انواع روش های تصفیه آب در دستگاه های تصفیه آب

رودسان – انواع روش های تصفیه آب در دستگاه های تصفیه آب – فرایند تبادل یونی یکی از اشکال پدیده جذب سطحی است، که در آن فاز سیال در تماس با فاز جامد جاذب قرار می‌گیرد. طی این تماس برخی از اجزای موجود در فاز سیال جذب فاز جامد شده و از سیال جدا می‌گردند.

انواع روش های تصفیه آب در دستگاه های تصفیه آب

فرایند تبادل یونی فرایندی برگشت پذیر است که طی آن یونهای خارجی موجود در آب جذب گروههای عاملی قرار گرفته بر روی شبکه پلیمری (فاز جامد) می‌گردند و بدین ترتیب آب عاری از هرگونه ناخالصی یونی حاصل می‌گردد.

تصفیه آب به روش سیستم تبادل یونی

 پس از اشباع شدن گروههای عاملی، سیستم تحت عملیات بازیابی و شستشوی شیمیایی قرار گرفته و مجدداً مورد استفاده قرار می‌گیرد.
از سیستم های تبادل یونی به دو منظور سختی گیریو همچنین تولید آب با خلوص بالاتر استفاده می شود که به طور جداگانه در ذیل اشاره می گردد.

الف)سیستم های تبادل یونی به عنوان سختی گیر آب مورد نیاز صنعت به لحاظ استاندارد با آب مورد نیاز شرب بسیار متفاوت می‌‌باشد.
نکته‌‌ای که در آب مورد نیاز اکثر صنایع حائز اهمیت می‌‌باشد، حذف املاحی است که می توانند در صورت فراهم آمدن شرایط رسوب نمایند.
یکی از بیشترین مصارف آب در صنعت تولید بخار می‌‌باشد که در صورت وجود عوامل رسوب کننده در آب می‌‌توانند باعث کاهش عمر این تاسیسات گردند.
این عوامل رسوب کننده بیشتر با عنوان سختی شناخته می‌‌شوند. در تعریف علمی کلیه کاتیون‌‌های با ظرفیت الکتریکی بیشتر از یک را سختی گویند. لذا در اکثر صنایع فقط حذف سختی آب مد نظر می‌‌باشد که هزینه آن نسبت به حذف کل یونهای آب بسیار پایین تر می‌‌باشد.
در این میان سیستم های تبادل کننده یونی خاصی برای این منظور تولید شده اند که به رزین های پایه سدیمی معروفند.
در واقع این رزینها، سختی آب مانند یونهای کلسیم، منیزیم و… را جذب کرده و به جای آن سدیم آزاد می‌‌نمایند.
توجه شود که در این روش جمع کل آنیون‌‌ها و کاتیون‌‌های آب ثابت می‌‌ماند و فقط نوع یون‌‌ها عوض می‌‌شوند. محدودیت این روش این است که برای TDS های بالای ۱۰۰۰جوابگو نمیباشند و باید از روش‌‌های دیگری استفاده شود. احیاء این سختی‌‌گیرها به وسیله محلول آب و نمک می باشد.

ب)سیستم های تبادل یونی برای تولید آب با درجه خلوص بالا از دیگر رزین‌‌های استفاده شده در صنعت تصفیه آب رزین‌‌های سیکل اسیدی و بازی هستند که در گذشته در محدوده بسیار وسیع‌‌تری استفاده می‌‌شدند.
در واقع این روش می‌‌تواند نیاز صنایع به آب فوق خالص را مرتفع سازد این رزینها به دو نوع قوی و ضعیف تقسیم می‌‌شوند و می توانند در آرایش‌‌های مختلفی قرار گرفته و آب فوق خالص تولید نمایند.
امروزه از این روش در خروجی آب تصفیه شده توسط RO به منظور تولید آب با EC<0.2 استفاده می شود.

