دستگاه تصفیه آب صنعتی سیستمی است که به وسیله آن آب های شور (آب دریا) و لب شور (آب شیرین با کیفیت پایین، حاوی مقادیر زیادی از نمکهای محلول) را اصطلاحاً نمک زدایی و تصفیه کرده و به آب شیرین تبدبل میکند. آب شیرین آبی است که برای مصارف مختلفی همچون شرب، شستشو، امور شهری، تاسیسات، کارخانجات، کشاورزی و … مورد نیاز میباشد. منابع آب شیرین کره زمین محدود بوده و با افزایش جمعیت و صنعتی شدن کشورها، کمبود آن معضلات بسیاری برای اغلب کشورها از جمله کشورهای گرم و خشکی چون ایران ایجاد کرده است.
مشاهده محصولات دستگاه تصفیه آب صنعتی
دستگاه تصفیه آب صنعتی یکی از اولین تجهیزات مورد نیاز در راه اندازی و بهره برداری صنایع بوده و قیمت دستگاه تصفیه آب صنعتی از عوامل تاثیر گذار بر هزینه های سرمایه گذاری می باشد. یکی از متداول ترین روش های تصفیه آب صنعتی ، استفاده از دستگاه آب شیرین ro می باشد که امروزه در ایران بسیار رایج شده است.
وجود هرگونه ناخالصی و یا تغییر حالت و شرایط آب به شکلی که دیگر برای مصرفی خاص قابل استفاده نباشد، آلودگی آب نام دارد. ناخالصی می تواند مواد معلق همچون گل و لای و یا مواد محلول چون انواع یون ها باشد. تغییر دما و ph نیز مثالی برای تغییر شرایط آب است که اصطلاحا به آن آلودگی آب گفته می شود. بعنوان مثال آب رودخانه را در نظر بگیرید که بعد از برداشت از رودخانه در معرض دستگاه های حرارتی قرار گرفته و دمای آن بالا می رود، بدون اینکه هیچگونه مواد دیگری به آن اضافه شود. در صورتیکه این آب مجددا به رودخانه ریخته شود، به دلیل اختلاف دمایی که ایجاد میکند، ممکن است اکسیژن درون آب را کاهش دهد و باعث مرگ آبزیان و تغییر اکو سیستم محیط گردد.
با این تعریف برای مثال آبی که سختی حدود 100 ppm دارد را در نظر بگیرید. فرض کنید این آب مشکلات میکروبی نداشته و میزان دیگر ناخالصی ها در آن، جهت شرب مناسب است. لذا می توان از این آب برای شرب استفاده نمود ولیکن استفاده از همین آب در صنعت و دیگ بخار مشکل زا است. اصطلاحا میگوییم این آب برای مصرف در دیگ بخار مناسب نیست و آب آلوده است. در این شرایط به دستگاه تصفیه آب صنعتی نیازمندیم تا آب را برای مصرف خاص تصفیه نماید. بطور معمول کلمه آلودگی آب در ذهن تداعی کننده آلودگی میکروبی میباشد، اما بصورت علمی بسته به نوع مصرف آب، آلودگی میتواند معنای متفاوتی داشته باشد.
آب ماده اصلی و حیاتی بسیاری از امور زندگی ماست. تمام موجودات زنده اعم از انسان، جانوارن و گیاهان برای حفظ بقا به آب نیاز دارند. دو سوم حجم بدن انسان را آب تشکیل داده است. در زندگی انسان جهت امور روزمره مانند شستشو، شرب و … از آب استفاده می شود.
آب در تمام امور شهری و روستایی از جمله آبیاری گیاهان، استفاده در تاسیسات حرارتی و برودتی، مراکز تفریحی و عمومی کاربرد دارد. یکی از موارد مهم استفاده از آب برای انسان در طول تاریخ در امر کشاورزی بوده است. همچنین امروزه آب در صنعت نقش بسیار مهمی را ایفا میکند. کما اینکه بسیاری از صنایع مانند نفت و گاز و پتروشیمی، صنایع لبنی و غذایی، آبکاری، چرم و لباس و دیگر صنایع وابستگی کامل به آب دارند. برای هر یک از مصارف فوق الذکر استانداردی وجود دارد که توسط مراکز تحقیقاتی به دقت تدوین شده است. لذا آب ورودی را که دارای ناخالصی های گوناگون و شرایط و حالات خاص است، باید با عبور از دستگاه تصفیه آب صنعتی به حد استاندارد رساند.
در صورت استفاده از آب آلوده برای هر مصرفی، مشکلات عدیده ای به تدریج بوجود خواهد آمد. مثلا استفاده از آبی که میکروارگانیزم های بیماری زا در آن وجود دارد برای انسان و جانوران و گیاهان بصورت مستقیم و غیر مستقیم باعث بروز بیماری های خطرناکی می شود. یا در صنایع و خصوصا دستگاه های گرمایشی، استفاده از آب با سختی بالا منجر به رسوب گذاری و در نتیجه کاهش راندمان، اتلاف انرژی، افزایش استهلاک و از بین رفتن دستگاه های گران قیمت می گردد.
کره زمین منبع عظیمی از آب را در اختیار دارد، اما این آب عمدتا بصورت شور و در دریاها و اقیانوس ها یافت می شود. حدود 97 درصد آب های جهان در اقیانوس ها هستند و تنها 3 درصد بصورت آب شیرین در اختیار بشر می باشد. این آب شیرین یا بصورت آب های جاری و سطحی مانند رودخانه ها و دریاچه ها می باشد و یا در سفره های زیرزمینی ذخیره شده است.
آب اقیانوس ها بوسیله تبخیر توسط خورشید به آسمان رفته و بصورت ابر متراکم شده و سپس توسط بارش به سطح زمین بر میگردد. آب حاصل از بارش تقریبا خالص بوده و اگر مستقیم در اختیار انسان قرار میگرفت، میشد آنرا مستقیما استفاده کرد. اما این آب در مسیر عبور خود در رودخانه ها و یا در زمان عبور از لایه های خاک و سنگ، به دلیل خاصیت بافری، مواد مختلفی را در خود جذب کرده و بصورت آب ناخالص در می آید. آب جاری عمدتا دارای مواد معلق زیادی است و آب سفره های زیرزمینی دارای ناخالصی های محلول زیاد است.
ناخالصی های آب را می توان در دسته بندی های مختلفی بررسی نمود که در ادامه به توضیح آن میپردازیم.
مواد جامد معلق شامل گل و لای، شن و ماسه و سایر مواد ریز دانه می باشد، که در آب حل نمی شود و باعث ایجاد کدورت می گردد. وجود مواد معلق در آب، باعث ایجاد گرفتگی و تجمع در سیستم های تاسیساتی می شود.
مواد جامد محلول در آب شامل مواد معدنی و مواد آلی است. حضور هر یک از این مواد در آب باعث بروز مشکلاتی می گردد.
مواد معدنی محلول در آب شامل طیف گسترده ای از یون ها مانند نیترات، نیتریت، کلسیم، منیزیم و فلزاتی همچون آهن و سرب و … می باشد.
مواد آلی محلول در آب ترکیباتی هستند که حاوی کربن باشند. این ترکیبات در اثر عبور آب از لایه های خاک و افزودن سموم کشاورزی و احتمال ترکیب آب با فاضلاب شهری و یا صنعتی، در آب ترکیب می شوند. حضور مواد آلی محلول در آب باعث ایجاد رنگ، بو و طعم نامطبوع می گردند.
وجود انواع باکتری ها، جلبک ها، ویروس ها، انگل ها و مواد درشت دانه بیولوژیکی از دیگر مشکلات آب است. هرچند تمامی میکروارگانیزم ها مضر نیستند، اما جداسازی آن ها از آب به دلیل عدم غربال، امری واجب می باشد. بسیاری از بیماری های همه گیر مانند اسهال، وبا، حصبه و عفونت انگلی از آب منتقل می شود.
برای طراحی دستگاه تصفیه آب صنعتی نیازمند داشتن آنالیز آب هستیم. فاکتورهای بسیاری در آزمایش آب باید تست شود که به برخی از آنها اشاره میکنیم.
به مجموع مواد جامد معلق در آب گفته می شود. TSS در واقع وزن خشک تمام ذرات به جا مانده بر روی فیلتر تصفیه برای یک نمونه آب است. فاکتور TSS یکی از مهمترین پارامترهای سنجش آب و پساب می باشد. واحد سنجش کل جامدات معلق در آب یا TSS ، معادل میلی گرم بر لیتر mg/L است که به آن ppm (یک واحد در میلیون) نیز گفته می شود.
به مجموع مواد جامد محلول در آب گفته می شود. TDS در واقع وزن خشک باقیمانده در ته ظرف بعد از صاف نمودن و تبخیر نمونه آب است. TDS مجموع غلظت همه یونهای محلول در آب است. واحد سنجش کل جامدات محلول در آب یا TDS ، معادل میلی گرم بر لیتر mg/L است که به آن ppm (یک واحد در میلیون) نیز گفته می شود. مهمترین شاخص آنالیز آب که درطراحی دستگاه تصفیه آب صنعتی موثر است، همین TDS است.
شاخص مهمی در آب که بر روی بسیاری از فرآیندها اثرگذار است. به دلیل تغییر جرم حجمی آب با دما، این شاخص همواره بر طراحی سیستم تصفیه آب صنعتی تاثیر گذار است. همچنین آب در دماهای متفاوت خواص مختلفی از خود نشان میدهد. بعنوان مثال حلالیت آب با افزایش دما بیشتر می شود.
شاخصی است که با واحد میکروزیمنس بر سانتی متر مربع سنجیده می شود. هر چقدر میزان هدایت الکتریکی بالاتر باشد، میزان عبور جریان الکتریکی از آب بیشتر است. میزان هدایت الکتریکی با مقدار یون های موجود در آب رابطه مستقیم دارد. همچنین هدایت الکتریکی با TDS رابطه مستقیم دارد. برای محاسبه میزان TDS باید هدایت الکتریکی را در عدد 0.5 الی 0.75 (بر اساس شرایط) ضرب نمود.
شاخص با اهمیتی که نمایانگر اسیدی یا قلیایی بودن آب است. تنظیم PH یکی از اولین اصول طراحی دستگاه تصفیه آب صنعتی است.
به مجموع سختی دائم و سختی موقت گفته می شود. سختی موقت شامل ترکیبات مربوط به بی کربنات کلسیم و منیزیم است، در حالیکه سختی دائم ترکیبات سولفات، کلرور و نیترات کلسیم و منیزیم می باشد.
میزان کدورت آب با واحدی به نام NTU سنجیده می شود. NTU در واقع بیانگر توانایی آب در عبور دادن نور و یا معیاری برای میزان جذب نور یا پراکندگی نور توسط مواد معلق در آب می باشد. میزان کدورت آب در گندزدایی آن بسیار موثر است و هرچه کدورت بالاتر باشد، راندمان گندزدایی پایین می آید. بعنوان مثال کدورت مناسب برای آب ورودی به دستگاه تصفیه آب صنعتی اسمز معکوس زیر 0.01 می باشد.
یا همان میزان ذرات معلق و کلوئیدی در آب، یکی از شاخص های اندازه گیری کیفیت آب ورودی به دستگاه تصفیه آب صنعتی RO می باشد. در این دستگاه ها، SDI شاخصی برای سنجش نحوه عملکرد پیش تصفیه از نظر میزان حذف ذرات معلق و کدورت آب می باشد. هر چقدر SDI پایینتر باشد، سیستم پیش تصفیه بهتر عمل کرده است.
