شرکت کربن گستر قومس (سهامی خاص)

نقش سیستمهای پیش تصفیه در کیفیت آب RO‎

مقدمه

ممبرانهای اسمز معکوس به صورت گسترده درسرتاسردنیا جهت عملیات نمک زدایی ،سبک کردن آب وخالص سازی شوراب هایی مانند دریا ودیگر آبهای سطحی برای آشامیدن ،صنایع وکشاورزی استفاده می شوند. گذشته از کاربرد اصلی ممبرانها که جهت تصفیۀ آب خوراک بویلر استفاده می شود ممبرانها در شمار زیادی از صنایع میکرو الکترونیک ،دارویی، آبجو سازی وصنایع نوشیدنی بکار می روند.

چندنوع از غشاهایی که استفاده شده اند بشرح ذیل می توان نام برد

1)micro filtration (M.F)
2)ultra filtration (u.F)
3)ano filtration (N.F)
4)Reverse osmosis ( R.O)

در سالهای اخیرممبرانها را در تجهیزات آبی مورد استفاده قرار دادند و پیش بینی شده است که درطی 30 سال آینده اغلب آب نوشیدنی ما از ممبرانهای تک مرحله ای عبور کند .پیش تصفیه با مواد شیمیایی ضعیف می تواند موجب یک کاستی در کنترل رسوب تشکیل شده شود وباعث گرفتگی آلی ورشد باکتری گردد.آلودگی میکروبی درهربخش از آب خوراک سیستم ،می تواند باعث نفوذ باکتری و دیگر میکرو ارگانیسم ها به درون ممبران شود در این حالت لایه های باکتری تشکیل شده موجب تنگ شدن مجاری عبوری از اسمز معکوس می شود.گرفتگی باکتری روی سطوح جدا شونده مهم است،زیرا باعث کاهش مقدارجریان خروجی و محصولات می گردد.نگهداری خروجی ثابت تحت این شرایط منجربه یک افزایش در مصرف انرژی می گردد وهزینه عملکرد را بالا می برد بهمین دلیل سیستمهای R.O بدون در نظر گرفتن منبع آب خوراک نیازبه پیش تصفیۀ شیمیایی وفیزیکی دارند .پیش تصفیه نا کافی و یا ضعیف سیستم نگهداری را مختل کرده وآلودگی ممبران را بالا می برد که این مسئله لکه سیاهی در شهرت اسمز معکوس بوجود آورده و باعث افزایش هزینه جایگزینی با روشهای سنتی فرآیند تصفیه گردیده است.

انواع گرفتگی ممبرانها

کلا"گرفتگی ممبرانها وآلودگی آنها به دو دسته کلی تقسیم می شوند که عبارتند از :

1)fouling
2)bio fouling

fouling چیست؟

گرفتگی بدلیل عوامل غیر میکرو ارگانیسم ها را fouling می نامند که یکی از مهمترین عوامل رسوب است که از تراکم یونهای محلول در آب بوجود می آید .آنالیزآب خوراک پتانسیل تشکیل رسوب رابخوبی نشان می دهد .چنانچه سیستم های پیش تصفیه ومواد ضد رسوب بصورت صحیح انتخاب نشود،پیش بینی کامپیوتری ،خطر تشکیل رسوب ومیزان آنرا تعیین می کند .

Bio fouling چیست؟

زمانی که درآب خوراک ازبایوساید با غلظت مناسب استفاده نشود ،رشد باکتری باعث ایجاد آلودگی بیولوژیکی روی سطح ممبران می شود (نظیر کلراین یا کلر آمین ها)برای انجام عملیات تصفیه بدون مشکل و با حداقل هزینه به دو نکته باید توجه شود

1)طراحی پیش تصفیه .
2)انتخاب مناسب افزودنی های شیمیایی .

