تصفیه آب های صنعتی

برای تهیه آب مورد استفاده در صنعت شناخت کامل آب و املاح موجود در آن ضروری است. زیرا برای هر دستگاه صنعتی یک نوع آب با مشخصات ویژه ای قابل استفاده می باشد و چون آب به صورت طبیعی دارای این مشخصات نمی باشد لازم است آن را طی فرآیندهای مختلفی، منطبق با نیاز صنعت تصفیه نمود.

مهمترین املاحی که معمولا در آب صنعتی تولید اشکال می کنند، نمکهای فلزات قلیائی خاکی می باشند که در آب باعث پدید آمدن سختی (Hardness) می گردند. از مشخصات آب سخت دیر کف کردن صابونها و نتایج مصرف آن، گرفتگی دستگاهها، ایجاد رسوب، کاهش راندمان حرارتی و نهایتا خوردگی و سوراخ شدن لوله ها می باشد.

یکی دیگر از موادی که وجودش در آب برای صنعت تولید اشکال می کند، سیلیس می باشد. وجود سیلیس در آب برای بویلرهایی که با فشار کم کار می کنند چندان مهم نمی باشد. ولی در بویلرهای با فشار متوسط و بالا، افزایش غلظت سیلیس بیش از حد مجاز، باعث حمل آن همراه با بخار آب شده و در لوله ها جریان می یابد که در توربینها به علت کاهش دمای بخار، سیلیس نیز سرد شده و بر روی پره های توربین رسوب می کند. افزایش مقدار رسوب بتدریج فاصله بین پره های ثابت و متحرک را پر کرده و سطح عبور بخار را کوچک و کوچکتر می کند و بالاخره توربین را از کار می اندازد. همچنین سیلیس در اثر برخورد با پره های توربین، باعث خوردگی مکانیکی (Erosion) پره ها شده که در تخریب و از کارافتادگی توربین بسیار مؤثر می باشد.

رسوبات سخت سیلیس را که در شرایط کار بویلر تشکیل می شود، به سختی میتوان تمیز نمود. اینرسوبات حتی اگر بصورت لایه ای نازک باشند، انتقال حرارت را در درون لوله ها به شدت کاهش داده و موجب افزایش درجه حرارت لوله و در نتیجه سوختن (Over Heating) و پاره شدن لوله های بویلر (Tube Failure) میگردند.

مقدار مجاز سیلیس در آب خوراک بویلرهای مختلف متفاوت بوده و بستگی به فشار عملیاتی بویلرها و قلیائیت آب دارد. جدول شماره یک محدوده غلظت سیلیس را در بویلرهای با فشارهای 0-900 PSIG مشخص می نماید.

فشار بویلر PSIG      سیلیس بر حسب

ُSiO2 ppm     حداکثر قلیائیت بر حسب

CaCo3 ppm

0-300 150    700

300-450      90      600

450-600      40      500

600-750      30      400

750-900      20      300

جدول شماره 1

 لازم است آب صنعتی را قبل از استفاده در بویلرها مورد تصفیه ای خاص قرار داد تا بتوان سختی و سیلیس آن را در حد مجاز (TH < 2 ppm) کنترل نمود.

سختی آب (Hardness)

سختی آب به خاطر حضور املاح (کاتیونهای) دوظرفیتی در آن است که مهمترین آنها کلسیم و منیزیم می باشند (آهن و منگنز در آبهای سطحی بندرت با غلظت قابل توجهی وجود دارند) و از نظر نوع سختی به دو نوع موقت و دائم تقسیم میگردد.

سختی موقت یا کربناته مربوط به کربناتها و بی کربناتهای کلسیم و منیزیم می باشد و چون در اثر حرارت ایجاد رسوب می کند سختی موقت نامیده میشود.

Ca(HCo3)2 →  CaCo2 ↓ + Co2↑ + H2O

اما سختی دائم مربوط به سولفاتها و کلرورها و ... کلسیم و منیزیم بوده و چون سختی کربناته (موقت) بسیار نامحلولتر از سختی دائم آب می باشد، بیش از سختی دائم ایجاد اشکال می کند.

