اهمیت پیش تصفیه در تصفیه آب صنعتی چیست؟

سیستم های تصفیه آب به روش اسمز معکوس (RO) و نانو فیلتراسیون (NF)، مدتها است که برای نمک زدایی، سختی گیری و تصفیه آب از آلاینده ها و ناخالصی ها مورد استفاده قرار می گیرند. با توجه به کاهش منابع آبهای تمیز و با کیفیت در دنیا، استفاده از این سیستم ها برای تصفیه آبهای سطحی، آبهای زیرزمینی و پساب برای بکارگیری آنها در مصارف مختلف شرب و صنعتی، روز به روز در حال گسترش است. منابع آب اشاره شده، معمولاً دارای میزان بالایی از مواد آلاینده، مواد آلی و ذرات معلق هستند که با ممبرانهای اسمز معکوس و نانوفیلتراسیون سازگاری ندارند. ممبرانهای اسمز معکوس و نانو فیلتراسیون، برای حذف نمک و یونهای محلول در آب، طراحی و ساخته شده اند و نه ذرات معلق موجود در آب. بنابراین، وجود یک بخش “پیش تصفیه” (Pre-treatment) مناسب در این سیستمها، باعث افزایش عمر مفید سیستم و کاهش هزینه های عملیاتی قابل توجه در آنها خواهد شد.

حوزه طراحی سیستم پیش تصفیه اسمز معکوس، بدلیل پیچیدگی و تنوع موارد آن مانند ذرات جامد معلق، نرخ رسوب گذاری و تأثیر کیفیت آب خوراک بر روی عمر و استهلاک ممبرانها، جزو مباحثی است که همواره مد نظر مهندسین و سازندگان این رشته قرار داشته و دارد.

سیستم پیش تصفیه آب چیست

سیستم پیش تصفیه به سیستمی گفته میشود که توسط دستگاه‌ تصفیه آب دیگری در کنار دستگاه اصلی انجام می‌گیرد. این دستگاه‌ها آب را که هنوز برای تصفیه نیاز به پاکسازی بیشتر دارد، تصفیه می‌کنند و از طریق فیلترهای جذب قوی عناصر خطرناک و املاح نامطلوب آب را به خود میگیرند. این فیلترها از جنس الیاف گیاهی مخصوص هستند که از قدرت جاذبه بالایی برخوردارند. این سیستم ها دارای اهمیت بالایی است.

اهمیت استفاده از این سیستم ها :

با یک مثال ساده به اهمیت بالای این سیستم ها را به شما خواهیم گفت. برای مقال در تصفیه آب شهری در تصفیه خانه ها برای حداقل بودن عملیات تصفیه آب در سازمان‌های تصفیه شهری، عامل دیگری وجود دارد که منجر به آلودگی آب می‌شود و آن فرسودگی شبکه‌ی آبرسانی شهری است. لوله‌های فلزی معمولاً پیش از مدتی دچار رسوبات میشود و در انتها تمامی لوله های شهری دچار هزینه های بالایی میشوند. از این رو اگر پیش از ورود آب به این لوله ها از سیستم های پیش تصفیه برای گرفتن سختی آب استفاده شود از این مشکلات پیش گیری میشود.

در موارد دیگر نیز پس از طی مدتی از فعالیت تاسیسات صنعتی و فرآیند انتقال آب، املاح موجود در آن موجب رسوب ‌گذاری در لوله و اتصالات خواهد شد. این امر موجب شده تا استفاده از پیش تصفیه آب صنعتی و تصفیه آب صنعتی در تاسیسات بسیار لازم و ضروری میباشد. به طور کلی یکی از اهمیت های مهم استفاده از این سیستم ها کاهش رسوب در سیستم آبرسانی است.

یکی دیگر از موارد اهمیت استفاده از این سیستم ها پیش از ورود آب به دستگاه آب شیرین کن نمک ها هستند. به دلیل وجود نمک‌های محلول در آب ورودی به سیستم تصفیه آب صنعتی، محل‌ های عبور آب از غشا دچار گرفتگی و به اصطلاح انسداد می شود. از مواد شیمیایی مهم در تصفیه آب صنعتی ro آنتی اسکالانت anti-scalant است.

