامیدنی و حذف آن توسط فرآیند اسمز معکوس

از آنجائی که نیترات در آب به‌صورت محلول وجود دارد. روش‌های معلول تصفیه آب قادر به حذف آن نیستند از این رو نیاز به آن دسته از روش‌های تصفیه پیشرفته می‌باشد که قادر به کاهش آلاینده‌های محلول هستند .

 نیترات (NO۳ منفی) یکی از آنزیم‌های معدنی است که در نتیجه اکسیداسیون نیتروژن عنصری حاصل می‌شود. این ماده یکی از عناصر بسیار ضروری برای سنتز پروتئین در گیاهان است و نقش مهمی را در چرخه نیتروژن دارد. نیترات از طریق اکسیداسیون طبیعی تولید و بنابراین در تمام محیط زیست یافت می‌شود.
فاضلاب‌های شهری، صنعتی، مواد دفعی حیوانی و گیاهی در شهرهای بزرگ که دارای نیتروژن آلی هستند به خاک دفع می‌شوند. در اثر فعالیت میکروارگانیزم‌های خاک، نیتروژن آلی به یون آمونیوم (NH۴ مثبت) تبدیل شده که به این پدیده Amonification گفته می‌شود. خاک توانائی نگهداری این ترکیب را در خود دارد اما به مرور طی پدیده دیگری به‌نام Nitrification، بخشی از یون آمونیوم ابتدا به نیتریت (NO۲ منفی) و سپس به نیترات تبدیل می‌شود.
لایه سطحی خاک قادر به حفظ و نگهداری این دو ترکیب نبوده و در نتیجه نیتریت و نیترات به آب‌های زیرزمینی راه می‌یابند.
از آنجائی که نیترات در آب به‌صورت محلول وجود دارد. روش‌های معلول تصفیه آب قادر به حذف آن نیستند از این رو نیاز به آن دسته از روش‌های تصفیه پیشرفته می‌باشد که قادر به کاهش آلاینده‌های محلول هستند از سوی دیگر چرخه نیترات‌سازی در شهرهائی که دفع نادرست فاضلاب از طریق چاه‌های جذبی انجام می‌شود همچنان ادامه دارد و مشکل تولید پیوسته نیترات و انتشار آن به آب‌های زیرزمینی را سبب می‌گردد.

● اثرات غیرسرطان‌زائی
نیتریت حاصل از احیاء نیترات معدنی و آلی پس از ورود به سیستم گردش خون، آهن هموگلوبین را اکسید نموده و از ظرفیت II به ظرفیت III تبدیل می‌نماید که در نتیجه هموگلوبین به متهموگلوبین تبدیل می‌شود. متهموگلوبین ظرفیت اکسیژن‌رسانی بسیار کمتری از هموگلوبین دارد و در نتیجه به بافت‌ها اکسیژن کافی نمی‌رسد. بعد از مدتی رنگ پوست (در ناحیه دور چشم و دهان) به تیرگی می‌گراید و از این‌رو به آن سندرم Blue Baby می‌گویند.
این عارضه اولین نشانه مسمومیت با نیترات است و نوزادان زیر شش ماه، آسیب‌پذیرترین گروه سنی در این مورد هستند. زیرا نوزادان برخلاف بزرگسالان، علاوه بر PH بالای معده و زیادی باکتری‌های طبیعی احیاء کننده نیترات، فاقد آنزیم برگشت‌دهنده متهموگلوبین به هموگلوبین هستند. از دیگر علائم افزایش متهموگلوبین می‌توان به سردرد، خواب‌آلودگی و اشکال در تنفس اشاره نمود.

