روش های تصفیه آب صنعتی ،سیستم تصفیه آب صنعتی در صنایع مختلف از پرکاربرد ترین روش ها است. آب به عنوان ماده مهم در صنایع شناخته شد. اهمیت استفاده از دستگاه های تصفیه صنعتی برای بازیابی آب مهم و پر رنگ می شودو  در سراسر جهان یکی از مولفه های مهم در صنعت تولید و از مهم ترین عناصر در تولید صنعتی است.

انواع روش های تصفیه آب صنعتی

دستگاه تصفیه آب صنعتی با روش های مختلفی شامل : سیستم تبادل یونی، روش های فیلتراسیون (میکرو فیلتراسیون، اولترا فیلتراسیون و نانوفیلتراسیون)، روش EDI، روش EDR و روش اسمز معکوس (RO) انجام می شود.

• تصفیه آب به روش سیستم تبادل یونی

فرایند تبادل یونی یکی از اشکال پدیده جذب سطحی است، که در آن فاز سیال در تماس با فاز جامد جاذب قرار می‌گیرد. طی این تماس برخی از اجزای موجود در فاز سیال جذب فاز جامد شده و از سیال جدا می‌گردند. فرایند تبادل یونی فرایندی برگشت پذیر است که طی آن یون های خارجی موجود در آب جذب گروه های عاملی قرار گرفته بر روی شبکه پلیمری (فاز جامد) می‌گردند و بدین ترتیب آب عاری از هرگونه ناخالصی یونی حاصل می‌گردد.
پس از اشباع شدن گروه های عاملی، سیستم تحت عملیات بازیابی و شستشوی شیمیایی قرار گرفته و مجدداً مورد استفاده قرار می‌گیرد.
از سیستم های تبادل یونی به دو منظور سختی گیری و همچنین تولید آب با خلوص بالاتر استفاده می شود که به طور جداگانه در ذیل اشاره می گردد.

الف) سیستم های تبادل یونی به عنوان سختی گیر آب مورد نیاز صنعت به لحاظ استاندارد با آب مورد نیاز شرب بسیار متفاوت می‌‌باشد.
نکته‌‌ای که در آب مورد نیاز اکثر صنایع حائز اهمیت می‌‌باشد، حذف املاحی است که می توانند در صورت فراهم آمدن شرایط رسوب نمایند.
یکی از بیشترین مصارف آب در صنعت تولید بخار می‌‌باشد که در صورت وجود عوامل رسوب کننده در آب می‌‌توانند باعث کاهش عمر این تاسیسات گردند.
این عوامل رسوب کننده بیشتر با عنوان سختی شناخته می‌‌شوند. در تعریف علمی کلیه کاتیون های با ظرفیت الکتریکی بیشتر از یک را سختی گویند. لذا در اکثر صنایع فقط حذف سختی آب مد نظر می‌‌باشد که هزینه آن نسبت به حذف کل یون های آب بسیار پایین تر می باشد.
در این میان سیستم های تبادل کننده یونی خاصی برای این منظور تولید شده اند که به رزین های پایه سدیمی معروفند.
در واقع این رزین ها، سختی آب مانند یون های کلسیم، منیزیم و… را جذب کرده و به جای آن سدیم آزاد می نمایند.
توجه شود که در این روش جمع کل آنیون ها و کاتیون های آب ثابت می ماند و فقط نوع یون ها عوض می شوند. محدودیت این روش این است که برای TDS های بالای 1000جوابگو نمی باشند و باید از روش های دیگری استفاده شود. احیاء این سختی گیرها به وسیله محلول آب و نمک می باشد.

ب)سیستم های تبادل یونی برای تولید آب با درجه خلوص بالا از دیگر رزین های استفاده شده در صنعت تصفیه آب رزین های سیکل اسیدی و بازی هستند که در گذشته در محدوده بسیار وسیع تری استفاده می شدند.
در واقع این روش می تواند نیاز صنایع به آب فوق خالص را مرتفع سازد این رزین ها به دو نوع قوی و ضعیف تقسیم می شوند و می توانند در آرایش های مختلفی قرار گرفته و آب فوق خالص تولید نمایند.
امروزه از این روش در خروجی آب تصفیه شده توسط RO به منظور تولید آب با EC<0.2 استفاده می شود.