دستگاه تصفیه آب صنعتی با بهره بردن از تکنولوژی اسمز معکوس بهترین نوع فیلتر و تصفیه آب ro محسوب می گردد. برای مانع شدن از ته نشین شدن املاح و رسوب املاح بر روی سیستم آب ورودی باید تصفیه آب صنعتی ro از طریق تزریق میزان دوز متناسبی از آنتی اسکالانت تنظیم شود. عدم بهره بردن از این ماده حیاتی سبب آسیب جدی به دستگاه تصفیه آب صنعتی شده و باعث کاهش شدت جریان آب خروجی و همچنین بالا رفتن TDS آب خواهد شد.

پیش تصفیه آب مناسب سیستم اسمزمعکوس 

برای سیستم های اسمزمعکوس کاهش سختی آب با استفاده از آنتی اسکالانت به عنوان یکی از انواع مواد شیمیایی، برای جلوگیری از ماندگاری رسوب‌ در تصفیه آب ro استفاده می شود. این روش از شیوه ‌های متداول و مطمئن کاهش و حذف سختی آب جهت تصفیه آب است. این روش نسبت به سایر روش‌ها است که در مقیاس صنعتی اجرا شده، جدیدتر بوده و در مقیاس خانگی نیز استفاده می ‌شود. پیش تصفیه آب صنعتی در این روش به این ترتیب است که با عبور آب از داخل فیلتر ممبران تمامی املاح و ناخالصی ها جدا می ‌شود.

ضرورت پیش تصفیه آب صنعتی

عملیات پیش تصفیه آب صنعتی برای محافظت از ممبران‌های اسمز معکوس در برابر گرفتگی (Fouling) و در نیتجه افزایش عملکرد و عمر مفید ممبران‌ها ضروری است. یک غشای RO از ساختار متخلخلی ساخته شده است که به ملکول‌های آب اجازه عبور می دهد، اما تا ۹۹ درصد ناخالصی‌های موجود، نظیر جامدات حل شده در آب، را روی سطح خود نگه می‌دارد. ترکیباتی که اجازه عبور از غشا را پیدا نمی‌کنند می‌توانند روی سطح ممبران‌ رسوب کرده و باعث تشکیل لایه‌های فولینگ شوند، که در نهایت باعث افت تولید در سیستم تصفیه آب صنعتی RO می‌شود.

مشکلات ناشی از انتخاب نامناسب پیش‌تصفیه آب شیرین کن

برای درک اهمیت انتخاب صحیح سیستم پیش‌تصفیه یک دستگاه تصفیه آب اسمز معکوس لازم است مشکلاتی را که در غیاب و یا انتخاب ناصحیح سیستم پیش‌تصفیه به وجود می‌آید، بررسی کنیم. در ادامه مهم‌ترین این مشکلات بیان شده است.

رسوب‌گیری فیلتر ممبران

رسوب‌گیری در اثر تجمع آلودگی‌ها بر روی سطح ممبران به وجود می‌آید که رفته‌رفته موجب بسته شدن مسیر آب عبوری از فیلتر ممبران می‌شود. با توجه به منشأ ورود آب به یک آب شیرین کن، آب ورودی می‌تواند محتویات مختلفی داشته باشد که بسیاری از آنها با چشم قابل روئیت نبوده و حتی ممکن است برای سلامتی انسان نیز خطرساز نباشند؛ اما حجم این محتویات در آب به‌قدری بالاست که می‌توانند به‌سرعت سبب ایجاد رسوب بر روی ممبران شده و حتی باعث بسته شدن مسیر عبور آب شوند. ایجاد رسوب روی سطح ممبران موجب افت شدید فشار در طول فرآیند تصفیه آب شده و میزان آب تصفیه‌شده خروجی را کاهش می‌دهد. وقوع این مسائل در یک دستگاه تصفیه آب اسمز معکوس به معنی افزایش شدید هزینه‌های عملیاتی ناشی از شست‌وشو و یا تعویض ممبران‌ها است. حتی با وجود استفاده از پیش‌تصفیه مناسب، ایجاد رسوب بر روی سطح فیلتر ممبران یک امر طبیعی است؛ اما پیش‌تصفیه مناسب می‌تواند سرعت تشکیل رسوب را بسیار کاهش داده و هزینه‌های عملیاتی فرآیند اسمز معکوس را به حداقل برساند.

