
طرز کار دستگاه تصفیه آب صنعتی
دستگاه تصفیه آب چگونه کار می کنند؟
به دلیل کمبود منابع آب قابل استفاده برای نوشیدن، دستگاههای تصفیه آب یا آب شیرینکن به طور گستردهای مورد استفاده قرار میگیرند. لازم به ذکر است که برخی صنایع نیز از این ابزارها برای تأمین آب با کیفیت استاندارد استفاده میکنند. استفاده از دستگاههای تصفیه آب یا آب شیرینکن معمولا به دلیل میزان بالای محلول جامدات کل که به عنوان TDS شناخته میشود انجام میشود. عملکرد اصلی این دستگاهها بر اساس عبور آب از غشا نیمه تراوا است که اجزاء غیر خالص آب را از آب جدا میکند. در این فرآیند، آب به دو بخش تقسیم میشود تحت فشار باالتر از فشار اسمزی که به وسیله عبور از غشا نیمه تراوا به وجود میآید.
دستگاه تصفیه آب صنعتی
الف – آب شیرین: تصفیه آب می تواند به تولید آب شیرین، که محصول نهایی دستگاه تصفیه آب یا آب شیرینکن است، منجر شود.
ب- آب شور: که حاوی املاح مختلف است که در آب حضور دارند.
دستگاه تصفیه آب یا آب شیرین کن دارای اجزاء ذیل می باشد:
– نصب غشا نیمه تراوا
– مجهز به مخزن تحت فشار
– سیستم کنترل با اندازهگیری پارامترهای PH، هدایت الکتریکی، سرعت جریان و دما
– استفاده از پمپ با فشار قوی
ضروری است که غشاهای مورد استفاده (که قسمت اصلی هزینه این دستگاه را تشکیل میدهند)، به مدت زمان طولانیتر کار کنند و بهینه استفاده شوند.
قبل از ورود آب به دستگاه تصفیه آب یا آب شیرین کن، باید از تجهیزات زیر عبور داده شود:
الف- فیلتر شنی تحت فشار (برای حذف ذرات معلق در آب)
ب- فیلتر کربن فعال (برای حذف رنگ، طعم و بوی آب)
ج- سختیگیر (برای حذف یا کاهش سختی آب در صورت نیاز)
در هر صنعتی، آب بدون یون به عنوان ترین آب مورد نیاز است، اما هزینه تصفیه آب تا رسیدن به این مرحله بسیار بالاست. بهترین گزینه برای هر صنعتی، آبی است که هزینه تصفیه آن کمتر از هزینه درمان عوارض آسیب بخش ناشی از آب آلوده باشد. برای اکثر صنایع، استفاده از سیستم اسمز معکوس (Reverse Osmosis یا RO) منجر به کاهش هزینه های تصفیه و ایجاد آب با کیفیت تر میشود. این کار میتواند به جلوگیری از لکهها روی محصولات غذایی و نساجی کمک کند. در حال حاضر، هر مادهای در آب محلول است و حلالیت آن به عواملی مانند دما، فشار، PH، پتانسیل شیمیایی و غلظت نسبی دیگر مواد در آب بستگی دارد.
در طبیعت، عوامل مختلفی به یکدیگر مرتبطند که باعث میشود پیشبینی دقیق حلالیت مواد در آب بسیار مشکل باشد. آب یکی از مشهورترین حلالها است و مواد قطبی مانند نمکها به طور فراوان در آب حل میشوند، بنابراین آب در وضعیت خالص در طبیعت وجود ندارد. آب همواره در حال انحلال، انتقال و رسوبگذاری است. بخار آب موجود در هوا بهصورت باران به زمین میآید و در میانهها، مقادیری از گرد و غبار، اکسیژن، دی اکسید کربن و سایر گازها را حل میکند. آب در سطح زمین، مواد معدنی را حل کرده و همراه با مواد دیگر به نقاط مختلف انتقال مییابد. هنگام نفوذ در لایههای زمین، آب بخشی از مواد معلق و میکروبها را از دست میدهد و در لایههای مختلف زمین حرکت میکند.
آلودگیهای آب را میتوان به چهار دسته تقسیم کرد:
- مواد معلق
- گازها
- نمکهای محلول
- میکروبها، به خصوص اشریشیا کلیفرم (کلیفرم رودهای) (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 مینمایند. عدم تغییر فاز در زمان فرآیند جداسازی باعث میشود که عمل جداسازی با صرف انرژی کمتری انجام شود. دو خصوصیت اصلی غشاها، یعنی توانایی قابل توجه در انجام انواع جداسازیها و حداقل مصرف انرژی، عوامل گسترش روزافزون فرایندهای غشایی میباشند.
غشاها کاربردهای فراوانی در زمینههای مختلف علمی و صنعتی دارند. از جمله میتوان به شیرین کردن آب دریا، دیالیز خون، تصفیه آب نظیر آب رودخانه، چشمه و چاه، تصفیه پسابهای خانگی و صنعتی (مانند تصفیه پساب صنایع نساجی، کاغذسازی، چرمسازی، الکلسازی)، تغلیظ شیر در کارخانجات پنیرسازی، تغلیظ آب میوه، جداسازی میکروارگانیسمها، استریلکردن مایعات، جداسازی پروتئینها از آب پنیر، جداسازی گازهای ترش از گاز طبیعی، جداسازی اکسیژن و نیتروژن از هوا، عمل جداسازی اتیلن از گازهای خروجی واحد تولید پلیاتیلن، بهینهسازی محیطزیست، صنایع داروسازی و بیوتکنولوژی اشاره کرد. با توجه به اهمیت روزافزون آشنایی با فرآیندهای غشایی، در اینجا به بررسی و شناخت غشاهای اسمز معکوس میپردازیم.
اسمز معکوس و اساس کار دستگاه های آب شیرین کن
یک ممبران نیمه تراوا (RO) بین دو بخش قرار میگیرد. یک ممبران RO دارای یک لایهٔ محافظ با ضخامت ۵۰ میکرومتر و دیوارهٔ با ضخامت ۰٫۲ میکرومتر میباشد. پدیدهٔ اسمز وقتی اتفاق میافتد که آب خالص از یک محلول نمکی رقیق، پس از عبور از میان ممبران RO، به سمت محلول نمکی با غلظت بالاتر در بخش دیگر جاری شود و باعث افزایش ارتفاع محلول نمکی در بخش غلیظتر میشود. جریان آب قطع میشود وقتی فشار ستون محلول نمکی با اختلاف پتانسیل شیمیایی بین دو محلول آبی برابر شود. این نقطه تعادل برای ارتفاع ستون آب در غالب فشار آب وارد شده بر روی ممبران، فشار اسمزی نامیده میشود.
با ورود نیرو به این ستون از آب، ممکن است مسیر جریان آب از میان ممبران برعکس شود. این پدیده به نام اسمز معکوس شناخته میشود. این نوع جریان معکوس میتواند باعث تولید آب خالص از محلول نمکی شود، زیرا ممبران اجازه عبور نمک را نمیدهد. یک سیستم کامل تصفیه آب با استفاده از اسمز معکوس (RO) شامل بخش پیش تصفیه، بخش تامین فشار، بخش المان ممبران و بخش پس از تصفیه است. برای افزایش کارایی و عمر مفید سیستمهای اسمز معکوس، وجود یک بخش پیش تصفیه کارآمد برای آب خوراک اساسی است.
انتخاب مناسب پیشتصفیه، بازدهی و طول عمر ممبران را افزایش میدهد زیرا عوامل زیر را به حداقل میرساند:
– جرمگرفتگی
– رسوبگرفتگی
– تخریب ممبران
نتیجه نهایی بهینهسازی این موارد عبارت است از:
– شدت جریان محصول
– کیفیت محصول (عدم ردیابی نمک)
– بازیابی محصول
هزینه های عملیاتی و نگهداری
در مرحله پس از تصفیه، جهت بهبود کیفیت آب به مرحله بعدی پرداخته میشود. در فرایند نمکزدایی آب دریا، اقداماتی از قبیل تنظیم pH، افزودن مقدار مورد نیاز از سختی و انجام فرآیند ضدعفونیکننده انجام میشود. در تولید آب بسیار خالص (UPW)، آب ابتدا نفوذ میکند و سپس در مرحله بعد از تصفیه، از طریق ستونهای تبادل یونی به آب بدون یون تبدیل میشود.
یک سیستم اسمز معکوس شامل عناصر ممبرانی است که به ترتیب خاصی در لولههای تحت فشار قرار دارند. برای تزریق آب (خوراک) به لولههای تحت فشار از یک پمپ با فشار قوی استفاده میشود. علاوه بر این، ابزارهای اندازهگیری، لوازم یدکی و وسایل سرویس نیز به طور جداگانه با سیستم ادغام شدهاند. فعالیتهای پاکسازی ممبران به وسیله سیستم شستشو در محل (CIP) به راحتی امکانپذیر میشود.
سیستم اسمز معکوس یک تاسیسات کامل است که دارای یک ورودی برای آب خوراک و دو خروجی برای آب شیرین شده و پساب غلیظ است. عملکرد سیستم RO اصولا براساس دو عامل ارزیابی میشود: جریان آب نفوذ شده (تولیدی) و کیفیت آن. این عوامل به طور عمده توسط آنالیز آب خوراک، فشار آب و بازیافت مورد بررسی قرار میگیرند. هدف طراح سیستم RO این است که برای جریان مورد نیاز از آب نفوذ شده، فشار آب خوراک را به حداقل رسانده و برای حداکثر کیفیت آب نفوذ شده و بازیافت بهینه، هزینه ممبران را بهینه کند.