دستگاه تصفیه آب چگونه کار می کنند؟

بدلیل کمبود آب قابل آشامیدن، امروزه از سیستم های  تصفیه آب یا به نفلی آب شیرین کن به میزان وسیعی استفاده می گردد. لازم به توضیح است در پاره ای از موارد نیز این دستگاه جهت تامین آب مورد نیاز صنایع (با استانداردهای کیفی مشخص) نیز استفاده می گردد.

لزوم استفاده از دستگاه های آب شیرین کن  یا تصفیه آب عمدتا” بدلیل TDS کل جامدات محلول بالای آب می باشد.

اساس کارکرد دستگاههای آب شیرین کن  ( تصفیه آب )، عبور آب از غشاء نیمه تراوا است، که نا خالص آب را از آن جدا می نماید. آب با فشار بالا تر از فشاراسمزی، با عبور از غشاء نیمه تراوا به دو قسمت تبدیل می شود:

الف – آب شیرین: که محصول نهایی دستگاه  تصفیه آب یا آب شیرین کن می باشد.

ب- آب شور: که حاوی املاح موجود در آب است.

دستگاه  تصفیه آب یا آب شیرین کن دارای اجزاء ذیل می باشد:

– غشا نیمه تراوا

– مخزن تحت فشار

– میکرو فیلتر ها

– سیستم کنترلر شامل سنجش PH ، هدایت الکتریکی ، سرعت جریان و دما

– پمپ فشار قوی

لازم به توضیح است برای آنکه غشا های مورد استفاده ( که بخش اعظم هزینه این دستگاه را تشکیل می دهند)، به مدت زمان طولانی تر کار نمایند و استفاده بهینه از آنها گردد، معمولا” لازم است قبل از ورود آب بداخل دستگاه تصفیه آب یا  آب شیرین کن، از تجهیزات ذیل عبور داده شود:

الف – فیلتر شنی تحت فشار (جهت حذف ذرات معلق درآب
ب‌- فیلتر کربن فعال (جهت حذف رنگ، طعم و بوی آب)

ج‌- سختی گیر (جهت حذف و یا پایین آوردن سختی ( در صورت لزوم)

مطلوب ترین آب برای هر صنعتی آب بدون یون می باشد، اما هزینه تصفیه آب تا رسیدن به مرحله آب بدون یون بسیار زیاد است. برای هر صنعتی مطلوب ترین آب آن است که هزینه تصفیه آب کمتر از مخارج درمان عواقب زیان بخش ناخا لصی ها باشد که برای اکثر صنایع، رسیدن به این امر با تکیه بر استفاده از سیستم اسمز معکوس RO یا (Reverse Osmosis ) امکان پذیر می باشد

– باقی گذاردن لکه روی محصولات غذایی و نساجی. ناخالصی های آب: تقریبا هر ماده ای در آب محلول است و این حلالیت به دما، فشار، PH ، پتانسیل شیمیایی و به غلظت نسبی دیگر مواد در آب بستگی دارد. در طبیعت این عوامل چنان به هم مربوط هستندکه کمتر می توان حلالیت ماده ای را در آب به طور دقیق پیش بینی کرد. در واقع آب یکی از مشهورترین حلال هاست. مخصوصا مواد قطبی( مثل نمک ها ) به مقدار زیادی در آب حل می شوند. از این رو آب به طور خالص در طبیعت وجود ندارد. آب همیشه در حال انحلال ، انتقال و یا رسوب گذاری است. بخار آب موجود در هوا، در اثر میعان به صورت باران در می آید که در موقع باریدن مقداری گردو خاک، اکسیژن، دی اکسید کربن و دیگر گازها را در خود حل می کند. در روی سطح زمین، آب مقداری از مواد معدنی را در خود حل کرده و همراه مواد دیگر به نقاط مختلف منتقل می کند. آب در هنگام نفوذ در لایه های مختلف زمین، قسمتی از مواد معلق و میکروبها را در در لایه های مختلف زمین از دست می دهد.

● ناخالصی های آب را می توان به چهار دسته تقسیم کرد:

۱- مواد معلق

۲- گازها

۳- نمکهای محلول

۴- میکروب ها خصوصا اشریشیا کلیفرم (کلیفرم روده ای) ( E.coli coliform )

