آب و تصفیه آب در صنعت

آب مایه حیات است

آب آبادانی ، شادابی و طراوت می آفریند.

آب در زلال بی بدیل خود سیراب گر تشنه دلان می شود.

آب عجیب ترین پدیده های عالم خلقت است .

آب از هیدروژن و اکسیژن تشکیل شده است . هر دو عنصر در شرایط معمولی گاز هستند . هیدروژن می سوزد و اکسیژن میسوزاند. در حالیکه آب برای خاموش کردن آتش به کار میرود.

امروزه علاوه بر نقش های آب در چرخه حیات طبیعی و انسانی ، از آب بعنوان اصلی ترین منبع انرژی پس از سوختهای فسیلی یاد می شود . دهه های اولیه قرن بیست و یکم میلادی بحران آب مهمترین بحران بسیاری از کشورهای جهان خواهد بود . منابع مطلوب آب برای مصارف صنعتی و انسانی بشدت رو به کاهش گذاشته است . در نتیجه هزینه استحصال آب مطلوب از منابع شور و نیمه شور (نظیر آب اقیانوسها و دریاها ) قیمت تمام شده آب ، انرژی برق آبی و بخار آب را چندین برابر خواهد نمود.

آب در نقش کاربرد صنعتی بیش از مصرف ، جنبه مبادله دارد. آب به دلیل ظرفیت تراکم گرمائی بالا جهان را در مقابل تغییرات ناگهانی و شدید گرما و سرما حفظ می نماید.

آب مهمترین و اصلی ترین حلال طبیعت می باشد . تقریباً تمام مواد هرچند به میزان کم در آب قابل حل هستند.

تقریباً هیچگاه در حالت طبیعی آب خالص (H2O) یافت نمیشود . ناخالصیهای آب با توجه به بستر آن متفاوت است . آب دریا و اقیانوس ناخالصترین نمونه های آب طبیعی می باشند. آب دریا محلول پیچیده ای است که تمام عنصر شیمیائی شناخته شده حداقل در حد نشانه های (Trace) در آن وجود دارد. سایر منابع آب (رودخانه ای یا زیرزمینی) مقادیر کمتری از ناخالصیها را دارا هستند.

مصارف آب در صنعت به شرح ذیل می باشد:

1- برجهای خنک کننده و سایر فرآیندهای سرد سازی محصولات میانی یا اصلی در واحدهای مختلف صنعتی

2- تولید بخار و سیستم های توربینی تولید برق با نیرو محرکه بخار

3- مصرف در پروسس و فرآیند واحدهای صنعتی ( نظیر کراکینگ در حضور بخار آب )

4- مصارف آتش نشانی ، آشامیدنی ، غذائی و بهداشتی

اصلی ترین خواص آب (خواص فیزیکی و شیمیایی) که جهت سنجش کیفیت یک نمونه آب صنعتی مورد اندازه گیری قرار میگیرد ، بشرح زیر است :

1- درجه حرارت

2- هدایت الکتریکی

3- رنگ و مزه

4- کدورت (Turbidity)

5- مواد محلول T.D.S

6- pH یا قدرت اسیدیته
آلاینده های موجود در آب شامل سه گروه عمده مواد معلق ، مواد محلول و آلودگیهای آلی و بیولوژیک می باشد. هنگامی که سخن از تصفیه کامل آب است ، باید هر سه نوع آلاینده ها از آب حذف شوند . حال ابتدا به بیان مشکلات ناشی از عدم تصفیه یا تصفیه ناقص آبهای مورد استفاده در صنایع مختلف اشاره شده و بدنبال آن به اهداف تصفیه آب در صنعت و روشهای انجام آن پرداخته می شود:

1-    تولید را متوقف میکند .

2-    کیفیت محصول تولیدی را کاهش می دهد.

3-    بازده یا سود سالیانه تولید را کاهش می دهد.

4-    انتقال حرارت را شدیداً کاهش میدهد .

5-    نرخ جریان عبور آب را کاهش میدهد.

6-     سبب آسیب دیدگی تجهیزات واحد تصفیه آب می گردد.

7-    خوردگی و ترسیب به شدت زیاد میشود.

1-    کنترل خوردگی و از بین رفتن مواد در اثر اکسید شدن

2-    کنترل رسوب گذاری و جلوگیری از فوق اشباع شدن نمکها در آب

3-    کنترل رشد مواد بیولوژیک و باکتریهای هوازی و غیر هوازی

خوردگی :

معمولترین روش جلوگیری از خوردگی تنظیم pH  ، گاززدائی و تزریق مواد شیمیایی است.

رسوب گذاری :

تنظیم pH ، تنظیم غلظت نمکهای محلول در آب یا بخار و استفاده از مواد بازدارنده از ترسیب ، روشهای عمده جلوگیری از تشکیل رسوب هستند .

