سیستم تصفیه آب نیمه صنعتی به چه صورت کار می کند؟

سیستم تصفیه آب نیمه صنعتی برای مجموعه هایی طراحی شده است که به حجم قابل توجهی آب تصفیه شده نیاز دارند، اما مصرف آنها در مقیاس یک واحد صنعتی بزرگ نیست. این سیستم ها معمولا با استفاده از فرآیند اسمز معکوس (RO)، املاح محلول، ذرات معلق و بخش قابل توجهی از آلاینده های موجود در آب را کاهش می دهند. ظرفیت دستگاه، کیفیت آب ورودی و میزان مصرف روزانه از مهم ترین عواملی هستند که در انتخاب و عملکرد این تجهیزات تاثیر دارند. به همین دلیل، شناخت نحوه کار و اجزای اصلی پیش از انتخاب دستگاه تصفیه آب نیمه صنعتی می تواند از خرید نامتناسب با نیاز مجموعه جلوگیری کند. در ادامه به بررسی کامل نحوه عملکرد این دستگاه می پردازیم:

چرا پیش تصفیه در دستگاه RO اهمیت دارد؟

ممبران RO بخش اصلی سیستم است اما نباید آب خام بدون آماده سازی مناسب مستقیماً وارد ممبران شود. وجود ذرات معلق، کلر، مواد آلی، سختی بالا یا شرایط نامناسب شیمیایی می تواند باعث افت دبی، افزایش فشار مورد نیاز و کاهش عمر ممبران شود.

به همین دلیل سیستم های RO معمولاً از بخش پیش تصفیه، بخش غشایی و در صورت نیاز بخش پس تصفیه تشکیل می شوند. راهنمای فنی DuPont نیز ساختار کامل سیستم RO/NF را شامل Pretreatment، فرآیند ممبران و Post-treatment معرفی می کند.

یک آرایش متداول برای سیستم نیمه صنعتی می تواند شامل موارد زیر باشد:

فیلتر شنی → فیلتر کربنی → فیلتر میکرونی → پمپ فشار قوی → ممبران RO → مخزن آب تصفیه شده

البته این ترتیب برای همه منابع آب یکسان نیست و نوع پیش تصفیه باید بر اساس آنالیز آب انتخاب شود.

نحوه عملکرد دستگاه تصفیه آب نیمه صنعتی

طبق توضیحات آژانس حفاظت محیط زیست آمریکا (EPA)، اسمز معکوس یک فرآیند جداسازی غشایی است که در آن فشار بالا باعث عبور آب از غشای نیمه تراوا می شود، در حالی که بسیاری از مواد محلول و آلاینده ها در جریان تغلیظ شده باقی می مانند.

در طراحی یک دستگاه نیمه صنعتی، فقط ظرفیت اسمی دستگاه اهمیت ندارد. پارامترهایی مانند TDS آب ورودی، سختی، کدورت، دمای آب، فشار ورودی، دبی مورد نیاز، درصد بازیابی، نوع و تعداد ممبران و کیفیت مورد انتظار آب خروجی باید همزمان بررسی شوند. راهنمای فنی FilmTec شرکت DuPont نیز طراحی سیستم RO را وابسته به آنالیز آب، دما، فشار، Recovery و نوع ممبران می داند. برای بررسی شرکت های فعال در زمینه تصفیه آب در ایران محتوای سایت مذکور را مطالعه بفرمایید.

عملکرد یک سیستم تصفیه آب نیمه صنعتی معمولا بر پایه اسمز معکوس (RO) انجام می شود، اما پیش از رسیدن آب به ممبران، چند مرحله برای آماده سازی و حذف آلاینده های اولیه طی می شود. هدف این مراحل این است که هم کیفیت آب خروجی افزایش پیدا کند و هم از ورود ذرات و ترکیباتی که می توانند به ممبران آسیب بزنند جلوگیری شود. در ادامه، مسیر آب از زمان ورود به دستگاه تا تولید آب تصفیه شده را مرحله به مرحله بررسی می کنیم.

1. ورود آب و عبور از فیلترهای پیش تصفیه

در این مرحله آب تحت فشار از سطح ممبران عبور می کند. بخش زیادی از آب به عنوان Permeate از ممبران عبور کرده و بخش قابل توجهی از املاح در جریان Concentrate باقی می ماند.

برای مثال اگر آب ورودی دارای TDS برابر با 1000 mg/L باشد و ممبران در شرایط مورد نظر بتواند حدود 99 درصد دفع نمک ایجاد کند، مقدار تئوری TDS آب عبوری را می توان به صورت ساده محاسبه کرد:

TDS خروجی ≈ TDS ورودی × (1 - درصد حذف)

بنابراین:

1000 × (1 - 0.99) = 10 mg/L

یعنی در یک محاسبه ساده، TDS آب تصفیه شده حدود 10 mg/L خواهد بود.

البته این محاسبه برای برآورد اولیه است و TDS واقعی Permeate فقط از روی TDS ورودی و درصد حذف اسمی ممبران تعیین نمی شود. فشار، دما، Recovery، نوع نمک ها، شرایط ممبران و طراحی سیستم روی کیفیت نهایی آب اثر دارند. شرکت DuPont نیز مشخصات عملکرد ممبران را در شرایط مشخصی از TDS، فشار، دما، pH و Recovery اعلام می کند. برای نمونه، برخی المان های BWRO این شرکت در شرایط استاندارد آزمایشگاهی مشخص، درصد حذف نمک بالایی ارائه می کنند.