● اثرات سرطان‌زائی
احتمال اینکه نیترات معدنی و یا آلی به‌عنوان یک عامل سرطان‌زا عمل نمایند، بستگی به احیاء نیترات به نیتریت و واکنش‌های بعدی نیتریت با سایر مولکول‌ها به‌خصوص آمین‌های نوع دوم، آمیدها و کاربامات‌ها دارد. که منجر به تشکیل ترکیبات - N nitroso می‌گردد.
مطالعات انجام شده در کلمبیا نشان داده که رابطه معنی‌داری بین شیوع سرطان معده و غلظت نیترات در آب آشامیدنی برداشت شده از چاه‌ها وجود دارد.
اما بررسی‌های اپیدمیولوژیکی در دیگر نقاط دنیا رابطه مطمئنی را در این زمینه نشان نداده است. در کشور آلمان تحقیقاتی بر روی جمعیت در معرض نیترات بالا در آب آشامیدنی انجام گرفت که رابطه معنی‌داری بین غلظت نیترات و افزایش تومورهای سرطانی مغز به‌دست نیامد. مطالعات دیگر در دانشگاه نبراسکا نشان داد که رابطه معنی‌داری بین غلظت نیترات آب و افزایش شیوع یک نوع سرطان سیستم لنفاتیک در ساکنین شهر نبراسکا وجود دارد به این ترتیب که غلظت بالاتر از حد مجاز نیترات در آب آشامیدنی سبب افزایش شیوع این نوع سرطان به میزان دو برابر گردیده است.
این‌طور به‌نظر می‌رسد که تشکیل ترکیبات N - nitroso بستگی به احیاء نیترات به نیتریت، حضور پیش‌سازهای لازم با غلظت کافی، عدم حضور ترکیباتی که مایع از سنتز ترکیبات N -nitroso می‌شوند (مانند ویتامین‌های E و C) و در هدایت وجود منبع خارجی از نیتروزآمین‌ها دارد. با توجه به اینکه تعداد متغیرها در این مطالعات زیاد بوده است. رابطه منطقی بین افزایش نیترات در آب آشامیدنی و بروز سرطان یافت نشده است. در واقع داده‌های موجود برای اظهارنظر قطعی کافی نیستند. اما ثابت شده است که ترکیبات N-nitroso در حیوانات آزمایشگاهی سرطان‌زا می‌باشند.

● استاندارد نیترات در آب آشامیدنی
با توجه به مطالعات به‌عمل آمده توسط سازمان بهداشت جهانی در مورد نیترات، این سازمان حداکثر مجاز ۵۰ میلی‌گرم در لیتر (برحسب نیترات) را اعلام نموده است. استاندارد ملی ایران نیز برای نیترات همین مقدار می‌باشد. سازمان حفاظت محیط‌زیست ایالات متحده، حداکثر مجاز نیترات را ۱۰ میلی‌گرم در لیتر (برحسب نیتروژن) قرار داده که معادل با ۸۲/۴۴ میلی‌گرم در لیتر برحسب نیترات است.

● روش‌های حذف نیترات
نیترات دارای حلالیت زیاد در آب و بدون بو و مزه است که به‌سختی از آب قابل حذف می‌باشد. بنابراین کاهش نیترات اغلب با مشکلات و هزینه زیاد روبرو است. روش‌های متفاوتی برای حذف نیترات از آب آشامیدنی وجود دارد که برخی از آنها در مقیاس بزرگ عملیاتی نیستند. متداول‌ترین روش‌های موجود برای کاهش نیترات در مقیاس بزرگ عبارتند از:
▪ رقیق‌سازی (Dilution)
▪ تبادل یون (Ion Exchange)
▪ اسمز معکوس (Reverse Osmosis)