واحدهای پیش تصفیۀ R.O

1)کلرزنی : تزریق کلردرآب خام ورودی ،از رشد اجتماعات بیولوژیکی وباکتری در تمامی بخش های پیش تصفیه جلوگیری می کند.
2)فیلتر شنی : حذف کدورت و مواد معلق در آب خام.
3)فیلترکربنی :حذف کلر و ترکیبات آلی آب خام وباقیماندۀ کدورت در آب خام ورودی.
4)فیلتررزینی : حذف سختی آب به منظورکمک درفرآیند آب شیرین کن وکاهش رسوبگذاری در پشت ممبرانها.
5)پمپهای تزریق مواد شیمیایی :ممانعت کنندۀ رسوب در ممبرانها پمپ تزریق اسید به منظور تنظیم PH آب ورودی به دستگاه.
6)فیلتر میکرونی یا فیلتر کارتریج :به منظور حذف باقیمانده کدورت.

لازم به توضیح است که بدلیل آنکه ممبرانهای پلی آمیدی نسبت به کلر حساس می باشند باید درهنگام ورود به سیستم R.O کلر آزاد حذف شود در اینجا به روشهای حذف کلر در صنعت بدنیست اشاره ای داشته باشیم.به سه روش می توان کلر را قبل از ورود به R.O حذف کرد.

الف)بااستفاده از پودر زغال فعال: کربن اکتیو با کلرباقیمانده در آب ترکیب می شود .همانند آنچه که فیلتر کربنی برای ما انجام می دهد که واکنش زیر انجام می شود
Cl2+C+2H2O===4HCl+Co2
اسید تولید شده با قلیاییت آب خنثی می شود وبستر این نوع فیلتر ها به مرور زمان مصرف می شود ومی بایستی هرسال یک یا چند بار ،بستر فیلترها راتعویض نمود .هر گرم کربن شش گرم کلر را حذف می کند.

ب) با استفاده از سولفیت سدیم یا بی سولفیت سدیم که با کلر مطابق روابط زیر ترکیب می شود
Na2 So3 + Cl2 + H2O ===Na2 So4+2HCl
2
NaH So3 + 2Cl2 + 2H2O===Na2 So4 + 4HCl +H2 So4
این روش ارزانترین روش از لحاظ صرفه اقتصادی می باشد.

ج)می توان از فیلترهای فشاری که درون آن سولفیت سدیم است استفاده نمود کلر محلول در آب در اثر گذشتن از این نوع فیلتر ها با سولفیت کلسیم طبق رابطه زیر ترکیب می شود
Ca So
3 + Cl2 + H2O===Ca So4 + 2HCl
عیب بزرگ این روش مقرون به صرفه نبودن آن است که حدود ده برابر سولفیت سدیم است.مزیت آن به شرح ذیل می باشد.

الف)نیازی به دستگاه تزریق ندارد .
ب)سرعت عبور آب در این فیلترها زیاد است (حدود 5برابر فیلترهای کربنی).عناصر آلوده کننده ای که عموما"در عملکرد ممبران در سیستم اسمز معکوس (R.O) تأثیر گذارهستند به شرح ذیل می باشد.

1)کربنات کلسیم ورسوبات کلسیم.
2)مواد آلی.
3)مواد کلوئیدی.
4)بیوفیلم(لایه نازک از موجودات زنده)
5)سیلیکا.
6)اسیدهای هیومیک .

سایر مواد آلوده کننده نظیرباریم وسولفات استرانسیوم ،فلوئورید کلسیم،سیلیکات آلومینیوم نمک های منگنز و موادلخته کنندۀ کاتیونی ثبت شده است که خوشبختانه این عناصر نسبتا"نادرهستند.نوع وشدت آلوده سازی بالقوه ،بوسیله کیفیت آب خوراک ومنبع آن تعیین می گردد این خاصیت با آنالیز شیمیایی آلوده کننده های ریز شامل آهن واکسید های فلزی /هیدروکسیدها،گل،کلوئیدها ،باکتری و مواد آلی وهمچنین بوسیله اندازگیری شاخص (SDI) قابل تشخیص می باشد.

