طراحی و مراقبت از تجهیزات پیش تصفیه اسمز معکوس

سیستم های اسمز معکوس برای نیروگاه ها یکی از قابل اعتمادترین و اثبات شده ترین راه ها برای تصفیه آب می باشند. با این حال طراحی و مراقبت از یک سیستم اسمز معکوس (RO) مستلزم شناخت کامل منابع آب و قابلیت های سیستم است. اطلاعاتی که در ادامه به آن ها می پردازیم، به مهندسان کمک می کند که سیستم تصفیه آب اسمز معکوس را مطابق با نیازهای خود طراحی کنند. 

عملکرد فیلتر ممبران با فیلترهای پیش تصفیه رابطه مستقیم دارد. مهم ترین نقشی که سیستم پیش تصفیه ایفا می کند، محافظت از سیستم اسمز معکوس می باشد. فیلترهای پیش تصفیه از ورود ذرات معلق و مواد شیمیایی به فیلتر ممبران جلوگیری می کنند. کلر موجود در منابع آب شهری و ذرات معلق موجب خرابی غشا نیمه تراوا پلی آمید فیلتر ممبران می شوند. غشا فیلتر ممبران در برابر کلر تحمل بسیار پایینی دارد، ولی کلرامین را بهتر تحمل می کند. 

حذف کلر موجود در آب 

متداول ترین روش برای تجزیه و از بین بردن کلر، فیلتر کربن فعال می باشد. یکی از رایج ترین عامل های کاهنده بی سولفیت سدیم (NaHSO3) است. بی سولفیت سدیم با کلر آزاد واکنش می دهد و آن را به یون کلرید بی ضرر تبدیل می کند. در صورتی که سیستم های تزریق بی سولفیت و سولفیت سدیم از کار بیافتند و به سرعت نتوان آن ها را تعمیر کرد، غشا فیلتر ممبران خراب می شود. موارد زیر دلایل نقص کارکرد سیستم تزریق می باشد: 

•    تمام شدن محلول درون مخزن
•    قطع شدن برق متصل به پمپ
•    تنظیم پمپ تزریق به صورتی باشد، که مواد شیمیایی کافی برای کنترل کامل غلظت کلر فراهم نشود.
•    پالس پایینی تنظیم شود، به صورتی که ماده شیمیایی به اندازه کافی با آب مخلوط نشود.

دوز مناسب NaHSO3 باید هر زمان که دریچه ورودی RO باز شد، حتی اگر این باز شدن برای پر کردن RO و یا برای شستشوی آن قبل از خاموش شدن، باشد، تزریق شود. فاصله طول لوله بین نقطه تزریق و شیر ورودی RO نباید قابل توجه باشد، زیرا این فاصله در زمان خاموش شدن دستگاه  با انتشار کلر کاملا کلرینه می شود. نقطه تزریق NaHSO3 باید در بالادست شیر جداسازی ورودی قرار بگیرد. استفاده از فیلتر کربن فعال روش مطمئن تری برای تجزیه کلر می باشد. کربن فعال جذب سطحی بالایی دارد و به خوبی کلر و برخی از مواد آلی و فلزات سنگین را حذف می کند، ولی نمی تواند تمامی آلاینده های موجود در آب را حذف کند. 

کربن فعال ظرفیت بالایی برای حذف کلر دارد. تجزیه کلر توسط کربن فعال یک واکنش الکتروشیمیایی است. الکترون ها با اتم های کلر پیوند داده و یون های کلرید بی ضرر (CL) را تشکیل می دهد، که در آب باقی می مانند. در این واکنش اتم های اکسیژن که قبلا با اتم های کلر به عنوان اسید هیپوکلرو (HOCl) پیوند داشتند، به سطح کربن متصل می شوند. از آنجایی که کربن با اکسیژن محلول در آب نیز واکنش نشان می دهد، سطح کربن می تواند کاملاً اکسیژنه شود. بنابراین توانایی خود را برای حذف کلر اضافی از دست می دهد، اما به طور معمول با غلظت کلر ورودی کمتر از 1 میلی گرم در لیتر (میلی گرم در لیتر) چند سال کار می دهد. 