● رقیق‌سازی
زمانی که برای تأمین آب جهت توزیع در یک سامانه آبرسانی، امکان استفاده از چند منبع آب خام یا کیفیت‌های متفاوت وجود داشته باشد، بحث رقیق‌سازی قابل طرح خواهد بود. به‌طور معمول غلظت‌های بالاتر از حد مجاز نیترات در منابع آب زیرزمینی مشاهده می‌شود و در مقابل، آب‌های سطحی اغلب دارای غلظت نیترات کمتری هستند. از این رو در یک سامانه آبرسانی می‌توان از اختلاط آب‌های سطحی با آب‌های زیرزمینی که دارای غلظت‌های متفاوتی از نیترات می‌باشند، برای تعدیل این آلاینده استفاده نمود.
گاهی به‌دلیل گستردگی سامانه آبرسانی امکان فراهم نمودن شرایط اختلاط بهینه ممکن نیست. وجود مخازن متعدد و پراکنده در سطح شهر که از منابع چندانه تغذیه می‌شوند، مدل طراحی شبکه آبرسانی و سرعت مصرف آب در معامله توزیع، همه از عواملی هستند که دستیابی به اختلاط بهینه را دشوار می‌سازند.
از سوی دیگر با افزایش غلظت نیترات در منابع آب زیرزمینی، به همان نسبت به حجم بیشتری از آب خام دارای نیترات کم برای رقیق‌سازی نیاز خواهد بود. در شرایط ایده‌آل (در دسترس بودن آب بدون نیترات) برای کاهش غلظت نیترات ۱۰۰ میلی‌گرم در لیتر (در یک حجم آب) به غلظت نیترات ۲۵ میلی‌گرم در لیتر، نیاز به ۳ حجم آب بدون نیترات می‌باشد. حال در صورتی که غلظت نیترات به ۲۰۰ میلی‌گرم در لیتر برسد، نیاز به ۷ حجم آب بدون نیترات برای رسیدن به آب دارای نیترات، ۲۵ میلی‌گرم در لیتر است.
در شرایط واقعی و به‌طور معمول، آب‌های سطحی نیز خود دارای مقداری نیترات می‌باشند که در نتیجه نیاز به حجم بیشتری از آب برای رقیق‌سازی است و به‌خصوص زمانی‌که منابع تولید و انتشار ترکیبات نیتروژن و فرآیند نیترات‌سازی همچنان فعال باشند، عملیات رقیق‌سازی به مرور قابلیت خود را برای کاهش نیترات از دست می‌دهد و دیگر راه‌حل قابل اطمینانی نخواهد بود.