کربنات کلسیم وروسوبات کلسیم:

سختی آب منشاء ایجاد رسوب در سیستم R.O است وگفته می شود زمانی که قابلیت حل شدن یک نوع نمک از حد مطلوب تجاوز کند تشکیل رسوب بوقوع می پیوندد.بیشتر آبهای طبیعی می خواهند کربنات کلسیم را روی سطوح ممبران ته نشین کنند علاوه بر مواد فوق سولفات کلسیم ،باریوم ،سولفات استرانسیم وفلئورید کلسیم هم انواع دیگر این رسوبات هستند که باید در شرایطی در نظر گرفته شود ،گرچه بندرت اتفاق می افتد .نشست رسوب در R.O علاوه بر تنگ شدن مجاری عبور آب وکاهش دبی عمر ممبران را کاهش می دهد (بدلیل شستشوهای مکرر با مواد شیمیایی) پس جهت بالا بردن عمر ممبران باید تا حد امکان سختی را حذف نمود برخی از روشهای حذف سختی عبارتند از:

1)استفاده از ستونهای سختی گیر در قسمت پیش تصفیه R.O.
2)استفاده از روش نرم کردن آب توسطLime/Soda در سیستم پیش تصفیه .
3)تنظیم PH با استفاده از اسیدکلریدریک یا سولفوریک .
4)با بکارگیری از ممانعت کنندۀ رسوب.

مواد آلی:

در صورتیکه آب خوراک R.O به مواد آلی آلوده باشد ،سطح ممبران مرحلۀ اول ممکن است اینمواد آلی را جذب کنند ودر نتیجه درجۀ تراوایی ممبران کاهش می یابد وبدنبال آن دبی آب شیرین کاهش می یابد. تزریق مواد آلی بیش از حد مورد نیاز مثل پلی الکترولیت ها ویا وجود مواد روغنی در آب ورودی ازعوامل اصلی این نوع آلودگی هستند .

روشهای اندازه گیری

1)با استفاده از SDI (اندیس دانسیته گل ولای)
2)غلظت مواد آلی (TOC) یا کل کربن آلی total organic carbon

روشهای حذف یا کاهش مواد آلی

1)استفاده از فیلتر کربنی در پیش تصفیه واحد R.O.
2)با بکار گیری از کمک منعقد کنندۀ آنیونی .
3)استفاده از فیلتر شنی وفیلترکارتریج در پیش تصفیه R.O.
4)استفاده از آزمایش جارتست جهت تزریق بهینه مواد منعقد کننده وکمک منعقد کننده در پیش تصفیه. مواد کلوئیدیمواد کلوئیدی موادی هستندکه دارای بار الکتریکی عموما" منفی می باشند وبدلیل دافعۀالکتریکی به هنگام نزدیک شدن به یکدیگر امکان ته نشینی میسر نمی شود وکدورت آب ناشی از همین مواد است.گفته می شود که حداکثر کدورت آب ورودی به واحد R.O باید حدود NTU 1 باشد زیرا بدلیل خاصیت چسبندگی این مواد بسرعت سیستم پیش تصفیه و R.Oرادچار مشکل می کند بنابراین بهتر است تا حد ممکن میزان آنرا کاهش داد.
سیستمهای متفاوتی برای این منظور طراحی شده که نوع وتعدادآن بستگی به بار آلودگی دارد وشامل

1)استفاده از منعقد کننده وسپس فیلتر کردن آن.
2)بکارگیری منعقد کننده وسپس کمک منعقد کننده و در نهایت عبور از فیلتر شنی
3)تزریق منعقد کننده وکمک منعقد کننده ، فیلتر شنی ودر انتهااستفاده از فیلتر کارتریج میکرونی.آنچه که اهمیت فراوان دارد دز مصرف منعقد کننده وکمک منعقدکننده است وتوصیه جدی آنست که آزمایش جارتست ومرتبا"انجام شود.

بیوفیلم

تشکیل یک لایه نازک از موجودات زنده روی ممبران پلی آمیدی است که وقتی تعداد اندکی میکرو ارگانیسم وارد ممبران گردید ،رشد بسرعت انجام گرفته وبیوفیلم تشکیل می شود.بیوفیلم متشکل از موجودات زنده ومدفوعات پلی ساکاریدی آنها است.

