روش فیلتراسیون مناسب برای تصفیه آب صنعتی

استفاده از آب تصفیه شده یکی از روش های بهینه سازی و بهره وری در صنایع مختلفی است، که به نوعی با آب سر و کار دارند. هم چنین تصفیه آب در صنایع باعث کاهش هزینه ها و ریسک های عملیاتی می شود. استفاده از آب تصفیه نشده، احتمال واکنش شیمیایی و ایجاد رسوب بر روی لوله ها و مخازن را افزایش داده و باعث خوردگی و یا نیاز به مصرف انرژی بیش تر برای انتقال گرما می شود.

علاوه بر این در برخی صنایع به آب با کیفیت بالا نیاز می باشد، که از جمله آنها می توان به صنایع نیمه هادی و مواد دارویی اشاره کرد. در صورت استفاده از آب تصفیه نشده در این صنایع، محصولی نامرغوب تولید خواهد شد.

برای تصفیه آب های صنعتی از دو روش استفاده از مخازن با مواد فیلتراسیون مختلف و ممبران های تصفیه آب صنعتی استفاده می شود. هدف ما در این مقاله، تنها توضیح روش های مختلف فیلتراسیون با استفاده از مخازن است.

در مخازن فیلتراسیون آب صنعتی، بسته به نوع آلاینده های آب و نوع کاربرد مخزن از موادی مانند کربن، شن، سیلیس، رزین، مواد خنثی کننده اسید و.... استفاده می شود. دستگاه های فیلتراسیون جهت حذف ذرات جامد معلق آب، معمولا در کنار سیستم های منعقد کننده و ته نشین ساز مورد استفاده قرار می گیرند. استفاده از این روش های تصفیه آب در کنار هم باعث تولید آب تصفیه شده برای مصارفی مانند شرب، بویلر و برج های خنک کننده می شود. 

از مخازن فیلتراسیون معمولا برای حذف ذرات جامد محلول در آب (TDS) استفاده نمی شود، بلکه آنها تنها قادر به حذف ذرات معلق موجود در آب هستند و در بخش پیش تصفیه سیستم های اسمز معکوس مورد استفاده قرار می گیرند.

انواع فیلترهای تصفیه آب صنعتی

فیلترهای مورد استفاده در تصفیه آب صنعتی، به دو مدل تحت فشار و ثقلی تقسیم بندی می شوند. عامل بسیار مهم در فیلترهای تحت فشار، افت فشار آب هنگام عبور از فیلتر است. از مهم ترین عوامل این افت فشار می توان به زیاد بودن ارتفاع بستر، ریز بودن دانه بندی مواد فیلتراسیون و بالا بودن سرعت آب اشاره کرد. 

فشار کاری برای فیلترهای تحت فشار معمولا بین 2 تا 4 بار و برای فیلترهای ثقلی حدود 5 متر آب است. 

فیلترهای تحت فشار معمولا با روش جریان آب از بالا به پایین فیلتر، کار می کنند. در این روش آب از قسمت بالا وارد فیلتر شده و بعد از عبور از بستر مواد فیلتراسیون داخل مخزن و حذف آلاینده های آن، آب تصفیه شده از پایین فیلتر خارج می شود. مسئله مهم در رابطه با ارتفاع بستر مواد فیلتراسیون در مخازن این است که، ارتفاع این بستر باید در حد مشخصی باشد، زیرا ارتفاع بیش تر نه تنها باعث کیفیت فرایند فیلتراسیون آب نشده، بلکه می تواند اثر معکوس نیز داشته باشد.

ارتفاع بستر مواد فیلتراسیون در فیلتر بین 15 تا 30 اینچ یا بیش تر در نظر گرفته می شود. برای فیلترهای شنی، بهترین حالت، ارتفاع حداقل 8.8 متر برای بستر داخل مخزن است. این که داخل فیلتر از چه ماده ای برای فیلتراسیون استفاده شود، به هدف و نوع استفاده از فیلتر بستگی دارد.

در بستر فیلترها معمولا در لایه زیرین از شن یا سیلیس (معمولا با ارتفاع 6 اینچ یا بیش تر) استفاده می شود؛ این کار از وارد شدن دانه های مواد فیلتراسیون و یا رزین به نازل های زیرین فیلتر که وظیفه جمع آوری آب تصفیه شده را بر عهده دارند، جلوگیری می کند. 