طبق توصیه تولید کنندگان ممبران MEMBRANE ، آبی با SDI زیر 3 برای ورودی به سیستم اصلی دستگاه تصفیه آب صنعتی RO مناسب است. لذا بایستی سیستم پیش تصفیه همواره پایش شود و در صورت بالا رفتن میزان SDI، کنترل های لازم انجام گردد. بکواش کردن به موقع فیلترهای شنی و تعویض دوره ای کارتریج ها بایستی انجام گردد. در طراحی دستگاه های RO اگر SDI آب ورودی بیش از حد مجاز باشد، طوریکه بوسیله فیلتر شنی یا کارتریجی امکان کاهش آن وجود نداشت، باید سیستم های انعقاد و لخته سازی و ته نشینی قبل از ورود آب به پیش تصفیه، در نظر گرفته شود. SDI درصد افت میزان جریان آب در دقیقه، حین عبور از فیلتر 0.45 میکرون (در فشار ثابت 30 PSI) است.
روش های مختلفی جهت تصفیه آب صنعتی وجود دارد. انتخاب روش مناسب به عوامل مختلفی از جمله نوع آب ورودی، آنالیز آب ورودی، مورد مصرف آب تصفیه شده و میزان دبی آب مورد نیاز بستگی دارد. بعنوان مثال ممکن است برای آب مصرفی موتورخانه، تنها استفاده از سختی گیر رزینی و سیستم تبادل یونی کفایت کند، اما برای آب شرب نیاز به بررسی دقیقتر یون های موجود در آب داریم و در بسیاری از موارد سیستم اسمز معکوس پیشنهاد می شود.
در ادامه بطور مختصر سیستم های تصفیه آب را شرح داده و بررسی میکنیم. لطفا توجه بفرمایید جهت انتخاب روش مناسب می توانید از مشاوره رایگان کارشناسان شرکت استفاده نمایید.
سیستم تبادل یونی همانطور که از نام آن مشخص است، روشی است که در آن یون های موجود در آب را تحت شرایطی، با یون های دیگر تعویض می کنیم. از رایج ترین سیستم تبادل یونی، سختی گیر رزینی را میتوان نام برد. در سختی گیر رزینی، آب در تماس با رزین کاتیونی که یکی از مواد شیمیایی تصفیه آب است، قرار میگیرد و یون های کلسیم و منیزیم که عامل اصلی ایجاد رسوب در سیستم های موتورخانه است، با یون کاتیونی رزین عوض می شود. با این روش سختی آب کاهش پیدا می کند و بالطبع آن مشکلات مربوط به سختی بالا اعم از گرفتگی درون لولههای انتقال آب، خوردگی تجهیزات، کاهش امکان انتقال و تبادل حرارت در دیگهای بخار، منابع کوئلدار و مبدلهای حرارتی و … نیز کمتر می شود. اما میزان مواد محلول در آب پایین نمیآید و صرفا تبادل یونی صورت میگیرد.
از سیستم تبادل یونی در صنایع مختلف از جمله صنایع دارویی، غذایی، فلزکاری و در انواع موتورخانه ها و قبل از دستگاه هایی با دمای بالا که امکان رسوبگذاری بیشتری دارند مانند دیگ های بخار استفاده میشود. همچنین در صورتیکه سختی آب بالا باشد، توصیه می شود سیستم سختی گیر رزینی بعنوان پیش تصفیه، تعبیه شود. سیستم های تبادل یونی نیاز به نگهداری داشته و رزین های مورد استفاده باید در بازه های مشخصی احیا شود. که این بازه به طراحی اولیه، دبی آب عبوری و میزان سختی آب بستگی دارد. در صورتیکه احیا رزین بصورت کامل انجام نشود، بازدهی رزین کم شده و دیگر تبادل یونی بصورت کامل صورت نمیگیرد. همچنین بسته به کیفیت آب ورودی و کارکرد سیستم، در بازه های چند ساله نیاز به تعویض رزین کاتیونی داریم.
سیستم الکترودیونیزاسیون یک فناوری تصفیه آب است که از الکتریسیته، غشا تبادل یونی و رزین برای حذف انواع یون های موجود در آب استفاده می کند. با استفاده از EDI، میزان هدایت الکتریکی EC آب کاهش می یابد. در سیستم EDI محفظه های پرشده از رزین تبادل یونی داریم که توسط غشا تبادل یونی از هم جدا شده اند. آب وارد محفظه شده و جریان الکتریکی، یون ها را مجبور میکند تا از رزین ها و غشاها عبور کنند. این یون های جدا شده به دوریز یا همان پساب وارد می شود. در روش EDI احیا رزین ها بصورت مداوم با جریان الکتریسیته صورت میگیرد و جهت احیا نیازی به استفاده از مواد شیمیایی نیست.
الکترودیالیز معکوس یک فرآیند نمکزدایی آب است که در آن با اعمال الکتریسیته به الکترودها، نمکهای محلول طبیعی در آب را از طریق غشای تبادل یونی جدا میکند. از این طریق خالص سازی آب صورت میگیرد. در روش الکترودیالیز جامدات معلق که حامل بار الکتریکی مثبت یا منفی هستند، روی سطح غشا رسوب کرده و مقاومت غشا را بطور چشمگیری کاهش میدهند. در EDR با معکوس نمودن قطبیت این مشکل حل شده و ذرات باردار رسوب شده روی غشاها حذف می شود. از محدودیت های این روش می توان به چگالی جریان خاص اشاره نمود و در صورتیکه چگالی جریان از حدی بیشتر شود، دستگاه کارایی خود را از دست میدهد. همچنین سیستم EDR توانایی حذف میکروارگانیزم ها و مواد آلی را ندارد.
یکی از مهمترین روش های متداول و موثر در تصفیه آب صنعتی، روش های فیلتراسیون است که به تفصیل شرح داده می شود. فیلتراسیون به هر فرایندی گفته می شود که در آن مواد موجود در آب حذف شده و یا کاهش می یابد. از فیلتراسیون آب به منظور تصفیه آن و تولید آب سالم استفاده می شود.
فیلتر شنی یکی از قدیمی ترین و رایج ترین روش های تصفیه آب است که برای حذف ذرات معلق در آب، استفاده می شود. معمولا فیلتر شنی توانایی حذف ذرات با اندازه بیش از 100 میکرون را دارد. از مزایای فیلتر شنی می توان به قیمت مناسب، کارایی خوب و عمر طولانی آن اشاره نمود.
فیلترهای شنی در واقع نوعی مخزن هستند که دارای شیر ورودی، خروجی و نازل ها است که با شن یا سیلیس پر می شود. لطفا توجه بفرمایید که معمولا حدود 70 درصد مخزن با سیلیس پر می شود و 30 درصد جهت بکواش مناسب خالی در نظر گرفته می شود. بدنه فیلتر شنی از مواد مختلفی ساخته می شود که امروزه فیلتر شنی فایبر گلاس و فلزی از انواع رایج آن می باشد.
آب با دبی مشخص از لابلای ذرات شن موجود در فیلتر شنی عبور کرده و ذرات معلق با اندازه بزرگتر از 100 میکرون لابلای شن ها گیر میکند و به همین دلیل آب خروجی از فیلتر شنی به مراتب تمیزتر از آب ورودی است. از فیلتر شنی در تصفیه آب استخر، بعنوان پیش تصفیه سیستم اسمز معکوس، تصفیه پساب، تصفیه آب کشاورزی و … استفاده می شود.
از مهمترین مزایای فیلتر شنی می توان به نصب آسان، نیاز به نگهداری کم، هزینه اولیه پایین و بکواش راحت اشاره نمود.
فیلتر دیاتومه از محفظه ای تشکیل شده که درون آن پارچه هایی قرار دارد و خاک دیاتومه روی این پارچه ها پخش می شود. آب با عبور از لابلای پارچه ها و خاک دیاتومه تصفیه شده و ذرات معلق را از دست میدهد. فیلتر دیاتومه توانایی حذف ذرات تا حدود 10-20 میکرون را دارا می باشد، در حالیکه فیلترهای شنی ذرات 100 میکرونی را جداسازی میکنند. از نقاط ضعف فیلترهای دیاتومه نگهداری به نسبت سخت آنها و نیاز به تعویض خاک دیاتومه در هر سری بکواش می باشد.
از فیلتر دیاتومه در تصفیه آب استخرها استفاده میشود اما این فیلترهای بطور معمول در تصفیه آب صنعتی بکار نمیرود. در شکل به ترتیب از سمت راست: فیلتر شنی، فیلتر دیاتومه و فیلتر کارتریجی را مشاهده می نمایید.
میکرو فیلتراسیون که MF نیز نامیده میشود، نوعی فرایند فیزیکی فیلتراسیون است. در تکنولوژی میکروفیلتراسیون از یک غشا استفاده میشود که به ذرات بزرگتر از اندازه خاصی، اجازه عبور نمیدهد. بدین ترتیب ذرات معلق و میکروارگانیسم ها در آب خروجی کاهش می یابد. غشای میکروفیلتراسیون ممکن است دارای منافذ با اندازه ای بین 0.1 تا 10 میکرون باشد.
از MF معمولا بعنوان پیش تصفیه برای سایر فرایندهای جداسازی مانند اسمز معکوس، استفاده می شود.
از جمله مزایای میکروفیلتراسیون میتوان فشار کاری پایین، مصرف انرژی کم و نگهداری راحت را نام برد. معایب سیستم MF شامل عدم توانایی حذف مواد محلول و جامدات بسیار ریز، حساس بودن به برخی مواد شیمیایی و نیاز به تعویض غشا میکروفیلتراسیون می باشد.
اولترافیلتراسیون فرایند فیزیکی است که در آن آب با عبور از غشا نیمه تراوا تصفیه می شود. جامدات معلق و املاح با وزن مولکولی بالا، همچنین اکثر مولکول ها و ویروس های آلی و میکروب ها توسط فیلتر UF حذف می شوند. در حالیکه آب و املاح با وزن مولکولی پایین از فیلتر UF عبور میکنند.
از لحاظ عملکرد اولترافیلتراسیون بین میکروفیلتراسیون و نانوفیلتراسیون می باشد و بطور تقریبی اندازه منافذ غشا UF از 0.1 تا 0.01 میکرون متغیر است.
از UF معمولا در تصفیه پساب و فاضلاب صنعتی، تصفیه آب آشامیدنی و در صنایع کشاورزی و غذایی استفاده می شود. از مهمترین مزیت های سیستم اولترافیلتراسیون می توان نیاز به فضای کم را ذکر نمود. به همین دلیل در شرایطی از UF بعنوان پیش تصفیه سیستم تصفیه آب صنعتی استفاده می شود.
نانوفیلتراسیون به فرایند غشایی گفته می شود که املاح محلول در محدوده اندازه تقریبی 1 نانومتر را حذف میکند، از این رو به آن نانوفیلتراسیون یا NF اطلاق می شود. NF یکی از تکنولوژی های جداسازی غشایی تحت فشار است که برای حذف یون های تک ظرفیتی و دو ظرفیتی از آب بکار میرود. اندازه منافذ غشا NF کمی بزرگتر از غشاهای اسمز معکوس است و ممکن است از 1 تا 10 نانومتر متغیر باشد.
از نانوفیلتراسیون جهت حذف آلاینده هایی مانند مواد آلی محلول، نیترات، یون های فلزی و بسیاری از نمک های محلول استفاده میشود. NF یون های تک ظرفیتی مانند کلرید سدیم را بین 20 تا 80 درصد حذف میکند. در حالیکه نمک هایی با یون دو ظرفیتی مانند سولفات منیزیم حدود 90 تا 98 درصد توسط نانوفیلتراسیون حذف می شود. از نانوفیلتراسیون معمولا در تصفیه پساب، جداسازی مواد آلی و غیرآلی، حذف فلزات سنگین و کاهش سختی استفاده میشود.
در اسمز معکوس با حرکت آب از روی یک غشا نیمه تراوا، فیلتراسیون و حذف آلاینده های موجود در آب صورت می گیرد. سیستم های اسمز معکوس روش بسیار کارآمدی برای تصفیه آب صنعتی، نیمه صنعتی و خانگی می باشد. غشا مورد استفاده در اسمز معکوس دارای منافذی در حدود 0.0001 میکرون است و به همین دلیل توانایی حذف مواد محلول در آب اعم از باکتری ها، ویروس ها، یون ها ، مواد آلی و غیر آلی را تا 98 درصد دارا می باشد.
