آشنایی با پیش‌تصفیه در سیستم‌های آب شیرین کن

در مطالب گذشته و پس از آشنایی با تعریف اسمز و اسمز معکوس (بیشتر بخوانید: تصفیه آب به روش اسمز معکوس چیست؟) و نحوه عملکرد دستگاه تصفیه آب اسمز معکوس (بیشتر بخوانید: اسمز معکوس چگونه عمل می‌کند؟) به مبانی طراحی آب شیرین کن پرداختیم و پس از تعریف برخی اصطلاحات، راجع به چیدمان ممبران اسمز معکوس در سیستم‌های آب شیرین کن مطالبی بیان شد.

اما همان‌طور که پیش‌ازاین نیز گفته شد، یک آب شیرین کن نباید تنها شامل فیلتر ممبران اسمز معکوس باشد و استفاده از یک یا چند مرحله پیش‌تصفیه قبل از ورود آب به فیلتر ممبران برای جلوگیری از مشکلاتی نظیر گرفتگی، رسوب‌گیری و حملات مواد شیمیایی بسیار ضروری است (بیشتر بخوانید: اهمیت پیش‌تصفیه در تصفیه آب به روش اسمز معکوس). در این مطلب به بررسی برخی مراحل پیش‌تصفیه در سیستم‌های تصفیه آب به روش اسمز معکوس می‌پردازیم.

فیلتر مالتی مدیا (چند بستره)

از فیلتر مالتی مدیا (MMF) برای جلوگیری از بروز رسوب در آب شیرین کن استفاده می‌شود. یک فیلتر مالتی مدیا معمولاً از سه لایه (بستر) ساخته می‌شود. این سه لایه شامل زغال کربن (anthracite)، ماسه و سیلیس هستند که در زیر آنها یک لایه پشتیبان از شن قرار می‌گیرد. مواد استفاده‌شده در این لایه‌ها می‌توانند از چگالی و ابعاد مختلفی تشکیل شوند و بنابراین برای استفاده از این فیلترها در عملیات تصفیه آب، انتخاب‌های فراوانی می‌توان داشت. زغال کربن که ذرات درشت‌تر و درعین‌حال سبک‌تری دارد در بالا قرار گرفته و ماسه که ذرات کوچک‌تر و سنگین‌تری دارد در پایین بستر قرار می‌گیرد. این طرز قرارگیری بسترها در فیلتر مالتی مدیا باعث می‌شود تا ذرات آلودگی درشت‌تر در بالای بستر از آب جدا شده و هرچه به پایین فیلتر تصفیه آب نزدیک می‌شویم ذرات کوچک‌تری از آب حذف شوند. این امر سبب می‌شود تا عمر مفید فیلتر بیشتر شده و بازه‌های زمانی لازم برای انجام عملیات شست‌وشوی معکوس (Backwash) فیلتر بیشتر شود.

یک فیلتر مالتی مدیا اگر به‌خوبی طراحی شده باشد می‌تواند ذراتی تا ابعاد ۲۰-۱۵ میکرون را از آب جدا کند. اگر در کنار فیلتر مالتی مدیا از مواد منعقد کننده (موادی که سبب جذب آلودگی‌های کوچک‌تر به هم و تشکیل توده‌های بزرگ‌تر می‌شوند) استفاده شود، این فیلتر تصفیه آب توانایی حذف آلودگی‌هایی تا ابعاد ۱۰-۵ میکرون را هم خواهد داشت. به‌عنوان معیاری برای مقایسه، قطر موی انسان در حدود ۵۰ میکرون است.

در طراحی یک دستگاه تصفیه آب اسمز معکوس پیشنهاد می‌شود درصورتی‌که (SDI (Silt Density Index آب ورودی بیشتر از ۳ بوده و یا کدورت (Turbidity) آب بیش از ۰/۲NTU باشد، از فیلتر مالتی مدیا به‌عنوان پیش‌تصفیه استفاده شود. همچنین بسیار ضروری است که بلافاصله پس از فیلتر مالتی مدیا از فیلترهای میکرونی استفاده شود تا درصورتی‌که ذرات تشکیل‌دهنده بسترها به همراه آب جابجا شده باشند، از آن جدا شده و موجب آسیب رسیدن به پمپ و سایر قطعات پایین‌دستی آب شیرین کن نشوند.

