تصفیه و تولید آب صنعتی | شرکت مهندسی شاران صنعت

تصفیه آب صنعتی

شرکت شاران صنعت محصولات و خدمات خود را در این زمینه در قالب طراحی، مشاوره، ساخت، اجرا، نصب و راه اندازی سیستم های تصفیه آب صنعتی به صورت کلید در دست EPC به کارفرمایان محترم ارایه می نماید. خدمات شرکت شاران صنعت در زمینه تصفیه و تولید آب صنعتی و همچنین تصفیه و تولید آب نیمه صنعتی (industrial water treatment and production) بسته به نوع مصرف آب در صنایع مختلف، متفاوت بوده و تمامی طراحی ها براساس آنالیز آب ورودی و کیفیت مورد نظر آب تصفیه شده صورت می گیرد. از جمله صنایعی که از آب به عنوان یک عنصر اصلی در فرآیندهای تولیدی خود استفاده می نمایند می توان به موارد زیر اشاره کرد.

  • صنعت فولاد سازی
  • کارخانجات تولید سیمان
  • صنایع غذایی و دارویی
  • صنعت کاغذسازی
  • صنعت نساجی و رنگرزی

و دیگر صنایعی که در ادامه مطلب به آنها اشاره شده است.

با توجه به کمیت و کیفیت آب مورد نظر، شرکت شاران صنعت قادر به ارائه انواع دستگاه تصفیه آب صنعتی، دستگاه تصفیه آب نیمه صنعتی، آب شیرین کن صنعتی، آب شیرین کن خانگی، آب تصفیه کن خانگی با قیمت، ویژگی‌ها و مشخصات منحصر به فرد می‌باشد. با در نظر گرفتن آنالیز آب ورودی و دبی آن، فرآیندها و روشهای متفاوتی در سیستمهای تصفیه آب صنعتی بکار گرفته می شود که توسط کارشناسان این شرکت طراحی می گردد. همچنین شرکت شاران صنعت قادر به فروش انواع دستگاه تصفیه آب نیمه صنعتی برای دبی های پایین تر در مقیاس نیمه صنعتی نیز می باشد.

در صورت نیاز به راهنمایی بیشتر با کارشناسان ما در شرکت تماس حاصل فرمایید. همچنین می توانید جهت کسب اطلاع از قیمت خدمات و محصولات ارائه شده (قیمت آب تصفیه کن خانگی، لیست قیمت تصفیه آب نیمه صنعتی، قیمت دستگاه تصفیه آب صنعتی RO، لیست قیمت دستگاه تصفیه آب صنعتی، قیمت دستگاه تصفیه آب نیمه صنعتی) به منظور طراحی و اجرای انواع سیستم های تصفیه آب صنعتی، از طریق راه های ارتباطی با ما در تماس باشید.

ادامه مطلب

تصفیه و تولید آب صنعتی

تصفیه آب صنعتی چیست؟ مصرف آب طبیعی یا اصطلاحاً آب خام در سیستم های صنعتی که از آب به عنوان یکی از عناصر اصلی استفاده می نمایند (مانند خنک کننده ها، بویلر ها، نمک زدا ها، تولید کننده های مواد نفتی و …) می تواند موجب مشکلات عدیده ای از جمله رسوب دهی و خوردگی در این صنایع شود. این رسوب ها معمولا به صورت ترکیبی از سولفات، فسفات کلسیم، منیزیم و باریم در سیستم های صنعتی ایجاد می گردند. تشکیل این رسوب ها در تجهیزات، بستگی به فاکتورهای متعددی مانند ترکیبات شیمیایی آب خام ورودی و آب بازیابی شده، pH، دما، سرعت جریان و نوع مواد افزودنی مصرفی در فرمولاسیون تصفیه آب دارد. توجه نمایید که بحث تشکیل رسوب یکی از مهمترین و اساسی ترین موضوعات در فرآیند تصفیه آب صنعتی به شمار می آید زیرا در صورت عدم پیش گیری و حذف رسوبات ایجاد شده در صنایع مختلف، این رسوبات می توانند اثرات نامطلوبی بر کاهش انتقال حرارات، افزایش فشار عملیاتی پمپ ها، افزایش احتمال خوردگی در تجهیزات و … داشته باشد.

منابع آب صنعتی

همانطور که میدانید بیش از نیمی از سطح کره زمین از آب پوشیده شده است. حدود ۹۷/۲۳% از آب های کره زمین در اقیانوس ها، ۲/۱۴% در یخچال ها، ۰/۶۱% در زیر زمین، ۰/۰۱% در دریاچه ها و برکه ها و ۰/۰۱% به صورت های مختلف دیگر در طبیعت وجود دارد. آب خالص (H2O) بی رنگ، بی بو و بی مزه است که از اکسیژن و هیدروژن تشکیل شده اما به دلیل آلاینده های احتمالی که ممکن است به روش های متعددی به آب وارد شوند نمی توان آن را به صورت خالص استفاده نمود در نتیجه می بایست طی فرآیند هایی تصفیه شده و سپس به مصرف رسد. منابعی که بشر از آنها به عنوان منبع تامین آب استفاده می کند شامل اقیانوس ها، دریاچه ها، آب های سطحی و زیر زمینی می باشد که از این آبها در مصارف مختلفی مانند کشاورزی، صنعتی، خانگی، محیط زیستی و … استفاده می نماید.