ایجاد رسوب روی سطح ممبران می‌تواند ناشی از عوامل زیر باشد:

1. ذرات معلق یا کلوئیدی (مانند گل‌ولای و …)
2. مواد آلی (مانند هومیک و فولیک اسید)
3. میکروارگانیسم‌ها (مانند باکتری‌ها، ویروس‌ها و …). رسوب ناشی از باکتری‌ها یک مشکل اساسی در سیستم‌های تصفیه آب اسمز معکوس محسوب می‌شود و دلیل آن این است که ممبران‌های امروزی توان مقاومت در برابر مواد گندزدا مانند کلر را ندارند و بنابراین باکتری‌ها می‌توانند به‌راحتی روی سطح فیلتر ممبران اسمز معکوس رسوب تشکیل دهند. در اثر حضور باکتری‌ها روی سطح فیلتر ممبران بایوفیلم تشکیل شده که موجب افت شدید عملکرد فیلتر ممبران در دستگاه آب شیرین کن می‌شود.
4. ایجاد شکاف در فیلترهای پیش‌تصفیه بالادستی فیلتر ممبران نظیر فیلتر کربن اکتیو و یا سیستم سختی‌گیر آب که باعث انباشته شدن مواد تشکیل‌دهنده این فیلترها روی سطح ممبران شده و رسوب ایجاد می‌کند.

به کمک آزمایش کیفیت آب ورودی و اطلاع از خواص فیزیکی، شیمیایی و میکروبی آن می‌توان احتمال ایجاد رسوب بر روی فیلتر ممبران را به‌دقت بررسی کرد. برای جلوگیری از ایجاد رسوب معمولاً از تصفیه آب فیزیکی با روش‌هایی نظیر فیلترهای مالتی مدیا (MMF)، میکروفیلتراسیون (MF) و اولترافیلتراسیون (UF) استفاده می‌شود. در برخی موارد نیز تنها استفاده از فیلتر رسوب‌گیر الیافی کفایت می‌کند.

گرفتگی فیلتر ممبران

اگر غلظت برخی مواد معدنی محلول در آب از حد مجاز انحلال خود عبور کند، این مواد می‌توانند ته‌نشین شده و باعث گرفتگی ممبران شوند. گرفتگی ممبران سبب افزایش افت فشار در سیستم تصفیه آب اسمز معکوس، افزایش میزان عبور نمک از ممبران و همچنین کاهش دبی و کیفیت آب تصفیه‌شده خروجی از آب شیرین کن می‌شود. یکی از موادی که تمایل زیادی به ایجاد گرفتگی در ممبران دارد، کلسیم کربنات (CaCO₃) است.

تخریب ممبران در اثر تماس با مواد شیمیایی

ممبران‌های مرکب لایه‌نازک (TFC) امروزی در برابر کلر و کلرآمین‌ها مقاوم نیستند. مواد اکسنده‌ای نظیر کلر می‌توانند بر روی حفرات ممبران اسمز معکوس تأثیر گذاشته و آسیب‌های جبران‌ناپذیری به آن وارد کنند. نتیجه حاصل از برخورد این مواد به سطح فیلتر ممبران، میزان عبور نمک بیشتر (کاهش کیفیت آب تصفیه‌شده خروجی) خواهد بود. بنابراین باید از برخورد این مواد با سطح فیلتر ممبران جلوگیری نمود که این کار البته از سویی سبب رشد و ایجاد بایوفیلم روی سطح ممبران می‌شود.

تخریب فیزیکی فیلتر ممبران

بخشی از پیش‌تصفیه یک دستگاه تصفیه آب اسمز معکوس از لوله‌کشی‌ها، اتصالات و تجهیزات کنترلی تشکیل می‌شود. اگر سیستم تصفیه آب به‌درستی راه‌اندازی نشود می‌تواند سبب تخریب فیزیکی ممبران شود. این اتفاق در صورت وجود فشار بیش‌ازاندازه پشت ممبران‌ها نیز اتفاق می‌افتد. برای جلوگیری از بروز این اتفاقات، استفاده از تجهیزاتی نظیر شیرهای کنترلی، شیرهای فشارشکن و … در یک سیستم آب شیرین کن ضروری است.

حال که با مشکلات ناشی از عدم وجود یا انتخاب نامناسب سیستم پیش‌تصفیه آشنا شدیم، اهمیت وجود و انتخاب صحیح این سیستم به وضوح روشن می‌شود.