راههاي حذف نمك آب

وجود غلظت بالاي نمك هاي معدني در آب باعث ايجاد شوري مي شود. همچنين، نمك هاي معدني خاص مي توانند مشكلات زيادي از نظر كيفيت آب، جنبه ي گوارايي و مصارف صنعتي ايجاد نمايد. اثر مواد معدني مي تواند روي سميت، بهره برداري فرآيند و كيفيت محصول در فرآيندهاي صنعتي باشد. حذف كل جامدات محلول از آب، نمك زدايي يا حذف نمك آب ناميده مي شود. شوري آب خام بسته به منبع آب متغيير است. ميزان شوري برحسب mg/l كل جامدات محلول TDS، يون كلرايد يا نمك معمولي Nacl بيان مي شود.

حذف نمك ( معدني زدايي ) آب به وسيله فرآيندهاي مختلفي قابل انجام است. برخي از اين فرآيندها :

• تبادل يون
• فرآيندهاي غشايي
• تقطير
• انجماد

هستند. تبادل يون و فرآيندهاي غشايي به طور معمول در تصفيه آب استفاده مي شود.

تبادل يون براي حذف نمك آب

تبادل يون يك واحد فرآيندي مورد استفاده براي حذف انتخابي يون هاي نامطلوب و انواع كاتيون ها و كاتيون ها است.تبادل يون براي حذف مواد معدني آب نيز استفاده مي شود. در هر دو حالت بستر تبادل يون متشكل از يك فاز جامد و يك يون متحرك چسبيده به گروه عامل ثابت است. يون هاي متحرك موجود در رزين با يون هاي موجود در آب مبادله مي شوند. رزين اشباع شده احيا شده و دوباره استفاده مي شود. سيستم تبادل يون مي تواند به صورت مداوم يا غيرمداوم بهره برداري مي شود. در فرآيندهاي غيرمداوم، رزين تا تكميل واكنش با آب مخلوط مي شود. رزين اشباع شده، ته نشين، تخليه و احيا مي گردد. در سيستم مداوم، آب از ميان يك ستون پر شده با رزين هاي مورد نظر عبور داده مي شود.

رزين هاي تبادل يون كاتيوني يا آنيوني هستند. رزين هاي كاتيوني يون هاي مثبت و رزين هاي آنيوني يون هاي منفي را مبادله مي كنند. رزين هاي كاتيوني سديمي كاتيون هاي دوظرفيتي مولد سختي را حذف نموده و آن ها را با يون هاي سديم موجود روي بستر جايگزين مي كنند. بستر با محلول كلريد سديم احيا مي شود. در رزين هاي كاتيوني هيدروژني، يون هاي هيدروژن با يون هاي مختلف موجود در آب ( كلسيم، منيزيم، سديم و پتاسيم و غيره ) جابجا مي شوند. مبدل هاي كاتيوني هيدروژني با اسيد معدني احيا مي شوند. پركاربردترين و ارزانترين ماده ي مورد استفاده براي احياي اين رزين ها اسيدسولفوريك است.

كاربرد رزين كاتيوني سديمي

• سختي گيري
• احيا

سيستم هاي تبادل يون اغلب به صورت ستون هاي حاوي بستر آكنده ي دانه اي طراحي مي شوند. آب تحت فشار روي بستر چكانده مي شود. وقتي همه ي ظرفيت تبادل رزين تمام شد، ستون ابتدا به منظور حذف جامدات به دام افتاده پس شويي مي شود و سپس بستر احيا مي شود. عملكرد رزين هاي كاتيوني و آنيوني ساختگي بهتر از زئوليت هاي طبيعي است. براي معدن زدايي آب ممكن است رزين هاي كاتيوني و آنيوني به صورت ستون هاي جداگانه اي سري نصب شوند و يا هر دو نوع رزين با هم مخلوط و در يك راكتور قرار داده شوند.