Total Hardness (TH) = سختی موقت + سختی دائم

برای تهیه آب مورد استفاده در صنعت شناخت کامل آب و املاح موجود در آن ضروری است. زیرا برای هر دستگاه صنعتی یک نوع آب با مشخصات ویژه ای قابل استفاده می باشد و چون آب به صورت طبیعی دارای این مشخصات نمی باشد لازم است آن را طی فرآیندهای مختلفی، منطبق با نیاز صنعت تصفیه نمود.

مهمترین املاحی که معمولا در آب صنعتی تولید اشکال می کنند، نمکهای فلزات قلیائی خاکی می باشند که در آب باعث پدید آمدن سختی (Hardness) می گردند. از مشخصات آب سخت دیر کف کردن صابونها و نتایج مصرف آن، گرفتگی دستگاهها، ایجاد رسوب، کاهش راندمان حرارتی و نهایتا خوردگی و سوراخ شدن لوله ها می باشد

برخی دستگاههای مرتبط با تصفیه آب

تصفیه آب صنعتی

 تصفیه آب کارخانه های آب معدنی،آب شامیدنی، نوشابه ، دوغ وانواع نوشیدنیها- تصفیه آب استخرهای شناو استخرهای پرورش ماهی

*دستگاههای ضد عفونی کننده آب و پساب

الف- کلر زن گازی و مایع

ب- ازن ژنراتور (O3 ) (جدیدترین تکنولوژی روزدنیا جهت گندزدایی آب استخرها)

ج – لامپ UV

*طراحی دقیق سیستم توسط متخصصین مجرب از دانشگاه صنعتی شریف و با استفاده از انواع سخت افزار و نرم افزار های کامپیوتری و استاندارد.

*کنترل پارامتر ها در آزمایشگاه مجهز توسط متخصصین مجرب

* ترسیم و ارائه نقشه های دقیق اجرایی جهت اجرا در کارگاه ساخت و یا سایت اجرایی

* نصب و راه اندازی تجهیزات در سایت منطبق با شرایط در خواستی

* آموزش اپراتور بهره برداری تجهیزات توسط پرسنل مرتبط و ارائه جزوات لازم

* تعمیرات سیستم در حال کار و تصحیح کارایی و اپتیمم سازی سیستم های قدیمی

* پکیج های تصفیه آب و فاضلاب صنعتی و بهداشتی و سپتیک پیش ساخته و

تصفیه آب با روش اسمز معکوس

  اهمیت تصفیه آب

●  چه برای مصارف آشامیدنی و چه برای مصارف صنعتی، معمولا آب طبیعی احتیاج به تصفیه دارد. تصفیه آب برای مصارف آشامیدنی هم آسان تر و هم ارزان تر از تصفیه آب برا ی مصارف صنعتی است. نگرانیهای اساسی در مورد آب آشامیدنی عبارتند از:

•   باکتری های بیماری زا ( پاتوژن ها ) در آب.

•   کمبود و یا وجود زیادی غلظت بعضی از یونها که در سلامتی انسان نقش دارند مانند: یون فلوئور. •   ذرات معلق در آب.

•   بو و مزه آب.

●  دامنه نگرانی های اساسی در مورد آب های صنعتی بستگی به محل مصرف آب دارد. آب به صورت های متفاوت در صنایع وابسته مطرح می شود:

 1-  به عنوان ماده اولیه برای تهیه محصول نهایی، بدون اینکه تغییر شکل دهد.

 2-  به عنوان ماده اولیه برای شرکت در واکنش شیمیایی تهیه محصول نهایی.

 3-  به عنوان حلال موادی که در واکنشهای شیمیایی شرکت می کنند.

 4-  به عنوان ماده واسطه انتقال حرارت از دمای زیر صفر( آب نمک ) تا دمای بخار آب.

 5-   به عنوان ماده ذخیره کننده انرژی.

 6-  به عنوان ماده واسطه جهت خارج کردن مواد ناخواسته (زائد).

 7-   به عنوان سپر محافظتی در برابر گرما و تشعشع آب سنگین( D2O ) مورد استفاده در نیروگاهها.

