آب شیرین کن صنعتی

نمک زدایی یا شیرین سازی آب، به فرآیندی که انواع نمک ها را از آب جدا می کند، اطلاق می شود. فرآیند نمک زدایی آب در کاربردهای مختلفی می تواند مورد استفاده قرار گیرد، از قبیل:
• نمک زدایی آب شور یا لب شور برای تولید آب شرب شهری
• کاربردهای صنعتی و تجاری برای تولید آب با خلوص بالا به عنوان آب ورودی بویلرها، آب فرآیند، آب بطری، صنایع دارویی، الکترونیک، تولید قدرت، نفت، نوشیدنی ها، توریسم و صنایع کاغذ
• تصفیه دقیق فاضلاب برای کاربردهای استفاده مجدد
نمک زدایی آب امروزه به یک روش پذیرفته شده برای تصفیه آب در جهان تبدیل شده و در حال تبدیل به یک گزینه قابل رقابت از لحاظ قیمتی است، زیرا هزینه تامین منابع جدید آب با روش های سنتی، در جوامع مختلف رو به افزایش است.
آب شیرین موجود بر روی زمین، محدود است. بیش از 97 درصد آب دنیا را آب دریاها تشکیل می دهند، و 2 درصد آن نیز در کوههای یخی و یخچال های طبیعی محبوس است. با در نظر گرفتن آب های شور زیرزمینی و دریاچه های نمکی، می توان گفت کمتر از 0.5 درصد منابع آب زمین جهت استفاده مستقیم بشر یا استفاده های صنعتی و کشاورزی به صورت آب شیرین موجود است.
بشر از انتخاب های بسیار محدودی برای کاهش دادن، تنش آبی برخوردار است. این انتخاب ها عبارتند از:
• بهبود حفاظت از منابع آب
• انجام پروژه های زیر ساختی عظیم، مانند احداث سدها، مخازن، انتقال آب، و ...
• افزایش استفاده مجدد از آب و فاضلاب
• نمک زدایی از آب های شور و لب شور

مقدمه ای بر تکنولوژی های نمک زدایی

آب شیرین کن ها به دو دسته عمده، شامل تکنولوژی های غشایی، تقسیم می شوند. در تکنولوژی حرارتی، آب با کسب حرارت تبدیل به بخار شده و سپس بخار، تبدیل به مایع شده و آب خالص، جمع آوری می شود. آب شیرین کن های حرارتی به ندرت ممکن است برای نمک زدایی آب های لب شور (TDS کمتر از 10000 mg/L ) مورد استفاده قرار گیرند، و برای این کاربرد مقرون به صرفه نیستند.
این روش نمک زدایی، عمدتا در مناطقی که سوخت های فسیلی به وفور در دسترس است ( مانند خاورمیانه ) و امکان سرمایه گذاری در پلنت های تولید همزمان برق و آب وجود دارد، مورد استفاده قرار می گیرد.
تکنولوژی غشایی از غشاهای نازک نیمه تراوا، برای تفکیک جریان ورودی به دو جریان با غلظت های مختلف ( آب تولیدی و آب تغلیظ شده ) استفاده می کنند. آب ورودی به این آب شیرین کن ها می توانند شور یا لب شور باشند. تکنولوژی های غشایی در انواع زیر دسته بندی می شوند:
• اسمز معکوس (RO)
• الکترودیالیز (ED) و الکترودیالیز معکوس (EDR)
در فرآیند RO، فشار به عنوان نیروی محرک برای تفکیک آب شور ورودی به جریان آب تولیدی و پساب شور شناخته می شود، در حالیکه فرآیندهای ED و EDR از الکترودهای مخالف برای جداسازی یون های مثبت و منفی نمک های محلول از یک جریان آب شور، استفاده می کنند.
نانوفیلتراسیون (NF) هم یک فرآیند غشایی است که در بعضی کاربردهای نمک زدایی آب کاربرد دارد، ولی این روش عمدتا یون های نمک دو ظرفیتی ( مانند کلسیم ، منیزیم و سولفات ) را حذف می کند و نمک های متداول تری مانند سدیم و کلرید را جدا نمی کند. در نتیجه روش نانوفیلتراسیون بیشتر برای کاربردهایی غیر از نمک زدایی ( مانند حذف مواد آلی و یا سختی گیری آب ) مورد استفاده قرار می گیرد.
در مقایسه با تکنولوژی های حرارتی، روش های غشایی بسیار جدیدتر هستند.
فرآیندهای غشایی معمولا به صورت پلنت های تک منظوره ( فقط برای تولید آب ) ساخته می شوند، هرچند پیشرفت های اخیر، نشان دهنده مزایای ناشی از احداث تجهیزات آب شیرین کن غشایی در کنار پلنت های تولید برق یا سایر کارخانجات صنعتی بوده است.
پلنت های نمک زدایی معمولا می توانند نزدیک به محل استفاده ساخته شوند.نمک زدایی، تنوع منابع آب و در نتیجه امنیت تامین آب را افزایش می دهد، زیرا اساسا متفاوت با منابع متعارف تامین آب است. پلنت های نمک زدایی در ظرفیت های گوناگون قابل احداث هستند.

کاربرد نمک زدایی

منابع تغذیه دستگاههای آب شیرین کن عبارت است از:

• فاضلاب صنعتی

بازیافت فاضلاب صنعتی برای کاربردهایی چون آب خنک کاری و فرآیندهای مختلف، در سال های اخیر افزایش یافته است. در حال حاضر کاربردهای معمول فاضلاب بازیابی شده، عبارتند از آب خنک کن نیروگاه ها و پالایشگاه ها، و آب مورد نیاز فرآیند در صنایعی مانند نساجی، الکترونیک و کاغذ

• فاضلاب شهری

استفاده مجدد از فاضلاب شهری، یک کاربرد بالقوه برنامه های بازسازی سیستم های آب است. موانع متعددی برای استفاده مجدد از فاضلاب شهری وجود دارد. نمک زدایی در مواردی که شوری آب بیش از حدود تعیین شده ای باشد، یکی از مراحل ضروری خواهد بود. در نهایت آب تصفیه شده ممکن است برای تغذیه آب های زیرزمینی یا برای استفاده های صنعتی یا کشاورزی مناسب باشد.

• آب لب شور زیرزمینی

در مناطقی که با کمبود آب مواجهند، حتی آب لب شور نیز ممکن است به تنهایی یا پس از اختلاط با آبی با کیفیت بهتر، به عنوان یک منبع آب عمومی، مورد استفاده قرار گیرد.
اکثر آب های لب شور با توجه به میزان شوری کمتر نسبت به آب دریا، می توانند از طریق فناوری های غشایی تصفیه و بازیابی و احیا شوند.

• آب های لب شور سطحی

در سال های اخیر، تمایل استفاده از آب های لب شور سطحی به عنوان منبع آب آشامیدنی افزایش یافته است، به خصوص در مناطقی که ظرفیت منابع آب شیرین متعارف محدود است یا به دلیل مصرف زیاد در کاربردهای مختلف، مانند مصارف صنعتی یا آبیاری، تنش آبی وجود دارد. منبع این آب ها ممکن است آب لب شور طبیعی مانند دریاچه های آب شور باشد، و یا دهانه رودخانه ها
فرآیند پیش تصفیه برای آب های سطحی، به دلیل فعالیت های بیولوژیکی، جامدات معلق و پاتوژن هایی که باید کنترل شوند، پیچیده تر خواهد بود. استفاده از فیلتراسیون غشایی به عنوان پیش تصفیه، اکثر این موارد را پوشش می دهد.

• آب دریا

در مناطق ساحلی، دسترسی به منبع نامحدود آب با کیفیت و ترکیبات تقریبا یکنواخت، و نیز امکان استفاده از روشی اقتصادی برای دورریز پساب شور ( تخلیه به دریا ) فراهم است. همچنین پلنت های دو منظوره تولید آب و برق همزمان، بهتر است نزدیک به منبع نامحدود آب خنک کن نصب شوند. آب نمک زدایی شده می تواند برای تامین آب مناطق دور از ساحل نیز مورد استفاده قرار بگیرد.

شیمی آب

ذخیره آب زمین به طور مداوم طی چرخه ای هیدرولوژیکی، خالی و پر می شود. خالی شدن منابع، از طریق تبخیر آب های سطحی و تعرق گیاهان رخ داده است و سپس با میعان بخارات آب موجود در اتمسفر و بازگشت آن به زمین از طریق باران، برف، شبنم و ... دوباره پر می شود. تمام آب های طبیعی، شامل اجزایی به شکل ترکیبات آلی یا معدنی محلول یا معلق هستند. به طور معمول، ترکیبات معدنی شامل عناصر فلزی ( مانند کلسیم، منیزیم، سدیم، آهن ) و غیر فلزی ( مانند کربن، نیتروژن، اکسیژن، گوگرد، کلر ) هستند. ترکیبات آلی ساختارهای پیچیده تری دارند که همواره شامل کربن می شوند.
وقتی اتم ها تبادل الکترون می کنند، پیوندهای یونی شکل می گیرند. به عنوان مثال سدیم و کلر واکنش می دهند تا یون های سدیم و کلر شکل بگیرند. یون های با بار مثبت، کاتیون و یون های با بار منفی، آنیون نامیده می شود. مجموع بار کاتیون و آنیون در یک فرمول شیمیایی، باید برابر صفر باشد.