در شکل زیر چرخه آب به صورت شماتیک نشان داده شده است.

  • آب دریا

آب دریا معمولا حاوی ۳۵% شوری است که یکی از دلایل آن ورود ذرات جامد، عبور آب از سنگ ها و … می باشد. گاز های محلول در آب دریا با اتمسفر در حال تعادل می باشند اما غلظت آنها بسته به میزان حلالیت گازها متفاوت می باشد البته غلظت به میزان دما و شوری آب نیز وابسته می باشد.

  • آب دریاچه

دریاچه ها یکی از منابع بزرگ fresh water محسوب می شوند. اغلب ترکیبات آب دریاچه با تغییرات فصلی تغییر می نماید همچنین گاها حتی این تغییرات به صورت روزانه به دلیل تغییرات آب و هوایی صورت می گیرد. توجه نمایید که فاکتور هایی مانند میزان اکسیژن حل شده، دما، ذرات جامد معلق، کدورت و دی اکسید کربن توسط فعالیت های بیولوژیکی تحت تاثیر قرار می گیرند.

  • آب های سطحی

آب های سطحی یکی از با ارزش ترین منابع آب طبیعی محسوب می شوند. مقدار بسیار کمی از آب های سطحی به زمین نفوذ می کند اما بیشتر آن به همان شکل باقی می ماند. یون های موجود در آب های سطحی عمدتا شامل Na+، Ca2+، K+، Mg2+، HCO3-، CO32-، PO43- و Cl است که این یون ها از طریق رودخانه ها به دریا ریخته می شود. بسیاری از منابع آب های سطحی دارای مواد آلی می باشند که این مواد می تواند به صورت طبیعی و یا توسط فعالیت انسان به آب وارد گردد.

  • آب های زیرزمینی

آب زیر زمینی در واقع همان fresh water است که در خلل وفرج سنگ ها و بین فضاهای خالی آنها در زیر زمین قرار می گیرد. میزان جریان یافتن آب های زیر زمینی در مقایسه با آب های سطحی که ۱ فوت در هر ثانیه اندازه گیری شده، بسیار کمتر و حدود ۱ فوت در هر سال محاسبه شده است. به دلیل این سرعت جریان پایین، ترکیبات داخل هر چاه تقریباً ثابت باقی می ماند اگرچه دما و تغییرات فصلی بر این موضوع بی تاثیر نخواهد بود. توجه نمایید درصورتی که آب در تماس با آهن و شرایط حاکم بدون حضور اکسیژن باشد، ترکیبات آهن و منگنز در آب دیده می شود.

 

مشخصات کیفی آبهای صنعتی

آب های مورد استفاده در صنعت با توجه به محیط اطراف منابع تشکیل دهنده آن، می تواند شامل انواع آلودگی های متفاوت باشد که می بایست در ابتدا به درستی آلاینده ها تشخیص داده شود سپس دستگاه های تصفیه آب صنعتی به منظور حذف این آلاینده ها توسط کارشناسان طراحی گردد.

ناخالصی های آب می تواند شامل ۴ دسته زیر باشد.

  • ترکیبات معدنی محلول: بی کربنات ها، کربنات ها، سولفات ها و فلوراید منیزیم، کلسیم، باریم و استرانسیم و مقادیر کمی از آهن، منگنز، آلومینیوم و ذرات دیگر
  • ترکیبات آلی محلول: Humic acid، fulvic acid و  tannins و ترکیبات آلی نامحلول مانند برگ، باکتری های مرده و دیگر محصولات بیولوژیکی و فاضلاب های صنعتی
  • گاز ها مانند اکسیژن، نیتروژن، کربن دی اکسید، دی اکسید سولفور، هیدروژن سولفید و متان که از اتمسفر جذب می شود.
  • ذرات سوسپانسیونی مانند خاک رس، سیلیت، روغن، چربی و گریس
  • میکروارگانیسم ها مانند باکتری ها، لجن و قارچ

نوع و مقدار این آلاینده ها مشخص کننده کیفیت آب و درنتیجه روش حذف آنها از آب است. استاندارد مصرف آب در صنایع مختلف متفاوت می باشد به طور مثال استاندارد کیفیت آب‌های سطحی و زیرزمینی برای کاربری کشاورزی طبق استاندارد آب های ایران سازمان حفاظت از محیط زیست به شرح زیر می باشد.