● تبادل یون تبادل یون
تبادل یون یک واکنش برگشت‌پذیر است که در آن یون‌های یک محلول با یون‌های دارای بار الکتریکی مشابه موجود روی رزین تعویض می‌گردند. نیترات در آب از بار منفی برخوردار است بنابراین می‌توان آن را توسط رزین‌های آنیونی از آب حذف نمود. وقتی‌که رزین یون‌های قابل تبادل خود را از دست داد، نیاز به احیاء دارد.
در این عمل با استفاده از یک محلول که دارای یون‌های از دست رفته رزین به مقدار کافی می‌باشد، رزین دوباره به فرم فعال اولیه تبدیل می‌شود اما مقداری از ظرفیت تبادل خود را از دست می‌دهد، به‌طور کلی هر چه ظرفیت یون بیشتر باشد یا تمایل بیشتری جذب رزین می‌گردد. بنابراین یون سه ظرفیتی و یون دو ظرفیتی بیش از یون یک ظرفیتی توسط رزین جذب می‌شود. حتی برای یون‌های با ظرفیت یکسان نیز ضریب گزینش متفاوت است و اغلب هر چقر وزن مولکولی بیشتر باشد و با اندازه یون کوچکتر گردد، تمایل به جذب افزایش می‌یابد. وجود ضریب گزینش باعث می‌شود که یون‌ها به‌طور یکسان جذب رزین نشوند. ترتیب گزینش یون‌ها در هنگام استفاده از رزین‌های آنیونی رایج به ترتیب روبرو می‌باشد:
SO۴>NO۴>Cl>HCO۴
در نتیجه وقتی که نیترات یون موردنظر برای حذف باشد، قبل از آن به‌طور اجتناب‌ناپذیر، فسفات و سولفات مبادله شده و زمانی نیترات مبادله می‌گردد که دیگر یون‌های مذکور به‌صورت آزاد وجود نداشته باشند.
پس از کاهش ظرفیت رزین مشکل دیگری به‌وجود می‌آید که آن مبادله دوباره یون‌های نیترات جذب شده روی رزین با یون‌های سولفات تازه وارد است که منجر به افزایش نیترات در آب خروجی می‌شود که به پدیده Nitrate Dumping معروف است. در این زمان مقدار نیترات در آب تصفیه شده بیش از مقدار نیترات در آب خام ورودی می‌گردد.
در سال‌های اخیر رزین‌هائی ساخته شده‌اند که نسبت به نیترات قابلیت جذب بیشتری دارند و به آنها رزین‌های انتخابی می‌گویند. برای افزایش ضریب گزینش نیترات در این نوع رزین‌ها، طول زنجیره‌های استری (به‌دلیل وجود گروه فعال تری‌اتیل و ری یونیل آمین) افزایش یافته تا ظرفیت نیترات برای احیاء زنجیره‌ها بیشتر شود. اما با افزایش طول این زنجیره، ظرفیت حجمی رزین کاهش می‌یابد، بنابراین رزین‌های انتخابی در فواصل زمانی کوتاه‌تری نسبت به رزین‌های معمولی نیاز به احیاء دارند.
مزایای روش تبادل یونی به اختصار شامل بهره‌برداری آسان، عدم نیاز به تخصص بالا و تجهیزات پیچیده، عدم نیاز به فضای زیاد جهت احداث و سرمایه‌گذاری اولیه کمتر نسبت به اسمز معکوس می‌باشد. معایب آن نیز عبارتند از اینکه یک روش تصفیه شیمیائی است و نیاز به مواد شیمیائی برای راهبری دارد، مشکل دفع و یا تصفیه پساب خروجی وجود دارد، حدود ۲ تا ۱۵ درصد آب ورودی صرف شستشوی معکوس و احیاء رزین می‌شود، قادر به حذف ذزرات، میکروارگانیسم‌ها و سایر آلاینده‌های آب نمی‌باشد و هزینه بهره‌برداری آن در درازمدت زیاد است.

● اسمز معکوس (R.O)
در فرآیند اسمز معکوس آب با فشار زیاد از یک سری غشاء نیمه تراوا (Semi-PermeableMembrane) عبور داده می‌شود. این فشار خارجی از فشار اسمزی طبیعی بیشتر است در نتیجه مولکول‌های کوچکتر از منافذ غشاء، عبور می‌کنند در حالی که مولکول‌های بزرگتر، قادر به عبور از غشاء نیستند و سپس در جریانی جانبی از کنار غشاء عبور داده شده و دفع می‌گردند (شکل ۲). در این فرآیند میکروارگانیسم‌ها نیز از آب حذف می‌شوند. به‌طور کلی این فرآیند برای شیرین کردن آب‌های شور به‌کار می‌رود ولی در سال‌های اخیر برای حذف آلاینده‌های خاص نظیر نیترات مورد توجه قرار گرفته است. اسمز معکوس یک روش تصفیه فیزیکی و نوعی فیلتراسیون است که نیاز به موادشیمیائی ندارد.
در اغلب منابع از روش اسمز معکوس به‌عنوان روشی موفق و اقتصادی در درازمدت برای کنترل آلاینده‌های آب از جمله نیترات یاد شده است. در این روش علاوه بر نیترات، کل جامدات محلول (TDS) آب نیز کاهش می‌یابد. اگرچه فرآیند RO می‌تواند میکروارگانیسم‌ها را نیز حذف کند، اما توصیه شده که آب پاک از نظر شاخص باکتریائی (بدون کلیفرم) به فرآیند RO وارد گردد. به‌طور کلی فرآیندهای فیلتراسیون برای جداسازی آلاینده‌ها به چهار گروه کلی قابل طبقه‌بندی هستند. میکروفیلتراسیون (MF)، اولترافیلتراسیون (UF)، نانوفیلتراسیون (NF) و اسمز معکوس که به هایپرفیلتراسیون (HF) شهرت یافته است. )
در برخی منابع قطر منافذ غشاهای صنعتی RO حدود ۰۰۰۵/۰ میکرون (۵۰۰ پیکومتر) و اندازه تقریبی منافذ غشاهای دستگاه‌های تصفیهٔ خانگی نیز تا ۰۰۰۱/۰ میکرون (۱۰۰ پیکومتر) ذکر شده است.
ضمن اینکه قطر مولکول نیترات بدون آب ۲۵۰ پیکومتر (۰۰۰۲۵/۰ میکرون) و نیترات هیدارته ۰۰۰۶/۰ میکرون اندازه‌گیری شده است. به‌دلیل قابلیت‌های چشمگیر غشاهای RO، امروزه در سیستم‌های تصفیه در نقطه مصرف Point of Use) یا همان دستگاه‌های تصفیهٔ خانگی بسیار متداول شده است.
در این موارد نیز عملکرد فیلترهای RO بستگی مستقیم به کیفیت و فشار آب ورودی دارد و به‌دلیل قرار گرفتن فیلتر کربن فعال در کنار فیلتر RO در این دستگاه‌ها، قابلیت کاهش ترکیبات آلی فرار (VOCs) نظیر کلروفرم و ترکیبات نفتی و همچنین ترکیبات آلی محلول (SOCs) نظیر دی‌اکسین‌ها و آفت‌کش‌ها نیز فراهم آمده است.

