بررسی و مقایسه عملکرد غشاهای اسمز معکوس و نانوفیلتراسیون در تصفیه پساب صنعتی عسلویه

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دکترا، پژوهشگر ارشد، شرکت ملی صنایع پتروشیمی، شرکت تحقیقات و فناوری پتروشیمی، تهران، ایران

2 استادیار، گروه مهندسی پلیمر و شیمی، واحد تنگستان، دانشگاه آزاد اسلامی، تنگستان، ایران

3 دانش‌آموخته کارشناسی ارشد، گروه مهندسی شیمی، مؤسسه تحصیلات تکمیلی خرد، بندر بوشهر، ایران

4 دانش‌آموخته کارشناسی ارشد، باشگاه پژوهشگران جوان و نخبگان، واحد بوشهر، دانشگاه آزاد اسلامی، بوشهر، ایران

چکیده

محدودیت منابع آب شیرین و تخلیه آب به‌صورت پساب شهری و صنعتی در محیط‌زیست یکی از چالش‌های مهمی است که بشریت همواره با آن روبه‌رو بوده است. استفاده از غشاهای تصفیه در بازیابی پساب‌ها یکی از راه‌حل‌های اساسی برای مقابله با این معضل جهانی است. ازاین‌رو در این پژوهش، عملکرد غشاهای نانوفیلتراسیون و اسمز معکوس در تصفیه پساب صنعتی عسلویه مقایسه و ارزیابی شد. غشاهای به‌کار رفته در این سیستم از نوع تجاری به‌صورت مارپیچ بافته شده از جنس پلی‌آمید بود. اثر پارامترهای فشار و دبی جریان بر شار عبوری از غشا، کل مواد جامد محلول، درصد تصفیه و درصد گرفتگی غشا بررسی شد. در هر دو غشا با افزایش فشار از 5 تا 7 بار در دبی ثابت L/h720، شار جریان افزایش و میزان TDS کاهش یافت. بیشینه درصد تصفیه در فشار 7 بار مشاهده شد که برای غشاهای NF و RO به‌ترتیب 92 و 4/98 درصد به‌دست آمد که نشان‌دهنده بالاتر بودن عملکرد تصفیه غشای RO نسبت به NF است. افزایش دبی جریان از 600 تا L/h840 در فشار ثابت 7 بار موجب افزایش شار جریان برای نمونه‌ها شد. میزان TDS با افزایش دبی در غشای NF روند کاهشی و سپس افزایشی را نشان داد در حالی که در غشای RO تغییرات ناچیز بود. همچنین، میزان دبی تأثیری بر روی درصد تصفیه غشای RO نداشت اما در غشای NF ابتدا روند افزایشی و سپس کاهشی مشاهده شد. بیشترین میزان درصد تصفیه با غشاهای NF و RO در دبی جریان L/h 720 به‌ترتیب 92 و 5/98 درصد به‌دست آمد. بررسی اثر افزایش فشار و دبی جریان بر درصد گرفتگی نشان داد میزان گرفتگی در غشای RO افزایش می‌یابد در حالی که در غشای NF این میزان بستگی به برایند اثر دبی و فشار دارد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Reverse Osmosis and Nano Filtration Membranes Performance's Comparison in Assaluyeh Industrial Wastewater Treatment

نویسندگان [English]

  • Somayeh Lashgari 1
  • Soheila Lashgari 2
  • Fatemeh Keshavarz 3
  • Zahra Esvandi 4
1 PhD., Senior Researcher, National Petrochemical Company, Petrochemical Research and Technology Company, Tehran, Iran
2 Assist. Prof., Dept. of Polymer and Chemical Engineering, Tangestan Branch, Islamic Azad University, Tangestan, Iran
3 Former Graduate Student, Dept. of Chemical Engineering, Kherad Institute of Graduate Education, Bandar Bushehr, Iran
4 Former Graduate Student, Young Researchers and Elite Club, Bushehr Branch, Islamic Azad University, Bushehr, Iran
چکیده [English]

