کاربرد سیلیس در تصفیه آب صنعتی چیست؟

در صنایع مختلف، کیفیت آب ورودی به فرآیندهای تولید از اهمیت حیاتی برخوردار است. وجود ذرات معلق، گل‌ولای، رسوبات و مواد آلی می‌تواند باعث افت راندمان سیستم‌ها، خرابی تجهیزات و کاهش کیفیت محصول نهایی شود. یکی از مؤثرترین و در عین حال ساده‌ترین روش‌های حذف این ناخالصی‌ها، استفاده از فیلترهای شنی حاوی سیلیس است.

سیلیس (Silica) یا دی‌اکسید سیلیکون (SiO₂)، ماده‌ای معدنی با خاصیت فیزیکی ویژه است که در صنایع تصفیه آب به عنوان بستر فیلتراسیون (Filter Media) نقش کلیدی ایفا می‌کند.
شرکت آوین گستر البرز به عنوان یکی از فعالان برجسته در طراحی و اجرای سیستم‌های تصفیه آب صنعتی، از انواع سیلیس‌های خالص و دانه‌بندی‌شده برای افزایش راندمان فیلترها و بهبود کیفیت آب خروجی استفاده می‌کند.

در این مقاله، به بررسی علمی و کاربردی نقش سیلیس در تصفیه آب صنعتی، انواع آن، نحوه عملکرد در فیلتر شنی و نکات فنی در انتخاب و نگهداری خواهیم پرداخت.

سیلیس چیست؟

سیلیس (Silica) که از نظر شیمیایی با فرمول SiO₂ شناخته می‌شود، یکی از فراوان‌ترین مواد معدنی موجود در پوسته زمین است و در بیش از ۹۰ درصد سنگ‌های رسوبی، آذرین و دگرگونی یافت می‌شود. این ماده در حالت خالص، ترکیبی از سیلیکون و اکسیژن است که به‌صورت طبیعی در اشکال مختلف از جمله کوارتز، ماسه، سنگ چخماق، کریستوبالیت و تریدیمیت وجود دارد.

سیلیس از نظر ساختار، به دو نوع اصلی تقسیم می‌شود:

1. سیلیس کریستالی (Crystalline Silica):
   که دارای ساختار منظم و بلوری است و در طبیعت معمولاً به شکل کوارتز یافت می‌شود. کوارتز یکی از سخت‌ترین مواد طبیعی است و سختی آن در مقیاس موهس حدود ۷ است.

2. سیلیس آمورف (Amorphous Silica):
   نوعی سیلیس بدون نظم مولکولی مشخص که اغلب در رسوبات آتشفشانی یا از طریق فرآیندهای صنعتی تولید می‌شود.

در صنایع مختلف، از سیلیس در اشکال گوناگون مانند پودر، شن، ماسه و گرانول استفاده می‌شود.
اما در صنعت تصفیه آب صنعتی، سیلیس کاربردی بسیار ویژه دارد؛ زیرا به عنوان بستر فیزیکی فیلترها (Filter Media) در فیلترهای شنی برای حذف ذرات معلق، گل‌ولای و ناخالصی‌های فیزیکی آب مورد استفاده قرار می‌گیرد.

ویژگی‌های فیزیکی و شیمیایی سیلیس در تصفیه آب

سیلیس به دلیل داشتن ترکیبی ساده ولی خواص فیزیکی پیچیده، در تصفیه آب عملکردی بسیار مؤثر دارد. مهم‌ترین ویژگی‌های آن عبارت‌اند از:

۱. درجه خلوص بالا

سیلیسی که در تصفیه آب صنعتی استفاده می‌شود باید خلوصی بالاتر از ۹۵ درصد SiO₂ داشته باشد. وجود ناخالصی‌هایی مانند آهن (Fe)، منگنز (Mn) یا آلومینیوم (Al) می‌تواند باعث تغییر رنگ و کاهش کیفیت آب خروجی شود. به همین دلیل، شرکت آوین گستر البرز از سیلیس‌های خالص استخراج‌شده از معادن منتخب کشور استفاده می‌کند.

۲. سختی بالا و مقاومت مکانیکی

سیلیس دارای سختی بالا در حدود ۷ در مقیاس موهس است. این ویژگی باعث می‌شود که در اثر فشار جریان آب، سایش یا ضربه، خرد و ریز نشود. همین خاصیت سبب افزایش عمر فیلتر شنی و کاهش نیاز به تعویض زودهنگام بستر می‌شود.