ردیفپارامتریکامقدارتوضیحات
۱آلومینیممیکروگرم بر لیتر۵۰۰۰فقط برای خاک‌های اسیدی
۲آرسنیکمیکروگرم بر لیتر۱۰۰
۳بریلیممیکروگرم بر لیتر۱۰۰
۴کادمیممیکروگرم بر لیتر۱۰
۵کبالتمیکروگرم بر لیتر۵۰
۶کروممیکروگرم بر لیتر۱۰۰
۷مسمیکروگرم بر لیتر۲۰۰
۸آهنمیکروگرم بر لیتر۵۰۰۰
۹لیتیممیکروگرم بر لیتر۲۵۰۰
۱۰منگنزمیکروگرم بر لیتر۲۰۰فقط برای خاک‌های اسیدی
۱۱مولیبدنمیکروگرم بر لیتر۱۰
۱۲نیکلمیکروگرم بر لیتر۲۰۰
۱۳پالادیممیکروگرم بر لیتر۵۰۰۰
۱۴سلنیممیکروگرم بر لیتر۲۰
۱۵وانادیممیکروگرم بر لیتر۱۰۰
۱۶رویمیکروگرم بر لیتر۲۰۰۰
۱۷فلوئورمیکروگرم برلیتر۱۰۰۰فقط برای خاک‌های اسیدی
۱۸برمیلی گرم بر لیتر۳
۱۹هدایت الکتریکیمیکروزیمنس بر سانتیمتر۳۰۰۰
۲۰نیتروژن نیتراتیمیلی گرم بر لیتر۳۰
۲۱میکروبیبه جدول زیر رجوع کنید.
۲۲PH۴/۸-۵/۶

 

توضیح ۱: مقادیر ارائه شده برای پارامترهای آلومینیم، منگنز و فلوئور فقط برای آبیاری گیاهان در خاک‌های اسیدی محدودیت ایجاد می‌کنند. این نوع خاک‌ها اغلب در محدوده حوضه آبریز دریای خزر قرار دارند.

توضیح ۲: برای پارامترهای غلظت سدیم، کلراید و نسبت جذب سدیم (SAR) با توجه به وابستگی حداکثر مقدار مجاز آنها به روش آبیاری و سایر پارامترهای کیفیت آب، در اینجا حدودی برای آنها تعیین نشده است. با این وجود توصیه می‌شود در این موارد به مرجع اصلی (توصیه‌های سازمان خواروبار و کشاروزی جهانی) به‌عنوان یک راهنما رجوع شود.

 

حدود مجاز کیفیت باکتریولوژیک آب برای کاربری کشاورزی

گروهنوع محصولاتنماتدهای روده­ای(۱)

(میانگین حسابی تعداد در لیتر)(۲)

کلیفرم مدفوعی

(میانگین هندسی تعداد در ۱۰۰ میلی‌لیتر)(۲)

الفمحصولاتی که خام مصرف می‌شوند، زمین‌های ورزشی، پارک­های عمومیکمتر یا مساوی یککمتر یا مساوی ۱۰۰۰
بغلات، محصولات صنعتی، علوفه، چراگاه­ها و درختانکمتر یا مساوی یکمحدودیتی تعیین نشده‌است.
جمحصولات گروه “ب” در صورت عدم مواجهه کارگران و عموممحدودیتی تعیین نشده‌است.محدودیتی تعیین نشده‌است.

 

(۱) گونه‌های Ascaris و Trichuris و hookworms.

(۲) در طی دوره آبیاری

تبصره: حداقل تناوب نمونه‌برداری برای منابع تامین آب کشاورزی برای پارامترهای متداول و باکتریولوژیک ماهانه و مواد سمی فصلی می‌باشد.

همچنین استاندارد کیفیت آب برای کاربری صنعت برای سه گروه آب با کاربری صنعتی به‌شرح زیر می باشد.

گروه الف: برای فرآیندهایی در صنعت که به آب با کیفیت بسیار بالا نیاز ندارند و بدون تصفیه و یا با حداقل تصفیه قابل استفاده می‌باشند و برای فرآیندهای با حساسیت زیاد، باید تا حد موردنیاز تصفیه شود (کیفیت خوب).

گروه ب: برای فرایندهای صنعتی با کمترین حساسیت به کیفیت آب، بدون تصفیه و یا با حداقل تصفیه قابل استفاده می‌باشند ولی برای فرآیندهای صنعتی نسبتا حساس، انجام فرآیندهای تصفیه آب فیزیکی و شیمیایی با توجه به‌نوع استفاده لازم است (کیفیت متوسط).

گروه پ: برای هر نوع مصرفی در صنعت نیازمند تصفیه آب هستند و توصیه می‌شود بیش‌تر برای مصارف آب خنک‌کننده که نیازمند تصفیه بالایی نمی‌باشند، به‌کار روند. با توجه به نیاز به سطح بالای تصفیه آب برای فرآیندهای حساس، استفاده از این آب‌ها در این فرآیندها توصیه نمی‌شود (کیفیت ضعیف).

استاندارد کیفیت آب برای کاربری صنعتی

ردیفپارامترگروه الفگروه بگروه ج
۱آهنکمتر از ۰/۳مساوی یا کمتر از یکبیشتر از یک
۲منگنزکمتر از ۰/۳مساوی یا کمتر از یکبیشتر از یک
۳PH۶-۹۶-۹۶-۹
۴اکسیژن خواهی شیمیاییکمتر از ۲۰مساوی یا کمتر از ۷۵بیشتر از ۷۵
۵قلیائیتکمتر از ۱۵۰مساوی یا کمتر از ۵۰۰بیشتر از ۵۰۰
۶مواد معلقکمتر از ۵۰مساوی یا کمتر از ۱۰۰بیشتر از ۱۰۰
۷هدایت الکتریکیکمتر از ۱۰۰۰مساوی یا کمتر از ۲۰۰۰بیشتر از ۲۰۰۰

تبصره: حداقل تناوب نمونه برداری برای منابع تامین آب صنعتی ماهانه می‌باشد.