محاسبه دبی آب ورودی، آب تصفیه شده و پساب

یکی از مهم ترین محاسبات در طراحی دستگاه RO، Recovery یا درصد بازیابی آب است.

فرمول Recovery به شکل زیر است:

Recovery (%) = دبی آب تصفیه شده ÷ دبی آب ورودی × 100

بنابراین اگر دستگاهی به 2 مترمکعب آب تصفیه شده در روز نیاز داشته باشد و Recovery سیستم را به صورت فرضی 60 درصد در نظر بگیریم:

دبی آب ورودی = 2 ÷ 0.60

دبی آب ورودی = 3.33 m³/day

یعنی برای تولید 2 مترمکعب آب تصفیه شده، حدود 3.33 مترمکعب آب خام وارد سیستم می شود.

اکنون مقدار پساب را محاسبه می کنیم:

پساب = آب ورودی - آب تصفیه شده

پساب = 3.33 - 2

پساب ≈ 1.33 m³/day

2. حذف کلر و ترکیبات آلی با فیلتر کربن

پس از حذف ذرات معلق، آب از فیلتر کربن فعال عبور می کند. این مرحله بیشتر برای کاهش کلر آزاد، ترکیبات آلی، بو و طعم نامطلوب آب در نظر گرفته می شود. کنترل کلر در این بخش اهمیت ویژه ای دارد، زیرا تماس مداوم کلر با برخی ممبران های RO می تواند به ساختار آنها آسیب وارد کرده و عمر مفید ممبران را کاهش دهد.

3. افزایش فشار آب توسط پمپ

مقدار فشار مورد نیاز به عواملی مانند نوع ممبران، کیفیت و میزان املاح آب ورودی و ظرفیت دستگاه بستگی دارد. در صورت پایین بودن فشار، عملکرد ممبران و میزان تولید آب تصفیه شده کاهش پیدا می کند؛ به همین دلیل انتخاب پمپ متناسب با ظرفیت سیستم اهمیت زیادی دارد.

4. تصفیه اصلی در ممبران اسمز معکوس (RO)

در این فرآیند، بخشی از آب به عنوان آب تصفیه شده از ممبران عبور می کند و بخش دیگری که غلظت بالاتری از املاح و آلاینده ها دارد، به عنوان آب پساب از مسیر سیستم خارج می شود. میزان حذف آلاینده ها به کیفیت آب ورودی، نوع ممبران، فشار کاری و شرایط نگهداری دستگاه بستگی دارد.

تعداد ممبران نیز بر اساس ظرفیت مورد نیاز انتخاب می شود. برای مثال، در سیستم هایی با ظرفیت بالاتر مانند دستگاه تصفیه آب نیمه صنعتی 600 گالن، طراحی مجموعه ممبران و سایر تجهیزات باید متناسب با حجم تولید مورد انتظار انجام شود تا دستگاه بتواند در شرایط کاری مناسب، آب مورد نیاز مجموعه را تامین کند.

5. ذخیره آب تصفیه شده

نوع و ظرفیت مخزن به ظرفیت دستگاه، الگوی مصرف و فضای نصب بستگی دارد. بنابراین استفاده از مخزن مناسب می تواند در دسترسی پایدار به آب تصفیه شده نقش مهمی داشته باشد.

6. تصفیه نهایی و آماده سازی آب

در صورت نیاز، آب پس از ذخیره سازی از یک مرحله تصفیه نهایی نیز عبور می کند. این مرحله می تواند برای بهبود طعم و بوی آب یا تنظیم کیفیت آن متناسب با نوع مصرف مورد استفاده قرار گیرد. نوع فیلتر نهایی نیز باید بر اساس کاربرد آب و مشخصات سیستم انتخاب شود.

در نهایت، آب پس از طی این مراحل به نقطه مصرف منتقل می شود و آب دارای غلظت بالاتر املاح نیز از مسیر پساب خارج خواهد شد. به همین دلیل، عملکرد صحیح کل دستگاه تنها به ممبران وابسته نیست و هماهنگی میان پیش تصفیه، پمپ، ممبران، مخزن و تجهیزات کنترلی در کیفیت و راندمان نهایی سیستم تاثیر مستقیم دارد.

نحوه عملکرد تصفیه آب نیمه صنعتی (خلاصه و گام به گام)

در جدول زیر مراحل تصفیه ذکر شده در بالا را به صورت خلاصه و گام به گام مشاهده نمائید:

نکات مهم هنگام انتخاب سیستم تصفیه آب نیمه صنعتی

• ظرفیت دستگاه: متناسب با میزان مصرف روزانه و حجم آب مورد نیاز انتخاب شود.
• کیفیت آب ورودی: میزان املاح، سختی، کدورت و سایر آلاینده ها باید قبل از انتخاب دستگاه بررسی شود.
• تعداد و نوع ممبران: ممبران مناسب باید بر اساس ظرفیت و مشخصات آب ورودی انتخاب شود.
• قدرت پمپ: پمپ باید فشار مورد نیاز ممبران را به شکل پایدار تامین کند.
• مراحل پیش تصفیه: وجود فیلترهای مناسب برای محافظت از ممبران و افزایش عمر آن اهمیت دارد.
• کیفیت قطعات: استفاده از قطعات استاندارد می تواند روی عملکرد، دوام و هزینه های نگهداری دستگاه تاثیر مستقیم داشته باشد.
• شرایط نصب و نگهداری: فضای نصب، دسترسی به تجهیزات و امکان سرویس دوره ای نیز باید پیش از اجرای سیستم در نظر گرفته شود.