تجهيزات و بهره برداري تبادل يوني

تجهيزات مورد نياز براي يك سيستم تبادل يون مورد استفاده براي معدني زدايي آب شامل سيستم هاي پيش تصفيه، بستر تبادل يون، رزين ها، پمپ هاي تزريق، پمپ و مخازن ذخيره محلول احيا، سيستم پس شويي، و يك سيستم آب كشي است. روش هاي بهره برداري سيستم هاي تبادل يون به نوع آن بستگي داشته و توسط سازندگان آموزش داده مي شود. به طور كلي، مراحل بهره برداري فرآيند تبادل يون معدني زدايي متشكل از چهار مرحله حذف يون ها، پس شويي، احيا و آب كشي كند و تند بوده كه به صورت متوالي بهره برداري مي شود.

پارامترهاي معمول طراحي شامل متوسط ميزان جريان طراحي، كل جامدات محلول آب خام، كل جامدات محلول مورد نياز در آب نهايي، ميزان حذف مواد معدني مورد نياز، ظرفيت تبادل يون رزين ها و ميزان بارگذاري هيدروليكي بستر است.

فرآيندهاي غشايي براي حذف نمك آب

فرآيندهاي غشايي فرآيندهايي هستند كه در آن ها از يك غشا براي نفوذ آب با كيفيت بالا و فيلتر جامدات محلول و معلق استفاده مي شود. اين فرآيندها براساس نيروي عامل به دو گروه تقسيم مي شوند:

1. فرآيندهايي كه نيروي عامل آن ها فشار بوده شامل اسمزمعكوس، نانوفيلتراسيون، اولترافيلتراسيون و ميكروفيلتراسيون هستند
2. فرآيندهايي كه نيروي عامل آن ها جريان الكتريسيته است مثل الكترودياليز و الكترودياليز معكوس

در صنعت آب از فرآيندهاي غشايي براي معدن زدايي و حذف جامدات محلول و معلق استفاده مي شود. اين فرآيندهاي غشايي برمبناي اسمزمعكوس توسعه داده شدند. اسمز، عبور طبيعي آب از ميان يك غشا نيمه تراوا از محلول رقيق به غليظ بوده تا جايي كه غلظت محلول در دو طرف غشا برابر شود. فشار اسمزي، نيروي محرك پديده اسمز است. در اسمز معكوس يك فشار خارجي بيشتر از فشار اسمزي به محلول وارد شده كه باعث حركت آب در خلاف جهت طبيعي در غشا مي گردد. لذا آبي بدون مواد معدني با كيفيت بالا توليد مي شود. فرآيند اسمز معكوس RO براي معدني زدايي آب هاي صنعتي يا نمك زدايي آب دريا در سيستم تامين آب آشاميدني استفاده مي شوند.

نافيلتراسيون، اولترافيلتراسيون و ميكروفيلتراسيون ديگر فرآيندهاي غشايي بوده كه معمولا براي معدني زدايي استفاده نمي شوند اما براي حذف ذرات، رنگ و ساير آلايده هاي آلي و غيرآلي به كار مي روند. گستره ي حذف ذرات در اين فرآيندها كاملا متفاوت از فرآيند اسمزمعكوس است. در حال حاضر غشاهاي استات سلولزي و پلي آميدي ( نايلون ) بيشترين كاربرد را در سيستم هاي اسمز معكوس دارند.

طراحي يك سيستم غشايي براي حذف مواد معدني از آب مستلزم لحاظ كردن متغيرهايي مثل ظرفيت واحد، شوري آب خام، پيش تصفيه ي مورد نياز، ميزان توليد آب، ميزان ريجيكت، فشار كاري، دماي آب ورودي و روش دفع شوراب است. روش طراحي يك سيستم غشايي با هدف حذف مواد معدني از آب شامل مراحل زير است:

1. تعيين كيفيت آب خام و انتخاب فرآيند پيش تصفيه
2. انتخاب نوع سيستم اسمز معكوس با مشورت سازندگان اين سيستم ها
3. انتخاب پارامترهاي طراحي
4. محاسبه ي اندازه ي سيستم
5. تعيين انرژي مورد نياز
6. انتخاب سيستم دفع شوراب
7. برآورد هزينه ي سيستم شامل هزينه ساخت و بهره برداري