تصفیه آب به روش سیستم های تبادل یونی

انواع روش های تصفیه آب می تواند شامل روشهای فیلتراسیون آب، تبادل یونی، اسمز معکوس، الکترودیالیز و سیستم های ضدعفونی کننده آب باشند.

فرایند تبادل یونی یکی ازانواع روش های تصفیه آب است که از اشکال پدیده جذب سطحی است.

در سیستم های تبادل یونی 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.

پس ازاشباع شدن گروه های عاملی، سیستم تحت عملیات احیا وشستشوی شیمیایی قرار گرفته تا مجدداً مورد استفاده قرار ‌گیرد.

کاربردهای سیستم های تصفیه رزینی تبادل یونی

الف) سیستم های تبادل یونی به عنوان سختی گیر آب به لحاظ استاندارد آب مورد نیاز شرب متفاوت می‌‌باشد.

نکته‌‌ای که دراکثر صنایع حائز اهمیت می‌‌باشد، حذف املاحی است که می توانند در صورت فراهم آمدن شرایط رسوب نمایند.

یکی از بیشترین مصارف آب درصنعت تولید بخاراست که در صورت وجود عوامل رسوبزا می‌‌تواند باعث کاهش عمراین تاسیسات گردند.

این عوامل رسوب کننده بیشتر با عنوان سختی آب شناخته می‌‌شوند.

در تعریف علمی کلیه کاتیون های با ظرفیت الکتریکی بیشتر از یک را سختی گویند.

دراکثرصنایع فقط حذف سختی آب مد نظر می‌‌باشد که هزینه آن نسبت به حذف کل یونهای آب پایینترمی باشد.

سیستم های تبادل کننده یونی خاصی برای این منظور تولید شده اند که به رزین های پایه سدیمی معروفند.

در واقع این رزین ها، سختی آب مانند یون های کلسیم، منیزیم و… را جذب کرده و به جای آن سدیم آزاد می نمایند.

توجه شود که در این روش جمع کل آنیون ها و کاتیون های آب ثابت می ماند و فقط نوع یون ها عوض می شوند.

ب)سیستم های تبادل یونی برای تولید آب با درجه خلوص بالا از دیگر رزین های استفاده شده در صنعت تصفیه آب رزین های سیکل اسیدی و بازی هستند که در گذشته در محدوده بسیار وسیع تری استفاده می شدند.

در واقع این روش می تواند نیاز صنایع به آب فوق خالص را مرتفع سازد این رزین ها به دو نوع قوی و ضعیف تقسیم می شوند و می توانند در آرایش های 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

تولید آب بدون یون (Demineralization)
تصفیه سختی آب
حذف قلیائیت
حذف کاتیون های خارجی از آب
تصفیه نیترات و سولفات
بازیابی و یا جداسازی مواد دارویی
بازیابی فلزات با ارزش در صنایع فلزی
تصفیه آب به روش سیستم نانو فیلتراسیون

تصفیه آب به روش سیستم نانو فیلتراسیون

در همه انواع روش های تصفیه آب تصفیه آب مهمترین هدف تصفیه، حذف املاح محلول در آب می باشد

ولی نکته مهمی که وجود دارد این است که برای کاربردهای مختلف، آب با درجه خلوص متفاوتی مورد نیاز می باشد

برای مثال در صنعت داروسازی و یا تولید سوخت هسته ای 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 کاربردها آب با خلوص بسیار زیاد مورد نیاز نمی باشد.

برای مثال آب استفاده شده در برج های خنک کننده باید صرفاً از لحاظ حذف سختی مورد تصفیه قرار گیرد.

در چنین کاربردهایی می توان از سیستم‌ هایی با درصد حذف پایین تروهزینه کمتر استفاده نمود.

یکی از این انواع روش های تصفیه آب مرسوم در دنیا، روش نانو فیلتراسیون می باشد.

یکی از کاربردهای نانو استفاده از نانوفیلترهاست که گام مؤثری د حفظ محیط زیست و صرفه جویی در انرژی است.