در برخی از موارد، از فیلترهایی با بستر دوگانه استفاده می شود؛ مانند سیلیس و آنتراسیت. این کار باعث می شود ذرات معلق بیش تر به بستر فیلتر نفوذ کنند، راندمان فیلتراسیون کاهش یابد و فاصله بین عملیات بک واش فیلتر افزایش یابد. در فیلترهایی با بستر دوگانه، بهترین نوع طراحی، در نظر گرفتن 0.5 متر برای ارتفاع بستر سیلیس و حداقل 0.3 متر برای ارتفاع بستر آنتراسیت است.

بک واش فیلترهای تصفیه آب صنعتی

بعد از مدتی استفاده از فیلترها، بستر آنها با ذرات معلق و آلاینده های آب اشباع شده و باید با عملیات شستشوی معکوس تمیز شوند؛ به این عملیات بک واش می گویند. در عملیات بک واش، برخلاف حالت معمول ورود آب به فیلتر در حالت فیلتراسیون، آب از پایین وارد فیلتر می شود و به سمت بالای آن حرکت می کند. در این حرکت با به هم ریختن بستر، ذرات و آلاینده های داخل آن را خارج کرده و به سمت فاضلاب هدایت می کند. بعد از انجام عملیات بک واش نیز لازم است، قبل از این که فیلتر وارد مدار تصفیه گردد، شسشو داده شود تا با اطمینان از خروج ذرات معلق، مجددا آماده تصفیه آب گردد. 

اما چه زمانی باید عملیات بک واش انجام شود؟ زمانی که اختلاف فشار در ورودی و خروجی فیلتر، برای فیلترهای تحت فشار بین 4 تا 9 psi و برای فیلترهای ثقلی 1.4 متر آب باشد، زمان انجام عملیات بک واش رسیده است.

دبی جریان مطلوب برای فیلتراسیون

فیلترهای تحت فشار در تصفیه آب صنعتی، معمولا به شکل استوانه و در انواع فیلترهای استیل، فیلترهای فلزی و یا FRP می باشد. دبی جریان مطلوب برای فیلتراسیون بهینه، بین 3 تا 5 گالن بر دقیقه (GPM) به ازای هر فوت مربع از سطح فیلتر است. با در نظر گرفتن مقدار دبی و محاسبات هندسی، به این نتیجه می رسیم، که مخازن فیلتر عمودی با قطری بین 2 تا 10 فوت (61 تا 305 سانتی متر)، برای دبی های تا 300 گالن در دقیقه مناسب می باشد. 

برای فیلترهای تحت فشار افقی با قطر حدود 8 فوت (244 سانتی متر) و طول بین 10 تا 25 فوت (305 تا 762  سانتی متر)، ظرفیتی بین 200 تا 600 گالن در دقیقه مناسب می باشد. 

در فیلترهای تحت فشار، دبی 3 گالن بر دقیقه به ازای هر فوت مربع از سطح فیلتر، باعث بهترین کارایی فیلتر می شود. در فیلترهای دو یا چند بستره، بهترین کارایی فیلتر در دبی 6 تا 8 گالن در دقیقه به ازای هر فوت مربع از سطح فیلتر اتفاق می افتد. در فیلترهایی که از ماده زئولیت استفاده می شود، به ازای هر فوت مربع از سطح فیلتر، ظرفیت 12 گالن در دقیقه کارایی بهتری را نشان می دهد.

در آخر هم به دبی بک واش فیلترها می رسیم، که در اجرای درست این عملیات نقش زیادی دارد. دبی حالت بک واش فیلتر باید دو تا سه برابر دبی فیلتر در حالت سرویس عادی باشد. در دمای عادی محیط، برای فیلترهای آنتراسیت، بین 6 تا 8 و برای فیلترهای شنی، بین 13 تا 15 گالن در دقیقه به ازای هر فوت مربع از سطح فیلتر در زمان بک واش توصیه می شود.

فراموش نکنید در صورتی که دمای آب بالاتر باشد، به دلیل کاهش چگالی آب، باید دبی جریان بک واش کمی افزایش یابد. 

نکته مهم در استفاده از فیلترها برای تصفیه آب صنعتی، جلوگیری از خاموش و روشن کردن مداوم سیستم و فیلترهاست. این کار باعث می شود ذرات فیلتر شده مجددا به آب خروجی تصفیه شده از فیلتر وارد شود.

مواد فیلتراسیون جهت حذف ذرات معلق آب

بسته به این که بخواهیم چه آلاینده هایی را از آب ورودی حذف کنیم؟ می توان از مواد مختلفی در فیلتر استفاده کرد. از جمله پرکاربرد ترین مواد فیلتراسیون شامل: سیلیس، کوارتز، زغال سنگ، گارنت، زئولیت متخلخل، اکسید منگنز و گرین سند می باشد. در میان این مواد، سیلیس و آنتراسیت، معروف ترین مواد برای فیلتراسیون ذرات جامد معلق می باشند.

