در مواجهه با بحران جهانی آب و افزایش تقاضا برای منابع آب شیرین، بازچرخانی و استفاده مجدد از پساب‌های تصفیه‌شده به یک استراتژی حیاتی تبدیل شده است. فناوری‌های غشایی به دلیل کارایی بالا در جداسازی آلاینده‌ها، نقش کلیدی در این زمینه ایفا می‌کنند. این فصل به بررسی نقش فناوری‌های غشایی، به‌ویژه غشاهای هالوفایبر و اولترافیلتراسیون، در فرآیندهای بازچرخانی آب، کاربردهای پساب تصفیه‌شده در صنایع و کشاورزی، و مزایا و محدودیت‌های سیستم‌های بیورآکتور غشایی (MBR) به عنوان یکی از پیشرفته‌ترین روش‌ها در این حوزه می‌پردازد.
. نقش غشاهای هالوفایبر و اولترافیلتراسیون در بازچرخانی آب، و کاربردهای صنعتی و کشاورزی پساب تصفیه‌شده
فناوری‌های غشایی با ایجاد یک سد فیزیکی، امکان جداسازی ذرات معلق، میکروارگانیسم‌ها و مولکول‌های بزرگ را از آب فراهم می‌کنند و پسابی با کیفیت بالا برای استفاده مجدد تولید می‌نمایند. در این میان، غشاهای هالوفایبر و فرآیند اولترافیلتراسیون به دلیل ویژگی‌های منحصربه‌فرد خود، کاربرد گسترده‌ای در سیستم‌های بازچرخانی آب دارند. غشاهای هالوفایبر که از دسته‌ای از الیاف پلیمری نیمه‌تراوا با ساختاری مویرگی و توخالی تشکیل شده‌اند، به دلیل سطح به حجم بسیار بالا، امکان طراحی سیستم‌های تصفیه فشرده و با ظرفیت بالا را فراهم می‌کنند. این غشاها جزء اصلی بسیاری از سیستم‌های بیورآکتور غشایی (MBR) هستند که در آن‌ها ماژول‌های غشایی مستقیماً در مخزن بیولوژیکی قرار می‌گیرند و فرآیند جداسازی فیزیکی را با تصفیه بیولوژیکی ادغام می‌کنند. این ترکیب منجر به تولید پساب با کیفیت بسیار بالا، عاری از مواد معلق و باکتری‌ها می‌شود که برای بازچرخانی ایده‌آل است و انعطاف‌پذیری آن‌ها در ساخت از مواد پلیمری مختلف، امکان استفاده در تصفیه انواع پساب‌های صنعتی و شهری را فراهم می‌آورد. از سوی دیگر، اولترافیلتراسیون که یک فرآیند جداسازی تحت فشار با غشاهایی با اندازه حفرات ۰.۰۱ تا ۰.۱ میکرون است، قادر است به طور مؤثری جامدات معلق، کلوئیدها، باکتری‌ها، ویروس‌ها و مولکول‌های با وزن مولکولی بالا را از آب حذف کند. یکی از کاربردهای اصلی UF در بازچرخانی آب، استفاده از آن به عنوان مرحله پیش‌تصفیه برای سیستم‌های اسمز معکوس (RO) است که با حذف ذرات بزرگتر و آلاینده‌های بیولوژیکی، از گرفتگی غشاهای RO جلوگیری کرده و طول عمر و کارایی آن‌ها را افزایش می‌دهد؛ همچنین، در بسیاری از کاربردها که نیازی به حذف نمک‌های محلول نیست، پساب خروجی از سیستم UF کیفیت لازم برای استفاده در کشاورزی و برخی فرآیندهای صنعتی را دارا می‌باشد.
پساب تصفیه‌شده توسط فناوری‌های غشایی، به منبع آبی قابل اعتماد و پایدار برای مصارف مختلف تبدیل می‌شود که می‌تواند به کاهش فشار بر منابع آب شیرین کمک شایانی کند. در بخش صنعتی، استفاده مجدد از آب نه تنها به حفظ منابع کمک می‌کند، بلکه می‌تواند هزینه‌های عملیاتی را نیز کاهش دهد. پساب تصفیه‌شده با کیفیت مناسب می‌تواند به عنوان آب جبرانی در برج‌های خنک‌کننده و بویلرها، در فرآیندهای تولیدی صنایعی مانند نساجی، کاغذسازی و خودروسازی به صورت یک چرخه بسته، و همچنین برای شستشوی تجهیزات و محوطه کارخانه‌ها مورد استفاده قرار گیرد. در بخش کشاورزی که بزرگترین مصرف‌کننده آب در جهان است، استفاده از پساب تصفیه‌شده می‌تواند تأثیر بسزایی در مدیریت منابع آب داشته باشد. این پساب به طور گسترده برای آبیاری محصولات غیرخوراکی مانند پنبه، گیاهان زینتی و فضای سبز شهری استفاده می‌شود. با اعمال استانداردهای تصفیه سختگیرانه‌تر و گندزدایی پیشرفته، می‌توان از پساب برای آبیاری باغات میوه و محصولاتی که پخته می‌شوند، استفاده کرد. علاوه بر تأمین آب، مواد مغذی موجود در پساب نیز به خاک منتقل شده و نیاز به کودهای شیمیایی را کاهش می‌دهد. همچنین، در برخی مناطق، پساب تصفیه‌شده برای تغذیه مصنوعی سفره‌های آب زیرزمینی استفاده می‌شود که پس از تصفیه طبیعی بیشتر، دوباره وارد چرخه آب شده و برای مصارف مختلف قابل برداشت است.
. مزایا و محدودیت‌های استفاده از MBR در بازچرخانی
بیورآکتورهای غشایی (MBR) به عنوان ترکیبی از تصفیه بیولوژیکی لجن فعال و فیلتراسیون غشایی، یکی از مؤثرترین فناوری‌ها برای تولید آب بازیافتی با کیفیت بالا محسوب می‌شوند. از مزایای اصلی MBR می‌توان به تولید پساب با کیفیت بسیار بالا و شفاف که برای اکثر کاربردهای بازچرخانی مناسب است و نیاز به مراحل تصفیه تکمیلی را کاهش می‌دهد، اشاره کرد. این سیستم‌ها با حذف حوضچه‌های ته‌نشینی ثانویه، فضای بسیار کمتری اشغال می‌کنند و برای مناطقی با محدودیت زمین ایده‌آل هستند. همچنین، MBR می‌تواند در غلظت‌های بالاتری از زیست‌توده (MLSS) کار کند که منجر به کاهش تولید لجن مازاد و هزینه‌های مرتبط با مدیریت آن می‌شود. عملکرد پایدار سیستم نیز که به ته‌نشینی لجن وابسته نیست، آن را در برابر نوسانات بار آلودگی و دبی ورودی بسیار مقاوم‌تر از روش‌های سنتی می‌سازد.
با این حال، این فناوری نیز دارای محدودیت‌های خاص خود است. پدیده گرفتگی غشا، بزرگترین چالش عملیاتی در سیستم‌های MBR است؛ تجمع مواد بر روی سطح غشا باعث کاهش شار (جریان عبوری) و افزایش فشار مورد نیاز شده و نیازمند شستشوی دوره‌ای شیمیایی و فیزیکی است که هزینه‌های بهره‌برداری را افزایش می‌دهد. همچنین، هزینه‌های اولیه خرید و نصب ماژول‌های غشایی و مصرف انرژی برای هوادهی به منظور کنترل گرفتگی، در مقایسه با سیستم‌های سنتی بالاتر است. بهره‌برداری و نگهداری از سیستم‌های MBR، به‌ویژه تشخیص و رفع مشکلات مربوط به گرفتگی غشا، نیازمند دانش فنی و اپراتورهای ماهر است. علاوه بر این، سیستم‌های MBR به برخی مواد مانند روغن، چربی و ترکیبات شیمیایی حساس هستند که می‌توانند به سرعت باعث گرفتگی شدید و آسیب به غشاها شوند، لذا وجود یک واحد پیش‌تصفیه کارآمد قبل از MBR ضروری است.
بازچرخانی آب با استفاده از فناوری‌های غشایی