برای درک بهتر فرایند اسمز معکوس باید ابتدا با پدیده اسمز آشنا شویم. اسمز زمانی اتفاق می افتد که یک غشای نیمه تراوا دو محلول نمک با غلظت های مختلف را جدا می کند. آب بین دو محلول منتقل می شود تا جاییکه غلظت نمک در هر دو یکسان شود. توجه بفرمایید غشا نیمه تراوا تنها اجازه عبور به مولکول های آب را می دهد.
در اسمز معکوس با استفاده از فشار جریان طبیعی آب، معکوس می شود. این باعث می شود آب از محلول غلیظ تر به محلول رقیقتر برود و در نتیجه در یک طرف غشا نیمه تراوا آب با خلوص بالا خواهیم داشت.
در شکل زیر چهار روش میکروفیلتراسیون، اولترافیلتراسیون، نانوفیلتراسیون و اسمز معکوس با هم مقایسه شده است.
دستگاه تصفیه آب صنعتی اشکال مختلفی دارد که عمدتا استفاده از دو مدل آنها معمول میباشد. دسته اول آب شیرین کن هایی هستند که بر اساس تبخیر و تقطیر مجدد آب کار میکنند. در این نوع سیستم، آب بوسیله حرارت به نقطه جوش رسیده و تبخیر میشود. بدیهیست آب تبخیر شده خالص بوده و مواد محلول اولیه را در خود ندارد. سپس بخار آب بوسیله سیستم سرمایشی تقطیر شده و در محل دیگری جمع میشود. در این مدل آب شیرین کن برای تبخیر و تقطیر انرژی گرمایی و سرمایی بالایی نیاز است که تنها پالایشگاه ها، پتروشیمی ها و نیروگاه ها از محل انرژی گرمایی پرت شونده خود میتوانند تامین کنند.
مدل دیگر دستگاه تصفیه آب صنعتی RO، آنهایی هستند که به روش اسمز معکوس کار میکنند. اسمز معکوس RO امروزه یکی از متداولترین روشها برای شیرین کردن آب است. در این روش با بوجود آوردن فشار اسمزی توسط پمپ و عبور آب از یک غشاء نیمه تراوا، کاهش مواد محلول در آب (TDS) صورت میگیرد. خرید دستگاه تصفیه آب صنعتی در بسیاری از صنایع امری لازم می باشد مثلا در صنعت شیشه سازی، رنگرزی، داروسازی و … به دلیل نیاز مبرم به آب با کیفیت مناسب، باید از آب نصفیه شده استفاده گردد.
بطور کلی تصفیه آب به روش اسمز معکوس به این شکل است که آب با فشار بالا (بالاتر از فشار اسمزی) وارد ممبران که یک غشا نیمه تراوا است، می شود. خروجی ممبران آبی با خلوص بسیار بالا می باشد. اسمز معکوس reverse osmosis یک روش نمک زدایی و تصفیه آب است. در سیستم RO از فشار، جهت برعکس نمودن جریان اسمزی بهره گرفته میشود. با عبور آب خالص از غشا نیمه تراوا یا همان ممبران، فرایند تصفیه آب صورت می گیرد. اسمز معکوس روشی است که از طبیعت الهام گرفته شده است. برای اینکه بتوانیم کارکرد دستگاه تصفیه آب صنعتی به روش اسمز معکوس یا ro را شرح دهیم، ابتدا لازم است تا به معنی اسمز و فشار اسمزی بپردازیم.
برای درک بهتر موضوع ابتدا باید درک درستی از اسمز و فشار اسمزی داشته باشیم. در فرایند اسمز، اگر دو نمونه آب را که یکی رقیق و دیگری غلیظ است را کنار هم بگذاریم و یک غشاء نیمه تراوا در بین آنها قرار دهیم، خواهیم دید که مولکول های آب رقیقتر بصورت کاملا طبیعی و بدون نیاز به فشار خارجی از طریق غشاء به سمت غلیظتر نشت کرده و به آن وارد میشوند.
در واقع اختلاف غلظت بین دو سمت غشا باعث ایجاد فشار و لذا جریان آب می شود. هرچه اختلاف غلظت بیشتر باشد، فشار و جریان حرکت آب نیز بیشتر می شود. مسلم است که انتقال آب آنقدری می تواند ادامه داشته باشد که هیچ فشاری از سمت آب غلیظ بصورت معکوس بر روی سیستم بوجود نیاید. ولیکن با اضافه شدن هرچه بیشتر حجم آب در قسمت غلیظ، ستون مایع در این قسمت مرتفع تر شده و همین ارتفاع آب باعث ایجاد فشار عکس می شود. این عمل تا زمانی ادامه پیدا میکند که تعادل فشاری در دو ستون آب صورت گیرد. یعنی اختلاف ارتفاع بین دو ستون آب به میزان مشخصی برسد.
برای مثال شکل زیر را در نظر بگیرد. مشاهده میکنیم که مولکول های آب از لوله سمت راست با عبور از غشا نیمه تراوا به سمت چپ وارد میشوند. این موضوع تا زمانی که به نقطه تعادل برسند ادامه دارد. در نقطه تعادل، به اختلاف ارتفاع ایجاد شده بین دو لوله، فشار اسمزی گفته می شود.
حال اگر فشاری معادل فشار اسمزی بصورت عکس بر روی ستون آب غلیظ ایجاد کنیم، فرایند اسمزی برعکس می شود. در این حالت آب با عبور از غشا نیمه تراوا (این غشا اجازه عبور یون ها را نمیدهد) از سمت غلیظتر به سمت رقیقتر می رود. به این فرایند، اسمز معکوس گفته می شود. امروزه یکی از پرکاربردترین روش های تصفیه آب صنعتی، استفاده از دستگاه آب شیرین کن به روش RO است.
در فرایند اسمز معکوس از فشار ایجاد شده توسط پمپ برای معکوس نمودن جریان آب استفاده میشود. در این حالت مانند شکل زیر، آب غلیظ از غشا نیمه تراوا عبور کرده (این غشا مانع از عبور یون ها و ناخالصی ها می شود و تنها اجازه عبور مولکولهای آب را میدهد) و مواد محلول در آن حذف میشود.
دستگاه تصفیه آب صنعتی به روش اسمز معکوس شامل مجموعه ای از تجهیزات مانند سیستم های پیش تصفیه، پمپ، ممبران، تابلو برق و قطعات کنترلی می باشد. طراحی بهینه سیستم اسمز معکوس همواره از دغدغه های صنعت تصفیه آب بوده و توسط نرم افزارهای متفاوتی صورت می گیرد.
انتخاب پمپ فشار قوی و ممبران یا غشا نیمه تراوا مناسب در دستگاه تصفیه آب صنعتی RO اسمز معکوس، از اهمیت خاصی برخوردار است.
در دستگاه های آب شیرین کن به روش اسمز معکوس، آب با فشار از membrane عبور داده میشود. مواد معدنی، محلول و میکروارگانیسم های موجود در آب، پشت غشا باقی میماند و بعنوان آب پسماند دورریز میشود.
یکی از نکات مهم طراحی سیستم تصفیه آب مدیریت پساب و بالا بردن راندمان سیستم می باشد. یکی از روش ها به این منظور استفاده مجدد از پساب است.
دستگاه تصفیه آب صنعتی به روش اسمز معکوس مانند تمام سیستم های دیگر دارای مزایا و معایبی است. که می توان از مزایای آن برای انتخاب سیستم در مقایسه با دیگر روش ها استفاده نمود و تلاش کرد تا معایب آن را تا حد امکان کاهش داد.
دستگاه تصفیه آب صنعتی به روش RO مزایای متعددی دارد و به همین دلیل امروز بعنوان یکی از روش های پرکاربرد در این صنعت، شناخته شده است.
بیشتر آب های روی زمین آب شور بوده و تنها 3 درصد منابع آب، شیرین یا لب شور می باشد. سیستم اسمز معکوس این امکان را می دهد که آب اقیانوس، آب لب شور و حتی آب هایی که از مرحله نهایی سیستم تصفیه فاضلاب به دست می آید، را تصفیه کرده و به آب شیرین تبدیل کنیم. بنابراین می توان بازه وسیعی از آب با کیفیت های مختلف وارد سیستم ro نمود و خروجی مطلوبی از آن استخراج نمود.
از سیستم تصفیه آب ro می توان بصورت پیوسته و 24 ساعته استفاده نمود. می دانیم که هر سیستم تصفیه آب یا فیلتراسیونی نیاز دارد تا در صورت اشباع، از مدار خارج شده و سیستم اصطلاحا احیا یا پاک سازی شود. اما به دلیل اینکه سیستم ممبران طوری طراحی شده است که در حین کارکردن بصورت مداوم خود را شستشو می دهد و آب با فشار زیاد روی سطح ممبران حرکت نموده و مواد محلول به جا مانده را به سیستم فاضلاب هدایت میکند. لذا جهت پاکسازی نیازی به خاموش کردن دستگاه نیست. طراحان سیستم تصفیه آب توصیه می کنند دستگاه هیچ گاه خاموش نشود و از پمپ های رزرو جهت روشن بودن همیشگی دستگاه استفاده کنیم. این امر باعث تولید آب به میزان قابل توجهی می گردد.
ممبران از جنس پلی آمید ساخته شده است و منافذ بسیار ریزی در حد 1 آنگستروم دارد. یعنی می تواند خلوصی در حد 98 درصد ایجاد کند. این بدین معنی است که ممبران توانایی حذف تمامی ذرات معلق و محلول در آب اعم از میکروب ها، یون ها، باکتری ها، ویروس ها و … را دارد. لذا آب خروجی از دستگاه تصفیه آب صنعتی RO، دارای کیفیت بسیار بالایی است.
آب مورد نیاز در هر صنعت باید کیفیت و خلوص مشخصی طبق استانداردهای آن صنعت را داشته باشد. بعنوان مثال آب مورد استفاده در صنایع داروسازی باید بسیار خالص در حد آب مقطر باشد. به این منظور می توان دستگاه RO را طوری طراحی نمود که آب خروجی از ممبران اصطلاحا در پاس 2، مجددا وارد ممبران دیگری گردد تا خلوص بسیار بالا ایجاد نماید. در صورتیکه آب مورد مصرف برای شرب و یا بسیاری از صنایع دیگر لازم نیست با TDS خیلی پایین باشد. در آن صورت هم می توان با اختلاط آب خروجی از ممبران با آب قبل از آن، به TDS مورد نظر دست یافت.
سیستم RO توانایی تولید آب به میزان زیاد و خلوص بالا را دارد. لذا در صنایع مختلفی چون کشاورزی، دامپروری، انواع کارخانجات و همینطور برای مصارف شرب و حتی سیستم های آزمایشگاهی قابل استفاده است.
دستگاه تصفیه آب صنعتی RO بنا به نیاز کارفرما می تواند در ابعاد و ظرفیت های مختلف ساخته شود. همانطور که مستحضر هستید این دستگاه در ابعاد خانگی نیز ساخته می شود. دستگاه آب شیرین کن نیمه صنعتی و صنعتی نیز تا ظرفیت های بسیار بالا قابل طراحی و ساخت است. کمااینکه آب شیرین کن ها را برای تامین آب یک شهر نیز استفاده می نمایند.
سیستم RO جهت کارکرد تنها به برق نیاز داشته و از سوخت های فسیلی در آن استفاده نمی شود. بطور کلی میزان مصرف انرژی دستگاه RO نسبت به کارآیی آن پایین بوده و لذا مقرون به صرفه می باشد.
دستگاه آب شیرین کن RO نیاز به حضور اپراتور داشته و باید بصورت روزانه و هفتگی چک لیست های تهیه شده را پر کرد. اما کار اپراتوری پیچیده نبوده و میتوان در یک الی دو جلسه بطور کامل به اپراتور آموزش داده شود.
