عوامل اکسید کننده ممبران RO در بحث آب شیرین کن بسیار حائز اهمیت است و در صورت کنترل این عوامل طول عمر ممبران های دستگاه آب شیرین کن افزایش پیدا می کند. حضور کلر آزاد یا سایر مواد اکسید کننده قوی در آب خوراک RO با غشا پلی آمیدی سبب تخریب این نوع غشا می گردد. از این رو حتما باید با تزریق مواد احیاکننده چون بی سولفیت سدیم یا استفاده از کربن فعال، ماده اکسیدکننده موجود در آب خوراک را از بین برد.
گهگاهی به دو دلیل مواد اکسیدکننده معمولا فرصت تخریب غشا را می یابند. اول اینکه علیرغم تزریق ماده احیاکننده، مقداری از ماده اکسیدکننده، همراه آب خوراک وارد سیستم می شود این امر به خاطر تزریق ناکافی ماده احیا کننده یا عدم زمان ماند کافی برای تکمیل واکنش اکسیداسیون احیا است. دوم اینکه در صورت استفاده از بستر کربن فعال، جذب کامل همه ماده اکسیدکننده از آب خوراک سیستم انجام نمی گیرد.
به دلیل اهمیت و حساسیت زیاد غشا پلی آمیدی به مواد اکسیدان در بعضی از صنایع از سیستم کنترل دوگانه استفاده می شود، به این صورت که از دو سیستم کنترل استفاده می کنند که در صورت نقض یکی، دومی از ورود غیرمجاز ماده اکسیدان جلوگیری کند.
برای حذف ماده اکسیدان معمولا از ماده احیاکننده بی سولفیت سدیم استفاده می شود که مقدار مورد نیاز آن حدود 1ppm بیشتر از غلظت کلر یا هر ماده اکسیدان موجود در آب است. اما باید توجه داشت که غلظت بیشتر بی سولفیت سدیم باعث ایجاد محیط احیایی در آب می شود که خود باعث رشد، استمرار عمر و دوام باکتری های بی هوازی می شود.
پارامتر کلیدی دیگر برای ایجاد سازگاری بین کیفیت آب و غشا، PH آب است. غشا پلی آمیدی مقاومت خوبی در مقابل تغییرات pH دارد، اما غشا استات سولزی به تغییرات PH بسیار حساس می باشد. چون در pH بازی بویژه در دماهای بالاتر از محیط، سرعت هیدرولیز استات سلولز قابل توجه می باشد.
pH مطلوب برای به حداقل رسیدن هیدرولیز غشا سلولزی 4/8 می باشد، اما باید توجه داشت pH آب شور بالاتر از pH آب شیرین می باشد و این به خاطر تغلیظ بی کربنات در آب شور خروجی از واحد RO می باشد. در عمل باید سعی کرد که pH آب ورودی حدود 6/5 باشد.
وجود آهن در آب خوراک RO اثر تخریبی مواد اکسیدکننده را به میزان زیادی افزایش می دهد. زیرا در حضور مواد اکسیدکننده آهن به فرم اکسیدشده یعنی Fe+3 خواهد بود که غیرمحلول می باشد. با ورود Fe+3 همراه جریان خوراک به مدول های RO، تمایل به نشستن روی سطح غشا را دارد. حال با حمله مواد اکسیدکننده به غشا RO در حضور آهن، آهن به صورت یک کاتالیزور عمل نموده و قدرت تبادل بار الکتریکی مواد اکسیدکننده را روی سطح غشا شدیدا افزایش می دهد. در واقع در این فرآیند، آهن تمایل به فرم احیا شده خود یعنی Fe+2 دارد و با دریافت الکترون قدرت اکسیدکنندگی بالاتری به مواد اکسیدکننده می دهد.
راه حل مساله، حذف عوامل به وجود آورنده این شرایط است. یک راه حل حذف آهن نامحلول Fe+3 به وسیله فیلتراسیون دقیق در بالادست RO از آب خوراک می باشد. راه حل دیگر، حذف کامل مواد اکسیدکننده از آب خوراک و ایجاد محیط اندکی احیا کننده می باشد.
اختلاف فاضلاب شهری و صنعتی قابل تامل است. هدف اصلی صنعت، تولید بهترین فرآورده ممکن با کمترین هزینه است. بنابراین ایجاد تاسیسات تصفیه ضایعات، نادیده گرفتن هدف اصلی صنعت است. به منظور رقابت در بازار جهانی، صنعت بایستی هزینه ها را در حداقل نگه دارد و آشکارترین زمینه صرفه جویی، بخش تصفیه ضایعات است. زیرا فرآورده تولیدی، حداقل تاثیر را از این قسمت دریافت می نماید. بنابراین تصفیه نمودن یا عدم تصفیه ضایعات تاثیری بر فرآورده تولید شده ندارد. از طرف دیگر، سازمان های مسئول تصفیه فاضلاب نیز باید هزینه های عملیاتی را کاهش دهند و این امر تحت تاثیر قوانین موجود برای سازگاری عملیات با نیازمندی های پذیرفته شده محیط زیست می باشد و این نیز باعث افزایش هزینه ها می شود.