در صورت وجود آمونیاک در آب، کلر با آمونیاک پیوند داده و منوکلرامین (NH2Cl) یا دی کلرامین (NHCl2) را تشکیل می دهد. کلرامین ها از نظر شیمیایی واکنش پذیر نیستند و برای تجزیه به حجم کربن بیشتری نیاز دارند. کربن کاتالیز واکنش پذیری بیشتری با کلرامین ها دارد، ولی هزینه بیشتری برای شما به همراه دارد. در صورت استفاده از کربن کاتالیز نیازی به فیلترهای کربنی بزرگتر ندارید. فیلترهای کربنی نباید نشتی داشته باشند و با فشار هوا کافی هدایت شوند تا از رسیدن آب کلردار به فیلتر ممبران جلوگیری شود. 

تعمیر و نگهداری از فیلترهای کربن و پمپ های تزریق اهمیت زیادی دارد. برای جلوگیری از ورود ذرات بیولوژیکی به سیستم اسمز معکوس توصیه می شود، که کربن فعال سالانه یا بر اساس میزان پساب موجود در آب تعویض شود. تزریق بیش از حد سولفیت باعث افزایش تجزیه اکسیژن محلول در آب می شود. به این صورت محیط رشد باکتری ها فراهم می شود و سیستم اسمز معکوس آلوده می شود. با استفاده از سولفیت سدیم کمتر از 2 میلی گرم در لیتر می توان پتانسیل رشد باکتری ها را کاهش داد. تا زمانی که غلظت سولفیت بیشتر از صفر باشد و به خوبی با آب خوراک مخلوط شود، کلر آزاد وجود نخواهد داشت.

جلوگیری از تشکیل رسوب 

در آب معمولا مقداری نمک وجود دارد، که بیشتر از میزانی است که در آب حل شود و به همین دلیل رسوب تشکیل می شود. جلوگیری از تشکیل رسوب کار پیچیده ای نیست، مگر اینکه منبع آب دارای غلظت بالای غیر معمول از نمک باشد، یا اینکه RO با بازیابی نفوذ غیرمعمول بالا کار کند. با تزریق اسید یا ضد رسوب شیمیایی از تشکیل رسوب جلوگیری می شود. معمولاً کم‌هزینه‌ترین روش، بازدارنده رسوب می باشد. ضد رسوب سرعت رشد کریستال‌های نمک در زمانی که حلالیت آن‌ها زیاد می شود، را کاهش می‌دهد.

تزریق اسید از تشکیل رسوب کربنات کلسیم جلوگیری می کند، اما منجر به غلظت بسیار بالای CO2 می شود، که توسط سیستم RO حذف نمی شود و باید در فرآیندهای تبادل یونی حذف شود. تزریق اسید به تنهایی محافظت زیادی در برابر تشکیل سولفات یا رسوب های خاص دیگر ارائه نمی دهد. سختی گیر چندین مزیت دارد، اما دارای هزینه های مالی و عملیاتی بالایی می باشد، مگر اینکه غلظت های پایینی از سختی کلسیم و منیزیم در آب وجود داشته باشد. سختی گیر همچنین سایر یون های بالقوه تشکیل دهنده رسوب مانند استرانسیم و باریم و فلزاتی را که سیستم RO را آلوده می کنند، مانند آهن، منگنز و آلومینیوم را حذف می کند. اما رزین سختی گیر نیز با فلزات آلوده شده و نیاز به عملیات شیمیایی دوره ای دارد.