● تئوری‌های حذف در فرآیند اسمز معکوس
به‌طور کلی حذف یون‌ها، نمک‌ها و مولکول‌ها توسط روش اسمز معکوس، براساس چهار عامل بار ذرات، وزن مولکولی، اشاره ذرات و ساختار شیمیائی آنها می‌باشد. در واقع حذف ذرات توسط فرآیند اسمز معکوس تطبیقی از ۴ عام یاد شده است. اگر از نظر وزن مولکولی بررسی کنیم، MWCO یک فاکتور بسیار مهم برحسب دالتون است که نشان می‌دهد ۹۰ درصد ترکیبات با وزن مولکولی بزرگتر از آن توسط شاء حذف خواهند شد.
از نظر بار ذرات، آب ورودی شامل آنیون‌ها و کاتیون‌هائی است که وقتی در مجاورت بار منفی غشاء قرار می‌گیرند، آنیون‌ها از غشاء دفع می‌شوند و غلظت کاتیون‌ها در غشاء از غلظت آنها در آب خروجی بیشتر می‌گردد. همزمان غلظت آنیون‌ها در غشاء نسبت به آب خروجی کاهش یافته و در نتیجه یک پتانسیل الکتریکی به‌نام پتانسیل دونان بین غشاء و محلول پدید می‌آید. این پتانسیل، کاتیون‌ها را به سمت غشاء جذب کرده و بنابراین آنیون‌ها دفع و درصد حذف آنها افزایش می‌یابد.
برطبق این تئوری حذف کلیهٔ نمک‌ها بستگی به حذف آنیون‌ها دارد به این ترتیب که هر چه بار منفی غشاء قوی‌تر باشد، حذف نمک‌ها نیز بهتر انجام می‌گیرد. از طرفی چون آنیون‌ها و کاتیون‌ها به‌طور مداوم در حال حرکت هستند، گاهی اوقات به قدری به‌هم نزدیک می‌شوند که جذب یکدیگر شده و بار آنها خنثی می‌گردد که در نتیجه این ترکیبات می‌توانند به آسانی از غشاء عبور کنند.
همچنین در فرآیند اسمز معکوس، ساختار شیمیائی ترکیبات نیتروژن تأثیر بسیار مهمی روی حذف آنها دارد. ترکیبات یونی نیتروژن مانند آمونیوم، نیتریت و نیترات نسبت به ترکیبات آلی آن به‌علت فعل و انفعالات الکتریکی با غشاء حذف بیشتری دارند.
فعل و انفعالات الکتریکی همانند اندازه ذرات نقش مهمی را در حذف ترکیبات دارند. هر چه بار ذرات بیشتر باشد میزان حذف نیز بهتر خواهد بود. با تخمین شعاع یون‌های محلول به شعاع منافذ غشاء می‌توان میزان حذف یون‌های محلول را به‌دست آورد. اگر میزان شعاع یون‌های محلول به شعاع منافذ غشاء بزرگتر از ۸/۰ و پتانسیل دوتان بزرگتر از V پنج درصد باشد، حذف بسیار خوبی حاصل می‌گردد. در غیر این‌صورت میزان حذف ضعیف خواهد بود. لذا اثرات الکتریکی برای حذف یون‌های کوچک و مولکول‌ها بسیار مهم است.
نیترات یک آنیون تک‌ظرفیتی است. نمک‌های نیترات بسیار محلول در آب بوده و برای سیستم RO به لحاظ ایجاد رسوب و جرم مشکلی ایجاد نمی‌کنند. با توجه به اینکه ترکیبات معدنی و نمک‌ها براساس تئوری هیدراتاسیون در آب محلول هستند، یون‌های دیسوسیه شده براساس بار یونی و شعاع یونی خود جذب مولکول‌های آب شده و هیدراته می‌‌گردند. بسیاری از آنیون‌ها که نسبت بار به شعاع یونی بزرگتری دارند (مانند SO۴ و CO۳) می‌توانند در فیلتر اسمز معکوس ایجاد رسوب نمایند.
با افزایش PH به‌دلیل اثر روی بار یون‌ها، حذف نیترات بهتر انجام می‌گیرد.
کاهش PH، تعادل را از سمت یون تک‌ظرفیتی نیترات به سمت مولکول اسید نیتریک (که بدون بار است) جابجا می‌نماید و در نتیجه چنین مولکول بدون بار و کوچکی، به‌راحتی می‌تواند از غشاءهای RO عبور نماید. با افزایش PH سطوح غشاءها شدیداً دارای بار منفی شده که در نتیجه آنیون‌ها طبق پدیده دوتان دفع می‌گردند. در مقایسه دو غشاء پلی‌آمیدی آروماتیک (PA) و استات سلولز (CA)، حذف یون نیترات توسط غشاءهای PA بهتر انجام می‌گیرد که این امر به‌علت تفاوت در خصوصیات شیمیائی سطح پلیمری غشاءها و کوچکتر بودن قطر منافذ PA می‌باشد.
نفوذپذیری مواد محلول توسط اثر دونان کنترل می‌گردد لذا دانستن شعاع یونی هیدراته برای یون‌های مختلف جهت تعیین میزان نفوذپذیری الکترولیت‌های یونی بسیار مفید است. به‌طور مثال شعاع اندازه‌گیری شده یون نیترات برابر ۰۰۰۱۲۵/۰ میکرون است اما طبق جدول شماره ۲ شعاع یونی نیترات هیدراته حدود ۰۰۰۳/۰ میکرون می‌گردد که تقریباً بیش از دو برابر حالت بدون آب است.