این سازمان ها باید سرویس های دیگری ارائه دهند که مستلزم استخدام نیروهای بیشتر است. مقایسه بین صنایع و نیز سازمان های مسئول تصفیه، تفاوت عمده در اهداف هر دو طرف قضیه را روشن می نماید.
جدول زمان بندی کارها در صنایع بسیار متغیر است. ممکن است زمانی یک واحد صنعتی تعطیل باشد، در حالی که در زمان دیگر همان صنعت ممکن است چند برابر ظرفیت معمول به کار ادامه دهد. در یک زمان ممکن است بار عمده فاضلاب تا ظهر تولید شود ( به دلیل یک مشکل در برنامه بهره برداری ) و در زمان دیگر ممکن است هیچ فاضلابی ) به دلیل ایجاد مشکل در واحد و یا تعطیل آخر هفته تولید نگردد.
در حالی که سیستم فاضلاب شهری باید تمام ساعات شبانه روز و نیز تمام هفته فعالیت نماید. جریان فاضلاب در یک شهر از یک الگوی خاص در طول روز تبعیت می نماید، چنانچه قرار باشد یک سیستم فاضلاب شهری برای فاضلاب صنعت نیز جوابگو باشد باید متفاوت از روش های معمول، طراحی و بهره برداری شود تا بتواند جوابگوی هر دو نوع فاضلاب تولیدی باشد.
بدین معنی که اگر سیستمی فقط برای فاضلاب شهری طراحی شود، نمی تواند پذیرای فاضلاب صنعتی باشد. از دیدگاه صنعت، تصفیه فاضلاب بعنوان یک ضرورت تحمیل شده است زمانی که تاثیر فاضلاب روی آب های پذیرنده آشکار باشد یا توسط موسسات ذیربط تصفیه الزامی باشد، این امر ضرورت پیدا می یابد.
مقادیر آلاینده ها در ضایعات صنعتی می تواند در محدوده صفر تا حدود 100/000ppm تغییر کند. متغیرهای فاضلاب صنعتی در دوره های نرمال کاری و دوره های متغیر موقت غیرقابل پیش بینی است. از طرف دیگر حجم ضایعات شهری به خوبی مشخص شده است و در محدوده 100-1000ppm برای آلاینده هایی که معمولا در حجم های 50 تا 150 گالن به ازای هر نفر آلاینده موجود است، باید جداگانه طراحی و بهره برداری شود.
ضایعات صنعتی در میزانی که خیلی متفاوت است ( از مقادیر صفر تا پنج برابر میزان فاضلاب های خانگی ) اکسیژن مصرف می کنند. برخی فاضلاب ها فاقد ماده آلی هستند، بنابراین به اکسیژن نیاز ندارند.
محصولات جانبی گندزدایی DBP چیست ؟ هدف از تصفیه آب آشامیدنی، حذف عوامل بیماری زا، مواد شیمیایی سمی، عوامل آلاینده و اثرگذار در خصوصیات زیبایی شناختی آب خام می باشد. در منابع آب سطحی از قبیل رودخانه ها، دریاچه ها و مخازن سدها، فرآیندهای معمول تصفیه آب شامل انعقاد، لخته سازی، ته نشینی، صاف سازی و گندزدایی به کار می روند.
انعقاد، خنثی سازی بار سطحی ذرات و لخته سازی، ترکیب ذرات کوچک با یکدیگر و ایجاد لخته های بزرگ قابل ته نشینی می باشد.
در ته نشینی و صاف سازی، لخته ها و دیگر ذرات خنثی شده از قبیل عوامل بیماری زا حذف می شوند. گندزدایی فرآیند نهایی است که برای تامین دو هدف :
هر چند که درصد بالایی از عوامل بیماری زا توسط انعقاد، لخته سازی، ته نشینی و صاف سازی حذف می شوند اما گندزدایی فرآیندی مهم برای محافظت عموم از تماس با عوامل بیماری زای ناشی از آب، می باشد.
