پیش تصفیه آب یکی از واحدهای بسیار مهم در دستگاه تصفیه آب صنعتی به روش اسمز معکوس است که تاثیر مستقیم بر افزایش طول عمر ممبران ها و بهبود کیفیت آب خروجی دارد. املاح معدنی، ذرات کلوئیدی، مواد آلی، باکتری ها و ذرات معلق در آب یک تهدید بزرگ برای ممبران ها به شمار رفته و روی سطح آن تجمع کرده و به مرور باعث انسداد منافذ و پوسیدگی غشاها می شوند. برای حل این مشکل چند مرحله پیش تصفیه قبل از اسمز معکوس اجرا می شود. در ادامه انواع روش های پیش تصفیه آب صنعتی و دلیل اهمیت اجرای این فرآیندها را بررسی خواهیم کرد.
پیش تصفیه آب شیرین کن صنعتی چیست؟
در روند تصفیه آب برای محیط های صنعتی هدف اصلی حذف یون های محلول در آب است تا شیرین سازی و جداسازی املاح انجام شود. برای رسیدن به این هدف از اسمز معکوس RO استفاده میشود که در آن غشاهای نیمه تراوا نقش مهم و حیاتی دارند. جداسازی یون های محلول در آب توسط ممبران ها انجام می شود که سطح آنها از تعداد زیاد منافذ تشکیل شده است. اما در کنار یون های محلول، مقدار زیادی آلاینده های دیگر در آب وجود دارد که روی سطح ممبران ها رسوب می کند.
پیش تصفیه آب شیرین کن صنعتی مجموعه ای از فرآیندها برای حذف ترکیبات موجود در آب است که باعث مسدود شدن منافذ روی ممبران ها می شود. در حالت کلی با پیش تصفیه ترکیبات و مواد زیر حذف می شوند:
- تمام مواد و ذرات کلوئیدی موجود در آب که منجر به رسوب گرفتگی fouling می شوند.
- رسوب های biofouling به دلیل تجمع مقدار زیاد باکتری روی ممبران
- مواد پلیمری طبیعی موجود در آب
- املاح معدنی که با ترسیب باعث تشکیل لایه های رسوب شیمیایی می شوند
- مواد معدنی از قبیل آهن و منگنز
دلایل اهمیت پیش تصفیه آب شیرین کن صنعتی
با توجه به اینکه انجام فرآیندهای پیش تصفیه آب شیرین کن صنعتی زمان بر و هزینه بر است، شاید ابهاماتی برای دلیل ضرورت آن وجود داشته باشد. به چند دلیل مهم در دستگاه های تصفیه آب صنعتی پیش تصفیه با دقت بالایی انجام می شود که عبارتند از:
- انسداد منافذ روی ممبران ها باعث افزایش فشار به سطح غشا و تخریب آن می شود
- راندمان دستگاه تا حد زیادی کاهش پیدا می کند
- مقدار آب تصفیه شده در زمان مشخص در این شرایط کاهش پیدا می کند
- نمک زیادی از ممبران ها عبور می کند
- ممبران ها با مشکلاتی از قبیل له شدگی، کانالیزه شدن و پدیده تلسکوپی روبرو می شوند
پارامتر SDI در پیش تصفیه آب
مراحل و روش های پیش تصفیه آب تا حد زیادی به نوع و مقدار املاح و آلاینده و ترکیبات موجود در آب بستگی دارد. به همین دلیل لازم است ابتدا پارامتر SDI اندازه گیری شود تا بر همین اساس روش استاندارد انتخاب گردد. SDI میزان پتانسیل رسوب گذاری آب خام بر روی ممبران ها را نشان می دهد. به عبارت دیگر، این پارامتر مشخص می کند که در یک بازه زمانی آب تا چه اندازه مستعد رسوب گذاری روی ممبران است.
برای محاسبه این پارامتر ابتدا با فیلتر و ممبران کاملا فیلتر شدن آب خام از اندازه گیری می شود. سپس به عنوان مثال بعد از 15 دقیقه عبور مداوم آب از ممبران ها مجدد زمان فیلتراسیون مقدار مشخص از آب را اندازه گیری کنید. در نهایت بر اساس رابطه زیر می توانید مقدار SDI را محاسبه کنید. هر اندازه مقدار این پارامتر بیشتر باشد، آب خام برای رسوب گذاری مستعدتر بوده و پیش تصفیه باید با دقت بالاتری انجام شود.
روش های پیش تصفیه آب صنعتی
با رسوب مقدار زیاد مواد روی ممبران ها بافت آنها پوسیده شده و از هم پاشیده می شود. به همین دلیل در کنار پیش تصفیه آب، از روش های شستشوی ممبران های اسمز معکوس برای بالا بردن طول عمر غشاها استفاده می شود. روش های پیش تصفیه آب در دستگاه های مختلف با توجه به مقدار و نوع املاح و آلاینده ها، دمای آب، کیفیت خروجی مورد نظر، نوع ممبران ها و غیره از روش های مختلفی برای پیش تصفیه استفاده می شود. در اغلب این دستگاه ها چند مرحله اصلی به صورت مرحله ای اجرا می شود که عبارتند از:
پیش تصفیه فیزیکی آب
یکی از مهم ترین دلایل آسیب به ممبران ها، تجمع مقدار زیاد گل و لای، ذرات معلق در آب است. برای حذف این ذرات آب از فیلترهای متعددی عبور می کند از قبیل:
فیلتر شنی
بسیاری از ذرات ریز معلق در آب را می توان بدون هیچگونه ماده شیمیایی و تنها با دانه های شن و سیلیس جداسازی کرد. فیلتر شنی های به کار رفته در مرحله پیش تصفیه دستگاه تصفیه آب صنعتی مدل های متنوعی دارند و در اغلب مواقع از نوع ثقلی و تحت فشار استفاده می شود. ذرات ریز موجود در آب خام بعد از عبور از فیلتر شنی، امکان عبور از لایه های مختلف شن و سیلیس را پیدا نکرده و جداسازی آنها انجام می شود. فیلترشنی ها با گذشت زمان کارایی خود را از دست داده و به همین دلیل شستشوی معکوس روی آنها فعال می شود.