ریکاوری اصطلاحی است که در سیستم اسمز معکوس بسیار شنیده می شود. ریکاوری درصد آب تولیدی به آب ورودی دستگاه می باشد. هرچه ریکاوری دستگاه بالاتر باشد، دورریز آن کمتر است. در بسیاری از پروژه ها به دلیل گران بودن آب ورودی و یا کمبود آب ورودی، کارفرما علاقمند است که ریکاوری دستگاه به بالاترین مقدار ممکن برسد. در این صورت طراح و سازنده می تواند با اعمال تغییراتی در تعداد و چیدمان ممبران ها، ریکاوری را به حداکثر ممکن برساند. هرچند این امر منجر به گرانتر شدن دستگاه می شود اما برای پروژه های خاص با میزان محدود آب ورودی، این کار به صرفه است.
در شرایطی که TDS آب ورودی خیلی بالا نباشد، میتوان از پساب دورریز دستگاه برای مصارف دیگر استفاده نمود. مثلا در صورت محیا بودن شرایط، میتوان از پساب دستگاه تصفیه آب صنعتی به منظور آبیاری گیاهان استفاده نمود.
در ساخت دستگاه RO میتوان اجزا را طوری چیدمان نمود که کمترین فضای ممکن را اشغال کند. البته این چیدمان باید طوری باشد که استفاده و نگهداری دستگاه را تحت الشعاع قرار ندهد. در حالت کلی دستگاه آب شیرین کن نسبت به کارایی و میزان تولید آب، ابعاد مناسبی دارد.
به دلیل ساختار سیستم ممبران و دستگاه RO، بخشی از آب به شکل آب تولیدی از ممبران عبور کرده و اصطلاحا خالص سازی می شود. بخش دیگری از آب که مقدار مواد محلول در آن افزایش می یابد، بعنوان پساب، دور ریز می گردد. این پساب وظیفه دیگری نیز بر عهده دارد و آن شستشوی سطح ممبران بصورت مداوم می باشد. نسبت آب تولیدی به آب ورودی دستگاه را (بصورت درصد)، اصطلاحا ریکاوری دستگاه می نامند. یکی از معضلات دستگاه تصفیه آب صنعتی، پایین بودن ریکاوری و بالا بودن میزان آب دور ریز است. این مشکل با طراحی بهینه تا حدودی قابل حل است اما میزان آب دورریز هیچگاه صفر نمی شود.
همانطور که پیش تر اشاره شد، آب دورریز که میزان زیادی از یون ها و مواد محلول دارد و اصطلاحا غلیظ شده است، را بایستی در محلی دور ریز نمود. این آب غلیظ اگر در سفره های آب های زیرزمینی ریخته شود، باعث آلوده شدن و تغلیظ این سفره ها می شود. دانشمندان همواره در پی راه حلی هستند تا دفع مواد دور ریز دستگاه را کمتر کرده و در عین حال این پساب را به شکلی بهداشتی دفع نمایند.
آب خروجی از دستگاه تصفیه آب صنعتی به روش RO همواره آبی خالص بوده و TDS آن بسته به کیفیت آب ورودی، بین 50 تا 100PPM است. البته امکان دارد از 50 نیز کمتر باشد. این آب مقداری اسیدی می شود، لذا همین اسیدی بودن و خالص بودن، معضلی است که برای شرب ایجاد می شود. بهتر است آبی که برای شرب استفاده می شود TDS بالاتری داشته باشد و کمی قلیایی تر شود. لذا باید از سیستم هایی که مواد معدنی مانند کلسیم و منیزیم به آب را اضافه می کنند، استفاده نمود تا وضعیت آب بهتر شود.
البته شایان ذکر است عمدتا آب مورد نیاز صنایع هرچه TDS پایین تری داشته باشد، مطلوب تر است و همین موضوع باعث محبوبیت دستگاه آب شیرین کن صنعتی RO در صنایع شده است.
دستگاه تصفیه آب صنعتی به روش RO تنها دستگاهی است که توانایی حذف مواد محلول در آب تا 98 درصد را دارا می باشد. آب خروجی از دستگاه آب شیرین کن RO تا حد زیادی خالص بوده و TDS پایینی دارد، لذا از این سیستم جهت تصفیه آب در صنایع مختلفی استفاده می شود.
امروزه نیاز به استفاده از دستگاه تصفیه آب صنعتی در کشاورزی به دلیل رشد این صنعت و آلوده شدن آب های زیر زمینی و جاری و همچنین کمبود آب، بیش از قبل احساس می شود. کیفیت آب مورد استفاده در کشاورزی بر میزان تولید محصول، کیفیت آن و حفظ کیفیت خاک تاثیر به سزایی دارد. آب کشاورزی در دو قسمت استفاده می شود که هر دو حائز اهمیت است.
در طراحی دستگاه تصفیه آب کشاورزی باید ابتدا استاندارد آب مورد نیاز را بررسی نمود. در بسیاری از مواقع آب با TDS ای در حد 1000 را می توان در کشاورزی استفاده نمود. به این منظور با استفاده از دستگاه RO میتوان TDS را تا حدود 100 کاهش داد و سپس مقداری از آب ورودی را با آب تصفیه شده مخلوط می نماییم تا TDS مورد نیاز به دست آید. با این روش میتوان میزان آب دور ریز را تا حد زیادی کاهش داد.
امروزه کشاورزی گلخانه ای بخش مهمی از کشاورزی جهان را تشکیل می دهد. به دلیل کمبود زمین، کمبود آب و نیاز به کشت میوه های خاص در شرایط آب و هوایی مختلف، در سالیان اخیر کشاورزی گلخانه ای جایگاه ویژه ای پیدا کرده است. در این شکل کشاورزی نیاز به آب های خالص تر برای کشت محصولات خاص، بسیار اهمیت دارد. آب مورد استفاده در گلخانه ها جهت تولید محصولات خاص، نیازمند شرایط ویژه ایست. مثلا برای کشت پسته، آب مورد استفاده باید فاقد یون کلر و بور باشد. همچنین کم بودن قلیائیت آب نیز در باغ های تولید پسته اهمیت دارد. لذا استفاده از دستگاه تصفیه آب صنعتی RO در گلخانه ها امری رایج می باشد.
آب مورد استفاده در گلخانه ها باید خلوص بالایی داشته باشد تا مواد افزودنی مورد نیاز به آن اضافه شده و در آن حل شود. استفاده از دستگاه تصفیه آب کشاورزی می تواند کیفیت وکمیت محصول تولیدی گلخانه را افزایش دهد.
از دیگر مواردی که در گلخانه ها، نیاز به آب خالص تر را با اهمیت می کند این است که آبیاری بوسیله لوله کشی پلاستیکی و نازل های مربوطه انجام می شود. وجود رسوب در آب می تواند باعث گرفتگی این نازل ها گردد.
موضوع رطوبت زنی نیز از دیگر دلایل حائز اهمیت در کیفیت آب مصرفی گلخانه است. همانطور که می دانید بسیاری از محصولات بایستی در آب و هوا و رطوبتی خاص پرورش یابند. برای ایجاد رطوبت در محیط بسته گلخانه، از سیستم های رطوبت ساز و یا پاشش آب پودری استفاده می شود که در هر دو مورد، به دلیل جلوگیری از ایجاد رسوب در دستگاه های رطوبت ساز و نازل های بسیار ریز پاشش آب، بایستی از آب با سختی و TDS بسیار پایین استفاده نمود. در تمامی موارد فوق جهت بالا بردن بهره وری سیستم گلخانه، استفاده از دستگاه تصفیه آب گلخانه ای توصیه می شود.
همچنین در سیستم های گلخانه ای جهت حفظ دما در شرایط مشخص، نیاز به سیستم های تهویه و گرمایش می باشد که در تمام این سیستم ها به دلیل جلوگیری از رسوب، نیاز به آب خالص وجود دارد.
کیفیت آب برای شرب موجودات زنده اعم از انسان و حیوانات، امری با اهمیت بوده و در جوامع مختلف این امر از حساسیت فوق العاده ای برخوردار است. امروزه به دلیل صنعتی شدن پرورش حیوانات، اصول اولیه پرورش و حفظ سلامت و بالابردن راندمان این واحدهای صنعتی و کاهش مرگ و میر حیوانات، استفاده از آب مناسب، بسیار با اهمیت است.
مرگ و میر دام و طیور علاوه بر ایجاد خسارات مالی برای صاحبان این صنایع، موارد و مشکلات زیست محیطی زیادی ایجاد می کند از جمله: مشکلاتی برای دفع اجساد تلفات، انتقال بیماری و عفونت از طریق ادرار و مدفوع دام بیمار، همه گیری و انتقال بیماری به دیگر دام ها و انسان ها (در مورد بیماری های مشترک بین انسان و حیوان)
پرورش ماهی یکی از صنایع نوظهور است که با رشد جمعیت و افزایش تقاضا برای مصرف ماهی جایگاه ویژه ای در صنایع پیدا کرده است. اصلی ترین موضوع این صنعت استفاده از آب با کیفیت و مناسب جهت رشد و پرورش ماهی ها و همچنین تصفیه آب استخر پرورش ماهی می باشد. گونه ای از ماهی های آب شیرین که مورد توجه انسان قرار دارد می بایست در حوضچه های مخصوص زندگی کرده و رشد و نمو پیدا کند. اگر دام و طیور آب را برای رفع تشنگی مورد استفاده قرار می دهند، ماهیان تمام زندگی خود را درون آب هستند و از تماس فیزیکی مداوم با آب گرفته تا ورود آب به سیستم گوارش آنها میتوان آب را برای آنها مایه ای حیاتی در نظر گرفت. در بعضی مواقع از آب رودخانه برای ماهیان استفاده می کنند و آب از طرفی وارد شده و از طرف دیگر خارج می شود. اما در بسیاری از موارد آب درون حوضچه بوده و نیاز به تصفیه مداوم آن داریم.
تصفیه آب پرورش ماهی در دو بخش زیر مورد نیاز می باشد:
باید پایش نمود که آب با TDS استاندارد و کیفیت مناسب و عاری از هر گونه ویروس و باکتری وارد حوضچه های پرورش ماهی گردد. موارد ذکر شده باید با دقت در آب ورودی بررسی شود. دستگاه تصفیه آب صنعتی RO توانایی حذف تمامی میکروارگانیزم ها، باکتری ها، ویروس ها و کاهش TDS آب را دارا می باشد.
به دلیل آنکه آبزیان در این آب زندگی میکنند و حاصل تنفس و ادرار و مدفوع آن ها درون آب ریخته می شود، مشکلاتی به وجود می آید که باید بصورت مداوم تصفیه شود. یکی از موارد بسیار با اهمیت وجود آمونیاک در آب پرورش ماهی می باشد که آن را میتوان از طریق هوادهی تصفیه نمود. موارد کم آمونیاک و سایر املاح اضافه شدن به آب را با فیلتراسیون و در نهایت استفاده از آب شیرین کن RO از آب جدا نمود. البته رساندن آب به حد استانداردی که بتوان آن را وارد دستگاه RO نمود نیاز به توجه و آزمایش دقیق دارد.
یکی از صنایع و کارخانه هایی که خالص بودن آب در آن بسیار حیاتی و مهم است، کارخانجات تولید دارو و لوازم آرایشی و بهداشتی می باشد. یکی از محصولات پر استفاده در صنایع دارویی آب مقطر است. صنایع دارویی برای تولید آب مقطر عمدتا در ابتدا از دستگاه آب شیرین کن استفاده می کنند و TDS آب را تا حد امکان پایین می آورند. طوریکه TDS آب به حدود 5PPM میرسد. سپس با استفاده از دستگاه دیونایزر TDS آب را به نزدیک صفر می رسانند. لذا در هر کارخانه داروسازی، نیاز به دستگاه تصفیه آب صنعتی RO به شدت احساس می شود.
از دیگر مصارف آب مقطر در کارخانه داروسازی استفاده از آن در ساخت داروهای مختلف و استفاده در فرایند های شیمیایی مورد نیاز می باشد چرا که ساخت دارو باید در محیطی به شدت کنترل شده از لحاظ شیمیایی انجام پذیرد و وجود یون های مختلف درون آب می تواند بر عملکرد صحیح تولید دارو و فرایند شیمیایی اثر گذارد.