کلر، کلرآمین ها، ازن، دی اکسید کلر و اشعه ماورابنفش جز گندزداهای معمول می باشند. در فرآیند گندزدایی علاوه بر کشتن یا غیرفعال سازی عوامل بیماری زا، ماده گندزدا با مواد آلی طبیعی ( مانند هواد هیومیک و فولیک ) یا برمیدهای آب واکنش داده و منجر به تولید ترکیبات آلی و غیرآلی گوناگونی می شود که به این محصولات عمدتا محصولات جانبی گندزدایی DBP می گویند.
بسیاری از مواد گندزدای اکسیدکننده برای کنترل رنگ، بو و مزه، حذف آهن و منگنز و دیگر ترکیبات مواد آلی و غیرآلی به کار می روند و هنگامی که از کلر استفاده شود آنرا بعنوان پیش اکسیداسیون یا پیش کلرزنی می شناسند. ترکیبات مختلف حاصل از فرآیندهای اکسیداسیون را نیز می توان در گروه DBP قرار داد.
معمولترین محصولات جانبی گندزدایی در آب در حین استفاده از کلر و کلر آمینها، تری هالومتان ها THM و هالواستیک اسیدها HAAs می باشند. برومات در اثر ازن زنی آب در غلظت های بالای بروماید تشکیل می شود و کلریت در اثر استفاده از دی اکسید کلر تولید می شود. هیدرات کلرال، هالواستونیتریلها و کلروپیکرین سایر محصولات جانبی ناشی از کلرزنی می باشند و در ضمن کلریدسیانوژن نیز یکی از محصولات جانبی گندزدایی در آب کلرینه می باشد.
آلدئیدها، کتواسیدها و کربوکسیل اسیدها، ترکیبات آلی معمول شناسایی شده در آب ازن زنی شده می باشند. کلرات ممکن است در محلول مادر کلر ( هیپوکلریت ) و در آب تصفیه شده توسط ازن و دی اکسیدکلر تشکیل شود. بسیاری از محصولات جانبی گندزدایی در حد میکروگرم در لیتر در آب تصفیه شده حضور دارند.
پدیده فولینگ Fouling آب شیرین کن عبارتست از گیر کردن مواد کلوئیدی از جنس فلز، گل و لای و یا مواد بیولوژیکی در غشاها.
فولینگ Fouling انواع مختلفی دارد که عبارتند از :
پدیده فولینگ Fouling در غشاهای اسمزمعکوس باعث کاهش تولید و پایین آمدن کیفیت آب می شود که با شستشوی شیمیایی مناسب این مشکل برطرف می شود.
استفاده از یک سیستم پیش تصفیه مناسب باعث پایین آوردن احتمال بروز این پدیده می گردد. پیش تصفیه به میزان قابل توجهی هزینه های بهره برداری را کاهش می دهد
وجود غلظت بالای نمک های معدنی در آب باعث ایجاد شوری می شود. همچنین، نمک های معدنی خاص می توانند مشکلات زیادی از نظر کیفیت آب، جنبه ی گوارایی و مصارف صنعتی ایجاد نماید. اثر مواد معدنی می تواند روی سمیت، بهره برداری فرآیند و کیفیت محصول در فرآیندهای صنعتی باشد. حذف کل جامدات محلول از آب، نمک زدایی یا حذف نمک آب نامیده می شود. شوری آب خام بسته به منبع آب متغییر است. میزان شوری برحسب mg/l کل جامدات محلول TDS، یون کلراید یا نمک معمولی Nacl بیان می شود.
حذف نمک ( معدنی زدایی ) آب به وسیله فرآیندهای مختلفی قابل انجام است. برخی از این فرآیندها :
هستند. تبادل یون و فرآیندهای غشایی به طور معمول در تصفیه آب استفاده می شود.
تبادل یون یک واحد فرآیندی مورد استفاده برای حذف انتخابی یون های نامطلوب و انواع کاتیون ها و کاتیون ها است.تبادل یون برای حذف مواد معدنی آب نیز استفاده می شود. در هر دو حالت بستر تبادل یون متشکل از یک فاز جامد و یک یون متحرک چسبیده به گروه عامل ثابت است. یون های متحرک موجود در رزین با یون های موجود در آب مبادله می شوند. رزین اشباع شده احیا شده و دوباره استفاده می شود. سیستم تبادل یون می تواند به صورت مداوم یا غیرمداوم بهره برداری می شود. در فرآیندهای غیرمداوم، رزین تا تکمیل واکنش با آب مخلوط می شود. رزین اشباع شده، ته نشین، تخلیه و احیا می گردد. در سیستم مداوم، آب از میان یک ستون پر شده با رزین های مورد نظر عبور داده می شود.