• دامنه کاربرد تکنولوژی تبادل یونی عبارت است از:
  • تولید آب بدون یون (Demineralization)
  • حذف سختی آب
  • حذف کاتیونهای خارجی از آب
  • حذف قلیائیت
  • بازیابی مجدد آب در صنایع فلزی
  • حذف نیترات و سولفات
  • بازیابی و یا جداسازی مواد دارویی
  • بازیابی فلزات با ارزش در صنایع فلزی

تصفیه آب به روش سیستم نانو فیلتراسیون

در همه روش‌های پیشرفته تصفیهٔ آب مهمترین هدف تصفیه، حذف املاح محلول در آب می باشد ولی نكته مهمی كه وجود دارد این است كه برای كاربردهای مختلف، آب با درجه خلوص متفاوتی مورد نیاز می باشد برای مثال در صنعت داروسازی و یا تولید سوخت هستهای آب مورد نیاز، آب فوق خالص (Ultra Pure) می باشد لذا طبیعی است برای تولید آب با درجه خلوص بیشتر باید هزینه بیشتری صرف شود، ولی برای برخی دیگر از كاربردها آب با خلوص بسیار زیاد مورد نیاز نمی باشد.
برای مثال آب استفاده شده در برجهای خنک کننده (Cooling Tower ) باید صرفاً از لحاظ حذف سختی مورد تصفیه قرار گیرد.
در چنین كاربردهایی می توان از سیستم‌هایی با درصد حذف پایین تر و به تبعِ آن هزینه كمتر استفاده نمود.
یكی از این روشهای تصفیه مرسوم در دنیا، روش نانو فیلتراسیون می باشد.
یكی از كاربردهای فناوری نانو استفاده از نانوفیلترهاست كه گام مؤثری در حفظ محیط زیست و صرفه جویی در انرژی نهاده است. نانوفیلترها براساس منافذشان طبقه بندی شده اند.
نانوفیلتراسیون نسبت به اسمز معكوس و اولترا فیلتراسیون مزایای ویژه‌ای دارد، از جمله آن‌كه در اولترا فیلتراسیون مقدار آلاینده های مصرفی نسبت به حد مجاز بالاتر بوده و در اسمز معكوس میزان خلوص آبِ حاصله بیشتر از حد محصول است كه پیامدِ آن افزایش قیمت این روش است.
از دیگر مزایای استفاده از نانوفیلتراسیون در تصفیه آب و پساب عبارتند از: حذف نمك‌های چند ظرفیتی (از قبیل آهن، منگنز، اورانیم و برخی آفت كشها)، امكان تولید میزان آب تصفیه شده در مقیاس وسیع، از بین بردن انواع باكتری، ویروس و میكروارگانیزمها، حذف آلاینده های آلی، حفظ مواد معدنی مورد نیاز سلامت انسان، از بین بردن اثرات مخرب زیست محیطی، حذف كدورت، سختی و شوری آب، پایین بودن هزینه تصفیه و در مجموع همانگونه كه اشاره شد عدم نیاز به افزودن مواد شیمیایی زیان آور برای محیط زیست و انسان.

تصفیه آب به روش EDI

همچنان كه در مطالب قبلی نیز قید شد یكی از مهمترین نیازهای صنایع مادر : مانند صنعت هسته‌‌ای، صنعت داروسازی، صنعت قطعات نیمه رسانا و …. داشتن آبی با خلوص بسیار زیاد می‌‌باشد.
برای تولید چنین آب‌‌هایی ابتدا آب خام بسته به غلظت املاح موجود در آن توسط یكی از روش‌‌های پیشرفته مانند اسمز معكوس، نانوفیلتراسیون، EDR و یا تقطیر مورد تصفیه قرار می‌‌گیرد.
خروجی چنین تصفیه‌‌هایی آبی با خلوص بالای µs/cm 25 می‌‌باشد و هنوز با استاندارد آب فوق خالص فاصله دارد.
لذا آب خروجی در یكی از سیستم‌‌های تبادل یونی یاEDI مورد تصفیه مجدد قرار می‌‌گیرد تا آب با خلوص بسیار بالا را تولید نماید.
معایب سیستم‌‌های رزینی مصرف زیاد مواد شیمیایی جهت احیاء و همچنین اشغال فضای زیاد با توجه به حجم آب تولیدی می‌‌باشد.
سیستم EDI تركیبی از فرآیند تبادل یونی و فیلتراسیون غشایی می‌‌باشد كه خروجی آن آبی بدون املاح و با هدایت الكتریكی كمتر از µs/cm 2/0 است.
در سیستم EDI نیز املاح از طریق فرآیند تبادل یونی از آب جدا می شوند. با این تفاوت كه ممبران‌‌ها به طور پیوسته با جریان برق احیاء می‌‌شوند كه این امر نیاز به استفاده از مواد شیمیایی جهت احیاء ممبران‌‌ها را از بین می برد.
هر واحد EDI متشكل از تعدادی سلول است كه بین دو الكترود قرار گرفته اند.