یکی دیگر از موارد مهم در بحث تصفیه آب صنایع داروسازی، استریل کردن آب است. آب مورد استفاده در دارو باید عاری از هرگونه باکتری یا عوامل بیولوژیکی باشد، لذا قبل و بعد از دستگاه تصفیه آب صنعتی RO از روش های گندزدایی و ضدعفونی همچون دستگاه UV استفاده می شود.
در صنایع بهداشتی هم مانند صنایع دارویی، تولید محصولات با کیفیت بالامستلزم بکارگیری مواد اولیه با کیفیت و آب خالص می باشد. ساخت انواع شامپوها، پمادها و انواع لوازم آرایش که گاها قیمت های بالایی نیز دارند باید در محیط شیمیایی کنترل شده مانند صنایع دارویی انجام پذیرد. هرگونه ناخالصی در آب میتواند مشکلاتی در خواص مواد آرایشی و بهداشتی ایجاد کند.
مسلم است که در تمامی صنایع شکل خاصی از ترکیبات درون آب مورد نیاز آن صنعت می باشد. ما با استفاده از دستگاه تصفیه آب صنعتی، بصورت حدودی آب را به رنج مورد نظر می رسانیم. پس از آن با ایجاد تغییراتی و افزونه هایی به آب می توان PH یا سایر موارد را تنظیم نمود.
بر اساس جداول منتشر شده وزات نیرو و دفتر مهندسي و معيارهاي فني آب و آبفا، صنایع دارویی از منظر آب مصرفی در گروه بسیار حساس بوده و آب این صنایع باید کیفیتی همانند جدول زیر داشته باشد.
| شاخص | محدوده مطلوب
(میلی گرم بر لیتر) |
| آهن | 0.05-0 |
| منگنز | 0.01-0 |
| PH | 9-7 |
| COD | 5-0 |
| سختی | 1-0 |
| قلیاییت | 50-0 |
| سولفات | 20-0 |
| سیلیکا | 5-0 |
| مواد معلق | 1-0 |
| TDS | 50-0 |
| کلراید | 20-0 |
پالایشگاه ها و صنایع پتروشیمی یکی از بزرگترین مصرف کنندگان آب هستند. آب نرم نیاز حیاتی صنعت نفت و گاز و پتروشیمی می باشد. در این صنایع، آب با حجم قابل توجهی در برج های خنک کننده، دستگاه های تولید بخار، فرایند تولید، سیستم تاسیسات، آتشنشانی، بخش مصارف انسانی و شرب و شستشو مصرف می شود. بیشتر بخش های ذکر شده از لحاظ آب ورودی در گروه حساس قرار گرفته و آب مصرفی این واحد ها باید از استاندارد خاصی تبعیت کند.
در گذشته از آب شیرین کن های گرمایشی بیشتر استفاده می شد زیرا میتوانستیم از هدر رفت گرمای فلرهای موجود در این صنایع، استفاده کنیم ولی به دلیل استهلاک بالای این سیستم ها، امروزه تمایل به طراحی و ساخت سیستم های دستگاه تصفیه آب صنعتی یا آب شیرین کن ها، بسیار مورد توجه قرار گرفته است.
ساخت دستگاه های آب شیرین کن با ظرفیت های بالا امروزه در دستور کار بسیاری از صنایع نفت، گاز و پتروشیمی قرار گرفته است.
حجم بالای آب مورد نیاز این صنایع از منابع مختلفی تامین می شود. از جمله آب های سطحی و زیرزمینی، آب دریا و امروزه در مواردی از پساب فاضلاب نیز در صنایع نفت و گاز و پتروشیمی استفاده می شود. برای مثال پالایشگاه تهران پساب تصفیه خانه جنوب تهران را با دبی بسیار بالایی دریافت می کند و طی فرایند خاصی آن را تصفیه نهایی کرده و سپس بوسیله دستگاه آب شیرین کن در ابعاد بزرگ، تصفیه می نماید و آب خالص را در اختیار بخش های مختلف پالایشگاه، قرار می دهد. همچنین استفاده از آب دریا و تبدیل آن به آب بسیار خالص بوسیله دستگاه تصفیه آب صنعتی RO در حوزه خلیج فارس بسیار معمول می باشد. آب شیرین کن ها میتوانند آب خلیج فارس را با TDS حدود 40000 دریافت کرده و آنرا با TDS زیر 100PPM تحویل دهند.
میزان مصرف آب در صنایع غذایی و لبنی عدد قابل توجهی به نسبت تولید محصولات می باشد. هزینه آب در قیمت تمام شده محصول تاثیر مستقیم دارد. همچنین کیفیت آب در تولید مواد غذایی بطور مسلم امری مهم می باشد.
صنايع غذايي شامل تهيه غذاهاي كنسرو شده، غذاهای نیمه آماده، شيريني پزي، نانوايي، صنايع لبني، آب معدنی، نوشابه سازی، کارخانجات تولید يخ و … می باشد. این صنایع جز دسته بندی نسبتا حساس بوده و آب ورودی به آنها باید کیفیتی مطابق جدول زیر داشته باشد:
| شاخص | محدوده مطلوب
(میلی گرم بر لیتر) |
| آهن | 0-0.05 |
| منگنز | 0-0.1 |
| PH | 7-9 |
| COD | 0-5 |
| سختی | 0-1 |
| قلیاییت | 0-50 |
| سولفات | 0-20 |
| سیلیکا | 0-5 |
| مواد معلق | 0-1 |
| TDS | 0-50 |
| کلراید | 0-20 |
در این کارخانجات آب به مصارفی چون شستشو مواد غذایی، سیستم تاسیسات، تولید بخار، استفاده در فرایند پخت و .. می رسد. آب مورد استفاده در هر یک از موارد ذکر شده باید دارای خصوصیات مشخصی باشد. آبی که مستقیم با مواد غذایی در تماس است باید دارای استاندارد آب شرب بوده و عاری از هر گونه باکتری و … باشد. توجه فرمایید آب فرایند صنایع غذایی در طعم و کیفیت محصولات تولیدی تاثیر مستقیم دارد و به همین دلیل امروزه در بیشتر کارخانجات صنایع غذایی و لبنی، استفاده از دستگاه تصفیه آب صنعتی RO امری اجتناب ناپذیر است. در حالیکه آب مورد استفاده در سیستم تاسیسات و دیگ های بخار از لحاظ سختی اهمیت داشته و باید سختی آن نزدیک به صفر باشد تا از ایجاد رسوبات جلوگیری شود. در صنایع غذایی فاکتورهای مختلفی از جمله: TDS آب، دمای آب، PH ، استرلیزه بودن آب و … اهمیت دارد. همچنین بنا به مصرف، میزان یون های موجود در آب نیز از اهمیت بالایی برخوردار است. بعنوان مثال وجود نیترات و نیتریت درون آب و بالطبع درون مواد غذایی خطر بالایی دارد.
همانطور که پیش تر در مورد اصول سیستم تصفیه آب به روش اسمز معکوس صحبت شد، دستگاه تصفیه آب صنعتی به روش اسمز معکوس یا همان آب شیرین کن، آب هایی با کیفیت پایین و TDS بالا را دریافت می کند و در خروجی آبی با خلوص بالا تحویل می دهد. دستگاه آب شیرین کن بطور کلی از اجزای زیر تشکیل شده است:
در این بخش آب که حاوی مقادیر مختلفی مواد معلق و مواد محلول می باشد، در طی مراحلی که بعدتر توضیح داده می شود، شرایطی پیدا می کند تا آماده ورود به بخش اصلی دستگاه RO شود. این شرایط شامل کاهش مواد معلق جامد و رساندن SDI زیر 5 می باشد. باید توجه داشت که بخش اصلی دستگاه RO که شامل پمپ و ممبران دستگاه است، تنها قادر است مواد محلول در آب را جدا نماید و اگر به هر دلیلی مواد معلق وارد آن مرحله شود، ممبران به سرعت آسیب دیده و اصطلاحا گرفتگی در آن ایجاد می شود. طوریکه اغلب حتی با شستشو نیز به حالت اول باز نمیگردد و ممبران باید تعویض گردد. لذا طراحی و استفاده از پیش تصفیه مناسب برای عملکرد صحیح دستگاه تصفیه آب امری اجتناب ناپذیر است.
سیستم پیش تصفیه میتواند شامل اجزای مختلفی چون فیلتر شنی، فیلتر کربنی، سیستم کلر زنی، سیستم حذف کلر، فیلتر کارتریج، تزریق اسید، تزریق آنتی اسکالانت، سختی گیر و … باشد.
طراحی سیستم پیش تصفیه به عوامل مختلفی بستگی دارد مانند:
برای مثال ظرفیت فیلتر شنی بستگی به میزان مواد معلق و دبی آب ورودی دارد. همچنین در صورت وجود کلر در آب ورودی نیاز به حذف آن داریم (وجود کلر از جمله عوامل مخرب ممبران می باشد) که توسط تزریق مواد شیمیایی صورت می گیرد. در ادامه متن به بحث طراحی بطور کامل پرداخته خواهد شد.
در دستگاه های آب شیرین کن صنعتی یکی از ارکان و اجزای با اهمیت، سیستم پمپاژ و پمپ فشار قوی می باشد. همانطور که پیش تر در بحث سیستم اسمزی توضیح داده شد، برای ایجاد یک سیستم اسمز معکوس نیاز داریم تا به فشار اسمزی غلبه کنیم، این امر با پمپ مناسب میسر می شود.
این پمپ باید طوری طراحی شود تا دبی مورد نیاز برای ورود به ممبران ها فراهم شده و فشاری بالاتر از فشار اسمزی ایجاد کند تا آب خالص از سطح ممبران عبور داده شود. نوع و طراحی این پمپ به دلیل اینکه قلب تپنده کل سیستم است، بسیار با اهمیت می باشد. معمولا از پمپ های طبقاتی فشار بالا برای این منظور استفاده می شود.
همانطور که پیش تر اشاره شد در سیستم اسمزی یا اسمز معکوس عاملی مهم و حیاتی به نام غشا نیمه تراوا وجود دارد که آب پر فشار با عبور از آن خالص گردیده و تمامی ناخالصی ها پشت ممبران باقی می ماند. این غشا نیمه تراوا اصطلاحا ممبران نامیده می شود. ممبران از نوعی پلیمر به نام پلی آمید ساخته شده است. شرکت های محدودی در جهان به ساخت ممبران ها در مدل ها و سایزهای مختلف، مبادرت دارند.
به دلیل گران قیمت بودن ممبران و مشکلات تعویض و راه اندازی مجدد دستگاه، حفاظت از ممبران برای جلوگیری از تخریب آنها بسیار با اهمیت است. لذا باید در بخش طراحی و راهبری دستگاه RO توجه ویژه ای به این بخش داشته باشیم. هر ممبران بنا به مدل و جنس برای منظوری خاص و ظرفیت ویژه ای طراحی شده است. کمپانی فیلمتک یکی از معروفترین تولید کنندگان انواع ممبران در دنیا می باشد که بعنوان مثال ممبران فیلمتک مدل BW برای تصفیه آب های لب شور ساخته شده است. در حالیکه ممبران SW به منظور تصفیه آب دریا بکار می رود. در دستگاه RO ممبران ها را درون محفظه های خاصی به نام وسل قرار می دهند. وسل ها و ممبران های دستگاه آب شیرین کن را میتوان با چیدمان های مختلفی طراحی نمود.
تجهیزات کنترلی تمامی قطعات دستگاه تصفیه آب صنعتی RO را بصورت اتوماتیک کنترل نموده و پایش می نمایند. برای مثال در ساده ترین شکل آن، پرشر سوئیچ فشار بالا در نقطه ای قرار گرفته که اگر شیر برداشت بعد از دستگاه باز شود و افت فشار در خط تولید ایجاد شود، سیستم کنترلی متوجه کمبود آب و تقاضای آب شده و دستگاه روشن می شود و آب جدید تولید می کند. به محض اینکه شیر برداشت آب تولیدی بسته شود، فشار مجددا بالا رفته و های پرشر سوئیچ، سیستم را خاموش می کند.