نانوفیلترها براساس منافذشان طبقه بندی شده اند.

نانوفیلتراسیون نسبت به اسمز معکوس و اولترا فیلتراسیون مزایای ویژه‌ای دارد، از جمله آن ‌که در اولترا فیلتراسیون مقدار آلاینده های مصرفی نسبت به حد مجاز بالاتر بوده و در اسمز معکوس میزان خلوص آب حاصله بیشتر از حد معمول است که پیامد آن افزایش قیمت این روش است.

از دیگر مزایای استفاده از نانوفیلتراسیون در روش های تصفیه آب و پساب عبارتند از:

حذف نمک‌های چند ظرفیتی (از قبیل آهن، منگنز، اورانیم و برخی آفت کشها)، امکان تولید میزان آب تصفیه شده در مقیاس وسیع، از بین بردن انواع باکتری، ویروس و میکروارگانیزم ها، حذف آلاینده های آلی، حفظ مواد معدنی مورد نیاز سلامت انسان، از بین بردن اثرات مخرب زیست محیطی، حذف کدورت، سختی و شوری آب، پایین بودن هزینه تصفیه و در مجموع همانگونه که اشاره شد عدم نیاز به افزودن مواد شیمیایی زیان آور برای محیط زیست و انسان.

تصفیه آب به روش الکترو دیونیزاسیون EDI

یکی از کاربردی ترین انواع روش های تصفیه آب وتولید آب فوق خالص EDI است که درصنایع مادر مانند صنعت هسته ‌‌ای، صنعت داروسازی، صنعت قطعات نیمه رسانا و …. کاربرد دارد.

برای تولید چنین آب ‌‌هایی ابتدا آب خام بسته به غلظت املاح موجود در آن توسط یکی از روش‌‌ های پیشرفته مانند اسمز معکوس، نانوفیلتراسیون، EDR و یا تقطیر مورد تصفیه قرار می‌‌گیرد.

خروجی چنین تصفیه‌‌ هایی آبی با خلوص بالای µs/cm 25 می‌‌باشد و هنوز با استاندارد آب فوق خالص فاصله دارد.

لذا آب خروجی در سیستم‌‌های تبادل یونی یا EDI مورد تصفیه مجدد قرار می ‌‌گیرد آب خالص را تولید نماید.

معایب سیستم ‌‌های رزینی مصرف زیاد مواد شیمیایی جهت احیاء وهمچنین فضای زیاد با توجه به حجم آب تولیدی می‌‌باشد.

سیستم EDI ترکیبی از فرآیند تبادل یونی و فیلتراسیون غشایی می‌‌باشد که خروجی آن آبی بدون املاح و با هدایت الکتریکی کمتر از µs/cm 2/0 است.

در سیستم EDI نیز املاح از طریق فرآیند تبادل یونی از آب جدا می شوند.

هر واحد EDI متشکل از تعدادی سلول است که بین دو الکترود قرار گرفته اند.

تصفیه آب به روش الکترو دیالیز (EDR (Electro dialysis Reverse

کلمه Dialysis در لغت به معنی جدا کردن مواد از یک محلول می باشد و روش EDR در واقع بیانگر جدا کردن املاح از آب با استفاده از انرژی برق می‌‌باشد.

در این روش با استفاده از جریان برق DC وغشاهای آنیونی و کاتیونی، عملیات جداسازی املاح صورت می ‌‌پذیرد.

کلمه Reverse در انتهای این روش بدین معنی می باشد که در اثر عبور آب از ممبرین ‌‌های سیستم، یکسری از املاح بر روی ممبرِین‌‌ هارسوب می‌ نمایند.

در روش های سنتی که به ED معروف بود از تزریق اسید و آنتی اسکالانت و اسید سولفوریک برای جلوگیری از رسوب استفاده می ‌‌شد ولی در این روش به ازای حدوداً هر 15 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.

روش EDR بیشتر برای تولید آب شرب در دنیا استفاده می شود.