راههای کنترل میکروبیولوژیکی

1)کلر اولیه در ابتدای سیستم تصفیه آب بنحوی تزریق شود که تا قبل از ورود به سیستم R.O در آب موجود باشد .حداکثر میزان کلر باقیمانده تا 0.2PPM پیشنهاد می گردد.
2)بکارگیری از بایوساید مناسب که به صورت Off line یا On line در سیستم ممبران مورد مصرف واقع گردد.وقتی این مواد کشنده در یک برنامه ساختاری جهت کنترل زیستی بکار می روند ،در به حداقل رساندن اثرات آلوده سازی ،تاحد قابل قبول اثر بخش ومفید می باشند.ایده ال آنست که این محصولات از نوع غیراکسید کننده ،سریع العمل ،قابل تضیف اثر بوده وبه منظوردورریزی آنها ،به آسانی قابل خنثی سازی می باشند.

سیلیکا

بطور فراوان در نواحی آتشفشانی یافت می شود وازنظرفراوانی درخاک مقام دوم را داراست ودر حدود 7/27درصد پوستۀ جامد زمین را تشکیل می دهد والبته در معمولیترین فرم آن شن سیلیسی است که در فیلتر های شنی تحت فشار کاربرد دارد این مواد جاذب اکسیدمنیزیم یا هیدروکسیدفریک هستند این مواد در PHاسیدی نامحلول وقلیایی کم ،محلول می باشند به همین دلیل به سرعت باعث گرفتگی سیستم پیش تصفیه وممبران خواهند شد علاوه برآن وجود آنها در کورۀ بخار باعث خوردگی سایشی به همین دلیل باید آنرا حذف نمود که به روشهای زیر امکان پذیر است.

1)در فرآیند Lime/Soda گرم مقداری سیلیس ته نشین شده وحذف می گردد.
2)جذب سیلیکاباترکیبات منیزیم
3)استفاده از نوع خاصی رزین‌های تعویض یونی آنیونی

اسیدهیومیک

در غلظتهای مختلف ویک رنج گسترده در آبهای سطحی حضور دارد این مواد ساختمان آلی پیچیده ای دارند که می تواند یک منبع خوراک برای باکتری باشد وهمچنین موجب آلودگی شدید ممبران شوند.گفته می شودکه اغلب همان ترکیباتی هستند که موجب رنگ آب می شوند.معمولا"بیشترین کربن آلی در آب طبیعی به صورت مشتقات اسیدهیومیک می باشد.که مولکولهای آنها با اندازه وگروههای مختلف موجود است.

خروج هیومیک اسید ها توسط:

1)فیلترکربنی یا تلۀ آلی امکان پذیر است .
2)مواد ثبت شده ای وجود دارد که اگر آب خوراک توسط اسید یا کلرین تصفیه شده باشد،در مشکلات آلودگی شدید نتایج بهتری کسب شده نسبت به جا‌ئیکه آب خوراک تصفیه نشده باشد.

آهن

آهن اضافی در دو حالت ،محلول Ferrous(Fe2+) ونمکهای غیرمحلول (Fe3+) استبدلیل خطرنمکهای Ferrous را قبل از فیلتر کارتریج اکسیده کرده وآنرا به نمکهای فریک تبدیل می کنیم توصیه می شود کل بار آهن را در آب خوراک به کمترین سطح کاهش دهیم.آهن به همراه منگنز نقش خوراک را برای برخی از میکروارگانیسم ها دارند ودر نتیجه رشد آنها را تشدید می کنند.

روش حذف آهن

الف)استفاده از ممانعت کننده های رسوب که بر پایه فسفونات هستند بطور مؤثردر جدا سازی آهن به کارمی روند.
ب)استفاده از اسید یاکلرین
ج)اکسید اسیون به همراه ته نشینی وفیلتراسیون.
د)فیلتراسیون باز‌ئولیت منگنز.
ه)استفاده از رزین تعویض یونی.

نتیجه گیری

با دانستن عناصر آلوده کنندۀ R.O ونقش کلیدی سیستم های پیش تصفیه در کاهش بار آلودگی سیستم ممبران ،تنها با آنالیز آب خوراک می توان عملیات واحد منحصر بفرد داشت .جائیکه قلب سیستم خالص سازی آب R.O است .می توان با پایش مناسب هریک از اجزاء پیش تصفیه واستفاده از مواد شیمیایی در حفظ ممبران مؤثر بود و به یاد داشته باشید که هیچگاه سیستم ممبران را بدون در نظر گرفتن آنالیز آب خوراک وسیستم پیش تصفیه به زیر سوال نبرید.