دستگاه آب شیرین کن صنعتی

آب شیرین کن صنعتی یا دستگاه تصفیه آب صنعتی سیستمی است که با تکنولوژی اسمز معکوس (reverse osmosis) کیفیت آب را در حجم بیشتر از 2.5 مترمکعب در روز بهبود می بخشد تا برای استفاده کننده نهایی قابل قبول تر باشد.

چنانچه مقدار آب تصفیه شده در روز بین 500 لیتر تا 2.5 مترمکعب باشد به دستگاه مزبور آب شیرین کن نیمه صنعتی گفته می شود.

استفاده نهایی ممکن است نوشیدن (آشامیدن)، تأمین آب صنعتی، آبیاری درختان و کشاورزی، جلوگیری از آلودگی رودخانه، تامین آب برای تفریحات و استخرهای آبی و یا بسیاری موارد دیگر از جمله بازگشت بی‌خطر آب تصفیه شده به محیط زیست باشد.

تصفیه آب آلودگی ها و اجزای نامطلوب را از بین می برد یا غلظت آنها را کاهش می دهد تا آب تصفیه شده برای استفاده ای خاص مناسب شود. در علم مهندسی دستگاه تصفیه آب اسمز معکوس سیستمی است که با استفاده از برخی تجهیزات قابلیت حذف پارامترهای تشکیل دهنده TDS و تولید آبی شیرین و قابل استفاده توسط انسان و سایر موجودات زنده را دارد.

 

آبهای ورودی به دستگاه های آب شیرین کن از منابع مختلفی میتواند تامین شود . در زیر به این موارد اشاره می شود:

• آب های زیر زمینی مثل چاه ها و قنات
• آب های زیر زمین بسته به موقعیت چاه و عوامل دیگر میتوانند هر رنج TDS و TH داشته باشد ( اصطلاحا شیرین یا شور و با سختی پائین یا بالا)
• آب های سطحی مثل رودخانه ها و چشمه ها
• آبهای سطحی معمولا شیرین هستند (به عبارتی رنج TDS در آن ها پائین می باشد) ولی میتواند سختی بالایی باشد (TH می تواند به نسبت بالا باشد)
• آب دریاچه ها ، دریاها و اقیانوس ها بسیار شور هستند ( یعنی رنج TDS بسیار بالاست )

 

 

پیش تصفیه برای دستگاه آب شیرین کن صنعتی

 

طراحی و تولید دستگاه‌های آب شیرین کن صنعتی، بر اساس کیفیت آب ورودی و خروجی انجام می‌گیرد. وقتی شوری آب افزایش پیدا می‌کند، باعث افزایش فشار اسمزی و هزینه‌های بالا در سرمایه گذاری می‌گردد. به همین دلیل آنالیز فیزیکی آب خام ورودی تعیین کننده فرآیند پیش تصفیه می‌باشد.

 به دلیل اینکه از طول عمر بهینه‌ای در اسمز  معکوس‌ها بهره ببریم، بهتر است تمام آب شیرین کن‌ها توسط پیش تصفیه مناسبی تجهیز و محافظت شوند. در صورتی که پیش تصفیه مناسبی در نظر گرفته نشود، ممبران‌های اسمز معکوس در معرض رسوب گرفتگی، پملپ شدن توسط مواد آلی قرار خواهند گرفت.‌ در این شرایط مقدار آبی که تولید می‌شود، کاهش پیدا می‌کند. همچنین نمکی که از ممبران عبور می‌کند بیشتر می‌شود.

 هدف اصلی سیستم‌های پیش تصفیه، کاهش عوامل ایجادکننده گرفتگی در آب خام ورودی مانند ذرات کلوئیدی و ذرات معلق و همچنین جلوگیری از ایجاد رسوب‌های شیمیایی طولانی مدت می‌باشد. در واقع اساس انتخاب سیستم‌های پیش تصفیه مناسب برای دستیابی به این هدف‌ها دو فاکتور مهم اندازه گیری سیلت و کدورت است. شاخص‌های کدورت برای سنجش میزان زلالی و شفافیت کاربرد دارند. در اندازه گیری‌های کدورت آب، پرتوهای ساطع شده توسط ذرات معلق در آب مشخص می‌گردند. به دلیل آسانی اندازه‌گیری کدورت، استفاده از این فاکتورها در تعیین میزان ذرات معلق نامحدود در پیش تصفیه بسیار رایج‌تر می‌باشد.