● ساختار فیلتر اسمز معکوس
اغلب مواردی که در تهیه غشاءهای RO به‌کار می‌روند. مخلوطی از لایه نازک پلی‌آمید (TFC) با انواع سلولزی آن مانند سلولز استات (CA) و یا سلولز تری استات (CTA) و یا مخلوطی از هر دو می‌باشند. مواد به‌کار رفته در غشاها می‌توانند به صورت یک الیاف مارپیچی دور یک لوله و یا فیبر توخالی که به‌هم گره خورده‌اند، قرار گیرند که در نتیجه سطح وسیعی برای تصفیه‌ٔ آب از داخل یک محیط استوانه‌ای فشرده فراهم می‌آورند .
غشاهای CA/CTA دارای ظرفیت کافی برای اغلب مصارف خانگی هستند ولی اگر نیاز به تصفیه حجم زیادی از آب باشد، غشاهای TFC مورد استفاده قرار می‌گیرند. غشاهای RO براساس توانائی‌شان در حذف ترکیبات موجود در آب دسته‌بندی می‌گردند. اگرچه غشاءهای لایه نازک بسیار گران هستند ولی در عوض دارای دوام و استحکام بالائی می‌باشند. و میزان حذف TDS در آنها بیش از ۹۵ درصد است ولی در صورت استفاده از غشاهای سلولزی، میزان حذف حدود ۸۸-۹۴ درصد می‌گردد.
در مورد نیترات درصد حذف به‌طور متوسط ۹۰ تا ۹۵ درصد می‌باشد که بسته به نوع غشاء متفاوت است.
عملکرد یک سیستم RO بستگی به نوع غشاء، کنترل جریان، کیفیت آب ورودی (مانند کدورت، TDS، PH) دما و فشار دارد. میزان کارآئی سیستم از طریق تقسیم کردن حجم آب تصفیه شده تولیدی به حجم آب ورودی به سیستم محاسبه می‌گردد. اگر طراحی سیستم RO مناسب نباشد، برای تولید آب تصفیه شده، مقادیر زیادی آب باید وارد سیستم گردد. اکثر سیستم‌های RO خانگی برای کارائی ۲۰-۳۰ درصد طراحی شده‌اند که افزایش این کارآئی ممکن است عمر غشاها را کاهش دهد در صورتی‌که ناخالصی‌های جدا شده فوراً به خارج از فیلتر منتقل نگردند، غشاءهای RO به آسانی آلوده می‌شوند.
اگر میزان جریان ورودی خیلی زیاد باشد، کارآئی سیستم کاهش یافته و آب خیلی زیادی به سمت پساب (Brine) هدایت شده و هدر می‌رود. در یک سیستم RO با عملکرد مناسب باید فشار آب ورودی کافی باشد. اگر فشار شبکه آب از حدی کمتر باشد، کارآئی سیتم افت نموده و در نتیجه میزان حذف ناخالصی‌ها کاهش می‌یابد. به همین دلیل در اغلب سیستم‌های تصفیه برای افزایش فشار و بهبود کارآئی از پوستر پمپ‌های کمکی استفاده می‌شود.
برای اطمینان از عملکرد بهینه، باید سسیتم‌های RO به‌خوبی نگهداری شوند. اگر آلودگی غشاء RO در مراحل اولیه تصفیه، شناسائی گردد، اغلب با تمیز کردن می‌تواند دوباره وارد مدار شود. روش تمیز کردن بسته به نوع غشاء و میزان آلودگی، متفاوت سات. در عین حال غشاءهای RO که مسدود و یا پاره شده باشند باید تعویض گردند. علاوه بر این، فیلترهای قبل و بعد از غشاء RO بسته به کیفیت آب ورودی و حجم آب ورودی، باید به‌طور مرتب تعویض شوند. چون آسیب‌دیدگی غشاء RO به‌راحتی قابل مشاهده نمی‌باشد بنابراین هدایت الکتریکی آب تصفیه شده باید به‌صورت دوره‌ای مورد آزمایش قرار گیرد.
برای برخی از آلاینده‌های خاص نظیر نیترات و یا سرب که دارای مخاطرات بهداشتی هستند، بهتر است که آب خروجی به‌طور دوره‌ای آزمایش شود.