بطور کلی از ادوات کنترلی دستگاه می توان به موارد زیر اشاره نمود:
غیر از سیستم کنترلی اتوماتیک دستگاه، ادواتی چون گیج فشار و فلومتر جهت پایش سیستم و تنظیم نمودن دستگاه در Set point های طراحی بکار گرفته می شود. آنچه که در طراحی از دبی های هر بخش و فشارهای مربوط به هر قسمت وجود دارد، توسط راه انداز و تنظیم کننده، عملا روی دستگاه اعمال می گردد. اپراتور نیز روزانه دستگاه را پایش میکند تا اعداد ست شده همواره صادق بوده و دستگاه در حالت بهینه خود کار کند. علاوه بر این اپراتور باید بصورت روزانه و هفتگی در چک لیست های تهیه شده، اعداد مربوط به ادوات کنترلی را ثبت کند. کارشناسان مربوطه با آنالیز این اعداد، کارکرد دستگاه را بررسی می نمایند و درصورت ایجاد خطا و انحراف اعداد از set point های اولیه، علت را یافته و به موقع اقدامات لازم را برای رفع مشکل های ایجاد شده اعمال میکنند.
از دیگر اجزای تشکیل دهنده تصفیه آب صنعتی RO می توان به شاسی و استراکچر، لوله های فشار قوی از جنس استنلس استیل 304 یا 316، لوله های فشار پایین از جنس UPVC، شیرآلات در نقاط کاری مختلف اشاره نمود. این اقلام بخش های تکمیلی دستگاه RO را تشکیل می دهند. استفاده از متریال مناسب برای هر قسمت می تواند تضمین کننده کارکرد بلند مدت دستگاه باشد.
همانطور که توضیح داده شد دستگاه آب شیرین کن RO از قسمت های متفاوتی تشکیل شده است. در ادامه به شرح کامل این قسمتها می پردازیم. توجه فرمایید بنا به شرایط و طراحی دستگاه، آنالیز آب ورودی و موارد مصرف آب تصفیه شده، ممکن است مراحلی به این قسمت ها افزوده شود و یا از آنها کاسته شود.
ابتدا آب ورودی بوسیله بوستر پمپ پیش تصفیه یا همان feed pump به فیلتر شنی و کربنی فرستاده میشود. مشخصات این پمپ با توجه به فشار حداقلی ورود آب و دبی مورد نیاز سیستم تعیین میشود. گاهی اوقات و بسته به شرایط از یک پرشر سوئیچ نیز برای این پمپ استفاده میشود که در صورتیکه فشار بیش از میزان لازم باشد، پمپ را از مدار خارج کند. این پمپ همچنین وظیفه ایجاد دبی و فشار مناسب برای بکواش فیلتر شنی و کربنی را نیز برعهده دارد.
معمولا از پمپ های استنلس استیل یا چدنی بنا به شرایط آنالیز آب ورودی استفاده می شود. ولیکن در دستگاه تصفیه آب صنعتی RO که جهت تصفیه آب دریایی طراحی می شود، ملاحظاتی وجود دارد که باید از پمپ هایی با جنس پلاستیک یا استنلس استیل ضدخوردگی و مقاوم در برابر آب دریا، بهره برد.
یکی از مسایلی که همواره در طراحی سیستم RO باید مدنظر قرار داد، آنالیز آب بر اساس مشکلات میکروبی و بیولوژیکی می باشد. هرچند که سیستم RO و ممبران، اجازه عبور باکتری ها، ویروس ها و عوامل بیولوژیکی را به همراه بسیاری از یون ها به قسمت آب تولیدی نمی دهد، اما به دلیل آنکه آب در قسمت دورریز ممبران بر اثر فشار و سرعت پایین غلیظ می شود، ریسک و امکان رسوب مواد در بخش پساب و روی ممبران بسیار بالا می رود. ایجاد رسوبات مختلف بر روی ممبران ها، پدیده ای شایع و مشکل زا می باشد که بایستی هر چند وقت یکبار بوسیله شستشو با مواد شیمیایی تمیز گردد. متاسفانه در صورت وجود باکتری و مواد بیولوژیکی در آب ورودی، این موجودات زنده همراه با مواد دیگر بر روی ممبران ها رسوب کرده و بر خلاف مواد جامد، میتوانند فرصت رشد و تشکیل کلونی های مختلف را پیدا کنند. لذا آب ورودی آلوده به باکتری همواره باعث فولینگ های بیولوژیکی و میکروبی بر روی ممبران می شود. این پدیده در شرایطی بیشتر دردسر ساز می شود که برخی از این رسوبات، با شستشوی ممبران از بین نرفته و حتی در صورت باقی ماندن بخش کوچیکی بر روی ممبران، دوباره فرصت رشد پیدا کرده و ممبران را آلوده می کند. لذا باید آب قبل از ورود به سیستم RO کاملا گندزدایی شود.
یکی از اقلام پیش تصفیه RO میتواند لامپ UV باشد. آب با عبور از دستگاه UV کاملا میکروب کشی می شود.
تزریق کلر روش دیگر متداول و موثر در ضدعفونی آب ورودی به دستگاه تصفیه آب صنعتی RO می باشد. ولیکن وجود کلر باعث تخریب ممبران می شود و لذا باید بصورت کامل از آب ورودی به ممبران حذف گردد. جهت حذف کامل کلر، تزریق SMBS (متابی سولفیت سدیم) پیشنهاد می شود. هر دو سیستم کلر زنی و تزریق SMBS بوسیله پمپ تزریق مواد شیمیایی (دوزینگ پمپ ) انجام می شود. کلر و SMBS با غلظت مناسب در مخزن های مورد نظر آماده می گردد و با RATE و دوز مناسب و متناسب با دبی پمپ پیش تصفیه، عملیات تزریق انجام میگردد.
بهتر است کلرزنی در مخزن اولیه قبل از پمپ پیش تصفیه انجام گیرد تا زمان ماند کافی برای عمل میکروب کشی فراهم باشد.
یکی از فاکتورهای تاثیرگذار در طراحی سیستم پیش تصفیه RO، SDI می باشد که به میزان ذرات معلق و کلوئیدی در آب گفته می شود. طبق توصیه تولید کنندگان ممبران ، آبی با SDI زیر 3 برای ورودی به سیستم اصلی دستگاه تصفیه آب صنعتی RO مناسب است. در طراحی دستگاه های RO اگر SDI آب ورودی بیش از حد مجاز باشد، طوریکه بوسیله فیلتر شنی یا کارتریجی امکان کاهش آن وجود نداشت، باید سیستم های انعقاد و لخته سازی و ته نشینی قبل از ورود آب به پیش تصفیه، در نظر گرفته شود. فیلتر شنی یک ابزار مناسب برای حذف مواد معلق تا حدود 90 میکرون می باشد. به دلیل حجم مناسب و کارایی بالا از فیلتر شنی استفاده میکنیم. یکی از مزایای فیلتر شنی، عدم نیاز به تعویض متریال داخلی در درازمدت می باشد و تنها با بکواش به موقع، میتوان فیلتر را تمیز نموده و آمده سرویس مجدد کرد.
همانطور که اشاره شد یکی از موارد مشکل زا برای تصفیه آب در دستگاه تصفیه آب صنعتی RO ، مواد بیولوژیکی درشت دانه می باشد. فیلتر شنی راه حلی مناسب برای حذف این مواد است.
ابعاد فیلتر شنی بنا به دبی آب، سطح فیلتراسیون مورد نیاز، نرخ سرعت عبور آب و با توجه به کدورت آب ورودی تعیین میشود. معمولا از تانکهای FRP یا فلزی با قطر و ارتفاع متفاوت بنا به دبی آب ورودی استفاده میشود.
شیر فیلتر شنی میتواند بصورت دستی یا اتوماتیک باشد که در صورت استفاده از شیر دستی، جهت بکواش، اپراتور باید شیر را تنظیم نماید ولیکن در شیر اتوماتیک، بکواش بطور اتومات و در زمان مشخص شده، انجام می شود. زمان عملیات بکواش بر اساس افت فشار دو طرف فیلتر شنی تعیین میگردد. در صورتیکه افت فشار در دو سمت فیلتر از حد مشخصی فراتر رود، عملیات بکواش توسط اپراتور انجام می شود. همچنین اگر زمان مشخصی طی شود ولی افت فشار ایجاد نشود، می بایست مجددا بکواش صورت گیرد. یعنی در قیاس با افت فشار و زمان، هر کدام زودتر اتفاق بیفتد، باید بکواش انجام شود.
از فیلتر شنی جهت حذف کدورت آب ورودی استفاده میشود که در آن شن یا سیلیس با دانه بندی مناسب وجود دارد. معمولا حداکثر فشار کارکرد فیلتر شنی FRP حدود 4-3 بار بوده و تحمل دما بین 5 تا 40 درجه را دارا هستند.
فیلتر کربنی یکی از اجزای مهم پیش تصفیه RO می باشد. معمولا در فیلتر زغالی از کربن گرانول برای پروسه جذب استفاده می شود. کربن فعال حالتی از زغال چوب است که به دلیل وجود خلل و فرج های بسیار در درون خود، سطح بسیار بسیار وسیعی را برای جذب مواد مختلفی دارد. در واقع مواد مختلف آلی، برخی گازها و بعضی یون ها با عبور از بین گرانول های کربن فعال به درون این خلل و فرج ها رفته و به دام می افتند. در نهایت بعد از مدتی طولانی از مصرف کربن اکتیو، کربن ها اشباع شده و می بایست تعویض گردند.
اصولا از ستون زغال فعال بعنوان پیش تصفیه RO به منظور حذف مواد آلی، اصلاح بو، رنگ و حذف کلر استفاده می شود. طراحی ستون کربن اکتیو تقریبا شبیه ستون فیلتر شنی می باشد اما نرخ سرعت با فیلتر شنی متفاوت است. در این ستون ها می توان از شیرهای دستی و اتوماتیک استفاده نمود. یکی از موارد بسیار با اهمیت در RO ، نرسیدن مواد اکسید کننده ای همچون کلر به ممبران می باشد. ممبران ها در مجاورت کلر با سرعت و به شدت تخریب شده و کارفرما مجبور به تعویض ممبران می گردد. اگر رنج کلر در حد نرمال باشد، کربن اکتیو می تواند آن را جذب کرده و احتمال تخریب ممبران را کاهش دهد. در صورتیکه میزان کلر بالاتر از این حد باشد می بایست از مواد حذف کننده کلر مانند متابی سولفیت سدیم یا همان SMBS استفاده کرد. ستون های کربن اکتیو از جنس فلز یا FRP بوده و میتوان از شیر دستی یا اتومات استفاده نمود.
معمولا حداکثر فشار کارکرد فیلترکربنی در ستون FRP حدود 4-3 بار بوده و تحمل دما بین 5 تا 40 درجه را دارد.
در مبحث فیلتراسیون آب همانطور که پیش تر گفته شده برای پایین آوردن SDI و آماده نمودن آب جهت ورود به ممبران نیاز است تا ذرات معلق درون آب حذف گردیده و حداکثر به 5 میکرون محدود شود. به این منظور از نوعی از فیلترها استفاده می شود که در دسته میکرو فیلترها قرار گرفته و اصطلاحا به آنها فیلتر کارتریج گفته می شود.
فیلتر کارتریج متشکل از یک پوسته با نام هوزینگ و یک فیلتر داخلی به نام کارتریج می باشد. برای فیلتر داخلی یا کارتریج می توان از فیلترهایی با جنس PP پلی پروپیلن استفاده نمود. این فیلترها با مش 50 تا 1 میکرون در بازار موجود می باشد که عمدتا برای پیش تصفیه دستگاه تصفیه آب صنعتی RO از فیلترهای PP با مش 5 میکرون استفاده می شود.