از آنجایی که TDS مناسب آب شرب بین 100 تا 500 می‌‌باشد وTDSخروجی این روش بالاتر از100 می‌باشد، این روش بهترین روش تولید آب شرب در حجم‌‌ های بالا می باشد.

حداقل حجم آب تولیدی به روش EDR حدود 15 متر مکعب در شبانه روز می باشد.

معایب روش EDR

حداکثر TDS ورودی به سیستم 12000 PPM می باشد .

ماکسیمم درصد حذف املاح در هر مرحله 50% می باشد در حالی که در روشRO، 99% می باشد.

این روش فقط توانایی حذف عناصری را دارد که از لحاظ الکتریکی خنثی نیستند.

مثلاً اگر شکر در آب حل شود یون های 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 نمی ‌‌گردد.

همچنین این روش توانایی حذف میکرو ارگانیزم های موجود در آب مانند باکتری ها، قارچ ها، جلبک ها و ویروس ها را به علت اینکه از لحاظ الکتریکی خنثی می باشند را ندارد.

مزایای روش EDR

یکی از مهمترین مزیت ‌‌های روش EDR ریکاوری بالای سیستم می باشد که تا حد 94% می ‌‌تواند افزایش یابد این بدین معنی است که این سیستم می‌‌تواند 94% آب ورودی را تصفیه نماید و فقط 6% آن را به صورت پساب دفع نماید.

مزیت دوم سیستم، عمر ممبرین‌‌ های استفاده شده می‌‌باشد که حدود 10 سال می‌‌باشد .

فشار کاری این سیستم کم می‌‌ باشد، لذا هزینه های نگهداری اتصالات و پایپینگ آن بسیار پایین می ‌‌باشد.

هزینه نگهداری این دستگاه نسبت به RO بسیار پایین‌‌ تر می ‌‌باشد.

تزریق مواد شیمیایی برای جلوگیری از رسوب که مواد گران قیمتی هم می باشند نیاز نمی باشد.

اسمز معکوس چیست؟

اسمز معکوس یکی از مهمترین انواع روش های تصفیه آب است که آب را برای مصارف متعددی از جمله نیمه رساناها، خوراک پزی، تکنولوژی زیستی، داروها، تولید برق، نمک زدایی آب دریا و آب خوردنی شهری، تصفیه می نماید.

از اولین آزمایشاتی که در سال 1950 انجام شد طی آن هر ساعت چند قطره آب تولید می شد، امروزه نتیجه صنعت اسمز معکوس در تولید مشترک جهانی به بیشتر از 7/1 میلیون گالن در هر روز رسیده است.

با افزایش تقاضاها برای آب تصفیه شده، رشد صنعت اسمز معکوس در قرن اینده با افزایش روبه رو خواهد شد.

پیشینه تاریخی اسمز معکوس :

تحقیق در مورد اسمز معکوس در سال 1950 در دانشگاه فلوریدا، جائیکه رید و بوتون که توانستند خاصیت نمک زدایی ممبرین استات سلولز را شرح دهند، آغاز شد.

لوب و سوریرجان، گسترش تکنولوژی اسمز معکوس را با ایجاد نخستین ممبرین استات سلولز نا متقارن ادامه دادند.

تحقیق در مورد این پیشرفت خوب و امیدوار کننده منجر به ایجاد پیکربندی بهتر و جدیدتر اجزای اسمز معکوس شد، به طوریکه امروزه این صنعت اکثرا اجزای مارپیچ فنری و در برخی موارد اجزای فیبر توخالی را تولید می کنند. دراوایل سال 1980 تحقیق و بررسی در لابراتوارهای دولتی آمریکا، منجر به تولید نخستین ممبرین پلی آمیر مرکب شد. این ممبرین ها عمدتاً نسبت به ممبرین های سلولزیک، از جریان تراوش و نمک زدایی بالاتری برخوردارند.

نیمه تراوا چیست

نیمه تراوا به طور انتخابی به اقسام خاصی اجازه عبور می دهد در حالیکه الباقی گونه ها باقی می مانند.