تصفیه آب به روش EDR) Electro dialysis Reverse)

کلمه Dialysis در لغت به معنی جدا کردن مواد از یک محلول می باشد و روشEDR در واقع بیانگر جدا کردن املاح از آب با استفاده از انرژی برق می‌‌باشد.
در این روش با استفاده از جریان برق DC و همچنین غشاهای آنیونی و کاتیونی، عملیات جداسازی املاح از آب صورت می‌‌پذیرد.
کلمه Reverse در انتهای این روش بدین معنی می باشد که در اثر عبور آب از ممبران‌‌های سیستم، یکسری از املاح بر روی ممبرِین‌‌ها رسوب می‌نمایند.
در روشهای سنتی که به ED معروف بود از تزریق اسید و آنتی اسکالانت و اسید سولفوریك برای جلوگیری از رسوب استفاده می‌‌شد ولی در این روش به ازای حدوداً هر ۱۵ دقیقه کار سیستم، پلاریته سیستم یا همان جای قطب‌‌های مثبت و منفی تعویض می‌‌گردد و املاح رسوب کرده بر روی سیستم از آن جدا می‌‌شوند.
نکته‌‌ای که در مورد روش EDR قابل توجه می باشد این است که در هر مرحله از تصفیه تنها ۵۰% از املاح می‌‌تواند دفع گردد لذا برای رسیدن به خلوص بالاتر باید آب در چندین مرحله تصفیه شود.
روش EDR بیشتر برای تولید آب شرب در دنیا استفاده می شود.
از آنجاییکه TDS مناسب آب شرب بین ۱۰۰ تا ۵۰۰ می‌‌باشد وTDSخروجی این روش بالاتر از۱۰۰ می‌باشد، این روش بهترین روش تولید آب شرب در حجم‌‌های بالا می باشد.
حداقل حجم آب تولیدی به روش EDR حدود ۱۵ متر مکعب در شبانه روز می باشد.

• معایب روش EDR
  حداکثر TDS ورودی به سیستم ۱۲۰۰۰ PPM می باشد .
  ماکسیمم درصد حذف املاح در هر مرحله ۵۰% می باشد در حالی که در روشRO، ۹۹% میباشد.
  این روش فقط توانایی حذف عناصری را دارد که از لحاظ الکتریکی خنثی نیستند.
  مثلاً اگر شکر در آب حل شود یونهای سازنده آن از لحاظ الکتریکی خنثی می باشند، لذا اگر آب شیرین بارها و بارها از این سیستم عبور نماید به هیچ وجه املاح آن حذف نمی‌‌گردد.
  همچنین این روش توانایی حذف میکرو ارگانیزم های موجود در آب مانند باکتریها، قارچها، جلبکها و ویروسها را به علت اینکه از لحاظ الكتریكی خنثی می باشند را ندارد.
• مزایای روش EDR
  یکی از مهمترین مزیت‌‌های روش EDR ریکاوری بالای سیستم می باشد که تا حد ۹۴% می‌‌تواند افزایش یابد این بدین معنی است که این سیستم می‌‌تواند ۹۴% آب ورودی را تصفیه نماید و فقط ۶% آن را بصورت پساب دفع نماید.
  مزیت دوم سیستم، عمر ممبران‌‌های استفاده شده می‌‌باشد که حدود ۱۰ سال می‌‌باشد .
  فشار کاری این سیستم کم می‌‌باشد، لذا هزینه های نگهداری اتصالات و پایپینگ آن بسیار پایین می‌‌باشد و برای جلوگیری از خوردگی می‌‌توان از اتصالات UPVC در کل سیستم استفاده نمود.
  هزینه نگهداری این دستگاه نسبت به RO بسیار پایین‌‌تر می‌‌باشد.
  تزریق مواد شیمیایی برای جلوگیری از رسوب که مواد گران قیمتی هم می باشند نیاز نمی باشد.

تصفیه آب به روش سیستم اٌسمز معکوس ( RO )

• اسمز معكوس چیست
  در مخزن، آب به سمت قسمت نمك دار ممبرن حركت می كند تا تعادل برقرار شود. بكارگیری فشار خارجی برای همسان سازی قسمت محلول نمك با فشار اسمزی همچنین باعث برقراری تعادل خواهد شد.
  فشار مضاعف باعث افزایش اختلاف سطح شیمیایی آب موجود در محلول نمك می شود و سبب عبور حلال به سمت قسمت آب خالص می گردد. زیرا در آن حالت دارای اختلاف سطح شیمیایی پائین تری می باشد.
  این پدیده اسمز معكوس نامیده می شود.