فرآیندها و فناوری‌های متفاوتی هم در بخش‌های پیش تصفیه به کار برده می‌شوند که انتخاب آنها به آنالیز شیمیایی، فیزیکی، بیولوژیکی و میکروبی آب شور بستگی دارد. با توجه به آب ورودی و نوع طراحی سیستم هر یک از موارد زیر در بخش پیش تصفیه دستگاه تصفیه آب صنعتی استفاده می‌گردد. که شامل: فیلتر شنی، فیلتر کربنی، فیلترهای میکرونی، فیلتر دیسکی می‌باشند. آب ورودی دستگاه آب شیرین کن صنعتی Ro برای سازگاری با ممبران‌ها پیش تصفیه می‌شود. این واحد برای تنظیم ph، حذف مواد جامد و همچنین اضافه کردن بعضی مواد شیمیایی به کار برده می‌شود.

 

فیلتر کربن دستگاه تصفیه آب صنعتی

یک دستگاه آب شیرین کن صنعتی با سیستم تصفیه آب اسمز معکوس از یک فیلتر کربن با کیفیت بالا استفاده می کند. این فیلترها اغلب فیلتر “طعم و بو” نامیده می شوند.

 

فیلتر شنی دستگاه RO

فیلترشنی تحت فشار يك فيلتر چند منظوره است. این دستگاه ذرات معلق تا 50 ميكرون را حذف مي كند. اختلاف دانسيته بين لايه هاي مختلف شن باعث مي شود كه بعد از backwash لايه های مختلف از هم جدا شوند.

 

فيلتراسيون ميكرونی (فيلتر كارتريج)

فيلتر كارتريج هاي رسوبگير براي حذف ذرات رسوب، شن، خاك و گل ولاي تا اندازه 5 ميكرون برای یک سیستم اسمز معکوس طراحی شده است.

 

اولترافیلتراسیون

اولترافیلتراسیون (Ultrafiltration) فناوری غشایی فیلتراسیون برای جداسازی ذرات جامد نامحلول با اندازه یک دهم تا 200 میکرومتر است. شرکت فران تولید کننده و تأمین کننده دستگاه های اولترافیلتراسیون آب برای مقاصد مختلف صنعتی است.

دستگاه های اولترافیلتراسیون مشتمل بر فیلترهای غشایی UF به صورت یکپارچه به روی شاسی فلزی نصب می شوند. شرکت فران تأمین کننده دستگاه های فیلتراسیون با فرایند UF و تأمین کننده ممبرانهای اولترافیلتراسیون از تولید کنندگان معتبر است. جداسازی بر مبنای غشا (Membrane) برای ذرات جامد نامحلول با سایز یک دهم تا 200 میکرومتر مبنای فناوری مدرن اولترافیلتراسیون در تصفیه آب است. کاهش کدورت آب و حذف عوامل بیماری نیز از رهگذر فیلتراسیون UF امکان پذیر است.

فرایند اولترافیلتراسیون یک فرایند جداسازی غشایی همانند فرایند اسمز معکوس می باشد؛ و با اعمال فشار هیدرو استاتیکی با گذر از غشاهای نیمه تراوا منجر به عبور جریان به این سیستم می شود. همچنین لازم به ذکر است ابعاد منافذ ممبران های فرایند اولترافیلتراسیون به طور معمول در حدود 103 الی 106 دالتون می باشد. اولترافیلتراسیون فرایندی تحت فشار جهت جلوگیری از عبور ذرات معلق، باکتری، ویروس ها، سموم و سایر عوامل بیماری زا جهت تولید آب با خلوص بالا و کم ترین میزان تراکم سیلت است. فرایند اولترافیلتراسیون حاوی ممبران های متنوعی می باشد که با بهره گیری از فشار هیدرواستاتیک منجر به غلبه و عبور جریان خوراک از مسیر غشا های نیمه تراوا می شود. به همین سبب ذرات جامد معلق و مولکول های سنگین محلول در این فرایند حفظ می شود و در ادامه آب به همراه مولکول سبک از ممبران عبور می کند. اساسا فرایند اولترافیلتراسیون تفاوت بسیار زیادی با فرایند های اسمز معکوس، میکروفیلتراسیون و نانوفیلتراسیون ندارد و تنها اختلاف فرایند های ذکر شده در ابعاد مولکول هایی است که از عبور آن ها جلوگیری می شود و به بیان دیگر این موضوع در تقابل با ابعاد منافذ ممبران ها است که نمایان گر دقت فیلتراسیون هر فرایند می باشد. ممبران و یا به عبارت بهتر غشاهای نیمه تراوا از لایه هایی نازک تشکیل یافته اند که توانایی جداسازی اجزاء محلول را بااعمال فشار مناسب در جریان ورودی دارا می باشد. هنگامیکه که فناوری مناسب تنها جهت حذف نمک در نظر گرفته شد فرایند های غشایی در مقیاس عظیمی جهت حذف باکتری، میکروارگانسیم، ذرات معلق و مواد آلی طبیعی که مستقیما بر روی رنگ، مزه، طعم و بو آب تاثیر گذار بود مورد استفاده قرار گرفت.