ترکیبات نمک ها

به طور کلی، نمک ها ترکیباتی هستند که از یک عنصر فلزی و یک عنصر غیرفلزی تشکیل شده اند. عناصر فلزی توانایی زیادی برای هدایت حرارت و الکتریسیته دارند و شکل پذیر و براق هستند. در سوی دیگر، عناصر غیرفلزی شکننده، کدر و دارای هدایت الکتریکی و حرارتی پایین هستند.
وقتی فلزات با آب واکنش می دهند، کاتیون، آنیون و گاز هیدروژن تولید می کنند.
وقتی غیرفلزات با آب واکنش می دهند، اسید تولید می شود.

اجزای موجود در آب

آب به عنوان حلال جهانی شناخته شده است. آب، به درجات مختلف، گازها ( مانند اکسیژن و دی اکسید کربن )، مواد معدنی و برخی مواد آلی ( مانند شکر و اسید تانیک ) را در خود حل می کند.
کل جامدات محلولTDS ، شامل مجموع اجزای آلی و معدنی حل شده در آب است و معمولا با واحد میلی گرم بر لیتر بیان می شود. کل جامدات معلق TSS شامل مجموعه مواد حل نشده و معلق در یک نمونه آب است.

سنجش نمونه های آب

سنجش pH و هدایت الکتریکی آب، دو روش اندازه گیری متداول برای تعیین خواص نمونه های آب هستند.

اندازه گیری pH

میزان pH آب ( میزان اسیدی یا بازی بودن آن) یک مشخصه بنیادی آب و عامل بسیار مهمی در عملیات پیش تصفیه و نمک زدایی و نیز خوردگی خطوط لوله است.
اسید، ترکیبی از عنصر غیرفلزی با یون هیدروژن است مانند اسید سولفوریک.باز، ترکیبی از کاتیون یک عنصر فلزی و یون هیدروکسیل 〖OH〗^- مانند سدیم هیدروکسید. اسیدها و بازها با یکدیگر واکنش داده و نمک ها را تولید می کنند.
مفهوم pH به طور خاص برای تعیین و تعریف کمی غلظت های بسیار کم یون هیدروژن، مناسب است. یک محلول اسیدی، تعداد یون های هیدروژن H^+ بیشتری نسبت به یون هیدروکسیل 〖OH〗^- دارد.

اندازه گیری هدایت الکتریکی

قابلیت هدایت الکتریکی، فاکتور مهمی در نمک زدایی از آب است و یک معیار تخمینی از میزان نمک موجود در آب به دست می دهد. هرچه غلظت نمک های محلول در آب بیشتر باشد، توانایی محلول برای هدایت جریان الکتریکی بیشتر است. آب خالص یک هادی بسیار ضعیف جریان الکتریسیته و آب دریا یک هادی قوی است.

قلیائیت

بیانگر ظرفیت و توانایی یک نمونه آب در خنثی سازی اسید است.

سختی آب

برابر مجموع غلظت های کلسیم و منیزیم است، که هر دو برحسب میلی گرم بر لیتر کربنات کلسیم بیان گردند. وقتی قلیاییت از میزان سختی بیشتر باشد، سختی آب از نوع سختی موقت در نظر گرفته می شود، زیرا با حرارت دادن آب و رسیدن به نقطه جوش، سختی موجود در آب رسوب کرده و از آب جدا می شود.
وقتی میزان سختی از قلیاییت بیشتر باشد، آن بخش از سختی که بیشتر از غلظت قلیاییت است، سختی دائم نامیده می شود.

روش اسمز معکوس

در روش RO از فشار هیدرولیکی برای عبور دادن آب خالص از یک غشای نیمه تراوا استفاده می شود. فناوری RO فعلی که تحت استاندارهای ASTM عمل می کند، می تواند برای نمک زدایی از آب دریا و آب لب شور مورد استفاده قرار گیرد. غشاهای مورد استفاده در فرآیند RO معمولا از پلی آمیدها یا از منابع سلولزی ساخته می شوند.
غشاهای سلولز استات در هر دو شکل صفحات تخت و الیاف نازک توخالی، کماکان تولید می شوند. صفحات تخت پلی آمید چند سازه ای، که توسط تولید کنندگان مختلفی تولید می شوند، در فناوری امروزی غشا غالب هستند.فرمول های مختلفی برای ساختمان غشاءهمواره در حال ایجاد و توسعه هستند، البته متاسفانه بسیاری از آنها معیارهای اصلی لازم را برای رسیدن به موفقیت تجاری ندارند.