• دامنه کاربرد تکنولوژی تبادل یونی عبارت است از:
o تولید آب بدون یون (Demineralization)
o حذف سختی آب
o حذف کاتیون های خارجی از آب
o حذف قلیائیت
o بازیابی مجدد آب در صنایع فلزی
o حذف نیترات و سولفات
o بازیابی و یا جداسازی مواد دارویی
o بازیابی فلزات با ارزش در صنایع فلزی

• روش های فیلتراسیون

تصفیه آب به روش فیلتراسیون شامل میکرو فیلتراسیون (MF)، نانو فیلتراسیون (NF) و اولترا فیلتراسیون (UF) است. این روش ها برای جداسازی مواد آلی استفاده می شود.

• میکروفیلتراسیون

میکروفیلتراسیون (Micro Filtration) یکی از قوی ترین غشاها برای جداسازی جامد از مایع می باشد که در تصفیه آب کاربرد گسترده ای دارد. این گروه از غشاها به دلیل قطر کم منافذ قادر هستند تا ذرات 0.1 تا 10 میکرون را از مایعات حذف کنند.

مراحل تصفیه آب به روش میکروفیلتراسیون

فرآیند تصفیه آب به روش میکروفیلتراسیون MF شامل چند مرحله می باشد که عبارتند از:

به منظور حذف ذرات با اندازه 45 میکرون، ابتدا آب از فیلتر شنی عبور می کند. با انجام این عمل به عنوان پیش تصفیه، از آسیب وارد شدن به غشای میکروفیلتراسیون جلوگیری شده و راندمان کار را نیز تا حد مطلوبی افزایش می دهد.
آب خروجی از فیلتر شنی با کمک پمپ وارد هوزینگ حاوی غشای MF شده و تنها ذرات با اندازه کمتر از یک میکرون امکان عبور از منافذ غشا را پیدا خواهند کرد
لازم به ذکر است که به منظور احیا و تمیز کردن سطح روی غشای MF لازم است به روش های مختلف نسبت به شستشوی آنها اقدام شود. مدت زمان و تعداد دفعاتی که در هر بازه زمانی باید نسبت به تمیز کردن غشای میکروفیلتراسیون اقدام گردد، به میزان آلودگی موجود در آب بستگی دارد.
آب خروجی از این مرحله می تواند به عنوان پیش تصفیه برای اولترافیلتراسیون و اسمز معکوس استفاده گردد.

مزایای تصفیه به روش میکروفیلتراسیون

غشای میکروفیلتراسیون یکی از کاربردی ترین فیلترهای مورد استفاده در صنایع مختلف می باشد که ویژگی های مثبت متعددی دارد. از مهم ترین نقاط مثبت و مزایای این غشا می توان به موارد زیر اشاره نمود:

• قابلیت حذف میکروارگانیسم ها و حذف بیولوژیکی مواد آلاینده موجود در آب
• قدرت بالا در حذف ذرات کلوئیدی، باکتری و ویروس، مواد پروتئینی و پلیمرهای موجود در آب
• قیمت مناسب و توان عملیاتی بالا
• نیاز به اختلاف فشار کم نسبت به روش اسمز معکوس
• عدم نیاز به مواد شیمیایی
• عدم تغییر PH آب خروجی از غشا
• دارای پساب کمتر نسبت به روش اسمز معکوس
• حذف مواد آلی، گل و لای

کاربرد غشای میکروفیلتراسیون

مهم ترین کاربردهای غشای میکروفیلتراسیون عبارتند از:

• استفاده از MF به عنوان پیش تصفیه اسمر معکوس
• کاربرد گسترده در بیوراکتور غشایی
• قابلیت استفاده برای تصفیه مواد غذایی و دارویی
• تصفیه آب آشامیدنی
• تصفیه آب در سیستم های خنک کننده و بویلرها