 

ضرورت آنالیز آب ورودی برای آب شیرین کن های صنعتی

همانطور که پیشتر توضیح داده شد، منابع مختلف آب، خواص شیمیایی منحصر به فرد خود را دارند. بنابراین آنالیز دقیق آب ورودی به منظور انتخاب بهترین و مناسبترین فرآیندها در دستگاه آب شیرین کن صنعتی، امری ضروری تلقی می گردد. به طور مثال آب تصفیه شده توسط سیستم های اسمز معکوس به صورت ماهیانه نیاز به آنالیز دارد، حتی سیستم های قدیمی تر که پیشینه عملیاتی و اجرایی کامل و خوبی دارند نیز می توانند با آنالیز مکرر آب عملکرد بهینه تر و کیفیت بالاتری را ارائه نمایند. به منظور تهیه یک آنالیز آب مفید از جریان های ورودی، آب تصفیه شده و آب تغلیظ شده، میزان برگشت و ریکاوری ترکیبات مهم چون منیزیم، کلسیم، سدیم، کلر و سولفات همچنین پتانسیل رسوب دهی در جریان تغلیظ شده می بایست به دقت اندازه گیری گردد. این پارامترها می تواند در تخمین علل اختلالات اجرایی سیستم های بویلر، خنک کننده، تجهیزاتی که از انرژی زمین گرمایی استفاده می کنند و اسمز معکوس بسیار مفید و موثر واقع شود. در واقع یکی از فواید آنالیز دوره ای آب، عدم احتیاج به تعویض تجهیزات نسبتاً هزینه برمانند مبدل های حرارتی، لوله ها، پمپ ها و غشاها یا ممبران های سیستم اسمز معکوس می باشد. از آنجا که هر منبع آبی شامل آلاینده های خاص خود می باشد و به نوبه خود مشکلات متفاوتی را ممکن است در سیستم های صنعتی ایجاد نماید، در صورت نیاز به اختلاط آب ها با منابع متفاوت می بایست بسیار دقت نمود زیرا ممکن است اختلاط دو منبع با رسوب دهنده های متفاوت میزان کل رسوب را چندین برابر افزایش دهد.

 

مصارف آب در صنایع مختلف

به طور کلی میزان مصرف آب به عوامل متعددی بستگی دارد. در قسمت زیر به برخی از این عوامل اشاره شده است.

  • شرایط اقلیمی
  • مصارف عمومی
  • کیفیت منابع آب
  • نیاز به صرفه جویی
  • مصارف تجاری و صنعتی
  • میزان تلفات اب

مصارف آب در تاسیسات تجاری بهداشتی در مقایسه با یک رستوران دارای نوسانات بیشتری است. در حالت کلی تخمین مصارف تجاری بر اساس سطحی که واحد تجاری اشغال کرده است که به طور میانگین به ازای هر متر مربع ۱۰ تا ۱۵ لیتر در نظر گرفته می شود. مصارف صنعتی آب، به مصارف آب در صنایع کوچک و مصارف آب در صنایع بزرگ تقسیم بندی می شود. میزان سرانه مصرف صنعتی آب، به طور میانگین در سال، روزانه به ازای هر فرد حدود حداقل ۱۰ و حداکثر ۴۵ لیتر طبق استاندارد ارائه شده از طرف سازمان مدیریت و برنامه ریزی می باشد. بیشترین میزان مصرف آب، مربوط به خنک کردن می باشد. همچنین صنایع غذایی از پر مصرف ترین صنایع در مصرف آب محسوب می شوند و به دلیل تماس مستقیم و غیر مستقیم با مواد غذایی مصرفی انسان می بایست از لحاظ بیولوژیکی نیز به دقت کنترل گردد.

از دیگر مصارف مهم آب می توان به مصرف آتش نشانی نیز اشاره نمود که می توان به منظور محاسبه میزان مصرف آب این سازمان ها از فرمول زیر استفاده نمود.

در فرمول بالا Q، دبی بر حسب متر مکعب بر دقیقه و p، جمعیت بر حسب هزار نفر است.

تعداد آتش سوزی های هم زمان و زمان متوسط هر آتش سوزی بر حسب جمعیت استفاده کننده از یک مخزن:

جمعیت شهر یا منطقه ای از شهر (نفر)تعداد آتش سوزی های همزمان (عدد)زمان متوسط هر اتش سوزی (ساعت)
کمتر از ۱۰ هزار نفر۱۵
بین ۱۰ تا ۱۰۰ هزار نفر۲۴
بین ۱۰۰ تا ۳۰۰ هزار نفر۳۳

 

فرآیند های تصفیه و تولید آب صنعتی و نیمه صنعتی

متناسب با نوع مصرف آب در صنایع مختلف، روش های تصفیه آب تا حدودی متفاوت می باشد. شکل زیر به طور کلی به برخی از فرآیند های تصفیه آب صنعتی اشاره کرده است.

به طور کلی فرآیندهایی که به طور متداول در تصفیه آب برای مصارف صنعتی استفاده می شوند، به شرح زیر می باشند.