اصول عملکرد RO

اسمز یک فرآیند طبیعی است که در آن، آب با عبور از یک غشای نیمه تراوا از محلولی با غلظت نمک کمتر به سمت محلولی با غلظت نمک بیشتر، حرکت می کند. گیاهان از این پدیده برای کشیدن آب از خاک، استفاده می کنند. نیروی محرک برای عبور آب در این فرآیند، فشار اسمزی نامیده می شود. فشار اسمزی به اختلاف غلظت نمک در دو محلول وابسته است. هد فشاری، در حالتی کخ اختلاف فشار خالص آب در دو طرف غشا صفر است، با فشار اسمزی برابر است. اگر فشاری بیشتر از فشار اسمزی به محلول غلیظ تر اعمال شود، آب خالص از غشای تراوا عبور کرده و از سمت محلول غلیظ به سمت محلول رقیق تر حرکت کرده و نمک های محلول را باقی می گذارد.
غشاهای نیمه تراوا، کاملا بی نقص نیستند و همراه با عبور آب، تا حدی هم عبور نمک رخ خواهد داد. شار و عبور نمک، دو مشخصه کلیدی برای توصیف غشاهای RO هستند و عملکرد غشاء را تحت تاثیر قرار می دهند.
به طور ساده می توان گفت شار عبارت است از نرخ عبور حلال از واحد سطح غشا و معمولا برحسب لیتر برمتر مربع بر ساعت بیان می شود. عبور نمک، ارتباط کیفیت آب تولیدی را با کیفیت آب ورودی بیان می کند و به صورت درصد بیان می شود. عبور نمک به میزان 1% آب ورودی، به این معنی است که اگر TDS آب ورودی 1000mg/L باشد، TDS آب تولیدی 10mg/L خواهد بود.

پیکربندی غشاهای RO

دو نوع پیکربندی، عمده بازار غشاء را برای نمک زدایی RO ( آب لب شور یا آب شور ) تشکیل می دهند: نوع حلزونی و نوع الیاف نازک تو خالی. دو آرایش دیگر ( نوع لوله ای و نوع قاب و صفحه ای )، بیشتر در فرآوری مواد غذایی و کاربردهای صنعتی استفاده شده و به ندرت در کاربردهای نمک زدایی به کار گرفته می شوند.

پیکربندی حلزونی

المان های حلزونی، از غشاهایی به شکل صفحات تخت ساخته می شوند. غشاهای جدید از این نوع، از یک ماده پشتیبان برای تامین مقاومت مکانیکی، یک لایه فعال نازک و چگال، و یک لایه اسفنجی متخلخل برای تقویت و نگهداری لایه فعال تشکیل می شوند. ماده غشا می تواند سلولزی و یا غیر سلولزی باشد. در غشاهای سلولزی دو لایه ذکر شده از یک نوع پلیمر با دو شکل شکل مختلف ساخته می شود. در غشاهای چند سازه ای، دو لایه
فوق از دو نوع پلیمر کاملا متفاوت تشکیل می شوند و برای لایه متخلخل معمولا از پلی سولفون استفاده می شود.
در طراحی حلزونی، هر غشا به صورت پاکتی شکل داده می شود که از سه طرف، مهر و موم شده است. یک شبکه تقویت کننده، که به آن "حامل آب تولیدی " گفته می شود، در سمت داخل قرار دارد. پاکت ذکر شده به دور یک لوله مرکزی جمع آوری کننده پیچیده شده و طرف باز آن به لوله چسبانده می شود. ورقه های متعددی به هم متصل شده و ماده جداسازی بین آن ها قرار می گیرد که جداساز آب تغذیه ورودی با پساب شور است. این ورقه ها دور لوله آب تولیدی پیچیده می شوند و سطح مقطع آنها، به شکل مارپیچ یا حلزونی در می آید. در انتهای هر واحد یک وسیله پلاستیکی به نام "وسیله ضد تلسکوپی " قرار می گیرد، و در نهایت کل این مجموعه در یک پوسته نازک فایبرگلاس قرار داده می شود.

پیکربندی الیاف نازک تو خالی

در طراحی الیاف نازک تو خالی یا HFF ، تعداد زیادی غشا از نوع الیاف توخالی در یک محفظه تحت فشار قرار داده می شوند. ماده مورد استفاده برای غشا الیاف توخالی می تواند پلی آرامید و یا مخلوطی از سلولز استات ها باشد. قطر بیرونی غشاها معمولا بین 100 تا 300 میکرون و قطر داخلی آنها بین 50 تا 150 میکرون است. به طور معمول، این الیاف به شکل U درآمده و هر دو انتهای آنها در یک صفحه تیوب پلاستیکی، جا داده می شوند. آب شور پرفشار، در امتداد سطح بیرونی الیاف توخالی، به داخل محفظه تحت فشار وارد می شود. آب نمک زدایی شده، تحت فشار از دیواره های این الیاف عبور کرده و درون آنها جریان یافته و جمع آوری می شود.

پیکربندی لوله ای

در پیکربندی لوله ای، از یک لوله متخلخل استفاده می شود. قطر لوله بسته به نوع کاربرد و تولید کننده، متفاوت است. این نوع غشا از پلیمرهای مختلف و متعددی، در سطح داخلی لوله، ریخته گری می شود.

پیکربندی قاب و صفحه ای

این پیکربندی، در تولید آب آشامیدنی کاربرد گسترده ای ندارد، اما در کاربردهای دیگری مانند فرآوری مواد غذایی و تصفیه شیرابه زباله ها مورد استفاده قرار می گیرند.