• نانوفیلتراسیون

نانو فیلتراسیون NF به روشی برای تصفیه آب گفته میشود که جریان آب با فشار الکتریکی از غشای نیم تراوا و بارور با حفره هایی به اندازه 0.001 میکرون عبور می کند. با عبور جریان آب تمام ذرات بیشتر از یک نانو از آب جدا خواهند شد و مابقی یون های مفید برای بدن انسان از آن عبور خواهند کرد. یکی از ویژگی های مثبت این شیوه تصفیه آب، حذف مواد ذائد و مواد آلی با وزن بیشتر از 1000 دالتون می باشد که باعث میشود آب درجه خالصی بالایی داشته باشد.

غشا و فیلتر به کار رفته در ساختار پکیج های تصفیه آب به روش نانو فیلتراسیون دارای دو لایه می باشند که یک لایه به منظور حفظ دستگاه در برابر فشار وارد شده به آن عمل می کند. لایه دوم در واقع نقش جداکننده مواد ذائد از آب را دارا می باشد که با تکنولوژی نانو تولید شده و از طول عمر بالایی برخوردار است.

روش کار تصفیه آب با نانو فیلتراسیون

روش کار تصفیه آب با کمک تکنولوژی (Nanofiltration NF) شباهت بسیار زیادی با تصفیه آب به روش اسمز معکوس دارد. برای درک بهتر نحوه تصفیه آب با این روش لازم است ابتدا نگاهی به اسمز و شیوه خالص سازی آب با آن داشته باشیم. اسمز که یک پدیده طبیعی می باشد، بر این اساس عمل می کند که همیشه مواد با درجه شوری پایین به سمت شوری بیشتر جذب میشوند و این مساله براحتی در طبیعت مشاهده می گردد. در تصفیه آب به روش اسمز معکوس و NF عکس این روال در نظر گرفته شده و با فشار آب با درجه شوری بیشتر را به سمت کمتر هدایت می کند.در ساختار کلی پکیج تصفیه آب به روش NF یک غشا یا ممبران دو لایه در نظر گرفته شده است که آب با فشار الکتریکی از آن عبور می کند. با توجه به بارور شدن ممبران، علاوه بر مواد ذائد و مولکول و ویروس ها، کاتیون های دو یا چند ظرفیتی نیز امکان عبور از آن را پیدا نمی کنند. در نتیجه آب بدست آمده از این روش در نهایت درجه خالصی بالایی داشته و برای صنایع داروسازی و مصارف صنعتی مناسب خواهد بود.

مزایای استفاده از سیستم های نانو فیلتراسیون در تصفیه آب و فاضلاب :

• حذف املاح و نمک زدایی از آب های دارای شوری پایین
• هزینه بهره برداری بسیار کم
• میزان مصرف انرژی بسیار پایین سیستم
• سختی گیری موثر آب
• نسبت به سیستم های RO میزان پساب سیستم بسیار اندک است
• عدم نیاز به مصرف مواد و املاح شیمیایی
• سیستم دارای قابلیت کاهش نیترات، سولفات، فلزات سنگین و….. را نیز دارا می باشد
• نگهداری راهبردی و آسان سیستم
• میزان انرژی پایین سیستم نسبت به سیستم های RO

کاربرد سیستم های نانو فیلتراسیون در تصفیه آب و فاضلاب:

• تصفیه آب شرب
• تصفیه آب مورد نیاز در فرآیندهای صنعتی
• حذف یون های چند ظرفیتی و سختی گیری از آب
• حذف آلاینده های میکروبی و میکرونی از آب
• حذف مواد شیمیایی بکار رفته در گند زدایی آب
• تصفیه آب در صنایع پزشکی و دارو سازی
• تصفیه آب در صنایع بهداشتی و خوراکی

• اولترافیلتراسیون

اولترافیلتراسیون (UF)چیست و چگونه انجام می شود؟

جداسازی ذرات ریز از آب را اولترافیلتراسیون می نامند که بر پایه افت فشار انجام می شود.