تامین کنندگان مواد شیمیایی ضد رسوب اغلب از برنامه های نرم افزاری برای تخمین پتانسیل تشکیل رسوب استفاده می کنند. این برنامه‌ها غلظت نمک‌های موجود در جریان کنسانتره RO و همچنین pH آن را پیش‌بینی می‌کنند تا تعیین کنند، چه مقدار ماده شیمیایی ضد رسوب مورد نیاز است. آب گرم همانطور که ph آب را تغییر می دهد، حلالیت سیلیس را نیز بهبود می بخشد. افزایش pH یک استراتژی رایج است، اگرچه آب باید ابتدا آب باید ابتدا سختی گیری شود تا زمانی که یک ماده شیمیایی سوز آور برای افزایش PH تزریق می شود از تشکیل رسوب سخت جلوگیری کند.  آب باید ابتدا سختی گیری شود تا زمانی که یک ماده شیمیایی سوز آور برای افزایش PH تزریق می شود از تشکیل رسوب سخت جلوگیری کند. 

هنگام استفاده از یک بازدارنده رسوب، شستشوی سیستم اسمز معکوس در زمان خاموش بودن آن بسیار مهم است، زیرا نمک های محلول در زمان خاموش بودن RO افزایش می یابند. در غیر این صورت، ذرات رسوب رشد می کنند و در طول خاموش شدن به سطوح غشاء می چسبند. این فرآیند شستشو باید خودکار باشد و اغلب با آب ورودی کم فشار انجام می شود. فشار کم، جذب اسمز معکوس را کاهش می دهد، به این صورت غلظت نمک های محلول افزایش پیدا می کنند. در صورتی که بتوان آب مخزن را به سیستم RO بازگرداند، شستشو فیلتر ممبران با آب تصفیه شده تحت فشار راه حل بهتری است. آب تصفیه شده بیوستاتیک است و استفاده از آن باعث کاهش تشکیل جامدات بیولوژیکی داخل اسمز معکوس در حال خاموش شدن، می شود.

فولینگ فیلتر ممبران 

در صورتی که فیلتر ممبران را بتوان به خوبی تمیز کرد، عمر فیلتر کاهش پیدا نمی کند، ولی اگر رسوب فیلتر ممبران را اشباع کند و نتوان آن را تمیز کرد، فیلتر عملکرد خود را از دست می دهد. معمولا یک هوزینگ در ابتدای سیستم اسمز معکوس نصب می شود. این هوزینگ دارای فیلترهای کارتریجی با قطر 2.5 اینچ می باشد و اندازه منافظ آن ها متفاوت است و ذرات با اندازه های مختلفی را حذف می کند. برخی از آن ها تنها از فیلتر ممبران در برابر ذرات بزرگی که ممکن است در کانال های جریان غشایی گیر کنند، یا به پمپ آسیب بزنند،  محافظت می کنند. این نوع فیلتر قیمت مناسبی دارند و هفته ها طول می کشد که به دلیل افت فشار، مجبور به تعویض آن شوید. فیلترهایی که منافذ کوچکتری دارند، مقدار بیشتری از فلزات معلق موجود در آب را حذف می کنند. این فیلترها قیمت بالاتری دارند، ولی غلظت ذرات معلق موجود در آب کاهش پیدا می کند و فیلترهای بعدی از جمله فیلتر ممبران طول عمر بیشتری خواهند داشت، به این صورت از نظر اقتصادی به صرفه تر می باشد.  

جامدات معلق موجود در آب را به طور موثری می توان با فیلتر شنی و کربنی کاهش داد. نصب این فیلتر در سیستم های تصفیه آب اسمز معکوس از ایجاد رسوب جلوگیری می کند. این نوع فیلتر دارای گرانول هایی با نوع و اندازه های مختلف شن، سنگ خرد شده با آنتراسیت (شکل سخت زغال سنگ) می باشد. این فیلتر می تواند بیشتر جامدات معلق موجود در آب را حذف کند، اگر:

•    اندازه آن برای سرعت جریان رو به پایین نزدیک به 2 فوت در ثانیه است.
•   یک سیستم جانبی جمع‌آوری پایین‌تری دارد که برای به دست آوردن توزیع جریان یکنواخت در میان فیلترها و مواد داخل آنها زمانی که فیلتر با سرعت جریان پایین کار می‌کند، طراحی شده است، در حالی که اجازه می‌دهد نرخ جریان معکوس کافی برای انبساط 40٪ بستر وارد شود.
•    فیلتر قبل از ریزش ذرات کوچکتر/ریز حذف شده قبلی شستشوی معکوس می‌شود، که ممکن است قبل از ایجاد افت فشار قابل ملاحظه فیلتر رخ دهد.
•    بعد از بک واش فیلتر در حالت عادی عملکرد و شستشو با نرخ جریان سرویس قرار می گیرد، تا زمانی که کیفیت قابل قبول آب خروجی ( مثل غلظت آهن، کدورت و SDI )  برآورده شود.

نکات قبلی همه الزامات طراحی فیلتر را ارائه نمی کنند، اما به این دلیل انتخاب شدند که این دستورالعمل های خاص اغلب رعایت نمی شوند (بیشتر به این دلیل که هزینه فیلتر را افزایش می دهند). برخی از منابع آب ممکن است حاوی غلظت غیرمعمول بالایی از ذرات ریز باشند. در این موارد، ممکن است، نیاز به ارسال آب از طریق مخازن واکنش بزرگ (در این مخازن آب در معرض مواد منعقد کننده قرار می گیرند) باشد، تا به ذرات زمان بیشتری برای انعقاد و تبدیل شدن به ذرات بزرگتر داده شود و به راحتی فیلتر شوند.

در برخی موارد یک منعقد کننده شیمیایی معدنی (از پلیمر کاتیونی استفاده نمی شود) به آب ورودی به مخزن اضافه می شود تا فرآیند انعقاد را سرعت بخشد. ماده منعقد کننده در صورتی مؤثرتر است، که ابتدا به خوبی با مواد جامد معلق مخلوط شود. اگر فلزات محلول (مانند آهن یا منگنز) در منبع آب وجود داشته باشد، درصدی از آن در تماس با هوای اتمسفر در مخزن اکسید می شود، اگرچه این درصد معمولاً کم است. یک اکسید کننده شیمیایی مانند کلر را می توان به آب اضافه کرد تا فلزات را قبل از انعقاد به اکسیدهای نامحلول (در واقع به هیدروکسیدهای آن ها در صورت وجود در آب) تبدیل کند.

فیلتراسیون ممبران 

فیلتراسیون ممبران در کاربردهای مختلف از جمله پیش تصفیه برای سیستم های RO رایج تر می باشد. آب خروجی از این فیلترها، غلظت کمتری دارد و جایگزین خوبی برای فیلترهای پیش تصفیه و چند رسانه ای جهت شفاف کردن آب و به حداقل رساندن رسوبات می باشند. رایج ترین ساختار، فناوری فیبر توخالی (UF) است. فیلتر اولترافیلتراسیون یک پلیمر توخالی با حفره های ریز می باشد. در این فیلتر آب ورودی از قسمت بیرونی الیاف عبور کرده و از دیواره فیبر و حفره های داخل آن می گذرد.

 به دلیل فشردگی الیاف، جریان در اطراف آن یکنواخت نمی باشد. با عبور آب از فیلتر، ذرات معلق بر روی سطح فیلتر باقی می مانند. بنابراین آب پساب وجود ندارد. این سیستم ها با عملکرد 100 درصد کار می کنند و تنها بکواش موجب بازیابی 90 تا 95 درصدی می شود. فیلترهای با فیبر بزرگتر دارای جریان داخل به بیرون می باشند. فیبرهای با قطر بیشتر دیرتر اشباع می شوند، در حالی که فیبرهای نازک تر قیمت مناسب تری دارند. 