میکروفیلتراسیون (MF)

میکروفیلتراسیون یک روش بسیار مؤثر در حذف آلودگی‌های کلوئیدی و باکتریایی به شمار رفته و قابلیت حذف ذراتی با ابعاد ۱۰-۰/۱ میکرون را در دستگاه آب شیرین کن دارد. استفاده از میکروفیلتراسیون در دستگاه تصفیه آب، احتمال بروز رسوب در فیلتر ممبران اسمز معکوس را کاهش می‌دهد. انواع مختلفی از این فیلتر در صنعت تصفیه آب وجود دارد؛ اما فیلتر میکروفیلتراسیون هالو فایبری از بقیه انواع متداول‌تر است. در این نوع از فیلترها آبی که قرار است تصفیه شود از بیرون رشته‌های نازک پلیمری پمپ شده و آب تصفیه‌شده از درون رشته‌ها جمع‌آوری می‌شود. در تصفیه آب شهری، معمولاً از فیلترهای میکروفیلتراسیون به روش جریان متقاطع استفاده می‌شود. در این روش آب بر روی سطح فیلتر به‌صورت عمودی (و نه عرضی) پمپ شده و تمام آن تصفیه می‌شود و لایه‌ای از آلودگی‌ها روی سطح فیلتر باقی می‌ماند. این روش تصفیه آب میزان بازیابی بالاتر از ۹۰٪ خواهد داشت. البته باید برای تمیز کردن سطح فیلتر، عملیات شست‌وشوی معکوس به‌صورت دوره‌ای صورت پذیرد.

آنتی اسکالانت‌ها و مواد ضد گرفتگی

در یک تعریف ساده و مختصر، آنتی اسکالانت‌ها و مواد ضد گرفتگی مواد شیمیایی هستند که به آب ورودی به دستگاه تصفیه آب اسمز معکوس تزریق شده تا مانع از ایجاد گرفتگی در فیلترهای ممبران شوند. وظیفه این مواد افزایش قابلیت انحلال‌پذیری برخی مواد معدنی عامل ایجاد گرفتگی است. با افزایش قابلیت انحلال، می‌توان میزان بیشتری از نمک‌های عامل گرفتگی را به شکل محلول در آب داشت و بنابراین می‌توان میزان درصد بازیابی کلی دستگاه آب شیرین کن را افزایش داد. انتخاب صحیح آنتی اسکالانت و همچنین میزان تزریق مناسب این مواد در دستگاه تصفیه آب اسمز معکوس به خواص شیمیایی آب ورودی به سیستم و نحوه آرایش ممبران‌ها و طراحی سیستم بستگی دارد.

سختی گیری با فرآیند تبادل یونی

در یک سختی گیر آب، یون‌های عامل سختی آب توسط فرآیند تبادل یونی با یون‌های دیگر جایگزین می‌شوند. این موضوع به کمک رزین تبادل یونی موجود در سختی گیر اتفاق می‌افتد و سبب می‌شود تا احتمال بروز گرفتگی در فیلترهای ممبران دستگاه آب شیرین کن کاهش یابد. در یک سیستم تصفیه آب اسمز معکوس در صورت استفاده از سختی گیر حتماً بلافاصله پس از ستون سختی گیری باید از فیلترهای میکرونی استفاده نمود تا در صورت حمل برخی ذرات رزین توسط آب، به سایر تجهیزات دستگاه تصفیه آب آسیبی وارد نشود.

تزریق سدیم بی سولفات و سدیم متابی سولفیت

با تزریق سدیم بی سولفات (SBS) و سدیم متابی سولفیت (SMBS) به آب ورودی به یک آب شیرین کن، می‌توان کلر و مشتقات آن را از آب حذف کرد و احتمال آسیب رسیدن به فیلتر ممبران به دلیل تماس با کلر را به‌شدت کاهش داد. مقدار تزریق این مواد و همچنین بازه‌های زمانی لازم برای تزریق به خواص شیمیایی آب ورودی به سیستم تصفیه آب بستگی دارد.

کربن اکتیو گرانول (GAC)

از فیلتر کربن اکتیو برای حذف ترکیبات آلی و نیز مواد ضدعفونی‌کننده آب (نظیر کلر و کلر آمین‌ها) استفاده می‌شود. کربن اکتیو با کمک یک واکنش شیمیایی که شامل انتقال الکترون موجود روی سطح خود به کلر و یا کلر آمین‌های باقی‌مانده در آب است، آب را تصفیه می‌کند. نتیجه حاصل از این فرآیند تشکیل یون کلرید است که دیگر یک ماده اکسنده نیست.