 8-  به عنوان ماده ای راحت و ارزان جهت استاندارد ساختن دستگاههای اندازه گیری دما،دانسیته و ویسکوزیته.

 9-  به عنوان ماده اصلی جهت مبارزه با آتش به جز در موارد استثنائی مثل مواد نفتی.

 10- خصوصا در مهندسی شیمی و پترو شیمی، بسیاری از فرایندها همانند نمک زدایی، خشک کردن، تبخیر کردن، کریستالیزاسیون، اختلاط، رزین های تعویض یونی، رطوبت زدایی، جذب سطحی و غیره در ارتباط مستقیم با آب هستند.

●  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.   برخی اثرات زیان بخش ناخالصی های آب در صنعت:

 1- تولید رسوب در دستگاه های حرارتی و دیگ بخار.

 2- تولید بخار با کیفیت پایین.

 3- خوردگی بویلرها و دیکر سیستم های حرارتی و لوله ها.

 4- اتلاف مواد شیمیایی مانند صابون.

 5- 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:

 1-  مواد معلق

 2-  گازها

 3-  نمکهای محلول

 4-  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، جداسازس 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.

فرآیند اسمز معکوس

سیستمهای فیلتراسیون غشایی با جریان متقابل از قبیل اسمز معکوس، نانوفیلتراسیون و اولترافیلتراسیون انتخابات مناسبی جهت جایگزینی با فیلتراسیونهای سنتی و تیمارهای شیمیایی می باشند. با این وجود جهت دستیابی به بهترین عملکرد این سیستمها، توجهات دقیقی باید در مورد شرایط آب ورودی به این سیستمها مبذول داشت. بنابراین باید در مورد ویژگی آب ورودی به سیستم از اطلاعات کافی برخوردار باشیم.   ویزگیهای انواع آبها جهت استفاده از دستگاههای اسمز معکوس برای تصفیه آب ابتدا باید خصوصیات آبهای گوناگون و ناخالصی های موجود را شناسایی و مطالعه نمود، لذا در ذیل به ذکر ویزگیهای انواع آب می پردازیم: 

 الف- ویژگی آبهای زیرزمینی

 •  مواد معلق در آنها کم است.

 •  معمولا مواد آلی بسیار کم دارند. 

•  ممکن است دارای ذرات شن باشند.

 •   این آبها حاوی آهن محلول و گاهی هم منگنز محلول هستند که وقتی آب در معرض اتمسفر قرار می گیرد در اثر اکسید شدن توسط هوا، ذرات زرد- قهوه ای درآنها ظاهر می شود.

 •  دی اکسید کربن ممکن است در این آبها زیاد باشد و PH این آبها معمولا 9/7 – 9/6 می باشد. • آب چاههای خیلی عمیق معمولا عاری از میکوبها و دیگر میکروارگانیسمها می باشد ولی آب چاههای کم عمق معمولا آلوده به میکروارگانیسمها هستند.

• به خاطر انحلال جزئی مواد معدنی، معمولا این آبها دارای املاح زیاد می باشند حدود ppm 500  که بیشترین جزء آن بی کربنات کلسیم است.

• این آبها معمولا سخت هستند ولی سختی آنها موقتی است( سوافات و نیترات کلسیم و منیزیم.( ب- ویژگی آبهای سطحی:

 1- زلال نیستند. 2

-2- PH این آبها حدود 8-7 است.

 3- مواد عالی موجود در این آبها در نقات مختلف متفاوت است.ممکن است حاوی دترجنت ها، نفت، روغن و فلزات سنگین باشند.

 4- معمولا آلوده به میکروارگانیسمها هستند.

 5- مقدار آمونیاک، فنل و نیترات این آبها ممکن است زیاد باشد.

 6- اگر آبهای سطحی از آبهای کشاورزی ناشی شوند، معمولا دارای نیترات و فسفات قابل توجهی هستند، بویژه در مناطقی که از کودهای شیمیایی استفاده می شود.

  ج- ویژگی آبهای شور:

 1- مقدار املاح این آبها بسیار زیاد و معمولا بیشتر از ppm 1000 می باشد.