▪ با توجه به آنچه گفته شد، مزایای روش اسمز معکوس به اختصار عبارتند از:
- یک روش تصفیه فیزیکی بدون استفاده از مواد شیمیائی است.
- گرچه فرآیند RO در اصل برای حذف جامدات محلول، سختی و رنگ به‌کار می‌رود ولی علاوه بر اینها، نیترات، سولفات، سیم، میکروارگانیسم‌ها، فلزات سنگین سمی نظیر سرب، رادیوم و آزبست را نیز بین ۵۰ تا ۹۰ درصد کاهش می‌دهد.
- هزینه نگهداری این سیستم‌ها در درازمدت کمتر از سیسم‌های تبادل یون است.
معایب روش اسمز معکوس نیز عبارتند از:
- محدودیت ظرفیت آبگذر سیستم وجود دارد که در واقع میزان بارگذاری حجمی سیسم غیرقابل انعطاف بوده و محدود می‌باشد.
- استفاده از این روش ممکن است سبب بر هم زدن تعادل نسبت کلسیم/ کربنات، کاهش اکسیژن محلول و تغییر مزه آب خروجی می‌شود که ممکن است نیاز به تنظیم مجدد یا هوادهی داشته باشد.
- به‌دلیل حساسیت غشاءها، در صورت وجود رسوبات نیاز به یک پیش تصفیه ساده قبل از سیستم‌های اسمز معکوس وجود دارد.
- برای دفع پساب که به‌ازاء هر یک حجم آب خروجی حدود ۵ تا ۱۰ درصد حجم پساب تولید می‌گردد، باید از قبل تدابیر خاص اندیشیده شود.