فیلترهای کارتریج از نوع فیلترهای عمقی بوده و مواد معلق در میان متریال PP به دام می افتد.
فیلتر کارتریج ها را باید بصورت دوره ای و با وقوع گرفتگی در آنها، تعویض نمود. مانند فیلترهای شنی افت فشار و زمان دو معیار برای سنجش زمان تعویض آنها می باشد. فیلتر کارتریج ها در سایز 10 اینچ و 20 اینچ و … بصورت اسلیم و جامبو در بازار موجود است که میتوان بنا به دبی آب ورودی از سایزهای مختلف و با چیدمان های متنوع از آنها در پیش تصفیه RO استفاده نمود.
در دبی های بالا میتوان از هوزینگ هایی با بدنه استنلس استیل که گنجایش تعداد بیشتری فیلتر PP دارد، استفاده کرد. در این نوع هوزینگ ها از فیلترهای اسلیم با سایز 20، 30 و 40 اینچ بصورت 5، 7 و … المانه استفاده می شود.
آب در ورود به RO با فشار بالا وارد ممبران شده و به دو بخش تقسیم می شود. بخش اول از ممبران عبور کرده و بعنوان آب تولیدی به مصرف می رسد. بخش دیگر بعنوان پساب بصورت آب غلیظ درآمده و دور ریز می گردد. این بخش از آب به دلیل سرعت پایین و TDS بالا و وجود یون های مختلفی چون سولفات، کربنات، بروم، استرانسیوم و … خاصیت رسوب گذاری بسیار زیادی دارد. یکی از معضلات همیشگی دستگاه تصفیه آب صنعتی RO ، رسوب به جا مانده بر روی ممبران ها در قسمت پساب می باشد. به منظور کاهش این رسوب یا SCALE و اصطلاحا روان کردن آب، از تزریق ماده ای به نام آنتی اسکالانت استفاده می شود. این ماده بوسیله دوزینگ پمپ مواد شیمیایی از مخزن مکش شده و با دوز مناسب و در تناوب خاص به آب ورودی تزریق می گردد. میزان، غلظت و نوع آنتی اسکالانت به عوامل مختلفی بستگی دارد از جمله: آنالیز آب ورودی، دبی عبوری ، دمای آب و ….
معمولا شرکت های تولید کننده آنتی اسکالانت که بصورت حرفه ای مبادرت به تولید این ماده دارند، برای ارائه بهترین راه حل، آنالیز آب ورودی و طراحی دستگاه را دریافت کرده و با تمامی این اطلاعات، آنتی اسکالانت مناسب را برای پروژه موجود ارائه می دهند.
در سیستم اسمز معکوس یکی از اصلی ترین ارکان، غلبه بر فشار اسمزی برای عبور آب غلیظ از غشا نیمه تراوا می باشد. لذا به پمپ نیاز داریم تا آب را با فشار بالا و دبی مناسب از ممبران عبور دهد. جهت تامین فشار مورد نیاز غشاهای نیمه تراوا یا ممبران از پمپ طبقاتی استفاده میشود. آب برای عبور از ممبرانها نیاز به فشار بالایی دارد و به حداقل این فشار، فشار اسمزی گفته میشود. میزان TDS یا هدایت آب و دما از عوامل تعیین کننده فشار اسمزی می باشد.
در طراحی پمپ دستگاه RO چندین عامل تعیین کننده می باشند. اول هد که در اینجا از فشار اسمزی و بالاتر از آن استفاده می گردد. دوم دبی که میتوان آن را از مجموعه دبی آب تولیدی و پساب به دست آورد. پمپ های طبقاتی معمولا پمپ هایی هستند که میتوانند فشارهای بالا ایجاد نمایند. این پمپ ها در دستگاه تصفیه آب صنعتی RO از فشار 7 بار تا 50 بار قابل استفاده هستند. بدیهیست زمانی که قصد تصفیه آب دریا را داریم از فشارهای بسیار بالاتری (حدود 40 تا 50 بار ) استفاده می کنیم و هرچه TDS آب ورودی کمتر می شود ، فشار مورد نیاز کاهش می یابد. دیگر عوامل موثر در انتخاب این پمپ ها متریال بکار رفته در آنها می باشد. معمولا در TDS های پایین تر از 4000 از پمپ های استنلس استیل 304 استفاده می شود و در TDS های بالاتر از پمپ هایی با جنس استنلس استیل 316L بهره گرفته می شود. بصورت کلی جنس پمپ بنا به TDS آب و شرایط پروژه باید از متریال مناسب انتخاب شود.
پرشروسل محفظههایی با قابلیت تحمل فشار بالا میباشد، که ممبرانهای آب شیرین کن صنعتی داخل آنها نصب میشود. پرشر وسل همانند ممبران به شکل استوانه ای و در دو قطر 4 اینچ و 8 اینچ ساخته می شود.
پرشروسل از نوع تک المان تا هشت المان بنا به نیاز طرح استفاده میشود. به این معنی که در صورت نیاز میتوان از یک تا هشت ممبران بصورت سری پشت سر هم در یک پرشروسل استفاده نمود. بدیهیست که یک وسل هشت المانه طول زیادی دارد و استفاده از این وسل بستگی به ابعاد دستگاه و شرایط محل قرارگیری آن دارد، لذا ممکن است به جای یک وسل شش المانه از دو وسل سه المانه که با هم سری شده است، استفاده نماییم.
در طراحی RO با توجه به میزان آب مورد نیاز از تعداد مشخصی ممبران با چیدمان های مختلف (موازی و سری) استفاده می شود. لذا می توان در یک مجموعه RO از پرشر وسل ها، بصورت موازی و سری استفاده نمود.
پرشروسل دستگاه تصفیه آب صنعتی با مقاومت های مختلفی ساخته می شود که توانایی تحمل فشار از 300 تا 1200psi را دارند.
ممبرانها قسمت اصلی دستگاه اسمز معکوس میباشند که میزان مواد محلول در آب را تا 99.6 % حذف مینمایند. بر اساس آنالیز و دبی و فشار آب ورودی میتوان از ممبرانهای مناسب استفاده نمود. ممبران با برندهای معتبری همچون ممبران فیلمتک آمریکا موجود میباشد که محبوبترین ممبران موجود در بازار است و از دیگر برندهای مطرح میتوان به ممبران CSM ساخت کره جنوبی و ممبران هایدروناتیک اشاره کرد.
بنا به نیاز طرح و آنالیز آب ورودی از ممبران مناسب باید استفاده نمود از جمله ممبران آب لب شور – سری BW برند FilmTec ، ممبران آب دریا – سری SW برند FilmTec را میتوان نام برد. ممبران ها با تنوع بسیار بالایی ساخته می شوند مثلا ممبران هایی با آبدهی بالا و ریجکشن کم یا ممبران هایی با دبی پایین و ریجکشن بالا.
ممبران یا غشا نیمه تراوا نوعی فیلتر از جنس پلی آمید بوده که از چندین ورقه تشکیل شده که بصورت لوله شده در اطراف لوله پلاستیکی قرار گرفته و فقط اجازه عبور آب خالص را میدهد و ناخالصیهایی مانند آلایندههای شیمیایی، بیولوژیکی و فیزیکی نمیتوانند از منافذ ممبران عبور کنند.
ممبران از نوع فیلترهای غشایی بوده که در طی فرایند تصفیه بصورت مداوم و بوسیله آب دورریز شسته شده و لذا نیاز به بکواش و عمل تمیزکاری در طی مدت استفاده ندارد ولیکن در بعضی مواقع که گرفتگی یا فولینگ پیش می آید، ممبران ها را بایستی بوسیله مواد شیمیایی شستشو داد.
ممبران ها قطعات حساسی بوده که چه در زمان استفاده و چه قبل از استفاده می بایست در شرایط خاصی نگهداری شوند. برای مثال در زمان استفاده اگر دستگاه تصفیه آب صنعتی به مدت طولانی خاموش شود بایستی در مجاورت ممبران، آب خالص و عاری از املاح قرار بگیرد. در زمان نگهداری قبل از نصب نیز، ممبران بایستی در شرایط رطوبت و دمای مناسب استاندارد ذکر شده توسط شرکت سازنده نگهداری شود.
جهت اندازه گیری دبی آب تولید، پساب و برگشتی مورد استفاده قرار میگیرد. این فلومترها دبی لحظه ای را نشان میدهند.
یکی از سیستم های کنترلی و با اهمیت در یک دستگاه RO، ادوات سنجش دبی می باشد. در طراحی RO ، میزان دبی عبوری از هر بخش مانند پمپ، سیستم پیش تصفیه، بخش پساب، بخش آب تولیدی و آب برگشتی به ابتدای خط موارد کلیدی می باشد. با تنظیم دبی در بخش آب دورریز میتوان دبی در بخش تولید را کنترل نمود. برای این منظور بایستی اعداد دبی لحظه ای را مشاهده کرد. از فلومترها یا دبی سنج های مکانیکی یا الکترونیکی به این منظور استفاده می شود. این دبی سنج ها غالبا بر اساس واحد لیتر در ساعت یا متر مکعب در ساعت ساخته می شود. تنظیم کننده یا اپراتور دستگاه در زمان تنظیم بایستی اعداد قرائت شده روی فلومترها را در نقاطی ست کند که طراح توصیه کرده است.
همچنین یکی از ایتم های مهم در چک لیست های روزانه و هفتگی دستگاه تصفیه آب صنعتی که باید توسط اپراتور قرائت و ثبت شود، همین نشانگرهای دبی می باشد. از روی تغییرات روزانه میزان دبی در بخش تولید و دورریز و یا آب برگشتی می توان به تغییرات اساسی در فولینگ ممبران ها پی برد.
کالیبره بودن فلومتر و سایر ادوات کنترلی از اهمیت به سزایی برخوردار است زیرا در صورت کالیبره نبودن این دستگاه ها، اعداد نشان داده شده اشتباه بوده و راهبری سیستم کنترلی دستگاه با مشکل مواجه می شود. کالیبراسیون توسط شرکت های مخصوصی انجام می گردد که ادوات کنترلی را هر چند وقت یکبار برای این شرکت ها ارسال میکنند و در آنجا بوسیله شاخص هایی که موجود است، این تجهیزات کالیبره و ست می گردند.
برای جلوگیری از افزایش و یا کاهش فشار به میزان بیش از مقدار تعیین شده از پرشرسوئیچ استفاده میشود. دو نوع مختلف پرشرسوئیچ Low Presssure Switch و High Presssure Switch وجود دارد. هایپرشر (High Pressure) بعد از پمپ فشار قوی قرار دارد تا در صورتیکه فشار بالاتر از حد مجاز رفت، دستگاه را قطع کند. بنا به درخواست کارفرما میتوان از سیستمهای دیجیتال نیز بعنوان High pressure استفاده نمود که با ارسال سیگنال الکترونیکی به تابلو برق کار مینماید.
سیستم لوپرشر (Low Pressure) قبل از پمپ فشار قوی قرار میگیرد تا در صورتیکه ورودی آب فشار لازم را نداشته باشد و یا دستگاه بی آب باشد، دستگاه را خاموش کند.
جهت نمایش مقدار جامدات محلول در آب تصفیه شده نصب میشود که میزان TDS آب خروجی یا همان تولیدی را نمایش میدهد. هدف از نصب دستگاه تصفیه آب صنعتی RO، کاهش میزان هدایت الکتریکی و یا TDS آب بوسیله سیستم پمپاژ و ممبران ها می باشد. دانستن مقدار دقیق TDS آب تولیدی که بعد از ممبران نصب می گردد، نشان دهنده عملکرد درست یا نادرست دستگاه می باشد. اپراتور موظف است بصورت روزانه و هفتگی میزان TDS آب تولیدی را یادداشت نماید تا در صورت بالا رفتن میزان آن، مراتب را به کارشناسان فنی اطلاع دهد تا خرابی های احتمالی دستگاه و ممبران قبل از رسیدن به نقاط بحرانی، تشخیص داده شود.