 2- غلظت یون کلر و سدیم این آبها بسیار زیاد و معمولا بیش از ppm 500 است. پیش تصفیه آب ورودی به سیستم می تواند عمر غشاء را طولانی تر ساخته،کیفیت آب تولیدی را بهبود بخشد و هزینه های نگهداری و پاکسازی سیستم را کاهش دهد. اهمیت شرایط آب ورودی زمانی آشکار می شود که شما کارکرد غشاء با جریان متقابل را مورد آزمایش قرار دهید. به زبان ساده، سیستمهای فیلتراسیون جریان متقابل، جریان درون ریز را به دو جریان برون ریز یعنی Permeate و Concentrate تقسیم و جداسازی می کند. Permeate آن قسمت از جریان است که از غشاء نیمه تراوا عبور می کند. جریان Concentrate  (تلغیظ شده ) دربرگیرنده آن اجزایی است که توسط غشاء پس زده شده است. اساسی ترین مزیت فیلتراسیون جریان متقابل، قابلیت آن برای کارکرد پیوسته و مداوم با سیستم پاکسازی خودبه خود است.

اساس کار اسمز معکوس:

 اگر یک غشا نیمه تراوا بین دو محلول با غلظتهای متفاوت قرار گیرد، مقداری از حلال از یک طرف غشا به طرف دیگر منتقل می شود. جهت طبیعی حرکت حلال به گونه ای است که محلول غلیظ تر رقیق می شود، سپس آب خالص از غشا عبور کرده و وارد آب شور می شود. اگر به سیستم اجازه رسیدن به تعادل داده شود، در ان صورت سطح اب نمک آن ( محلول غلیظ تر ) از سطح آب خالص بالاتر خواهد رفت. این اختلاف سطح را در دو طرف غشا فشار اسمزی می گویند. در اسمز معکوس، آب خام ( تصفیه شده ) توسط پمپ به داخل محفظه ای که دارای غشا نیمه تراوا می باشد، رانده می شود و چون ناخالصی ها قادر به عبور از غشا نیستند از اینرو در یک طرف غشا، آب تقریبا خالص و در طرف دیگر ان آب تغلیظ شده از ناخالصی ها وجود خواهد داشت این فرآیند برای تهیه اب اشامیدنی از ابهایی که حاوی املاح معدنی زیلد و ناخالصی های آلی می باشند، بسیار مناسب بوده و حتی قادر است از آب دریا با ( ppm 5000 TDS ) و نیز از ابهای شور، آب آشامیدنی تهیه کند. روش اسمز معکوس قادر به جداسازی مواد غیر آلی حل شده، مواد آلی حل شده، آلاینده های میکروبیولوژیکی از قبیل اندوتوکسین ها، ویروس ها، باکتری ها و ذرات می باشد. به دلیل این طیف وسیع جداسازی روش اسمز معکوس یک فرآیند مهم در زمینه تیمارهای آب است. این روش به هایپرفیلتراسین ( Hyper filtration ) نیز معروف می باشد، بدین ترتیب که با استفاده از این روش ذراتی به کوچکی یونها را نیز می توان جدا کرد. جهت زدودن نمکها و سایر ناخالصی های آب و بهبود رنگ، طعم و مزه می توان از این روش بهره گرفت. لازم به ذکر است که بیش از یک قن است که این تکنولوژی شناخته شده است ولی تا شصت سال اخیر یعنی تا زمانی که غشاء های خاص توسعه نیافته بودند، این تکنولوژی گسترش چندانی پیدا نکرده بود. تکنولوژی اسمز معکوس به وفور در صنایع غذایی، تولید آب میوه ها، صنایع برق، قدرت، میکروالکترونیک، داروسازی و غیره مورد استفاده قرار می گیرد. همچنین این تکنولوؤی در دفع باکتری ها، پیروژن ها و آلودگی های آلی بسیارموثر است. همانگونه که ذکر شد روش اسمز معکوس به عنوان Hyper filtration نیز نامیده می شود که دقیق ترین و ریز ترین سیستم فیلتراسیون شناخته شده می باشد. این تکنولوژی از انتقال ذراتی به کوچکی یونهای منفرد حل شده در محلول نیز جلوگیری می کند.سیستم اسمز معکوس قادر به جداسازی باکتریها، نمکها، قندها،پروتئین ها، ذرات، رنگ ها و سایر موادی است که دارای وزن مولکولی بیش از 250-150 دالتون باشند، لازم به ذکر است که جداسازی یون ها با اسمز معکوس به کمک ذرات باردار انجام می شود. این مطلب بدین معنی است که یونهای حل شده که دارای بار می باشند مانند نمک ها، احتمال آن که توسط غشاء پس زده شوند نسبت به آنهایی که دارای بار نمی باشند مانند مواد آلی بسیار بیشتر است. به علت آن که سیستم اسمز معکوس در مقایسه با سایر روشها در درجه حرارت پایین تر و با انرژی مقرون به صرفه ای کار می کند،کاربرد های فراوانی مانند نمک زدایی، تیمار پسابها، بازیافت املاح معدنی، تغلیظ آب پنیر و سایر محصولات غذایی و مهمتر از همه در خالص سازی آب دارد. در سالهای اخیر سیستم اسمز معکوس به میزان فراوان در فرآوری آب مورد نیاز جهت دیالیز در بیمارستانها و جهت کارخانجات تولیدی دارویی و بهداشتی مورد استفاده قرار گرفته است. علاوه بر این، روش اسمز معکوس قادر به تولید آبی خالص جهت استفاده در تزریق( EFI )( Water For Injection ) و برای آماده سازی محلولهای پراگوارشی و پراروده ای است.