  نیروی محرك شیوه اسمز معكوس، فشار كاربردی است. مقدار انرژی مورد نیاز برای تفكیك اسمزی مستقیماًً به میزان شوری حلال مربوط می شود. بنابراین، انرژی بیشتری برای تولید مقدار یكسان آب از حلال با غلظت بالای نمك لازم است.

• اسمز معكوس چگونه كار میكند
  برای درك اسمز معكوس بهتر است با اسمز نرمال شروع كنیم. بر طبق دیكشنری وبستر هریام، اسمز به معنای حركت و جنبش حلال از ممبرن نیمه تراوا (مثل سلول زنده) به داخل محلول بسیار غلیظ شده ای است كه تمایل به همسان سازی غلظت حل شده روی دو طرف ممبرن دارند. این یك تعریف صحیح محسوب می شود.

  در سمت چپ، بشر پر از آب قرار دارد و مخزنی كه در آب نیمه غوطه ور است. همانطور كه انتظار دارید سطح آب در مخزن به اندازه سطح آب در بشر است.
  در آنجا، انتهای مخزن به ممبرن نیمه تراوا چسبیده است و مخزن با محلول نمكی نیمه پر است و در آن غوطه ور است. در ابتدا سطح محلول نمك و آب برابر است اما با گذشت زمان، وقایع غیر منتظره ای روی میدهد.
  آب داخل مخزن افزایش می یابد. این افزایش را به فشار اسمزی نسبت می دهند.
  ممبرن نیمه تراوا ممبرنی است كه برخی از اتم ها یا مولكول ها را عبور می دهد، اما مانع عبور بقیه می گردد.
  ممبرن است اما تقریبا برای هر چیزی كه ما معمولاً از آن عبور می دهیم، ناتراوا می باشد.
  مثال ممبرن نا تراوا، آستر روده های شما یا دیوار سلول استgore-texاز یك ممبرن نیمه تراوا معمول دیگر است.
  ساختارgore-texشامل لایه نسبتاً نازك پلاستیكی است كه در داخل آن میلیونها روزنه كوچك ایجاد كرده اند. روزنه ها برای عبور بخار آب از آن به اندازه كافی بزرگ هستند اما برای جلوگیری از عبور آب مایع به اندازه كافی كوچكند.
  ممبرن به غیر از مولكول های نمك به مولكول های آب اجازه عبور میدهد.
  یك روش برای درك فشار اسمزی این است كه مولكول های آب را بر روی دو طرف ممبرن تصور كنید.
  این تصور در تضاد باBrownian motionاست.
  بر روی قسمت نمكی، بعضی از روزنه ها با اتم های نمك مسدود شده اند اما در قسمت آب خالص چنین چیزی وجود ندارد.
  بنابراین آب بیشتری از قسمت آب خالص عبور می كند، چون روزنه های بیشتری برای عبور آب خالص در قسمت آب خالص وجود دارد.

  آب موجود در قسمت نمكی افزایش می یابد تا یكی از این دو حالت روی دهد:

  1. غلظت نمك در دو طرف ممبرن مساوی شود، البته در این مورد این حالت روی نمی دهد، چون آب خالص در یك قسمت و آب شور در طرف دیگر وجود دارد.
  2. همانطور كه ارتفاع ستون آب شور افزایش می یابد فشار آب نیز افزایش پیدا می كند تا اینكه فشار اسمزی برابر شود. در این نقطه اسمز متوقف خواهد شد.

  به هر حال، اسمز دلیل این مسئله است كه نوشیدن آب شور(مثل آب اقیانوس) شما را خواهد كشت. زمانیكه آب شور وارد معده تان می شود، فشار اسمزی، آب را به بیرون بدنتان هدایت میكند، تا نمك در داخل معده شما رقیق شود، بنابر این شما آب بدنتان را از دست می دهید(آب بدنتان خشك می شود) و می میرید.

  در اسمز معكوس، هدف این است كه از ممبرن به گونه ای استفاده شود كه شبیه فیلتری برای تولید آب قابل نوشیدنی آب شور(یا آب آلوده دیگر) عمل نماید.

  آب شور روی یك طرف ممبرن گذاشته می شود و فشار برای متوقف كردن اعمال می شود.

  سپس وارونه میشود، یعنی جریان اسمزی روی میدهد، در مجموع این كار فشار زیادی میگیرد و نسبتاً كند پیش میرود اما به هر حال این كار انجام می شود.