  • فیلتراسیون توسط کربن فعال
  • کلر زنی
  • کلرزدایی
  • تعویض یونی
  • میکروفیلتراسیون
  • فیلتراسیون توسط فیلتر مولتی مدیا
  • نانوفیلتراسیون
  • ازن زنی
  • اسمز معکوس
  • ضدعفونی با اشعه فرابنفش
  • الترافیلتراسیون
  • الکترودیالیز

در این بخش به توضیح مختصری از هر کدام از این فرآیند ها پرداخته می شود.

فیلتراسیون توسط کربن فعال

فیلترهای کربنی معمولا به منظور حذف ترکیبات آلی بعلاوه حذف کلر به صورت آزاد استفاده می شوند و آب را برای تخلیه یا مصارف صنعتی آماده می نماید.

همچنین در تصفیه آب آشامیدنی هم از این نوع فیلترها استفاده می گردد زیرا ترکیبات آلی مانند اسید humic و fulvic را در آب محدود ساخته و از واکنش شیمایی کلر با اسید ها و تشکیل تری هالومتان ها (کارسینوژن) جلوگیری می کند. توجه نمایید که فیلتراسیون کربنی (AC) قادر به حذف همه آلودگی ها نمی باشد، به طور مثال سدیم، میکروب ها، فلوراید و نیترات ها نمی توانند توسط این نوع فیلتراسیون (AC) حذف گردند در نتیجه بسته به نوع آلاینده ها به فرآیند های مکمل احتیاج است. روشی که کربن فعال برای حذف آلاینده ها استفاده می نماید، جذب سطحی است که میزان جذب بسته به نوع کربن فعال متفاوت می باشد. کربن در نتیجه سوختن مواد آلی در محیط زیست تشکیل می شود در نتیجه بسته به منبع به وجود آورنده آن کیفیت های متفاوتی دارد. به منظور فعال سازی کربن از دو روش فعال سازی با بخار و فعال سازی با مواد شیمیایی استفاده می شود.

استفاده از فیلتر های کربنی از دو هدف اصلی پیروی می نماید که به شرح زیر می باشد.

  • حذف کلر
  • حذف ذرات آلی

ویژگی های کربن فعال

  • خواص فیزیکی: سایز حفره های کربن فعال و توزیع حفره ها از موارد مهم و تاثیر گذار در راندمان فیلترهای کربنی محسوب می شود. اندازه حفره ها می بایست به گونه ای باشد که انواع ذرات با اندازه های مختلف را بتواند جذب کن
  • خواص شیمیایی: سطح کربن فعال نیز ممکن است با مولکول های آلی واکنش دهد. نیروی الکتریکی بین سطح کربن فعال و ماهیت شیمیایی برخی آلاینده ها نیز احتمال دارد که در فرآیند تعویض یونی و جذب سطحی تحت تاثیر قرار گیرد. فعال سازی های متفاوت در این نوع فیلترها نتایج متفاوتی را شامل می شود همچنین ماهیت کربن های فعال با توجه به منابع آن با یکدیگر تفاوت هایی دارد به طور مثال کربن فعالی که کمترین میزان اکسیژن را در بین حفره های خود دارند، بیشترین میزان جذب کلروفرم ها را شامل می شوند.
  • ویژگی های آلاینده ها: ساختار مولکول های سازنده  کربن فعال و آلاینده ها تقریبا مشابه هم است که از این رو این ویژگی تمایل به جذب و یکی شدن این مواد را افزایش می دهد و نشان می دهد که مواد شیمیایی آلی بیشتر تمایل به جذب توسط کربن فعال دارند تا اینکه به صورت محلول در آب حضور داشته باشند.

کلرزنی

عملیات کلر زنی شامل افزودن میزان محاسبه شده و دقیق از کلر به منظور حذف باکتری ها، ویروس ها و … می باشد. توجه نمایید میزان باقی مانده از کلر در آب به منظور جلوگیری از رشد مجدد میکروارگانیسم ها ضروری می باشد. میزان تاثیر این حذف توسط کلر به عواملی مانند pH، دما، میزان کلر و زمان تماس (مثلا مدت زمانی که آب قبل از مصرف با کلر در تماس است) بستگی دارد.

معمولا افزودن کلر به آب در مرحله آخر تصفیه صورت می گیرد. در واقع این ماده به عنوان یک ضد عفونی کننده به منظور حذف آلاینده ها و جلوگیری از بروز بیماری هایی که از طریق آب امکان ابتلا به آنها وجود دارد مانند typhoid (حصبه) و dysentery (اسهال خونی) در کشور های توسعه یافته، شناخته می شود. کلر با بسیاری از ترکیبات آلی (به طور مثال اسید humic  وfulvic ) واکنش میدهد و تولید محصولات جانبی می کنند که این محصولات جانبی حتی در  ، کارسینوژن ها در غلظت های کم تشخیص داده شده اند.  واکنش بین کلر آزاد و این اسید ها یک نوع خاص از ترکیبات که تری هالومتان ها نامیده می شوند را به وجود می آورد. استراتژی که به منظور کاهش این ترکیبات وجود دارد، فیلتراسیون به منظور حذف بهتر ترکیبات آلی و استفاده از آمونیاک به طور همزمان با کلر به منظور تولید کلرآمین به جای کلر است. کلر آمین ها نیمه عمر بالاتری در آب دارند و کمتر احتمال تولید تری هالومتان ها بوجود می آید. کلر به طور متداول توسط پکیج های تزریق مواد شیمیایی به شکل های سدیم هیپوکلریت یا کلسیم هیپو کلریت و کلر گازی و یا قرص کلر و … به آب اضافه می گردد.