Restriction of freshwater resources is one of the major challenges that humanity has always been faced with. The use of treatment membranes in effluent recovery is one of the basic solutions to deal with this global problem. Therefore, in the present study, the performance of nanofiltration and reverse osmosis membranes in Assaluyeh industrial wastewater treatment has been compared and evaluated. The membranes used in this system are of commercial type of spiral woven polyamide. The effect of flow pressure and flow rate on the membrane permeate flux, total dissolved solids, separation efficiency percentage and membrane flux reduction have been evaluated. In both membranes, with increasing pressure from 5 to 7 bar at a constant flow rate of 720 L/h, the flux enhanced and the TDS rate decreased. The separation efficiency percentage of industrial wastewater using NF and RO membranes at optimum pressure of 7 bar was obtained 92% and 98.4%, respectively, which indicates higher RO filtration performance than NF. Increasing the flow rate from 600 to 840 L/h at a constant pressure of 7 bar improved the permeate flux for the samples. The amount of TDS with rising flow rate in NF membrane showed a decreasing and then increasing trend while in RO membrane there were slight changes. Meanwhile, the flow rate had no effect on the separation efficiency percentage of RO membrane, but in NF membrane, first an increasing and then a decreasing trend was observed. The highest separation efficiency percentage with NF and RO membranes at 720 L/h flow rate was 92% and 98.5%, respectively. The study of the effect of increasing pressure and flow rate on the percentage of flux reduction showed that in RO membrane it increases while in NF membrane this parameter depends on the result of the effect of flow rate and pressure.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Membrane
  • Reverse Osmosis (RO)
  • Nano Filtration (NF)
  • Effluent
  • Comparison
Abid, M. F., Al-Naseri, S. K., Al-Sallehy, Q. F., Abdulla, S. N. & Rashid, K. T. 2011. Desalination of Iraqi surface water using nanofiltration membranes. Desalination and Water Treatment, 29, 174-180.
Ahsan, A. & Imteaz, M. 2019. Nanofiltration membrane technology providing quality drinking water. Nanotechnology in Water and Wastewater Treatment, 291-295.
Ainscough, T. J., Oatley-Radcliffe, D. L. & Barron, A. R. 2021. Groundwater remediation of volatile organic compounds using nanofiltration and reverse osmosis membranes-a field study. Membranes, 11(1), 61.
Baransi-Karkaby, K., Bass, M. & Freger, V. 2019. In situ modification of reverse osmosis membrane elements for enhanced removal of multiple micropollutants. Membranes, 9(2), 28.
Bergman, R. & Bergman, R. 2007. Reverse osmosis and nanofiltration, American Water Works Association.
Davoudi, M., Samieirad, S., Mottaghi, H. & Safadoost, A. 2014. The main sources of wastewater and sea contamination in the South Pars natural gas processing plants: prevention and recovery. Journal of Natural Gas Science and Engineering, 19, 137-146.
Delnavaz, M., Vatanpour, V. & Farahbakhsh, J. 2018. A study for water purification using reverse osmosis membrane modified with carbon nanotube. Journal of Water and Wastewater, 29(5), 1-11. (In Persian)
Elazhar, F., Touir, J., Elazhar, M., Belhamidi, S., El Harrak, N., Zdeg, A., et al. 2015. Techno-economic comparison of reverse osmosis and nanofiltration in desalination of a Moroccan brackish groundwater. Desalination and Water Treatment, 55, 2471-2477.
Escobar, I. C., Hong, S. & Randall, A. A. 2000. Removal of assimilable organic carbon and biodegradable dissolved organic carbon by reverse osmosis and nanofiltration membranes. Journal of Membrane Science, 175, 1-17.
Garg, M. C. & Joshi, H. 2015. Optimization and economic analysis for a small scale nanofiltration and reverse osmosis water desalination system. Water Science and Technology: Water Supply, 15, 1027-1033.
Giagnorio, M., Ricceri, F. & Tiraferri, A. 2019. Desalination of brackish groundwater and reuse of wastewater by forward osmosis coupled with nanofiltration for draw solution recovery. Water Research, 153, 134-143.
Hafiz, M., Hawari, A. H., Alfahel, R., Hassan, M. K. & Altaee, A. 2021. Comparison of nanofiltration with reverse osmosis in reclaiming tertiary treated municipal wastewater for irrigation purposes. Membranes, 11(1), 32.
Hassani, A., Mirzayee, R., Nasseri, S., Borghei, M., Gholami, M. & Torabifar, B. 2008. Nanofiltration process on dye removal from simulated textile wastewater. International Journal of Environmental Science and Technology, 5, 401-408.
Heberer, T. & Feldmann, D. 2008. Removal of pharmaceutical residues from contaminated raw water sources by membrane filtration. Pharmaceuticals in the Environment, 427-453.
Kaya, Y. & Dayanir, S. 2020. Application of nanofiltration and reverse osmosis for treatment and reuse of laundry wastewater. Journal of Environmental Health Science and Engineering, 18, 699-709.
Khedr, M. G. 2013. Radioactive contamination of groundwater, special aspects and advantages of removal by reverse osmosis and nanofiltration. Desalination, 321, 47-54.
Licona, K., Geaquinto, L. D. O., Nicolini, J., Figueiredo, N., Chiapetta, S., Habert, A., et al. 2018. Assessing potential of nanofiltration and reverse osmosis for removal of toxic pharmaceuticals from water. Journal of Water Process Engineering, 25, 195-204.
Lindau, J., Jönsson, A. S. & Bottino, A. 1998. Flux reduction of ultrafiltration membranes with different cut-off due to adsorption of a low-molecular-weight hydrophobic solute-correlation between flux decline and pore size. Journal of Membrane Science, 149, 11-20.
Lv, Y., Zhou, J., Mai, Z. & Liu, J. 2019. Nano-porous membrane process for brackish groundwater treatment: efficiency analysis using response surface methodology. Nature Environment and Pollution Technology, 18(4), 1131-1141.
Mekonnen, M. M. & Hoekstra, A. Y. 2016. Four billion people facing severe water scarcity. Science Advances, 2(2), e1500323.
Nataraj, S. K., Hosamani, K. M. & Aminabhavi, T. M. 2006. Distillery wastewater treatment by the membrane-based nanofiltration and reverse osmosis processes. Water Research, 40, 2349-2356.
Qu, X., Alvarez, P. J. & Li, Q. 2013. Applications of nanotechnology in water and wastewater treatment. Water Research, 47, 3931-3946.
Van Der Bruggen, B. & Vandecasteele, C. 2003. Removal of pollutants from surface water and groundwater by nanofiltration: overview of possible applications in the drinking water industry. Environmental Pollution, 122, 435-445.
Vatanpour, V. & Zoqi, N. 2017. Surface modification of commercial seawater reverse osmosis membranes by grafting of hydrophilic monomer blended with carboxylated multiwalled carbon nanotubes. Applied Surface Science, 396, 1478-1489.