مواد آلی و بیولوژیک :

مواد آلی شامل اسید کربنیک ، اسید سیتریک ، اسید فولولیک و اسید مواد ارگانیک شامل باکتریها ، گیاهان آبزی و جلبکها می باشد. جلبکها بر خلاف دو گروه دیگر تولید کننده اکسیژن می باشند.

برای جلوگیری از رشت مواد آلی و بیولوژیک از بایوسایدهای اکسید کننده و غیر اکسیدکننده استفاده میشود . مقدماتی ترین مرحله تصفیه آب ها یا پساب ها حذف عواملی است که باعث کدریت آب می شوند. این کار با جداسازی مواد معلق صورت میگیرد . معیار سنجش میزان کدریت آب Turbidity یا کدورت سنجی می باشد.

1-    صاف کردن (bar screen)

2-    ته نشینی در حوضچه های ته نشینی اولیه (Sedimentation)

3-    جداسازی با نیروی سانتریفوژ

4-    فیلتراسیون

5-    انعقاد coagulation

6-     لخته سازی Flocculation

7-    جداسازی مغناطیسی

8-    ترکیبی از روشهای بالا معمولترین روشی است که شفاف سازی یا clarification نامیده میشود.
 

ذرات درشتر از 5 میلی متر را می توان غربال نمود.

ذرات با دانسیته بزرگتر از 1gr/cm2  و ابعاد درشتر از 0.5mm ته نشین می شوند . طبق قانون استک (Stokes low) : ته نشینی ذره متناسب با اندازه ذره و تفاوت جرم حجمی ذره و سیال است و نسبت عکس با ویسکوزیته سیال دارد. معمولاً ته نشینی به تنهایی یک روش مطلوب تصفیه نمی باشد.

جداسازی سانتریفوژ شبیه ته نشینی است ، با این تفاوت که از نیروی سانتریفوژ برای جداسازی استفاده می شود و ذرات ریزتری را جدا می کند .

فیلتراسیون برای جداسازی همه ذرات تا ابعاد 0.01mm استفاده می شود .

مواد معلق بسیار ریز شامل ذرات ریز لجن ، باکتری و خاک می باشد.

جنس بستر فیلترها از انواع گرانول و شن ، آنتراسیت و اکتیو کربن است . دو فیلتراسیون کدریت آب را تا حد 1 NTU می رساند.

انعقاد یا Coagulation ماهیت الکترو استاتیکی دارد و لخته سازی یا Flocculation عمدتاً ماهیت مکانیکی دارد .

مرحله دوم تصفیه آب ها یا پساب ها (پس از حذف عوامل سازنده کدریت و شفافسازی آب ) گندزدائی آبها می باشد ، تا عوامل بیولوژیکی ، آلی و بیماری زای آب را حذف نمایند. شفافسازی و گندزدائی روشها و بخشهای مشترک تصفیه آبهای شهری و صنعتی می باشد.

مرحله سوم که معمولاً از روشهای تولید آب خالص و فوق خالص در صنعت تلقی می شود ، جداسازی مواد محلول یا یونهای موجود در آب از آن می باشد. منابع مواد محلول در آب عمدتاً از نمکهای خاک ، گازهای اتمسفر و مواد حاصل از رشد و نمو فعالیتهای بیولوژیکی است . عموماً روشهای پیشرفته در تصفیه آب یا پساب ، جداسازی مواد محلول از منبع آب مورد تصفیه می باشد.

1- قلیائیت

2- سختی (کلسیم و منیزیم )

3- نرمی (سدیم و پتاسیم )

4- کلراید

5- سولفات

6- فلوراید

7- فسفات

8- فسفنات

9- نیتروژن

10- دی اکسید کربن

11- آمونیاک

12- هیدروژن سولفوره

13- متان

14-کربن آلی

15- روغن و گریس

16- شوینده ها

17- تری هالومتان ها

18- کلی فرم مدفوعی

19- اکسیژن

20- سیلیس

21-  نیترات

در شرایط نرمال معمولاً مواد دیگری به صورت محلول در آب دیده نمی شوند . البته برخی از نواحی خاص نظیر محل های دفن مواد رادیو اکتیو آبهای آنها یونهای رادیو اکتیو و در پاره ای منابع آب زیر زمینی که نزدیک به سیستم های فاضلاب هستند ، باکتری ها و میکرو ارگانیسم های دیگری نیز به چشم می خورند .

1- آهک زنی سرد و گرم

2- نرم کننده ها (زئولیت های مدار سدیمی )

3- بسترهای تبادل یونی کاتیونی و آنیونی

4- اسمز معکوس

5- الکترودیالیز

6- اولترافیلتراسیون

7- تقطیر یا تبخیر

به ردیف های 4 ، 5، 6 اصطلاحاً روش های غشایی گویند.

منبع: www.desalco.net