این تکونولوژی توانایی حذف ذرات ریز کلوییدی ، باکتری ها ، ویروس ها و سایر آلاینده های میکروبی را دارد ولی نمی تواند یون ها ومولکول های کوچک که املاح محلول

و سختی آب را تشکیل می دهد را از آب جدا کند.

جنس غشاها پلی وینیلا یدن فلوراید ( PVDF ) با قطر خارجی 1.3 میلی متر و قطرداخلی 7. میلی متر وقطر دیواره ا ی به ضخامت 3. میلی متر بوده

و قطرحفره های آن 05. میکرومتر می باشد به این خاطر قابلیت حذف بیش از نود درصد ذرات بزرگتر از 05. میکرون را دارد.

براساس جداول استانداردهای اندازه ذرات ،ویروس ها با اندازه ای بین 05. تا 5. میکرومتر ،کلوییدها با اندازه ای بین 01. تا 10 میکرومتر ، باکتری ها با اندازه ای بین 2. تا 1.5 میکرومترو

قارچ ها با اندازه ای بین 1 تا 10 میکرومتر به راحتی توسط این غشاها، قابل حذف شدن می باشند .

ازاین روش همچنین برای اطمینان ازتولید آب باکیفیت بالاتر برای واحدها ی پایین دستی استفاده میشود

و یک سرمایه گذاری معقول برای به روز رسانی واحدهای قدیمی تصفیه آب میباشد.

همچنین از روش اولترافیلتراسیون برای به روز و نو ساختن واحد های قدیمی تصفیه آب استفاده می شود.

دراین مورد مشخص واحدهای قدیمی با کمترین تغییر درجانمایی آن ها ارتقا می یابند .

بااستفاده از تکنولوژی فشرده واتوماتیک UF خطوط پیش تصفیه قدیمی شامل انعقاد ،لخته سازی ،فیلتراسیون وحتی لجن فعال جایگزین می گردند

و می توان مصرف مواد شیمیایی ،تولید لجن و نیروی انسانی را از طریق اتوماسیون سازی کم کرد.

• تصفیه آب به روش EDI :

ترکیبی از روش تبادل یونی و فیلتراسیون غشایی است. خروجی آبی بدون املاح و هدایت الکتریکی (EC) پایین است. در سیستم EDI املاح آب از طریق تبادل یونی جدا می شوند. هر واحد EDI از سلول تشکیل شده که بین دو الکترود قرار گرفته است. تفاوت روش EDI با روش تبادل یونی این است که ممبران با جریان برق احیا می شوند و نیازی به مواد شیمیایی برای احیای ممبران نیست.

• تصفیه آب به روش (EDR (Electro dialysis Reverse:

کلمه Dialysis در لغت به معنی جدا کردن مواد از یک محلول می باشد و روش EDR در واقع بیانگر جدا کردن املاح از آب با استفاده از انرژی برق می‌‌باشد.
در این روش با استفاده از جریان برق DC و همچنین غشاهای آنیونی و کاتیونی، عملیات جداسازی املاح از آب صورت می ‌‌پذیرد.
کلمه Reverse در انتهای این روش بدین معنی می باشد که در اثر عبور آب از ممبرین ‌‌های سیستم، یکسری از املاح بر روی ممبرِین‌‌ ها رسوب می‌ نمایند.
در روش های سنتی که به ED معروف بود از تزریق اسید و آنتی اسکالانت و اسید سولفوریک برای جلوگیری از رسوب استفاده می ‌‌شد ولی در این روش به ازای حدوداً هر 15 دقیقه کار سیستم، پلاریته سیستم یا همان جای قطب‌‌های مثبت و منفی تعویض می‌‌گردد و املاح رسوب کرده بر روی سیستم از آن جدا می‌‌شوند.
نکته‌‌ ای که در مورد روش EDR قابل توجه می باشد این است که در هر مرحله از تصفیه تنها 50% از املاح می ‌‌تواند دفع گردد لذا برای رسیدن به خلوص بالاتر باید آب در چندین مرحله تصفیه شود.
روش EDR بیشتر برای تولید آب شرب در دنیا استفاده می شود.
از آنجایی که TDS مناسب آب شرب بین 100 تا 500 می‌‌باشد وTDSخروجی این روش بالاتر از100 می‌باشد، این روش بهترین روش تولید آب شرب در حجم‌‌ های بالا می باشد.
حداقل حجم آب تولیدی به روش EDR حدود 15 متر مکعب در شبانه روز می باشد.