کلرزدایی

بیشتر تامین کنندگان آب در آمریکا توسط کلر یا  کلر آمین عملیات ضدعفونی را انجام می دهند. برای انجام این عملیات کلر به صورت گاز یا مایع به منظور تولید ۲-۵ /۰ پی پی ام کلر آزاد اضافی در آب، به محلول تزریق می گردد. کلر و ترکیبات مربوط به آن جز عوامل اکسید کننده هستند و می توانند تاثیرات زیانباری بر فرآیند های صنعتی و بهداشتی بگذارد. حتی غلظت های پایین کلر در برخی موارد خاص می تواند سبب بروز نقص در گلبول های قرمز خون گردد. این ترکیبات حتی می توانند سبب ایجاد ترک در فولاد ضد زنگ نیز گردد و همچنین محصولات جانبی نامطلوب دیگری را تولید کند. توجه نمایید که سیستم های تصفیه آب بدون استثنا هم غشا های اسمز معکوس و هم رزین های تعویض یونی در حضور کلر آسیب پذیر می باشند. کلر و کلر آمین می توانند به روش های متعددی حذف گردند که در قسمت زیر به صورت کلی به آنها اشاره شده است.

  • جذب سطحی
  • مواد شیمیایی
  • کلرزدایی با اشعه ماورای بنفش

جذب سطحی: عملیات کلرزدایی می تواند توسط انواع کربن های فعال حذف گردد، اما کربن فعال گرانولی GAC رایج ترین نوع کربن مورد استفاده در بیشتر فیلتر های کربنی است. حذف کلر آزاد باقی مانده (مازاد)، توسط کربن فعال انجام میگیرد اما حذف کلر آمین ها از کلر مشکل تر بوده و بدین منظور زمان تماس نیز می بایست بیشتر باشد. واکنش کربن فعال به منظور حذف کلر باقی مانده توسط جذب سطحی اتفاق می افتد اما توجه کنید خود کربن فعال نیز می تواند با این مواد واکنش داده و آنها را مصرف نموده و در نتیجه حذف نماید.

مواد شیمیایی: واکنش های کاهش که توسط سولفات ها، بی سولفات ها و متابی سولفات ها اتفاق می افتد نیز از دیگر روش های حذف کلر است.

کلر زدایی با اشعه ماورای بنفش: در این روش میزان طول موج بسته به نوع ترکیب کلر متفاوت می باشد. به طور مثال طول موج موردنیاز برای حذف کلر آزاد ۱۸۵ نانومتر و طول موج مورد نیاز حذف کلر آمین ۲۴۵-۳۶۵ نانومتر می باشد. در این روش عملیات ضد عفونی و کاهش ذرات آلی به طور همزمان و به خوبی صورت می گیرد.

تعویض یونی

واژه های تعویض یونی، یون زدایی و حذف مواد معدنی همگی به یک فرآیند اطلاق می گردد. فرآیند تعویض یونی به طور گسترده در تجهیزات هسته ای، فرآیندهای صنعتی و بهداشتی و صنایع دارویی به منظور کنترل خلوص و pH آب توسط حذف ذرات ناخواسته و جایگزینی آن با گونه های قابل قبول استفاده می شود. به طور خاص، این تعویض یون بین یک ماده ی جامد (رزین) و یک محلول آبی است که معمولاً در تصفیه آب آشامیدنی استفاده می شد اما امروزه در آب های فرآیندی در صنایع و حتی فاضلاب نیز استفاده می شود. بسته به خصوصیات یون هایی که این رزین در آب رها می سازد، فرآیند می تواند موجب زلال سازی و یا کنترل غلظت یون های ویژه در محلول شود. تعویض یون یک واکنش برگشت پذیر است که بین یک مایع و جامد اتفاق می افتد. یون های H+ و OH در بستر رزین ها در داخل مخازن یا ستون های یون زدایی وجود دارند. به طور کلی دو نوع رزین برای تعویض یونی وجود دارد، آن دسته از رزین ها که یون های مثبت را تعویض می کنند رزین های تعویض یونی کاتیونی نامیده می شوند و آن دسته از رزین ها که یون های منفی را تعویض می نمایند رزین های تعویض یونی آنیونی نامیده می شوند. این بخش در قسمت تصفیه آب به طور کامل توضیح داده شده است. کاتیون ها یون های با بار مثبت هستند. کاتیون های رایج شامل Ca2+، Mg2+، Fe2+ و H+ می باشد. همچنین از آنیون های رایج می توان به Cl، SO42- وOH  اشاره نمود. رزین های آنیونی و کاتیونی هر دو پلیمرهایی هستند که از ترکیب یک یا چند ماده که زنجیره بلندی را تشکیل می دهد به وجود آمده است. توجه نمایید که چگالی رزین های آنیونی از کاتیونی بیشتر می باشد در نتیجه به منظور دستیابی به تعویض یون های برابر در آنیون ها و کاتیون ها می بایست حجم آنیون مصرفی بیشتر از حجم کاتیون مورد استفاده، باشد.