۳. پایداری شیمیایی

سیلیس در برابر اکثر مواد شیمیایی از جمله اسیدها، بازها و نمک‌ها مقاوم است. این ویژگی مهم سبب می‌شود در تماس با آب‌های صنعتی که ممکن است دارای ترکیبات شیمیایی گوناگون باشند، دچار واکنش یا حل شدن نشود.

۴. چگالی و تخلخل مناسب

چگالی سیلیس در حدود ۲.۶۵ گرم بر سانتی‌متر مکعب است که تعادل مناسبی میان وزن و استحکام ایجاد می‌کند. همچنین وجود تخلخل‌های طبیعی در ساختار دانه‌های سیلیس موجب افزایش سطح تماس آب با فیلتر و بهبود فرایند فیلتراسیون می‌شود.

۵. زاویه شکست نور پایین و سطح زبر

سیلیس به دلیل ساختار بلوری خاص خود، زاویه شکست نور کمی دارد و سطح آن نسبتاً زبر است. این ویژگی باعث می‌شود ذرات معلق به‌خوبی روی سطح سیلیس گیر کنند و راندمان حذف ذرات معلق افزایش یابد.

نقش سیلیس در تصفیه آب صنعتی

اصلی‌ترین نقش سیلیس در تصفیه آب، عملکرد به‌عنوان محیط فیلترکننده (Filtration Media) در فیلترهای شنی است.
وقتی آب خام از بستر سیلیس عبور می‌کند، ذرات معلق، مواد آلی، باکتری‌ها و گل‌ولای در بین دانه‌های سیلیس به دام می‌افتند. در نتیجه، آب خروجی از فیلتر شفاف‌تر و عاری از مواد معلق می‌شود.

به زبان ساده، فیلتر شنی حاوی سیلیس، همانند یک صافی فیزیکی عمل می‌کند. اما نکته کلیدی این است که بازدهی فیلتر، ارتباط مستقیمی با نوع و دانه‌بندی سیلیس دارد.

انواع سیلیس مورد استفاده در تصفیه آب صنعتی

در سیستم‌های تصفیه آب صنعتی، بسته به نوع منبع آب و سطح آلودگی، از چند نوع سیلیس با اندازه دانه‌های مختلف استفاده می‌شود. فیلترها معمولاً از چند لایه با دانه‌بندی متفاوت تشکیل می‌شوند تا فیلتراسیون در عمق انجام گیرد.

۱. سیلیس درشت (Gravel)

این لایه معمولاً در پایین‌ترین بخش فیلتر شنی قرار می‌گیرد.

• دانه‌بندی: بین ۵ تا ۱۰ میلی‌متر
• وظیفه: جلوگیری از ورود ذرات ریزتر به سیستم لوله‌کشی و حفظ بستر بالایی

۲. سیلیس متوسط (Medium Silica)

در بخش میانی فیلتر استفاده می‌شود.

• دانه‌بندی: بین ۲ تا ۵ میلی‌متر
• وظیفه: نگهداری لایه‌های بالاتر و کمک به توزیع یکنواخت جریان آب

۳. سیلیس ریز (Fine Silica Sand)

این لایه در قسمت بالایی فیلتر قرار دارد.

• دانه‌بندی: بین ۰.۵ تا ۱.۵ میلی‌متر
• وظیفه: حذف ذرات معلق ریز و انجام فیلتراسیون نهایی

در طراحی‌های صنعتی شرکت آوین گستر البرز، معمولاً از سه تا پنج لایه سیلیس با دانه‌بندی متفاوت استفاده می‌شود تا عملکرد فیلتر در حداکثر راندمان ممکن قرار گیرد.

عملکرد فیلتر شنی سیلیسی در تصفیه آب

عملکرد فیلتر شنی سیلیسی بر پایه فیلتراسیون عمقی (Depth Filtration) است. در این فرآیند، ذرات معلق نه‌تنها در سطح فیلتر بلکه در عمق بستر سیلیس نیز به دام می‌افتند.