متغیرهای فرآیند RO

مهمترین متغیر فرآیند که متغیرهای دیگر نیز تا حد زیادی به آن وابسته اند، کمیت نسبت بازیافت R است. بازیافت، ضریب تغلیظ CF را مشخص می کند:( در رابطه زیر، R نسبت بازیافت است که به صورت کسری بیان می شود.)
CF=1/(1-R)
در سیستم های آب لب شور، نسبت بازیافت توسط شیمی آب و در سیستم های آب دریا توسط نیازمندی های فشار، محدود می شود. متغیرهای فرآیندی دیگری که باید در نطر گرفته شوند، عبارتند از:
- شار: میزان شار، مشخص کننده سطح غشا و فشار تغذیه مورد نیاز است. همچنین، نرخ گرفتگی را نیز تحت تاثیر قرار می دهد.
نرخ جریان ورودی به هر محفظه: این نرخ، نیازمندی فشار تغذیه را نیز به دلیل تاثیر روی افت فشار سیستم، نتاثر می کند. سرعت جریان عبوری را معین کرده و قطبش غلظت را نیز تحت تاثیر قرار می دهد.
- کمینه دبی پساب شور: میزان جریان عبوری از سطح غشاء نکته مهمی در کنترل پدیده قطبش غلظت است.
- کیفیت آب تولیدی: انتخاب نوع غشا و میزان شار، می تواند بر روی کیفیت آب تاثیر گذار باشد.
- دما: به دلیل تاثیر عمده دما بر روی شار و بنابراین هزینه های سرمایه گذاری و بهره برداری، این پارامتر در مرحله طراحی فرآیند، بسیار مهم است. در حالیکه دمای آب های زیر زمینی نسبتا ثابت است، دمای آب دریا به خصوص در مواردی که آبگیر از نوع روباز است، می تواند در گستره وسیعی تغییر کند.

تجهیزات جانبی RO

علاوه بر مجموعه اصلی غشایی، سایر تجهیزات فرایندی شامل موارد زیر هستند:
• فیلتراسیون دقیق: این بخش معمولا شامل فیلترهای کارتریجی 5 الی 10 میکرون است. این فیلترها برای فیلتراسیون به طور روتین و عادی طراحی نشده اند، بلکه کارکرد آنها جلوگیری از آسیب پمپ های تغذیه یا غشاها بر اثر تغییرات غیر عادی در کیفیت منبع آب ورودی است. فیلترهای کارتریج در برخی موارد در پایین دست پمپ های تغذیه قرار داده می شوند. در این حالت، یک تور صافی با سوراخ ریز برای حفاظت از پمپ، در نظر گرفته می شود.
• سیستم های کنترل رسوب: اکثر سیستم های RO برای کنترل تشکیل رسوب در غشا نیاز به افزودن مواد ضد رسوب و در برخی مواقع اسید دارند، زیرا باحتمال زیاد حداقل یکی از اجزای موجود در آب ورودی، در پساب شور حاصله در وضعیت فوق اشباع قرار خواهد داشت. سیستم های ذخیره سازی و تزریق این مواد شیمیایی، شامل مخازن ذخیره کلی و روزانه، پمپ های تزریق، لوله های کالیبراسیون و سیستم های کنترل و پایش هستندو همچنین تجهیزات ایمنی مناسب باید در نظر گرفته شوند.
• سیستم تمیزکاری: در نظر گرفتن یک سیستم تمیزکاری برای پلنت RO در ابعاد و ظرفیت های تجاری توصیه می شود. یک سیستم تمیزکاری معمولی، شامل یک یا دو تانک، یک پمپ بازچرخش، یک وسیله فیلتراسیون دقیق و تجهیزات پایش است.

چیدمان سیستم RO

آب تغذیه ورودی وارد سیستم پیش تصفیه می شود، پمپ تغذیه RO فشار آب تغذیه را افزایش می دهد، و سپس آب پرفشار وارد مجموعه آب شیرین کن غشایی می شود. چیدمان محفظه ها به صورت گروه های موازی و سری، میزان بازیافت و ظرفیت را معین می کند.

طول عمر غشا

عمر مفید المان RO معمئلا تابع ماده غشا و کاربرد آن است. طول عمر غشاهای سلولزی، در مرحله برنامه ریزی معمولا بین 3 تا 5 سال در نظر گرفته می شود. اگرچه، مثال هایی از طول عمر بسیار طولانی تر نیز وجود داسته است، بخصوص در صورتی که المان های RO برای تصفیه آب های زیرزمینی و غیرهوازی به کار گرفته شود.
غشاهای غیرسلولزی می توانند در محدوده بسیار وسیع تری از نظر pH مورد بهره برداری قرار گیرند. اگرچه اکثر آنها، مقاومت محدودی نسبت به کلر و سایر اکسیدکننده های قوی دارند. به طور معمول، برای اهداف برنامه ریزی، طول عمر المانهای غیر سلولزی حدود 5 تا 7 سال تخمین زده می شود. هر چند برخی سیستم ها با المان غشای حلزونی با عمر 10 سال وجود دارند که کماکان قابل بهره برداری هستند، و در برخی سیستم های با غشا فیبر نازک توخالی نیز, عملکرد غشا به مدت بیش از 15 سال حفظ شده است.