 محاسن سیستم RO

•   سیستم پیوسته و مداوم ( Continues ) 24 ساعت در شبانه روز

•   قابلیت دریافت ورودی با) TDS کل مواد جامد محلول) بالا ( Total Dissolved Solid ) 

•   میزان بازدهی بالا در کل سیستم

 •   نرخ بالای بازیافت آبهای آلوده تا 98% منابع ورودی بر اساس میزلن املاح و ناخالصی های موجود

 •   مصرف انرژی پایین

 •   نیاز به حداقل شستشو

•   جلوگیری از عبور سلیکا تا 90%

•   سادگی فرآیند  تنها فاکتور پیچیده, کنترل آب ورودی به سیستم جهت به حداقل رساندن احتیاجات مداوم جهت پاکسازی غشاء ها می باشد.

•   ظرفیتهای تولید متعدد

 •   پایین بودن هزینه نگهداری سیستم

•   عدم بکار گرفتن مواد زیان بخش برای انسان در این سیستم

•   مصرف پایین انرژی در سیستم

 •   استفاده از حداقل مواد شیمیایی در سیستم اسمز معکوس

 •   از بین بردن تمامی آلاینده ها از قبیل آلاینده های آلی، غیر آلی و میکروبی

 •   امکان استفاده از منابع نامتناهی و قابل اطمینان یعنی آب دریاها در این سیستم

 •   عدم تحمیل هر گونه آثار منفی به محیط زیست

•   پایین بودن هزینه نصب و راه اندازی سیستم

•   قابلیت جداسازی آلاینده هایی که به آب رنگ، مزه و بوی نامطلوبی می دهند از قبیل طعم های قلیایی و نمکی که بوسیله کلریدها و سولفات ها ایجاد می گردند.

•   قابلیت جداسازی پاتوژن فوق العاده خطرناک به نام Cryptosponolium که باعث ایجاد بیماری مهلک و خطرناک میشود.

•   تولید خالص تری آب که آب تولیدی توسط این سیستم مورد تایید NASA قرار گرفته و کاملا با استانداردهای جهانی مطابقت دارد. خاصیت بسیار عالی حلالیت آن، متابولیسم را در بدن بهبود می بخشد و این امر باعث می شود که ایمنی بدن در مقابل عفونت ها افزایش یافته و باعث دفع سموم و ویروس ها گردد. لازم به ذکر استکه نوشیدن آب حاصل از سیستم اسمز معکوس به مدت طولانی به بهبود کارکرد سیستم های بدن و سلامتی کمک شایانی می کند