میکروفیلتراسیون

میکروفیلتراسیون فرآیندی فیزیکی به منظور حذف ذرات سوسپانسیونی معلق آب توسط حفره های ریز فیلترها است. برخلاف اسمز معکوس و نانوفیلتراسیون، میکروفیلتراسیون فیلتراسیون را به شکل فیزیکی انجام میدهد و ذرات ۱۰-۰/۱ میکرون (مانند باکتری ها) را حذف می نماید و همچنین برخلاف نانوفیلتراسیون و اسمز معکوس آلاینده های محلول را حذف نمیکند. این واحد مانند واحد های اسمز معکوس و نانو فیلتراسیون، جداسازی را توسط جریان cross-flow انجام می دهد. آب تصفیه شده توسط این سیستم permeate و آبی که حاوی مواد حذف شده از آب تصفیه شده می باشد، آب تغلیظ شده یا concentrate نامیده می شود. فشارعملیاتی نیز در این واحد نسبت به نانو فیلتراسیون و اسمز معکوس پایین تر می باشد.

کاربرد میکروفیلتر در صنایع مختلف:

  • فرآیند استریل کردن سرد نوشیدنی ها و مواد دارویی
  • شفاف سازی آبمیوه ها و دیگر محصولات مانند نوشابه
  • پیش تصفیه سیستم های اسمز معکوس به منظور جلوگیری از ورود ذرات به ممبران وتشکیل رسوب
  • جداسازی باکتری ها از آب
  • تصفیه پساب
  • در برخی موارد جداسازی روغن از آب

فیلتر های مولتی مدیا

استفاده از Pressure Vessel های شنی و یا چند مدیایی از فرآیندهای متداول فیلتراسیون صنعتی می باشد. در این نوع فیلتر ها معمولا از ۳ یا چند لایه از مدیاهای متفاوت می توان استفاده نمود. در این نوع از فیلتراسیون دانه ها با اندازه کوچکتر در بالاترین لایه قرار می گیرد. معمولا در فیلتر های مولتی مدیا از آنتراسیت، شن و garnet به دلیل تفاوت در مشخصات دانسیته آنها استفاده می شود. همانطور که در قسمت مواد شیمیایی توضیح داده شد استفاده از لخته و منعقد کننده ها سبب افزایش اندازه ذرات و حذف راحتر ذرات توسط این نوع از فیلترها می گردد. یکی از مزایای فیلتر های شنی قدیمی نسبت به فیلترهای مولتی مدیا حذف گستره بزرگتر و بیشتری از ذرات با اندازه های متفاوت قبل از شست و شوی سیستم (back wash) می باشد.

نانوفیلتراسیون

طراحی و عملیات نانوفیلتراسیون بسیار مشابه سیستم اسمز معکوس می باشد، اما تفاوت اصلی این است که اندازه حفره ها در این فیلترها به اندازه ی اسمز معکوس کوچک نیست و در فشار عملیاتی کمتری فرآیند تصفیه را انجام میدهند همچنین یون های یک ظرفیتی را مانند ممبران اسمز معکوس حذف نمی نماید.ممبران های اسمز معکوس حدود ۹۹-۹۸% از یون های تک ظرفیتی مانند کلرید و سدیم را حذف می نماید در حالی که نانوفیلترها قادر به  حذف تنها ۹۰-۵۰% از این یون ها می باشند که البته این میزان بسته به نوع مواد و سازندگان این فیلترها، متغیر می باشد. در نتیجه این نوع از فیلتراسیون بیشتر به منظور حذف سختی آب استفاده می گردد.

شکل زیر شمایی کلی از فعالیت این فیلتر ها را نشان داده است.

 

 

 

 

اولترافیلتراسیون

در سیستم های UF از غشای نیمه تراوا به منظور حذف فیزیکی ذرات معلق جامد از آب، بر اساس سایز ذرات و حفره های متناسب استفاده می گردد. در واقع الترافیلتراسیون در مقایسه با میکروفیلتراسیون ذرات کوچکتری را حذف می نماید. الترافیلتراسیون یک روش بسیار مفید در حذف ذرات بسیار ریز آب که می تواند به سرعت در غشاهای اسمز معکوس رسوب کنند، می باشد. به طور معمول این سیستم به عنوان پیش تصفیه آب های سطحی، آب دریا و … قبل از سیستم اسمز معکوس استفاده می گردد.

از جمله صنایعی که از این نوع جداسازی استفاده می نمایند می توان به موارد زیر اشاره نمود:

  • تولید انرژی
  • صنایع غذایی
  • صنایع تولید انواع نوشیدنی ها
  • صنایع دارویی
  • صنعت بیوتکنولوژی