پیش تصفیه

به طور کلی، پیش تصفیه برای آب ورودی به یک پلنت نمک زدایی همواره لازم است. با انجام پیش تصفیه، اطمینان حاصل می شود که اجزای موجود در آب خام ورودی، منجر به نقص عملکردی یا کاهش تولید سیستم در حین بهره برداری نمی گردد.
برای فرآیندهای غشایی، دغدغه عمده به شرح زیر است:
• رسوب و گرفتگی غشاء
• انسداد راه توسط جامدات معلق
• گرفتگی یا حمله بیولوژیکی
• تنزل کیفیت غشا به دلیل اکسیداسیون یا دلایل دیگر

فرآیندهای غشایی

آب شیرین کن صنعتی,اسمزمعکوس,آب شیرین کن,RO

انجام پیش تصفیه برای بهره برداری مناسب از تجهیزات اسمز معکوس ضروری است و می تواند به میزان قابل توجهی هزینه های بهره برداری و سرمایه گذاری پروژه را افزایش دهد. سه نوع عمده رسوب و گرفتگی غشاء به شرح ذیل است:
• تشکیل رسوب: عمدتا رسوب قلیایی و غیر قلیایی، مانند سولفات کلسیم
• پدیده گرفتگی بر اثر اکسیدهای فلزی : عمدتا آهن یا منگنز، اگرچه سولفید هیدروژن اکسید شده نیز یکی از نگرانی هاست.
• پدیده گرفتگی بر اثر جامدات معلق، کلوئیدها و یا رشد بیولوژیکی
هدف از پیش تصفیه، کنترل پارامترهای مختلفی است، از جمله فعالیت های بیولوژیکی و گرفتگی، گرفتگی با اکسیدهای فلزی، رسوبات معدنی، ته نشینی سیلیس، گرفتگی ناشی از مواد کلوئیدی و گرفتگی ناشی از ریز ذرات.

رسوب گذاری در فرآیندهای غشایی

کربنات کلسیم متداول ترین شکل رسوبات معدنی است که در فرآیندهای غشایی یافت می شود. ته نشین شدن کربنات کلسیم در بخش انتهایی سیستم RO رخ می دهد.
جهت پیش بینی تمایل به تشکیل رسوب کربنات کلسیم، استفاده از روش شاخص LSI مرسوم است.
در سیستم های RO که از ضد رسوب های جدید استفاده می کنند، پارامتر LSI کمتر از +2.4 در پساب شور خروجی، به سادگی حاصل می شود. برخی از سازندگان، حد آستانه بالاتری (+3.0-+2.8) را نیز اعلام می کنند. رسوب کربنات را با به گردش درآوردن یک محلول اسید موریاتیک ( هیدروکلریک ) یا کاهش pH آب تغذیه در هنگام بهره برداری، به راحتی می توان حل کرده و جدا نمود.

گرفتگی بر اثر اکسیدهای فلزی در فرآیندهای غشایی

فلزات متعددی وجود دارند که اکسید آنها به شدت نامحلول در آب است. اکسید یون فریک 〖Fe〗^(3+) و منگنز 〖Mn〗^(3+) در پلنت های غشایی بسیار اهمیت دارد.
در کاربردهای RO توصیه می شود که میزان آهن و منگنز موجود در آب تغذیه، به میزان حداکثر 2mg/L آهن و 0.5 mg/L منگنز محدود شود. غلظت های بالاتر ممکن است مشکلاتی از قبیل ته نشینی با سایر اجزا مانند سیلیس ایجاد کند. این موضوع به خصوص برای سیستم های RO آب آشامیدنی حائز اهمیت است.
در هنگام طراحی پلنت های غشایی، سیستم آب تغذیه باید بی هوازی نگه داشته شود تا آهن و منگنز به شکل یون های دو ظرفیتی حل شدنی باقی بمانند، و به شکل اکسید شده و سه ظرفیتی نامحلول تبدیل نشوند.

گرفتگی بیولوژیکی در فرآیندهای غشایی

پدیده زیست گرفتگی یا گرفتگی بیولوژیکی یک نگرانی عمده است که منجر به کاهش شار و افزایش قابل توجه افت فشار هیدرولیکی در بخش جداساز آب ورودی و پساب شور، می گردد. گرچه تشکیل بیوفیلم یا زیست لایه معمولا پیش زمینه بروز زیست گرفتگی است، اما ممکن است بیوفیلم بر روی سطح غشا وجود داشته باشد، بدون اینکه زیست گرفتگی محسوس و قابل تشخیصی رخ دهد.
با ظهور پلی آمید و سایر مواد غیرسلولزی برای غشا استفاده از کلر و سایر اکسیدکننده های قوی در سیستم غشایی، به دلیل امکان تخریب و تنزل کیفیت غشاء، غیرقابل قبول اعلام شده است. البته این مواد غشاء، عموما مقاوم به حمله های بیولوژیکی هستند. چالش موجود در این موارد، کنترل و یا جلوگیری از تشکیل زیست لایه بر روی سطح غشاء است.

