آب فوق خالص یکی از محصولات قابل حصول در آب شیرین کن های اسمز معکوس است. کارایی استفاده از پرتو فرابنفش در تصفیه نهایی آبهای فوق به اثبات رسیده است. چرا که پرتو فرابنفش به عنوان یکی از گزینه های مقابله با فعالیت میکروارگانیسم ها و کاهش مواد آلی شناخته می شود. لیکن تأثیر استفاده از UV به منظور کاهش فولینگ در ممبرانها و افزایش طول عمر ممبرانها در بخش پیش تصفیه مورد مطالعه قرار گرفته است.
آب فوق خالص (Ultra-Pure water)در تولید برخی از ملزومات الکتریکی مانند نیمه رساناها، حافظه های رایانه و ال سی دی ها کاربرد دارد. فرایند تولید اب بسیار فوق خالص(UPW) نظیر مابقی واحدهای آب شیرین کن مشتمل بر سه بخش پیش تصفیه، تصفیه RO و تصفیه نهایی می شود.
اگرچه RO به عنوان مرکز سیستم تولید UPW است اما پرتوی فرابفنش (UV) فناوری دیگری برای تولید آب فوق خالص است. به طور کلی واحد های UPW تمایلی به استفاده از روش های تصفیه پایه شیمیایی ندارند. زیرا مواد شیمیایی باقی مانده می تواند اثرات زیان آور در فرآیندهای تصفیه پس از آن داشته باشد. بنابر این لامپ های UV اغلب برای کاهش میکروارگانیزم ها و کربن آلی کل (TOC) استفاده می شوند. به خصوص در فشار پایین (LP) و فشار های متوسط (MP) لامپ ها پیش یا پس از فرایند فیلتر RO قرار داده می شوند. لامپ LP که طول موج مرکزی ۲۵۴ nm منتشر می کند اغلب برای حذف میکروبی و لامپ MP برای کاهش TOC به طوری که رادیکال های هیدروکسیل را توسط رزونانس ۱۸۵ nm ایجاد می کند استفاده می شود..
تعدادی از مطالعات اخیر UV را در جریان بالا دست RO به منظور کاهش گرفتگی ممبران و رسیدن به کیفیت اب مورد نظر پیشنهاد می کنند. با توجه به ماهیت فرآیند UV، پرتو های UV به خوبی بیواسید ها و اکسید کننده ها کار می کند. در حالی که اثرات متقابل RO در حذف مواد معدنی و مواد آلی با وزن مولکولی کم (LMW) به خوبی بررسی نشده است.
ابزار های مانیتورینگ مختلفی در فرایند تولید آب فوق خالص وجود دارد که شامل هدایت سنج، TOC متر و ابزار دقیق های سنجش خلوص آب می شود. پارامتر های اندازه گیری شده توسط این ابزار ها ما را به هدف مورد نظر برای اطمینان از حصول آب با خلوص بالا می رساند. برای بررسی میزان کارایی پیش تصفیه در واحد RO ، میزان جداسازی ذرات معلق نامحلول شاخص مناسبی به شمار می آید. برای مثال شاخص SDI و شاخص فولینگ(MFI) در واحدهای تولید آب فوق خالص استفاده می شود. انتظار می رود که میزان MFI تحت شرایط مشخص UPW بتواند در پتانسیل گرفتی مواد معدنی و آلی کمک کند و عملکرد RO قابل پیش بینی تر کند.
شکل زیر فرایند تصفیه در این مطالعه را نشان می دهد که ذرات کلوئیدی سیلیس (SiO2) به عنوان مدل گرفتگی در مدل سازی تجربی گرفتگی در نظر گرفته شده است. به خصوص ابعاد ذرات در محدوده ی ۱۰-۱۵ nm مورد استفاده است. شکل و اندازه ی ذرات با انالایزر ابعاد ذرات تعیین می گردد.
مواد آلی در مدل LMW در این ازمایش الکل ایزو پروپانول (IPA) است و به صورت مداوم برای تقریب بازده حذف TOC استفاده می شود. IPA یک مایع آلی فرار است. تنش های سطحی نسبتا بزرگی دارد. IPA در غلظت مورد نظر در اب حل می شود. بر اساس راهنمای استاندارد برای استفاده از UPW در کارخانه ها غلظت سیلیس و IPA مورد ازمایش باید در محدوده ی ۰٫۲۵-۲ mg/L باشد.
دو نوع لامپ UV (LP و MP) برای مطالعه ی تجربی استفاده شده است زیرا در حال حاضر این دو سیستم بسیار مورد استفاده قرار می گیرند. اختلافات ذاتی مختلفی در بین لامپ های LP و MP وجود دارد در حالی که طیف کل موج لامپ های LP حدود ۲۵۴ nm است و لامپ MP طیف های وسیع تری تا ۱۸۵ nmرا پوشش می دهد. علاوه بر این لامپ های MP خروجی بیشتری نسبت به لامپ های LP دارند، شدت نور لامپ های LP و MP مورد استفاده به ترتیب ۳٫۵mW/cm2 و ۵۵ mW/cm2 است. اگر چه لامپ های MP انرژی بیشتری را در زمان مشابه نسبت به لامپ LP ایجاد می کنند اما زمان تابش در زمان تماس تعیین شده توسط نرخ جریان تعیین شده است.
نتیجه گیری
اگرچه تابش UV تکنولوژی ثابت شده ای برای بهبود کیفیت اب در تولید آب فوق خالص یا UPW است اما اثر ان روی RO می تواند بسیار پیچیده تر باشد و باید با درنظر گرفتن ویژگی های گرفتگی ممبران ها در تولید UPW بررسی شود. نتایج این مطالعه نشان می دهد که استفاده از پرتو فرابنفش می تواند باعث اثر منفی روی پتانسیل فولینگ سیلیسی به میزان بیش از ۱۰% در ممبرانها شود. ولی در مورد لامپهای MP شرایط متفاوت است. لامپ MP انرژی بیشتری در زمان تماس مشابه نسبت به لامپ LP ایجاد می کند و برخلاف لامپ LP موجب کاهش قابل توجهی در پتانسیل گرفتگی و فولینگ ممبران ها می شود، زیرا با ایجاد رادیکال های هیدروکسیل، ترکیبات آلی را تجزیه می‌کند.
منبع:UV radiation pretreatment for reverse osmosis (RO) process in ultrapurewater (UPW) production