● مقایسه اقتصادی
بررسی‌ها نشان داده که هزینه سرمایه‌گذاری اولیه برای احداث یک واحد اسمز معکوس نسبت به یک واحد تبادل یون در ظرفیت مساوی، بیشتر است. اما در ادامه، روش تبادل یون نیاز به هزینه بیشتری برای نگهداری (شامل هزینه عملیات احیاء و قیمت موادشیمیائی احیاء کننده و هزینه جایگزینی رزین‌هائی که کارآئی آنها کاهش یافته است) دارد.
از یون موارد یاد شده، قیمت مواد شیمیائی حدود ۷۰ درصد هزینه‌های بهره‌برداری و نگهداری روش تبادل یون را شامل می‌شود. از راه‌های دیگر برای کاهش هزینه بهره‌برداری سیستم‌های تبادل یون، تأسیس واحدهای تولیدی مواد شیمیائی موردنیاز برای فرآیند، در کنار تصفیه‌خانه است که نیاز به سرمایه‌گذاری اولیه زیادی دارد در مقابل روش اسمز معکوس نیاز به انرژی فراوان دارد که کاملاً مرتبط با قیمت برق می‌باشد.
در سال‌های اخیر با دستیابی به فناوری تولید غشاءهای فشار پائین، مقدار برق مصرفی سیستم‌های اسمز معکوس بین ۳۰ تا ۶۰ درصد کاهش یافته است.
زیرا سیستم‌های قدیمی با فشاری معادل ۴۰۰PSI تا ۶۰۰PSI کار می‌کردند و سیستم‌های جدید با فشاری معادل ۲۵۰PSI (برای سیستم‌های خانگی ۵۰PSI ـ ۱۰۰) بهره‌برداری می‌شوند بنابراین از آنجائی که میزان برق مصرفی رابطه مستقیم با فشار سیستم دارد. در نتیجه میزان برق مصرفی نیز کاهش می‌یابد.
در عین حال باید توجه نمود که هزینه مصرف برق هر سال افزایش پیدا می‌کند. با توجه به مصرف زیاد برق پمپ‌های سیستم اسمز معکوس، و هنگامی‌که در مقیاس بزرگ از این سیستم‌ها می‌خواهد استفاده شود، هزینه برق مصرفی باید به دقت مورد ارزیابی قرار گیرد).

-------------------------------------------------------------------------------------------

نویسنده:

علیرضا رضائیان (کارشناس ارشد مهندسی محیط)

زهرا جهانفرنیا (کارشناس ارشد شیمی) - شرکت آب و فاضلاب شهر تهران

منبع:

http://water-sys.ir