 

نانو فیلتراسیون

یک فیلتر نانو فیلتراسیون دارای اندازه منافذ در حدود 0.001 میکرون است. نانو فیلتراسیون بیشتر مولکولهای آلی ، تقریباً همه ویروس ها ، بیشتر مواد آلی طبیعی و طیف وسیعی از نمک ها را از بین می برد. نانو فیلتراسیون یون های دو ظرفیتی را که آب را سخت می کنند از بین می برد ، بنابراین نانوالیت اغلب برای نرم کردن آب سخت استفاده می شود.

 

 

انعقاد و لخته سازی

 

فرایند انعقاد و لخته سازی (coagulation and flocculation) برای حذف مواد کلوئیدی مولد کدورت و رنگ (مواد آلی طبیعی) مورد استفاده قرار می گیرد. این فرآیند شامل دو مرحله انعقاد و لخته سازی می باشد که برای تکمیل آن یک مرحله ته نشین سازی نیز مورد نیاز است.

مراحل انعقاد و لخته سازی در تصفیه آب و فاضلاب

 

در مرحله اول، افزودن مواد منغقدکننده منجر به خنثی شدن بار ذرات کلوئیدی شده و در نتیجه این ذرات به یکدیگر نزدیک تر شده و تشکیل ذرات درشت تری می دهند. معمولا برای حذف مواد کلوئیدی آب و فاضلاب، از ترکیبات فلزاتی مانند آلومینیوم یا آهن استفاده می‌شود. املاح فلزات که به عنوان منعقد کننده وارد آب می‌شوند، در اثر هیدرولیز به صورت یونی یا هیدروکسیدهای باردار، در می‌آیند. بوجود آمدن این مولکول های باردار بزرگ با خنثی نمودن ذرات کلوئیدی و کاهش پتانسیل زتا (اختلاف پتانسیل بین فاز پخش شده و محیط اطراف آن) که عامل اصلی دافعه بین ذرات کلوئیدی می‌باشد، امکان لازم برای عمل نمودن نیروی واندروالسی را فراهم آورده و موجب چسبیدن ذرات به یکدیگر می‌شود. از انواع منعقدکننده ها می توان سولفات آلومینیوم، آلومینات سدیم، سولفات فرو، سولفات فریک، کلرور فریک را نام برد. در کنار استفاده از منعقدکننده ها می توان از کمک منعقدکننده ها نیز در مرحله انعقاد کمک گرفت. کمک منعقد کننده‌ها با ایجاد پل بین ذرات ریز لخته حاصل کار منعقد کننده‌ها، آنها را به صورت لخته‌های درشت و سنگین در آورده، عمل ته‌‌نشینی را سرعت می‌بخشند. همچنین محدوده PH بهینه را گسترش داده، مقدار مصرف ماده منعقد کننده را کاهش می‌دهند.

چند نمونه از کمک منعقد کننده‌ها‌ی مورد استفاده در تصفیه خانه‌ها عبارتند از : کربنات سدیم، آهک هیدراته، پلی الکترولیتها.

جهت مطالعه عمل انعقاد و تعیین میزان مواد منعقد کننده و نیز انتخاب نوع مواد منعقد کننده و کمک منعقد کننده از آزمایش جار تست استفاده می‌شود. در این آزمایش مقدار و میزان مواد شیمیایی لازم جهت عمل انعقاد، مقدار pH مناسب و نیز مواد شیمیایی مورد نیاز تعیین می شود.

مرحله دوم، لخته سازی است که لازمه آن اختلاط آرام سوسپانسیون برای تسریع تماس بین ذره ای است که منجر به تجمع ذرات کلوییدی و تبدیل آنها به لخته ی بزرگ با قابلیت ته نشینی بیشتر می شود. در حوضچه فلوکولاسیون از مخلوط کن پارویی یا تیغه ای که به آرامی در آب می چرخد استفاده می شود. این پاروها بطور افقی در جهت موازی یا متقاطع با جریان آب نصب می شوند. سرعت کم این پاروها باعث یک حرکت بسیار ملایم در سیال می‌گردد و در نتیجه سبب تصادم و نزدیکی ذرات به هم خواهد شد. سرعت زیاد در حوضچه لخته سازی، باعث شکسته شدن لخته های تشکیل شده خواهد شد. در نهایت، لخته های تشکیل شده، در حوضچه ته نشینی از سیال جدا می شود.