علاوه بر ریز و درشت بودن دانه های مواد فیلتراسیون، این دانه ها دارای ابعاد و اشکال مختلفی نیز هستند، که بر روی راندمان فیلتراسیون تاثیر می گذارند. برای مثال، دانه های فیلتراسیونی که دارای اشکال زاویه دار و گوشه های تیزی هستند، با توجه به فضای خالی بیش تری که بین آنها به وجود می آید، نسبت به مواد فیلتراسیونی که ابعاد حدودی یکسان ولی شکل کروی تری دارند، توان کمتری برای حذف ذرات ریز معلق در آب دارند.

به همین دلیل است، که موادی مانند سیلیس و آنتراسیت، با اندازه و یکنواختی دانه هایشان، ارزش گذاری شده و از یکدیگر تفکیک می شوند. اندازه موثر یک ماده، عبارت است از اندازه ای که حدود اندازه دانه های 10% وزنی کل ماده از آن کمتر و حدود 90% وزنی ماده از آن بیش تر باشد. در واقع باید گفت: اندازه موثر یک ماده فیلتراسیون با دانه بندی مختلف، نشان دهنده حداقل اندازه بخش عمده دانه های آن است. 

یکنواختی نیز بر مبنای مقایسه اندازه موثر و اندازه ای که حدود 60% وزنی دانه ها از آن کوچک تر و 40% وزنی دانه ها از آن بزرگ تر باشد، به دست می آید. از تقسیم این نتیجه بر اندازه موثر، ضریب یکنواختی حاصل می شود. کمتر بودن ضریب یکنواختی، نشان دهنده یکنواختی بیش تر دانه های ماده است.

این که از چه سایز ماده فیلتراسیونی استفاده کنیم، به مشخصات ذرات معلق موجود در آب و کیفیت و مشخصات آب خروجی بستگی دارد. برای فیلترهای شنی که سرعت عبور آب از آنها بالاتر است، از دانه های سیلیس با اندازه موثر 0.35 تا 0.6 میلی متر با ضریب یکنواختی حداکثر 1.7 استفاده می شود. برای دانه های آنتراسیت نیز، اندازه آنها باید بین 0.7 تا 0.8 میلی متر باشد. از دانه های درشت تر سیلیس با اندازه موثر بین 0.6 تا 1 میلی متر، بیش تر برای فرایندهای انعقادی استفاده می شود. 

مواد فیلتراسیون جهت حذف آهن و منگنز

برای حذف آهن و منگنز از آب، از دو ماده پر کاربرد گرین سند و اکسید منگنز استفاده می شود. گرین سند، از ماده ای معدنی به نام گلوکونیت تولید می شود، که روکشی از اکسید منگنز روی آن کشیده شده است. در تکنولوژی جدید تولید گرین سند، از سیلیس به عنوان ماده اصلی زیر روکش اکسید منگنز استفاده می شود. گرین سند ماده ای سیاه رنگ است، که برای حذف آهن، منگنز، آرسنیک و رادیوم مورد استفاده قرار می گیرد. گرین سند از طریق محلول پر منگنات پتاسیم احیا می شود. در صورت استفاده از کلر با دوز مناسب قبل از ورود به فیلتر گرین سند، نیازی به احیای آن با پتاسیم پرمنگنات نیست.

اکسید منگنز نیز ماده ای است، که مانند گرین سند، دارای اکسیداسیون و فیلتراسیون همزمان می باشد، اما اکسید منگنز سطح عملکرد بالاتری دارد. اکسید منگنز بر خلاف گرین سند، دارای پوشش خارجی نیست و طول عمر بسیار بالاتری از گرین سند دارد.

از اکسید منگنز باید در سیستم هایی استفاده شود، که کلر به صورت پیوسته و قبل از ورود به فیلتر، به آب تزریق می شود. در این شرایط نیازی به استفاده از پرمنگنات پتاسیم برای احیا نمی باشد.

استفاده از آب تصفیه شده برای کاربردهای مختلف صنعتی امری ضروری است، اما این که از چه روشی برای این کار باید استفاده شود؟ و چه روشی مناسب ترین راهکار برای تصفیه آب صنعتی است؟ به پارامترهای مختلفی بستگی دارد، که باید با نظر یک کارشناس مشخص و تایید شود. در صورت نیاز به دریافت مشاوره در زمینه های مختلف تصفیه آب می توانید با کارشناسان abin.ir از طریق تماس تلفنی در ارتباط باشید.