فیلتر کربنی
در این نوع فیلتر از کربن فعال های بلاکی یا گرانولی استفاده شده و از این طریق بسیاری از مواد شیمیایی و ترکیباتی که منجر به تغییر رنگ و بوی آب شده اند حذف می شود. کربن اکتیو قدرت جذب سطحی بالایی دارد و به همین دلیل در اغلب دستگاه های تصفیه از آن استفاده می شود. کربن اکتیوها از مهم ترین قطعات دستگاه تصفیه آب صنعتی هستند و با گذشا زمان باید نسبت به تعویض آنها اقدام شود.
فیلتر کارتریج
فیلتر شنی قدرت کافی برای جداسازی تمام ذرات ریز معلق در آب را ندارد. برای بهبود کیفیت آب در این مرحله از پیش تصفیه آب از فیلتر کارتریج برای جداسازی این ذرات استفاده می شود. این فیلترها از الیاف در هم تنیده تولید شده و قدرت بالایی در حذف ذرات میکرونی کوچکتر از 5 میکرون دارند.
سختی گیر آب
یکی از چالش های اصلی در روند تصفیه آب، بالا بودن درجه سختی آب به دلیل وجود کاتیون های مختلف از جمله منگنز، آهن، منیزیم است. این ترکیبات منجر به بالا رفتن پارامتر tds آب می شود و آسیب زیادی به ممبران ها وارد خواهد کرد. استفاده از رزین های آنیونی و کاتیونی در دستگاه های سختی گیر رزینی آب راهکار مناسب برای حل این مشکل است. رزین ها قدرت تبادل یون بالایی داشته و به همین دلیل با سرعت بالا سدیم آزاد روی آن با کاتیون های آب جایگزین می شود.
سختی گیرهای به کار رفته در پیش تصفیه آب صنعتی تنوع زیادی دارند و بهترین نوع آن مدل های رزینی اتوماتیک است. در برخی از دستگاه ها با ظرفیت پایین ممکن است از سختی گیرهای مغناطیسی نیز استفاده شود. مدل های رزینی با گذشت زمان نیاز به احیا با محلول آب و نمک و شستشوی معکوس دارند.
پیش تصفیه با سیستم های فیلتراسیون غشایی
برای بهبود روند پیش تصفیه آب در برخی از این دستگاه ها از سیستم های فیلتراسیون غشایی از قبیل اولترافیلتراسیون و نانوفیلتراسیون نیز استفاده می شود. این دستگاه ها قادر به حذف ذرات در اندازه های 10 تا 20 نانومتر را دارا هستند.
پیش تصفیه شیمیایی آب
علاوه بر عبور آب از تجهیزات فیزیکی و جداسازی ذرات ریز موجود در آن، باکتری ها و مواد محلول در آب نیز باید حذف شوند. برای این منظور از روش های پیش تصفیه شیمیایی آب استفاده می شود که عبارتند از:
تزریق آنتی اسکالانت
برخی از مواد رسوب کننده در آب از سیستم های فیلتراسیون مراحل قبل عبور کرده و در نهایت روی ممبران تجمع می کنند. با تزریق مواد آنتی اسکالانت می توان ته نشینی و رسوب کردن این مواد را تا حد زیادی کاهش داد. این دستگاه دارای دوزینگ پمپ و مخزن ذخیره مواد آنتی اسکالانت بوده و مقدار استانداردی از مواد را در زمان مناسب به آب تزریق می کند.
کلر زنی
همانطور که در ابتدای متن اشاره شد، یکی از اصلی ترین انواع رسوب روی ممبران ها، رسوب بیولوژیکی و باکتریایی است. در آب خام مقدار زیادی باکتری و میکروارگانیسم ها وجود دارد که روی ممبران تجمع کرده و لایه های رسوب را تشکیل می دهند. در مرحله پیش تصفیه آب از کلر برای حذف این نوع از آلاینده ها استفاده می شود. کلر قدرت بالایی در گندزدایی و ضدعفونی داشته و پاتوژن ها و سایر آلاینده های بیولوژیکی مانند قارچ و جلبک ها را از بین می برد.
تزریق متا بی سولفید
با توجه به تاثیرات منفی متعدد کلر بر سلامتی انسان، بعد از ضدعفونی باید مقدار کلر تا حد امکان کاهش یابد. یکی از مراحل بسیار مهم در پیش تصفیه آب شیرین کن صنعتی، استفاده از متا بی سولفید است. این مواد با دستگاه های مخصوص به مقدار استاندارد به آب تزریق می شود.
جمع بندی
پیش تصفیه آب شیرین کن صنعتی به اندازه تصفیه و عبور آب از ممبران ها اهمیت دارد. به همین دلیل طی چند مرحله آب از دستگاه های فیلتر متعدد عبور کرده و ذرات ریز معلق، ذرات کلوئیدی، باکتری، قارچ و آلاینده های بیولوژیکی، مواد معدنی معلق و کاتیون ها را از دست می دهد. در نهایت امکان رسوب گرفتن ممبران ها تا حد زیادی کاهش یافته و راندمان دستگاه افزایش پیدا می کند.