فیلترهای شنی و کربنی

 

 

شیرین سازی با فرآیند اسمز معکوس

 

فرایند اسمز معکوس، فرایند اصلی نمک زدایی آبهای شور و بخش اصلی فرایند تصفیه است. در این فرایند آب شور با فشار بالا از ممبران اسمز معکوس عبور داده می شود. ممبران پرده ای برای عبور یونهای محلول در طرفین ممبران و از سمت محلول با غلظت بالا(آب شور) به سمت محلول با غلظت پایین(آب شیرین) است.

میزان شوری آب شور، فشار مورد نیاز برای عبور یونهای محلول یا انتقال جرم از طریق غشای نیمه تراوا را تعیین می کند. افزایش شوری آب منجر به افزایش فشار اسمزی و افزایش انرژی مصرفی برای شیرین سازی آبهای شور می شود.

آب شیرین کن صنعتی دو جریان آب شیرین و جریان شورابه با شوری بالاتر از آب ورودی را تولید می کنند که جریان شورابه با رعایت ملاحظات زیست محیطی به طبیعت بازگردانده می شود. درصد بازیافت آب شیرین در دستگاه های آب شیرین کن وابسته به میزان شوری آب خام، تعداد مراحل اسمز معکوس، نوع ممبرانهای مصرفی و تعداد آنها از ۵۰ تا ۹۰ درصد متغیر است.

 

 

انواع غشاهای RO

دو نوع از معمول ترین انواع غشاهای RO آنهایی هستند که از استات سلولز (CA) و پلیمرهای پلی آمید (PA)، ساخته شده اند.

اولین غشاهای تجاری RO که آرایشی به صورت مارپیچی دارند، از مواد استات سلولزی ساخته شده اند. اغلب غشاهای CA امروزی از ترکیبات تری استات سلولز/ دی استات سلولز با سطح غشای فعال و با ضخامت ۰/۱ تا ۲ میکرون ساخته شده اند که روی لایه محافظ متخلخلی با ضخامت ۱۰۰ تا ۲۰۰ میکرون قرار دارند. این غشاها به صورت برگشت ناپذیر یا نامتقارن می باشند و تنها زمانی موثرند که روی سطح فعال آنها محلول غلیظی به کار رود.

از مزایای غشاهای CA مقاومت در مقابل عوامل اکسید کننده مانند کلر آزاد و کلروآمین ها در آب تغذیه کننده تا غلظت ۱ میلی گرم در لیتر است. این خوصیت در جایی که احتمال گرفتگی بیولوژیکی زیاد است، اهمیت می یابد.

با توجه به آنکه غشاهای CA در معرض تجزیه شیمیایی و یا پدیده هیدرولیز قرار دارند، اگر چنانچه pH آب تغذیه کننده در خارج از محدوده ۳/۵ تا ۷/۵ باشد، اغلب سیستم ها به تزریق اسید نیاز دارند. تثبیت pH آب تغذیه کننده، در حد ۶/۵ می تواند طول عمر غشا تا ۳ سال بیشتر را نتیجه دهد.

استفاده طولانی مدت از فشار بالاتر از ۳۵ بار (psi ۵۰۰) می تواند باعث فشردگی غیرقابل برگشت لایه متخلخل CA شود.

غشاهای پلی آمیدی (PA) برای اولین بار به شکل رشته های توخالی (Hollow Fiber) معرفی شدند؛ اما در حال حاضر اغلب به صورت المان های مارپیچی استفاده می شوند. غشاهای پلی آمیدی امروزی از یک لایه نازک مواد پلی آمید آروماتیک با ضخامت ۰/۰۴ تا ۰/۱ میکرون تشکیل شده اند که به وسیله لایه ای با تخلخل بیشتر و با ضخامت ۷۵ میکرون از جنس پلی سولفون به صورت کمپوزیت لایه نارک (TFC) حمایت می شوند. غشاهای PA به منظور مقاومت در برابر فشردگی اتصالات عرضی داشته و سرعت جریان در این غشاها بسیار بالاتر از غشاهای CA است.