مراحل کار فیلتر شنی سیلیسی:

1. ورود آب خام: آب از قسمت بالای فیلتر وارد می‌شود.
2. عبور از لایه‌های سیلیس: ذرات معلق و مواد آلی در بین دانه‌های سیلیس گیر می‌افتند.
3. تجمع ذرات: در طول زمان، ذرات روی بستر انباشته می‌شوند.
4. خروج آب تصفیه‌شده: آب زلال از قسمت پایین فیلتر خارج می‌شود.
5. شست‌وشوی معکوس (Backwash): پس از اشباع بستر، جریان آب معکوس شده تا ذرات جمع‌شده از فیلتر خارج شوند.

به کمک این فرآیند ساده اما مؤثر، بیش از ۹۰٪ از ذرات معلق و کدورت آب حذف می‌شود.

ویژگی‌های فیزیکی و شیمیایی سیلیس مرغوب

برای استفاده در تصفیه آب صنعتی، سیلیس باید دارای ویژگی‌های زیر باشد:

• درصد خلوص بالا: بیش از ۹۵٪ دی‌اکسید سیلیکون
• سختی زیاد: حداقل ۷ در مقیاس موهس (Mohs)
• پایداری شیمیایی: عدم واکنش با اسیدها و بازهای ضعیف
• شکل هندسی یکنواخت: دانه‌های زاویه‌دار برای افزایش سطح تماس
• عدم وجود مواد آلی یا کربنات کلسیم
• تخلخل مناسب: برای عبور یکنواخت جریان آب

در شرکت آوین گستر البرز، سیلیس‌ها از معادن معتبر کشور استخراج و پس از شست‌وشو، خشک‌کردن و دانه‌بندی دقیق، در فیلترهای صنعتی مورد استفاده قرار می‌گیرند.

مزایای استفاده از سیلیس در تصفیه آب صنعتی

1. افزایش شفافیت و کاهش کدورت آب
   فیلترهای سیلیسی قادرند کدورت آب را تا کمتر از ۵ NTU کاهش دهند.
2. محافظت از ممبران‌های RO
   حذف ذرات معلق قبل از ورود به واحد اسمز معکوس، از گرفتگی ممبران‌ها جلوگیری می‌کند و عمر آن‌ها را افزایش می‌دهد.
3. کاهش هزینه نگهداری سیستم‌ها
   استفاده از فیلتر شنی سیلیسی باعث کاهش مصرف مواد شیمیایی و کاهش هزینه شست‌وشوی ممبران‌ها می‌شود.
4. دوام و عمر طولانی فیلتر
   سیلیس مرغوب صنعتی تا بیش از ۵ سال عمر مفید دارد و فقط در اثر سایش فیزیکی نیاز به تعویض پیدا می‌کند.
5. عدم نیاز به انرژی بالا
   فیلترهای سیلیسی بدون نیاز به برق یا تجهیزات پیچیده کار می‌کنند و تنها با جریان آب فعال هستند.
6. سازگاری با انواع آب‌ها
   چه آب چاه باشد، چه آب سطحی یا حتی پساب صنعتی، فیلترهای سیلیسی در همه شرایط عملکرد مطلوبی دارند.

کاربردهای صنعتی فیلترهای سیلیسی

• پیش‌تصفیه سیستم‌های RO صنعتی
• تصفیه آب چاه و چشمه‌ها
• تصفیه پساب صنعتی برای بازیافت آب
• برج‌های خنک‌کننده (Cooling Towers)
• کارخانه‌های مواد غذایی و نوشیدنی
• صنایع فولاد، سیمان و پتروشیمی

در همه این موارد، فیلتر سیلیسی به‌عنوان مرحله اول تصفیه، نقش حیاتی در کاهش بار آلودگی آب دارد.

سیلیس به‌عنوان یکی از مؤثرترین و اقتصادی‌ترین بسترهای فیلتراسیون در سیستم‌های تصفیه آب صنعتی، نقشی حیاتی در حذف ذرات معلق و بهبود کیفیت آب دارد. استفاده از سیلیس با دانه‌بندی مناسب نه‌تنها باعث افزایش راندمان سیستم می‌شود، بلکه از گرفتگی ممبران‌ها و خرابی تجهیزات جلوگیری می‌کند.

شرکت آوین گستر البرز با بهره‌گیری از تجربه مهندسی و استفاده از سیلیس‌های باکیفیت استخراج‌شده از معادن داخلی، فیلترهای شنی صنعتی با کارایی بالا طراحی و تولید می‌کند. این فیلترها در صنایع مختلف از نیروگاه تا صنایع غذایی، راه‌حلی اقتصادی، پایدار و کارآمد برای تصفیه آب محسوب می‌شوند.