اندازه فیلترهای ممبران باید به صورتی باشد که اختلاف فشار فیبر (فشار گذر غشا TMP) را پایین نگه دارد، تا از فشرده شدن مواد جامد در منافذ فیبر جلوگیری شود و پتانسیل شکست غشا را کاهش دهد. این ممکن است به معنی تعیین اندازه فیبر برای نرخ شار فیلتراسیون 30 گالن بر فوت مربع در روز یا کمتر باشد. ممبران های UF با استفاده از آب تصفیه شده با فرکانس تقریباً هر 30 دقیقه یک بار شستشوی معکوس می شوند تا مواد جامد فشرده نشوند و از ورود ذرات به منافذ و ساختار زیرسطحی جلوگیری شود. برخی از تولید کنندگان از هوای فشرده برای آزاد کردن مواد جامد استفاده می کنند، به این صورت از حجم بکواش کاسته می شود. شستشوی معکوس به تنهایی ممکن است به طور کامل TMP اصلی را بازیابی نکند و نیاز به شستشوی معکوس شیمیایی باشد. اگر این عمل نتواند عملکرد اصلی را بازیابی کند، به شستشوی گردشی برای مدت زمان طولانی نیاز می باشد.

اولویت های پیش تصفیه 

برای حذف کلر موجود در آب، جلوگیری از ایجاد رسوب و کاهش طول عمر فیلترهای ممبران اسمز معکوس فیلترهای پیش تصفیه به عنوان حفاظ عمل می کنند. به عنوان مثال، یک ابزار اندازه گیری کاهش اکسیداسیون (ORP) می تواند به طور مداوم آب ورودی RO را برای وجود غلظت بیش از حد هر اکساینده مانند کلر کنترل کند. می توان آن را با یک سیستم هشدار هماهنگ کرد، تا در صورتی که مقدار ORP اندازه گیری شده برای یک دوره زمانی قابل توجه بالا بود دستگاه RO خاموش شود.

هنگام استفاده از سیستم های تزریق مواد شیمیایی، فیلتر ممبران اسمز معکوس در برابر تزریق بیش از حد و تزریق نکردن مواد شیمیایی محافظت شود. قرار دادن شیرهای جداسازی خودکار روی خطوط تزریق مواد شیمیایی که درست قبل از نقاط تزریق آنها به خطوط آب قرار دارند، از تخلیه مواد شیمیایی در حین خاموش شدن RO جلوگیری می کند. این اغلب زمانی اتفاق می‌افتد که هوای تراکم‌پذیر (که به معنای غیر قابل تراکم پذیری است) در طول زمان در خطوط تزریق جمع می‌شود. محرک‌های شیر باید طوری برنامه‌ریزی شوند که در طول فرآیند خاموش شدن RO قبل از کاهش فشار آب و با توقف پمپ تزریق مربوطه بسته شوند.

عملکرد یک سنسور جریان شیمیایی واقع در هر خط تزریق مواد شیمیایی را می توان با زنگ هشدار و خاموش کردن RO هماهنگ کرد. این ویژگی می‌تواند در برابر برنامه‌ریزی معیوب که منجر به تزریق ناچیز مواد شیمیایی می‌شود، محافظت کند، در حالی که از خرابی پمپ تزریق یا عدم تکمیل مجدد ماده شیمیایی تزریقی نیز محافظت می‌کند.

در حالی که عملکرد 100٪ صحیح سیستم های تخریب کلر و ضد رسوب برای موفقیت سیستم RO بسیار مهم است، ممکن است حذف 100٪ مواد جامد معلق از آب ورودی RO عملی نباشد. سپس این موضوع مطرح می شود، که آیا لازم است سرمایه گذاری بیشتری در فیلترهای پیش تصفیه یا سیستم اولترافیلتراسیون شود و یا برای هزینه عملیاتی بیشتری برای تمیز کردن فیلتر ممبران برنامه ریزی شود. در صورتی که سیستم RO به خوبی تمیز شود، عمر فیلتر ممبران کاهش پیدا نمی کند. 

وبسایت تصفیه آب آبین عرضه کننده انواع دستگاه های تصفیه آب صنعتی می باشد، برای دریافت اطلاعات بیشتر و مشاوره می توانید با شماره های موجود در وبسایت تماس گرفته و به صورت رایگان با متخصصان تیم ما در ارتباط باشید.