گندزدایی برای کنترل زیست گرفتگی

آب شیرین کن صنعتی,اسمزمعکوس,آب شیرین کن,RO

1. اکسید کننده ها: زیست کش های اکسید کننده ذکر شده، عمدتا به آب تغذیه افزوده می شوند. از آنجا که منوکلرآمین فعالیت اکسیدکنندگی کمتری در مقایسه با کلرآزاد داردبه غشای پلی آمید آسیبی نمی زند.( مانند کلر، منوکلرآمین، اسیدپر استیک، هیدروژن پر اکسید و ید )
2. غیر اکسید کننده ها: بی سولفیت سدیم تنها عامل کاهنده ای است که امروزه به آب تغذیه ورودی افزوده می شود. این ماده از رشد سلولی جلوگیری می کند. ( مانند فرمالید، گلوتارالدهید، بی سولفیت، متیل ایزوتیازولین، آمونیوم کواترنر،...)

جامدات معلق در فرآیندهای غشایی

جامدات معلق، در سیستم های مربوط به آب زیرزمینی دارای اهمیت نیستند، ولی در مورد آب های سطحی و یا احیای فاضلاب، اهمیت ویژه ای دارند و مایه نگرانی هستند.
جامدات معلق در آب ورودی، ممکن است شامل مواد غیرآلی مانند خاک رس یا اکسیدهای فلزی نامحلول، و همچنین مواد آلی مانند رنگ های کلوئیدی باشند.

تصفیه تکمیلی

آب تولیدی از یک فرآیند نمک زدایی، به منظور آماده سازی برای آشامیدن و یا برخی کاربردهای صنعتی، نیازمند تصفیه تکمیلی است. علاوه بر سایر مراحلی که ممکن است در تصفیه تکمیلی مورد نیاز باشد، گندزدایی و حفظ مقداری کلر باقیمانده در شبکه توزیع آب، برای همه سیستم های آب آشامیدنی شهری مورد نیاز است.
محتوای معدنی ( جامدات محلول ) در آب تولیدی از فرآیندهای نمک زدایی، بسیار پایین است. آب تولیدی از فرآیندهای غشایی دارای TDS بین 25-500 mg/L ، بسته به کاربرد مورد نظر است.
غلظت پایین مواد معدنی، یا نبود اجزای تثبیت کننده ای مثل کلسیم و قلیائیت بی کربنات در آب، منجر به داشتن آب خورنده یا ناپایدار می گردد. اگر چنین آبی مورد تصفیه تکمیلی قرار نگیرد، در جهت تثبیت خود، تلاش به حل کردن موادی که در تماس با آن قرار می گیرند، خواهد نمود که به معنی ایجاد خوردگی است. بنابراین آب تولیدی باید تصفیه شود، خواه با افزودن موادمعدنی و خواه با افزودن مواد ضدخوردگی، تا ملایم و بی خطر گردد.
افزودن کلسیم و بی کربنات ، همراه با تغییر pH، باعث می شود آب تولیدی، لوله ها، تانک های ذخیره و سایر اجزای موجود در سیستم توزیع از جمله سیستم لوله کشی در محل مصرف کننده را دچار خوردگی نکند.
سایر فاکتورهایی که ممکن است خوردگی در یک سیستم تامین آب نمک زدایی شده را تسریع کرده یا شدت ببخشند، عبارتند از:
- درجه حرارت بالا
- محتوای سیلیس پایین
- محتوای اکسیژن بالا
- دی اکسید کربن آزاد
- نسبت پایین قلیاییت به کلرید و سولفات
کیفیت آب مطلوب که این مشکلات را نداشته باشد شامل موارد زیر است:
- سختی کل به میزان 40mg/L ( برحسب Ca〖CO〗_3 ) یا بالاتر
- غلظت قلیائیت به میزان 40mg/L ( برحسب Ca〖CO〗_3 ) یا بالاتر
- میزان pH نهایی به میزان 8 الی 9

تثبیت

هدف از این فرآیند، اطمینان یافتن از تثبیت آب تولیدی، قبل از پمپ شدن آن به سیستم توزیع است. آب تثبیت شده آبی است که کربنات کلسیم در آن ته نشین نشده و یا حل نمی شود. افزودن مواد معدنی به آب، به کاهش خورندگی آب تولیدی کمک می کند. مواد شیمیایی ذکر شده در زیر، جز موادی هستند که معمولا برای تثبیت به کار می روند:
- سود سوزآور 〖(NaOH)〗^3
- بی کربنات سدیم 〖(NaHCO〗_3)
- کربنات سدیم 〖(Na_2 CO_3)〗^4
- آهک شیمیایی یا آهک زنده (CaO)
- آهک آب دیده 〖(Ca(OH)_2)〗^5
این مواد شیمیایی معمولا قبل از تزریق به آب تولیدی، در آب حل می شوند.