رزین های تبادل یون کاتیونی یا آنیونی هستند. رزین های کاتیونی یون های مثبت و رزین های آنیونی یون های منفی را مبادله می کنند. رزین های کاتیونی سدیمی کاتیون های دوظرفیتی مولد سختی را حذف نموده و آن ها را با یون های سدیم موجود روی بستر جایگزین می کنند. بستر با محلول کلرید سدیم احیا می شود. در رزین های کاتیونی هیدروژنی، یون های هیدروژن با یون های مختلف موجود در آب ( کلسیم، منیزیم، سدیم و پتاسیم و غیره ) جابجا می شوند. مبدل های کاتیونی هیدروژنی با اسید معدنی احیا می شوند. پرکاربردترین و ارزانترین ماده ی مورد استفاده برای احیای این رزین ها اسیدسولفوریک است.
کاربرد رزین کاتیونی سدیمی
سیستم های تبادل یون اغلب به صورت ستون های حاوی بستر آکنده ی دانه ای طراحی می شوند. آب تحت فشار روی بستر چکانده می شود. وقتی همه ی ظرفیت تبادل رزین تمام شد، ستون ابتدا به منظور حذف جامدات به دام افتاده پس شویی می شود و سپس بستر احیا می شود. عملکرد رزین های کاتیونی و آنیونی ساختگی بهتر از زئولیت های طبیعی است. برای معدن زدایی آب ممکن است رزین های کاتیونی و آنیونی به صورت ستون های جداگانه ای سری نصب شوند و یا هر دو نوع رزین با هم مخلوط و در یک راکتور قرار داده شوند.
تجهیزات مورد نیاز برای یک سیستم تبادل یون مورد استفاده برای معدنی زدایی آب شامل سیستم های پیش تصفیه، بستر تبادل یون، رزین ها، پمپ های تزریق، پمپ و مخازن ذخیره محلول احیا، سیستم پس شویی، و یک سیستم آب کشی است. روش های بهره برداری سیستم های تبادل یون به نوع آن بستگی داشته و توسط سازندگان آموزش داده می شود. به طور کلی، مراحل بهره برداری فرآیند تبادل یون معدنی زدایی متشکل از چهار مرحله حذف یون ها، پس شویی، احیا و آب کشی کند و تند بوده که به صورت متوالی بهره برداری می شود.
پارامترهای معمول طراحی شامل متوسط میزان جریان طراحی، کل جامدات محلول آب خام، کل جامدات محلول مورد نیاز در آب نهایی، میزان حذف مواد معدنی مورد نیاز، ظرفیت تبادل یون رزین ها و میزان بارگذاری هیدرولیکی بستر است.
فرآیندهای غشایی فرآیندهایی هستند که در آن ها از یک غشا برای نفوذ آب با کیفیت بالا و فیلتر جامدات محلول و معلق استفاده می شود. این فرآیندها براساس نیروی عامل به دو گروه تقسیم می شوند:
در صنعت آب از فرآیندهای غشایی برای معدن زدایی و حذف جامدات محلول و معلق استفاده می شود. این فرآیندهای غشایی برمبنای اسمزمعکوس توسعه داده شدند. اسمز، عبور طبیعی آب از میان یک غشا نیمه تراوا از محلول رقیق به غلیظ بوده تا جایی که غلظت محلول در دو طرف غشا برابر شود. فشار اسمزی، نیروی محرک پدیده اسمز است. در اسمز معکوس یک فشار خارجی بیشتر از فشار اسمزی به محلول وارد شده که باعث حرکت آب در خلاف جهت طبیعی در غشا می گردد. لذا آبی بدون مواد معدنی با کیفیت بالا تولید می شود. فرآیند اسمز معکوس RO برای معدنی زدایی آب های صنعتی یا نمک زدایی آب دریا در سیستم تامین آب آشامیدنی استفاده می شوند.
نافیلتراسیون، اولترافیلتراسیون و میکروفیلتراسیون دیگر فرآیندهای غشایی بوده که معمولا برای معدنی زدایی استفاده نمی شوند اما برای حذف ذرات، رنگ و سایر آلایده های آلی و غیرآلی به کار می روند. گستره ی حذف ذرات در این فرآیندها کاملا متفاوت از فرآیند اسمزمعکوس است. در حال حاضر غشاهای استات سلولزی و پلی آمیدی ( نایلون ) بیشترین کاربرد را در سیستم های اسمز معکوس دارند.
طراحی یک سیستم غشایی برای حذف مواد معدنی از آب مستلزم لحاظ کردن متغیرهایی مثل ظرفیت واحد، شوری آب خام، پیش تصفیه ی مورد نیاز، میزان تولید آب، میزان ریجیکت، فشار کاری، دمای آب ورودی و روش دفع شوراب است. روش طراحی یک سیستم غشایی با هدف حذف مواد معدنی از آب شامل مراحل زیر است: