مروری بر حذف بور از آب دریا با استفاده ازفناوری اسمز معکوس

نوع مقاله : مقاله مروری

نویسندگان

1 استادیار زمین‌شناسی، گروه زمین‌شناسی، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد استهبان، استهبان، ایران.

2 دانشیار شیمی معدنی، گروه شیمی، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد داراب (و گروه پژوهش‌های شیمی کاربردی، مرکز تحقیقات مهندسی شیمی، نفت و پلیمر، واحد شیراز، دانشگاه آزاد اسلامی، شیراز)، ایران.

3 استادیار مهندسی پلیمر، گروه مهندسی پلیمر، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد شیراز، شیراز، ایران.

چکیده

پیش‌بینی می‌شود تا سال 2050 بیش از 48 درصد مردم جهان با کم‌آبی مواجه شوند. نمک‌زدایی از آب دریا به‌عنوان بهترین راه تامین آب شیرین، طی سه دهه گذشته روندی صعودی داشته است. روش‌های نمک‌زدایی غشایی به‌ویژه روش اسمز معکوس به‌دلیل مصرف انرژی پایین‌تر، محبوب‌تر ازسایر روش‌ها شده است. علی‌رغم موفقیت این روش در حذف املاح آب دریا، آلاینده‌هایی مانند بور هنوز در آب تولیدی مشاهده می‌شود. علت آن حضور بور به‌صورت اسید بوریک در آب دریا است که به‌دلیل اندازه مولکولی کوچک، از طریق غشاها به آب تولیدی نشت می‌کند. غلظت متوسط بور در آب دریا 6/4 میلی‌گرم بر لیتر است که از منابع مختلف طبیعی مانند فعالیت‌های آتشفشانی و نیز منابع انسان‌زاد تامین می‌شود. مقادیر بالای بور، برای سلامت انسان و محصولات کشاورزی مضر است. عواملی چون pH، دما و قدرت یونی آب خوراک تاثیر زیادی بر حذف بور در فرایندهای غشایی دارند. این مقاله مروری روایی، با بررسی منابع معتبر، ضمن اشاره به اهمیت بور و روش‌های حذف آن، به چالش‌های حذف بور به‌روش اسمز معکوس به‌عنوان رایج‌ترین فناوری روز نمک‌زدایی آب دریا می‌پردازد.

کلیدواژه‌ها


 
پسندیده‌پور، ف.، غلامی، ف.، و اسدی، آ.، (1400)، "مروری بر عملکرد غشاهای نانوفیلتراسیون اصلاح شده با نانومواد معدنی، کربنی و ترکیبی از آن‌ها"، علوم و مهندسی آب و فاضلاب،  8(1)،  https://doi.org/10.22112/jwwse.2022.316060.1297
سامی‌حصار، ب.، ضرغامی، م.، یگانی، ر.، و صباحی، م.، (1398)، "طراحی سیستم آب‌شیرین‌کن خورشیدی به‌روش اسمز معکوس- فتوولتائیک (مطالعه موردی: آب لب‌شور روستای سربند اردبیل)"، علوم و مهندسی آب و فاضلاب، 4(2)، 37-46.
Bao, X., Long, W., Liu, H., and She, Q., (2021), “Boron and salt ion transport in electrically assisted reverse osmosis”, Journal of Membrane Science, 637, 119639, https://doi.org/10.1016/j.memsci.2021.119639.
Bhagyaraj, S., Al-Ghouti, M.A., Kasak, P., and Krupa, I., (2021), “An updated review on boron removal from water through adsorption processes”, Emergent Materials, 4, 1167-1186.
Boccaletti, G., Grobbel, M., and Stuchtey, M.R., (2010), “The business opportunity in water conservation”, McKinsey Quarterly, December 1, 67-75.
Cengeloglu, Y., Arslan, G., Tor, A., Kocak, I., and ve Dursun, N., (2008), “Removal of boron from water by using reverse osmosis”, Separation and Purification Technology, 64(2), 141-146.
Curto, D., Franzitta, V., and Guercio, A., (2021), “A review of the water desalination technologies”, Applied Sciences, 11(2), 670.
Dydo, P., Turek, M., Ciba, J., Trojanowska, J., and Kluczka, J., (2005), “Boron removal from landfill leachate by means of nanofiltration and reverse osmosis”, Desalination, 185(1-3), 131-137.
Eke, J., Yusuf, A., Giwab, A., and Sodiq, A., (2020), “The global status of desalination: An assessment of current desalination technologies, plants and capacity”, Desalination, 495, 114633,  https://doi.org/10.1016/j.desal.2020.114633.
EPA, (2008), Drinking water health advisory for boron, Health and Ecological Criteria Division Office of Science and Technology Office of Water, Document Number: 822-R-08-013, Washington, D.C., USA.
Farhat, A., Ahmad, F., Hilal, N., and Arafat, H.A., (2013), “Boron removal in new generation reverse osmosis (RO) membranes using two-pass RO without pH adjustment”, Desalination, 310, 50-59, https://doi.org/10.1016/j.desal.2012.10.003.
Geffen, N., Semiat, R., Eisen, M., and Balazs, Y.S., (2006), “Boron removal from water by complexation to polyol compounds”, Journal of Membrane Science, 286(1-2), 45-51.
Hilal, N., Kim, G., and Somerfield, C., (2011), “Boron removal from saline water: A comprehensive review”, Desalination, 273(1), 23-35, https://doi.org/10.1016/j.desal.2010.05.012.
Hung, P.V.X., Cho, S-H., and Moon, S-H., (2009), “Prediction of boron transport through seawater reverse osmosis membranes using solution-diffusion model”, Desalination, 247(1-3), 33-44.
Hunt, C.D., and Benjamin, C., (2003), “Boron”, In: Encyclopedia of Food Sciences and Nutrition, Academic Press, Oxford, 566-574.
Inamuddin, Ahamed, M.I., Lichtfouse, E., and Asiri, A.M., (2021), Green adsorbents to remove metals, dyes and boron from polluted water, Environmental Chemistry for a Sustainable World 49, Springer Nature Switzerland AG, 462 p.
Jones, E., Qadir, M., van Vliet, M.T.H., Smakhtin, V., Kang, S.M., (2019), “The state of desalination and brine production: A global outlook”, Science of The Total Environment, 657, 1343-1356, https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2018.12.076.
Kabay, N., Bryjak, M., and Hilal, N., (2015), Boron separation processes, Elsevier; 1st Edition, ‎ 412 p.
Kürklüa, S., Velioğlua, S., Ahunbaya, M.G., Tantekin-Ersolmaza, S.B., and Krantzb, W.B., (2017), “A novel energy-efficient concurrent desalination and boron removal (CDBR) process”, Desalination, 423, 79-94, https://doi.org/10.1016/j.desal.2017.09.005.
Lim, Y.J., Goh, K., Kurihara, M., and Wang, R., (2021), “Seawater desalination by reverse osmosis: Current development and future challenges in membrane fabrication, A review”, Journal of Membrane Science, 629, 119292, https://doi.org/10.1016/j.memsci.2021.119292.
Lin, J.Y., Mahasti, N.N.N., and Huang, Y.H., (2020), “Recent advances in adsorption and coagulation for boron removal from wastewater: a comprehensive review”, Journal of Hazardous Materials, 407, 124401, https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2020.124401.
Nable, R.O., Ba˜nuelos, G.S., and Paull, J.G., (1997), “Boron toxicity”, Plant and Soil, 193(1), 181-198.
Nadav, N., Koutsakos, E., (2013), “Innovative design of the UF and SWRO Limassol desalination plant in Cyprus”, Desalination and Water Treatment, 51(1-3), 95-100.
Najid, N., Kouzbour, S., Ruiz-García, A., Fellaou, S., Gourich, B., and Stiriba, Y., (2021), “Comparison analysis of different technologies for the removal of boron from seawater: A review”, Journal of Environmental Chemical Engineering, 9(2), 1-20, https://doi.org/10.1016/j.jece.2021.105133.
Park, B., Lee, J., Kim, M., Sun Won, Y., Lim, J.K., and Kim, S. (2015) “Enhanced boron removal using polyol compounds in seawater reverse osmosis processes”, Desalination and Water Treatment, 57(17), 7910-7917, https://doi.org/10.1080/19443994.2015.1038596.
Rahmawati, K., (2011), “Boron removal in seawater reverse osmosis system”, M.Sc. Thesis, King Abdullah University of Science and Technology, Thuwal, Kingdom of Saudi Arabia.
Redondo, J., Busch, M., and De Witte, J.P., (2003), “Boron removal from seawater using FILMTECTM high rejection SWRO membranes”, Desalination, 156(1-3), 229-238.
Regis, A.O., Vanneste, J., Acker, S., Martínez, G., Ticona, J., García, V., Alejo, F.D., Zea, J., Krahenbuhl, R., Vanzin, G., and Sharp, J.O., (2022), “Pressure-driven membrane processes for boron and arsenic removal: pH and synergistic effects”, Desalination, 522, 115441, https://doi.org/10.1016/j.desal.2021.115441.
Ruiz-García, A., and Nuez, I., (2021), “Performance evaluation and boron rejection in a SWRO system under variable operating conditions”, Computers and Chemical Engineering, 153, 07441, https://doi.org/10.1016/j.compchemeng.2021.107441
Tang, Y.P., Luo, L., Thong, Z., and Chung, T.S., (2017), “Recent advances in membrane materials and technologies for boron removal”, Journal of Membrane Science, 541, 434-446, https://doi.org/10.1016/j.memsci.2017.07.015.
Tappe, A., (2020), “Investors can now trade water futures-CNN”, Accessed on 12 December 2020, https://edition.cnn.com/2020/12/07/investing/water-futures-trading/index.html.
Tu, K.L., Nghiem, L.D., and Chivas, A.R., (2010), “Boron removal by reverse osmosis membranes in seawater desalination applications”, Separation and Purification Technology, 75(2), 87-101.
WHO and IPCS, (‎1998),‎ Boron, World Health Organization, Geneva, https://apps.who.int/iris/handle/10665/42046
WHO, (2003) Boron in drinking-water, Background document for development of WHO guidelines for drinking-water quality, WHO/SDE/WSH/03.04/54, Geneva.
Xu, J., Xu, J., Gao, X., Chen, G., Zou, L., and Gao, C. (2010) “High performance boron removal from seawater by two-pass SWRO system with different membranes”, Water Science and Technology: Water Supply, 10(3), 327-336.
Zetland, D. (2021) “The role of prices in managing water scarcity”, Water Security, 12, 100081, scarcity”, Water Security, 12, 100081, https://doi.org/10.1016/j.wasec.2020.100081.