افزودن مواد شیمیایی

آب شیرین کن صنعتی,اسمزمعکوس,آب شیرین کن,RO

میزان مواد شیمیایی که باید به آب اضافه شود، با استفاده از فرمول واکنش شیمیایی برای افزایش قلیائیت، کاهش دی اکسید کربن و افزایش سختی کل، تعیین می گردد.
جدول روبرو نشان می دهد که همه مواد شیمیایی، سختی و قلیائیت را توامان افزایش نمی دهند. به طور مثال، سود سوزآور قلیائیت را افزایش می دهد، ولی سختی را خیر. بنابراین ماده شیمیایی مورد استفاده بستگی به کیفیت آب خواهد داشت.

ملا حظات خوردگی

شاخص های خوردگی، مقیاس هایی هستند که برای ارزیابی میزان خورندگی سیستم آب رسانی به کار می روند. عوامل زیادی شامل
• دما
• محتوای اکسیژن
• pH
• قلیائیت
• کلسیم
• TDS مواد آلی
• یون های خاصی مانند کلرید، سولفات و سیلیس
در بروز خوردگی نقش دارند.
با توجه به اینکه خورندگی پدیده ای پیچیده است، یک شاخص به تنهایی نمی تواند برای پیش بینی خوردگی به صورت دقیق، معرفی شود. شاخص های زیر، نشانه هایی از خورندگی آب ارائه می دهد:
• شاخص پایداری لانژلیه LSI
• شاخص پایداری زایزنار RSI
• شاخص خورندگی AI
سه نوع ماده ضد خوردگی که برای استفاده در سیستم های آب آشامیدنی تایید شده اند عبارتند از:
• مواد شیمیایی که منجر به تشکیل رسوب کربنات کلسیم می گردند.
• فسفات های غیرآلی یا شیشه ای
• سیلیکات سدیم

تثبیت به روش اختلاط

با افزایش کلسیم و بی کربنات به آب تولیدی، تثبیت آب حاصل می شود. مخلوط کردن آب تولیدی با آب لب شوری از یک منبع دیگر که حاوی مقادیر زیادی کلسیم یا بی کربنات است، می تواند روش موثری برای تثبیت آب تولیدی باشد. نسبت اختلاط باید براساس محدود کردن مقدار یک جز مانند سدیم، مواد آلی یا غیره در آب نهایی، انتخاب شود.
اگر سختی کل کمتر از هدف مورد نظر در تصفیه آب (40mg/L) باشد، لازم است کلسیم به آب تولیدی نهایی افزوده شود. این کار با اضافه کردن آهک خام، آهک آب دیده، کلرید کلسیم، دولومیت یا سایر مواد معدنی کلسیم دار حل پذیر مشابه، قابل انجام است.

گند زدایی

آب تولید شده در فرآیند نمک زدایی، لزوما عاری از هرگونه ویروس، پاتوژن و غیره است. البته بهرحال لازم است که سیستم گندزدایی جریان آب تولیدی نیز همراه با این سیستم ها تامین شود تا:
• از وجود باقیمانده ماده گندزدا در سیستم توزیع اطمینان حاصل شود.
• از ورود آلودگی ها به سیستم توزیع، بر اثر پارگی یا نشت غشاء جلوگیری شود.
اختلاط آب لب شور تصفیه نشده به منظور تثبیت آب تولیدی نیز، استراتژی گندزدایی را تحت تاثیر قرار می دهد. از آنجاییکه این آب از مانع غشاء عبور نکرده است، ممکن است شامل هر نوع ماده آلی یا بیولوژیکی موجود در آب خام باشد.
به منظور بهره برداری مناسب از سیستم گندزدا با صرف هزینه بهینه، لازم است:
• دوز ماده گندزدا را پایش کند.
• فعالیت میکروبی را پایش کند.
• غلظت باقیمانده ماده گندزدا را پایش کند.
گندزدایی آب تولیدی می تواند به روش های مختلفی انجام شود:
• استفاده از کلر به یکی از روش های کلرزنی گازی، هیپوکلریت سدیم، یا هیپوکلریت کلسیم
• در اکسید کلر
• نور فرابنفش UV
• منوکلرآمین
• ازون

`
دانلود کاتالوگ

دفتر مرکزی: کیلومتر 9 جاده مخصوص ( تهران - کرج ) - بلوار اصلی تهرانسر - نبش خیابان ششم - ساختمان ایرانیان - واحد 8
تلفن : 20 - 44566419 (21) 98+
فکس : 44513120 (21) 98+
همراه : 9121872360 98+
ایمیل : info@psne.ir