معایب روش EDR

حداکثر TDS ورودی به سیستم 12000 PPM می باشد .
ماکسیمم درصد حذف املاح در هر مرحله 50% می باشد در حالی که در روشRO، 99% می باشد.
این روش فقط توانایی حذف عناصری را دارد که از لحاظ الکتریکی خنثی نیستند.
مثلاً اگر شکر در آب حل شود یون های سازنده آن از لحاظ الکتریکی خنثی می باشند، لذا اگر آب شیرین بارها و بارها از این سیستم عبور نماید به هیچ وجه املاح آن حذف نمی ‌‌گردد.
همچنین این روش توانایی حذف میکرو ارگانیزم های موجود در آب مانند باکتری ها، قارچ ها، جلبک ها و ویروس ها را به علت اینکه از لحاظ الکتریکی خنثی می باشند را ندارد.

مزایای روش EDR

یکی از مهمترین مزیت ‌‌های روش EDR ریکاوری بالای سیستم می باشد که تا حد 94% می ‌‌تواند افزایش یابد این بدین معنی است که این سیستم می‌‌تواند 94% آب ورودی را تصفیه نماید و فقط 6% آن را به صورت پساب دفع نماید.
مزیت دوم سیستم، عمر ممبرین‌‌ های استفاده شده می‌‌باشد که حدود 10 سال می‌‌باشد .
فشار کاری این سیستم کم می‌‌ باشد، لذا هزینه های نگهداری اتصالات و پایپینگ آن بسیار پایین می ‌‌باشد و برای جلوگیری از خوردگی می‌‌توان از اتصالات UPVC در کل سیستم استفاده نمود.
هزینه نگهداری این دستگاه نسبت به RO بسیار پایین‌‌ تر می ‌‌باشد.
تزریق مواد شیمیایی برای جلوگیری از رسوب که مواد گران قیمتی هم می باشند نیاز نمی باشد.

• روش اسمز معکوس (RO)

اسمز معکوس (RO) تکنولوژی برتری است که هر صنعتی نیاز به استفاده از آب خالص دارد. در فناوری RO از فیلتر ممبران (غشا نیمه تراوا) از جنس پلی آمید که و دارای منافذی بسیار ریز برای حذف جامدات محلول (TDS) آب استفاده می کند.

فیلتر ممبران مورد استفاده در تصفیه آب RO آلاینده های شیمیایی، نیترات و نیتریت، سرب، جیوه، شوری، املاح و سایر ناخالصی های آب را حذف می کند. در روش فیلتراسیون RO آب توسط فشار از طریق پمپ به داخل محفظه ای (پرشروسل) پمپاژ می شود. آب خام از لایه های ممبران RO عبور کرده به قسمت مرکزی ممبران رسیده و آلاینده های حذف می شوند. سپس آب تصفیه شده از سمت دیگر ممبران و پساب از قسمت مربوطه خارج می شود.

متداول ترین و موثر ترین روش برای تصفیه آب صنعتی استفاده از RO  است. از روش اسمز معکوس برای تصفیه آب استفاده می شود و این فیلتراسیون، اقتصادی ترین روش برای تصفیه آب است. برای تصفیه آب صنعتی با روش اسمز معکوس (RO) از دستگاه های تصفیه آب صنعتی استفاده می شود. عنصر اصلی فیلتر ممبران است. با توجه به شوری و املاح و آلاینده ها استفاده می شود. ممبران های صنعتی بازار قطر ۴ و ۸ اینچ دارند که برای تصفیه آب استفاده می شود.