جهت تامین انرژی مورد نیاز دستگاه تصفیه آب صنعتی و کنترل سیستم از تابلو برق استفاده میشود که بنا به نیاز طرح، در دو مدل PLC و یا RO CONTROLLER طراحی و ساخته میشود. تمامی عملکرد دستگاه اغم از خاموش و روشن شدن، زمان بندی در وارد مدار شدن، قطع دستگاه و اعلام خرابی در صورت بروز مشکلات، همگی به عهده سیستم کنترلی مجموعه می باشد. سیستم کنترلی ممکن است از ساده ترین حالت یا همان MANUAL تا حالت پیشرفته یا سیستم مانیتورینگ دقیق و از راه دور، بنا به نیاز پروژه و درخواست کارفرما در نظر گرفته شود.
کلیه قطعات دستگاه تصفیه آب صنعتی بر روی شاسی نصب خواهد شد که با توجه به محل نصب دستگاه میتوان از شاسی با جنسهای مختلف مانند استنلس استیل 304 یا کربن استیل رنگ شده استفاده نمود.
اصولا بایستی شاسی یا استراکچر دستگاه طوری ساخته شود که تا حد امکان ابعاد کوچکتری داشته باشد. همچنین این استراکچر باید طوری ساخته شود که برای حمل دستگاه به محل نصب مناسب باشد.
جهت اندازه گیری فشار در نقاط مختلف سیستم استفاده میشود. اولین گیج فشار بین فیلتر شنی و کارتریجی قرار میگیرد و یک گیج فشار بعد از فیلتر کارتریج قرار میگیرد تا افت فشار ایجاد شده در فیلترهای کارتریجی قابل مشاهده و بررسی باشد. همچنین بعد از هایپرشر (High Pressure) نیز گیج فشار داریم تا فشار ورودی پمپ به ممبران مشخص باشد. بعد از ممبران در قسمت پساب نیز از گیج فشار استفاده میکنیم.
گیجهای فشار امکان مشاهده و بررسی و تنظیم کردن قسمتهای مختلف سیستم را فراهم میسازد. با مقایسه فشار قبل و بعد فیلتر کارتریج و ممبران میتوان متوجه افت فشار و گرفتگی احتمالی در این نواحی شد. همچنین برای ست کردن سیستم در نقطه کاری مناسب که طراح در نظر گرفته، از گیج فشار استفاده میکنیم. توجه داشته باشید گیج های فشار باید در نقاطی نصب گردد که بلافاصله قبل یا بعد شیرآلات و سایر ادوات نباشد تا گرداب های ایجاد شده بر روی این نقاط در فشار خوانده شده، تاثیر نگذارد. همانطور که در بخش فلومترها نیز اشاره شد، کالیبره بودن گیج ها و ادوات کنترلی بسیار با اهمیت می باشد. ضمنا فشار قرائت شده روی گیج ها، پارامتریست که تنظیم کننده دستگاه در حین راه اندازی و اپراتور موقع پر کردن چک لیست، باید به آن دقت کامل داشته باشند.
بطور کلی در سیستم های RO دو مدل لوله کشی بنا به فشار کارکرد در آن نواحی وجود دارد: فشار بالا و فشار پایین.
از ابتدای ورود آب به بخش پیش تصفیه تا ورودی پمپ فشار قوی، سیستم دارای فشار پایین می باشد. همچنین به قسمت بعد از ممبران در بخش تولید تا مخزن ذخیره ثانویه به دلیل فشار پایین آب، بخش LOW PRESSURE گفته می شود.
لوله کشی فشار پایین دستگاه تصفیه آب صنعتی با توجه به شرایط دستگاه، دبی آب ورودی و میزان TDS آن از جنس UPVC و یا استنلس استیل میباشد.
به محل خروجی پمپ فشار بالا تا انتهای بخش دورریز آب به دلیل فشار بالای ایجاد شده توسط پمپ، بخش HIGH PRESSURE گفته می شود.
برای لوله کشی فشار بالای دستگاه تصفیه صنعتی نیز معمولا از لولههایی با جنس استنلس استیل استفاده میشود. در مواردی که TDS آب ورودی حدودا پایینتر از 2000PPM باشد، برای لوله کشی فشار بالا از استیل 304 استفاده میشود، ولی زمانی که TDS آب ورودی بالاتر از این میزان باشد، به دلیل احتمال خوردگی قطعات توسط آب، باید از لوله کشی و شیرآلات با استیل 316 استفاده نمود. این امر باعث بالا رفتن قیمت تمام شده دستگاه تصفیه آب صنعتی RO می شود.
CIP مخفف Clean In Place است که روشی برای تمیز کردن تجهیزات دستگاه تصفیه آب صنعتی می باشد. واحد CIP بعنوان راهکاری برای رفع فولینگ ممبران ها نامیده می شود.
ممبران ها و سایر قطعات دستگاه تصفیه آب صنعتی به مرور و به دلیل تجمع ذرات کلوئیدی، انواع رسوبات و املاح آب ورودی، دچار گرفتگی می شوند. با انجام به موقع و صحیح عمل CIP و تمیز نمودن سیستم، میتوان فولینگ و یا گرفتگی را کاهش داد. در عکس زیر ممبران را قبل و بعد از انجام شستشو مشاهده میکنید.
همانطور که اشاره شد CIP باید در بازه های زمانی مشخصی انجام شود. از جمله عوامل تعیین کننده زمان CIP میتوان به فاکتورهای زیر اشاره نمود:
با توجه به تمامی فاکتورهای کنترلی دستگاه که باید در چک لیست ها پر شود و بصورت هفتگی برای کارشناسان فنی ارسال شود، زمان شستشو دستگاه یا همان CIP مشخص می شود. بطور کلی هر 3 تا 12 ماه دستگاه نیاز به CIP پیدا می کند.
در CIP تمیزکاری بدون تغییر موقعیت تجهیزات صورت می گیرد. سیستم CIP یک سیکل بسته است که در آن با استفاده از آب تولیدی و یا محلول تمیز کننده تجهیزات، لوله ها و فیلترهای ممبران شستشو و ضد عفونی می شود.
سیستم CIP شامل تجهیزات زیر می باشد:
محلول شستشو باید در مخزن مخصوصی که مقاوم به مواد شیمیایی می باشد، نگهداری شود. این مخزن باید در برابر اسید و باز مقاوم باشد تا در صورت نیاز و بسته به نوع رسوب ایجاد شده، بتوان از هر یک از این محلول ها جهت شستشوی ممبران استفاده نمود. حجم مخزن بسته به ظرفیت دستگاه تصفیه آب صنعتی و تعداد ممبران ها و پرشر وسل ها مشخص می شود.
در برخی از موارد که نیاز است تا محلول در مخزن ساخته شود باید از میکسر استفاده نمود که شامل مخزن، شافت و پروانه مقاوم در برابر خوردگی باشد.
پمپ CIP وظیفه سیرکولاسیون مواد شستشو را بر عهده دارد. پمپ مورد نیاز برای انجام عمل CIP باید مقاوم در برابر مواد شیمیایی اعم از اسید و باز باشد. انتخاب پمپ مناسب بستگی به ظرفیت دستگاه، تعداد ممبران ها و .. دارد. فشار مورد نیاز برای این پمپ معمولا کمتر از 3 بار می باشد.
اثربخشی عمل CIP به نظارت مستمر بر انجام آن بستگی دارد. به همین دلیل ادوات کنترلی CIP بسیار حائز اهمیت می باشد. کنترل دبی محلول شستشو، تنظیم میزان درصد محلول مورد نیاز، قطع و وصل نمودن سیستم همگی نیازمند تجهیزات کنترلی با کیفیت بالا می باشد.
مواد شستشوی مورد استفاده در CIP، توسط پمپ از مخزن به ممبران ها فرستاده می شود. سپس دوباره به مخزن برمیگردد و مجدد پمپ می شود. این محلول بعد از شستشوی ممبران حاوی انواع رسوبات و آلودگی ها می باشد که باید از ورود مجدد آنها به ممبران جلوگیری نمود. به این منظور از یک فیلتر میکرونی بعد از پمپ استفاده می شود.
تجهیزات بکار رفته در سیستم CIP در عکس زیر مشخص است.
در طراحی دستگاه آب شیرین کن، عوامل مختلفی موثر هستند از جمله:
یکی از موثرترین عوامل در طراحی آب شیرین کن صنعتی کیفیت آب ورودی به دستگاه میباشد. اینکه آب ورودی به دستگاه از چه منبعی (آب دریا، آب سطحی، آب چاه و ..) تامین شده باشد نیز در طراحی آب شیرین کن موثر هست.
آنالیز آب ورودی هم تعیین کننده مراحل مورد نیاز پیش تصفیه و تعداد، نوع و چیدمان ممبرانهای RO بوده و همچنین بر فشار طراحی نیز موثر است. فاکتورهای مختلفی در آنالیز آب ورودی اهمیت دارد که از جمله آنها میتوان موارد زیر را نام برد:
دما ، هدایت الکتریکی و PH
TSS کل مواد معلق در آب
TDS کل مواد محلول در آب
TH سختی کل
NTU کدورت
قلیائیت کل و قلیائیت کربناتی
BOD , COD و سایر عوامل میکروبی
میزان یونهای محلول در آب از جمله: کلسیم، منیزیم، سدیم، پتاسیم، آهن، منگنز، بر، باریم، سیلیس، سولفات، کلرور، نیترات و نیتریت ، فسفات، باریم، استرانسیوم و ….
تمامی عوامل فوق در طراحی سیستم RO و همچنین پیش تصفیه آن تاثیرگذار هستند. بعنوان مثال در صورتیکه میزان سختی کل از حد مشخصی بالاتر باشد نیاز به سختی گیر رزینی در پیش تصفیه داریم. همچنین بر اساس میزان یونهای محلول در آب ورودی ممکن است نیاز به تزریق آنتی اسکالانت یا اسید وجود داشته باشد. در صورت وجود آلودگی میکروبی و بیولوژیکی، تزریق کلر و برای حذف مجدد کلر تزریق متا بی سولفیت سدیم SMBS، مورد نیاز است. البته امروزه از مواد بهتری چون بایوسایدهای مناسب برای این کار بهره گرفته میشود. میزان کدورت و مواد معلق موجود در آب نیز در طراحی پیش تصفیه و فیلتر شنی و کارتریجی موثر است. رنگ، بو، طعم و میزان کلر نیز در طراحی فیلتر کربنی تاثیر دارد.
اینکه منبع آب ورودی محدود است یا نه؟ و آیا هزینهای بابت آن پرداخت میکنید؟
در صورتیکه آب ورودی به دستگاه محدود باشد میتوان با طراحی بهینه، ریکاوری دستگاه آب شیرین کن را تنظیم نمود و تا حد امکان آنرا افزایش داد.
همانطور که اشاره شد دستگاه تصفیه آب صنعتی RO از ظرفیتهای کوچک مانند 5M3/DAY تا ظرفیتهای بالاتر در حدود 1000M3/DAY و بالاتر قابل طراحی میباشد.
همچنین مورد مصرف آب خروجی دستگاه و TDS مورد نیاز کارفرما از عوامل مهم طراحی RO میباشد. در صورتیکه آب تصفیه شده جهت مصارف شرب استفاده شود باید تمامی استانداردهای آب شرب را دارا باشد. برخی از صنایع نیز نیاز به آب با TDS بسیار پایین دارند که باید در طراحی مدنظر قرار داده شود.
ریکاوری سیستم RO مشخص میکند چه میزان از آب ورودی تصفیه شده و چه مقدار تبدیل به پساب میشود. با طراحی بهینه میتوان به حداکثر ریکاوری دست یافت. همچنین بدلیل وجود مشکلات زیست محیطی که پساب شور و غلیظ ایجاد میکند کم کردن میزان دور ریز اهمیت ویژه دارد.
جهت آشنایی بیشتر با عملکرد سیستم اسمز معکوس RO ویدیو زیر را مشاهده فرمایید.
تماس با کارشناسان تاسیسات پیمان