ازن زنی

ازن شکلی از اکسیژن با فرمول شمیایی O3 می باشد. این ترکیب زمانی که اکسیژن هوا در معرض تخلیه جریان الکتریکی قوی قرار میگیرد، تولید می شود اما در طبیعت این ترکیب زمانی که رعد و برق در لایه ها ی بالایی اتمسفر ایجاد می گردد، به وجود می آید. ازن  یک ترکیب ناپایدار است که به سرعت به اکسیژن تبدیل می گردد همچنین یک اکسنده قوی می باشد که به عنوان ضدعفونی کننده در تصفیه آب و فاضلاب استفاده می گردد. استفاده از سیستم های ازن زنی عمدتاً در تصفیه آب آشامیدنی مورد استفاده قرار می گیرد. ازن یک ضدعفونی کننده موثرتر و قوی تر از کلر در حذف ترکیباتی چون باکتری ها و Cryptosporidium و  Giardiaاست که در اروپا به طور گسترده مورد استفاده قرار می گیرد اما در آمریکا به دلیل وجود برخی موارد به اندازه استفاده در اروپا مورد استقبال قرار نگرفته است. در واقع دلیل اصلی مصرف کمتر آمریکایی ها از این ماده هزینه بالاتر و عدم باقی ماندن اثر ضدعفونی کنندگی آن در طولانی مدت می باشد، آنها استفاده از مشتقات کلر را به این نوع از ضدعفونی کننده ترجیح می دهند.

اسمز معکوس

یکی از رایج ترین و مناسبترین روش های تصفیه آب به منظور مصرف در صنایع نامبرده شده در قسمت های قبل، پکیج های اسمز معکوس می باشد. زمانی که دو محلول حاوی غلظت های متفاوت از مواد معدنی در حال جداسازی توسط غشای نیمه تراوا می باشند، آب از محلول با غلظت پایین تر به سمت محلول غلیظ تر جریان می یابد. به محض اینکه که آب حاوی آلاینده از غشا عبور می نماید بیشتر مواد معدنی اضافی پشت غشا باقی می مانند. اسمز، حرکت خود به خودی مولکول های حلال از میان یک غشای نیمه تراوا به سمت محلول با غلظت بالاتر، در جهتی که تمایل دارد غلظت ماده حل شده در دو طرف برابر باشد، است در نتیجه اسمز معکوس، عکس فرآیند اسمز می­باشد که در آن فشاری بیش از فشار اسمزی به محلول غلیظ­تر وارد می­شود و در نتیجه حلال حاوی غلظت بالای نمک با عبور از غشای نیمه تراوا، تصفیه شده و نمک ها و آلاینده ها پشت غشا می­مانند. در واقع از این روش به منظور حذف ترکیبات محلول در آب با اندازه بسیار کوچک به طور در صنعت استفاده می شود. به منظور کسب اطلاعات بیشتر و جامع تر، به قسمت اسمز معکوس در منوی محصولات مراجعه فرمایید.

ضدعفونی کردن با اشعه فرابنفش

اشعه ماورا بنفش یکی دیگر از روش های ضدعفونی در تصفیه آب و فاضلاب محسوب می شود. اشعه ماورای بنفش در طیف الکترومغناطیسی بین ناحیه مرئی و ناحیه x-rays قرار دارد، همچنین این اشعه قادر به حذف میکروارگانیسم های آب مانند باکتری ها است. دوز مصرفی به میزان طول موج، شدت و زمان تخریب بستگی دارد. اگر میزان دوز مصرفی بهینه نباشد، حذف آلاینده ها به درستی انجام نمی شود. میزان دوز نامناسب از اشعه ماورای بنفش موجب آسیب رساندن به DNA می شود که البته توسط آنزیم ها می تواند ترمیم گردد. توجه نمایید که میزان شدت لامپ مصرفی نیز در این عملیات ضدعفونی میکروارگانیسم ها از عوامل تاثیر گذار می باشد.

الکترودیالیز

الکترودیالیز نیز یک فرآیند غشایی محسوب می شود، که در آن یون ها تحت پتانسیل الکتریکی از غشای نیمه تراوا عبور می نمایند. غشا ها به صورتی طراحی شده اند که هم یون های منفی و هم یون های مثبت توانایی عبور از آنها را دارند. این غشا ها به دو دسته آنیونی و کاتیونی تقسیم می شوند که به طور مثال غشا های Cation-selective پلی الکترولیت هایی با ذرات با بار منفی هستند که یون های منفی را پس زده و یون ها ی با بار مثبت را عبور میدهد. با استفاده از غشا های چند گانه در یک ردیف، که به صورت کنترل شده یون های منفی و مثبت را عبور می دهد و یون های نامطلوب از آب حذف می گردند. در این نوع جداسازی در برخی ستون ها غلظت هایی از یون ها تشکیل می شوند و در برخی دیگر یون ها حذف خواهند گشت. نکته قابل توجه این که این روش تنها قادر به حذف ذراتی می باشد که دارای بار الکتریکی مثبت یا منفی هستند تا بتوان با استفاده از غشاهای کاتیونی و آنیونی آنها را حذف نمود، در نتیجه ذراتی که دارای بار الکتریکی نیستند به این روش حذف نمی گردند و نیازمند روش های دیگری می باشیم. در برخی موارد به منظور استفاده از تکنولوژی الکترودیالیز نیازمند فرآیندهای پیش تصفیه مانند فیلتراسیون با کربن فعال (به منظور حذف ذرات آلی)، فلوکولاسیون (به منظور حذف کلوئید ها) و دیگر روش های فیلتراسیون می باشیم. همچنین با استفاده از برخی ترکیبات مانند آنیون های درشت مولکول آلی، کلوئید ها و اکسید های آهن و منگنز می توان ممبرای ها را پس از مصرف خنثی نمود.