در واقع بیشتر گونه ها از ممبرین خواهند گذشت اما با سرعت متفاوت و قابل توجه.

اسمز معکوس، محلول (آب) با سرعت بیشتری نسبت به ذرات نامحلول (نمکها) از ممبرین ها عبور می کنند.

آب خالص تولید می شود، پیامد نهایی این است که تفکیک حلال حل شده روی می دهد.

 برخی موارد عدم آبیاری باعث غلیظ شدن نمک می شود.

اسمز چیست

اسمز یک روش و شیوه نرمال(طبیعی) شامل عبور یک محلول غیلظ از میان مانع ممبرین نیمه تراوا می باشد. یک مخزن آب خالص را با ممبرین نیمه تراوا که به دو قسمت تقسیم شده، تصور کنید.

آب خالص در مقایسه با دو قسمت یک ممبرین نیمه تراوا ایده آل در فشار و دما برابر از میان ممبرین ها عبور نمی کند، زیرا اختلاف سطح شیمیایی دو قسمت برابر است.

اگر نمک قابل حل به یک قسمت اضافه شود، اختلاف سطح شیمیایی این محلول نمک کاهش پیدا می کند.

آب خالص از میان ممبرین به سمت قسمت محلول نمک حرکت می کند تا تعادل اختلاف سطح شیمیایی احیاء گردد.

در شرایط علمی، دو قسمت مخزن از لحاظ اختلاف سطح شیمیایی شان تفاوت دارند و محلول، از طرف اسمز، اختلاف سطح شیمیایی اش را در کل سیستم همسان می سازد.

تعادل زمانی برقرار می شود که ناهمسانی و تفاوت فشار هیدرواستاتیک ناشی از تغییرات گنجایش حجم در قسمت، با فشار اسمزی برابر می شود.

فشار اسمزی، یک تناسب خاصیت محلول به غلظت نمک و استقلال ممبرین است.

اسمز معکوس چیست

در مخزن، آب به سمت قسمت نمک دار ممبرین حرکت می کند تا تعادل برقرار شود.

به کارگیری فشار خارجی برای همسان سازی قسمت محلول نمک با فشار اسمزی همچنین باعث برقراری تعادل خواهد شد.

نیروی محرک شیوه اسمز معکوس، فشار کاربردی است.

مقدار انرژی مورد نیاز برای تفکیک اسمزی مستقیماًً به میزان شوری حلال مربوط می شود.

بنابراین، انرژی بیشتری برای تولید مقدار یکسان آب از حلال با غلظت بالای نمک لازم است.

اسمز معکوس چگونه کار می کند

در اسمز معکوس، ازممبرین به گونه ای استفاده میشود که شبیه فیلتری برای تولید آب شرب عمل نماید.

سپس وارونه می شود وجریان اسمزی روی می دهد.

در مجموع این کار فشار زیادی می گیرد وکند پیش می رود اما نهایتا” این کار انجام می شود.

ضدعفونی آب

هدف اصلی از سیستم ضد عفونی درانواع روش های تصفیه آب، اطمینان از سالم بودن آب آشامیدنی و از بین رفتن تمامی میکرو ارگانیسم­های بیماری­زا است.

بخشی از پاتوژن­ها را می­توان از طریق فرآیندهای فیزیکی یا شیمیایی از آب حذف کرد.

به طور مثال در طی فرایند رسوب و فیلتراسیون، ممکن است درصد زیادی از باکتری­ها و دیگر میکروارگانیسم­ها از آب بر مبنای روش­های فیزیکی حذف شوند.

روش‌­های معمول برای ضد عفونی آب

دی اکسیدکلر (CL2)
هیپو کلریت سدیم
هیپو کلریت کلسیم (پرکلرین)
ازن (O3)
نور ماوراء بنفش (UV).
کلر (گاز طبیعی).

جهت طراحی و سفارش انواع دستگاههای تصفیه آب باما تماس بگیرید.

جهت سفارش انواع تجهیزات تصفیه آب از صفحه فروشگاه بازدید کنید.