تکنولوژی های غشایی

فرآیندهای غشایی از روشهای نوین جداسازی هستند که بدون استفاده از تغییر فاز،اجزاء مورد نظر را از سیال جدا می نمایند.عدم تغییر فاز در طول فرایند جداسازی موجب می شود که جداسازی با صرف انرژی کمتری صورت گیرد. دو خصوصیت اصلی غشاها یعنی توانایی قابل توجه در انجام انواع جداسازی ها و حداقل مصرف انرژی، عوامل گسترش روزافزون فرایندهای غشایی می باشند. غشاها کاربرد های فراوانی در زمینه های مختلف علمی و صنعتی دارند که از جمله می توان به شیرین کردن آب دریا، دیالیز خون، تصفیه آب نظیر آب رودخانه، چشمه و چاه، تصفیه پساب های خانگی، تصفیه انواع پساب های صنعتی مانند تصفیه پساب صنایع نساجی، کاغذ سازی، چرم سازی، الکل سازی، تغلیظ شیر در کارخانجات پنیر سازی، تغلیظ آب میوه، جداسازی میکروارگانیسمها،استریل کردن مایعات، جداسازی پروتئین ها از آب پنیر، جداسازی گازهای ترش از گاز طبیعی، جداسازی اکسیژن و نیتروژن از هوا، جداسازی اتیلن از گازهای خروجی واحد تولید پلی اتیلن، بهینه سازی محیط زیست، صنایع داروسازی و بیوتکنولوژی اشاره نمود. با توجه به اهمیت روزافزون آشنایی با فرآیندهای غشایی به بررسی و شناخت غشاهای اسمز معکوس می پردازیم.

 اسمز معکوس و اساس کار دستگاه های آب شیرین کن

پدیده‌ی اسمز و اسمز معکوس (ممبرین دستگاه آب شیرین کن) در شکل زیر نشان داده شده است.
یک ممبرین نیمه تراوا ( ممبرین RO) بین دو قسمت قرار می‌گیرد. یک ممبرین RO دارای یک لایه‌ی محافظ با ضخامت ۵۰ µm و دیواره‌ی با ضخامت ۰٫۲ µm می‌باشد. پدیده‌ی اسمز وقتی اتفاق می‌افتد که آب خالص از یک محلول نمکی رقیق، پس از عبور از میان ممبرین RO، به سمت محلول نمکی با غلظت بالاتر در بخش دیگر جاری شود و سبب افزایش ارتفاع محلول نمکی در قسمت غلیظ‌تر می‌گردد. جریان آب وقتی قطع می‌شود که فشار ستون محلول نمکی با اختلاف پتانسیل شیمیایی بین دو محلول آبی برابر شود. نقطه تعادل برای ارتفاع ستون آب در غالب فشار آب وارد شده بر روی ممبرین، فشار اسمزی نامیده می‌شود.
اگر نیرویی به این ستون از آب وارد گردد، مسیر جریان آب از میان ممبرین می‌تواند برعکس شود. این پدیده اسمز‌معکوس نامیده می‌شود.
چنین جریان معکوسی سبب تولید آب خالص از محلول نمکی می‌شود، به علت این که ممبرین اجازه عبور به نمک را نمی‌دهد.

سیستم کامل تصفیه آب به روش اسمز معکوس (RO) شامل بخش پیش تصفیه ، بخش تامین فشار ، بخش المان ممبرین و بخش بعد از تصفیه می باشد . برای افزایش بازدهی و طول عمر سیستم های اسمز معکوس، وجود پیش تصفیه ای موثر برای آب خوراک ضروری می باشد .

 انتخاب پیش تصفیه مناسب ، بازدهی و طول عمر ممبرین را زیاد می کند زیرا عوامل زیر را به حداقل می رساند :
· جرم گرفتگی
· رسوب گرفتگی
· تخریب ممبرین
نتیجه نهایی موارد فوق ، بهینه سازی این موارد می باشد :
· شدت جریان محصول
· کیفیت محصول ( عدم رد شدن نمک )
· بازیافت محصول
· هزینه های عملیاتی و نگهداری
بخش بعد از تصفیه جهت نائل شدن به کیفیت آب مورد نیاز بکار برده می شود . در نمک زدایی از آب دریا ، این مرحله شامل تنظیم pH ، افزودن سختی مجدد و ضد عفونی کردن می باشد . در تولید آب بسیار خالص (UPW) ، معمولا آب نفوذ کرده ، در مرحله بعد از تصفیه ، توسط ستون های تبادل یونی به آب بدون یون تبدیل می شود .

در این بخش ، طرحی از یک سیستم اسمز معکوس قرار دارد . این سیستم شامل المان های ممبرینی است که در لوله های تحت فشار به ترتیب خاصی چیده شده اند . از یک پمپ فشار قوی برای وارد کردن آب ( خوراک ) به لوله های تحت فشار استفاده می شود . وسایل اندازه گیری ، لوازم یدکی و ابزار جهت سرویس نیز به آنها افزوده می گردد . سیستم شستشو در محل (CIP) عملیات پاک کردن ممبرین ها را آسان می کند . سیستم اسمز معکوس تاسیسات کاملی است با یک ورودی جهت آب خوراک و دو خروجی برای آب نفوذ کرده (شیرین شده) و محلول غلیظ شده (پساب). عملکرد سیستم RO نوعا توسط دو عامل طبقه بندی می شود : جریان آب نفوذ کرده ( تولیدی ) و کیفیت آن . این عوامل اغلب به آنالیز آب خوراک ، فشار آن و مقدار بازیافت مربوط می گردد . هدف طراح سیستم RO برای جریانی معین و لازم از آب نفوذ کرده ، به حداقل رساندن فشار خوراک و هزینه ممبرین جهت حداکثر نمودن کیفیت آب نفوذ کرده و مقدار بازیافت می باشد .