تبلیغات
نوشیدنی ها - همه چیز در مورد آب
 
نوشیدنی ها
درباره وبلاگ


نعره شیر خانه چوبی را ویران نمی کند من از سکوت موریانه باید می ترسیدم...

مدیر وبلاگ : محمد باباپور
مطالب اخیر
نویسندگان
پیوندها
آمار وبلاگ
  • کل بازدید :
  • بازدید امروز :
  • بازدید دیروز :
  • بازدید این ماه :
  • بازدید ماه قبل :
  • تعداد نویسندگان :
  • تعداد کل پست ها :
  • آخرین بازدید :
  • آخرین بروز رسانی :

ناخالصی های موجود در آب :

آب خالص در طبیعت به دلیل ویژگیهای حلالیت بالای آن ، وجود ندارد و دارای ناخالصی های گوناگون می باشد ناخالصی های آب را به سه دسته كلی مواد جامد محلول ، مواد جامد معلق و كلوئیدی و گازها دسته بندی می نمایند.
مواد غیر محلول و معلق :
ذرات ریز و درشت مواد غیر محلول و معلق در آب دارای اهمیت بسیار متنوع می باشند این مواد معلق سبب كدورت آب می شوند. برخی از این ذرات كه درشت تر هستند دارای قابلیت ته نشینی می باشند و با حذف آنها آب شفاف تر می گردد و برخی دیگر از این ذرات معلق قابلیت ته نشینی بسیار كمی دارند و برای ته نشینی نیاز به زمان طولانی دارند و یا اینكه به طور كلی غیر قابل ته نشینی هستند برخی از این مواد معلق عبارتند از :
1) ذرات ریز خاك و سنگ و مواد تشكیل دهنده بستر رودخانه ها كه در اثر فرسایش زمین ایجاد شده اند.
2) موجودات ریز زنده ( میكروارگانیزم ها) مانند باكتری ها
3) سیلیس كلوئیدی ، كلوئیدها ، سوسپانسون ها و امولسیون ها

در اینجا به دلیل اهمیت موضوع ، اشاره ای به محلول های حقیقی ، سوسپانسیون ، امولسیون و كلوئیدی می گردد.
هرگاه ذرات بسیار ریز یك جسم در بین ذرات جسم یا اجسام دیگر پراكنده گردد ، مجموعه حاصل سیستم پراكنده نامیده می شود در بین این سیستم بیشتر سیستم یا دستگاهی مورد بررسی می باشد كه در آن حلال ، مایع می باشد زیرا این سیستم در تصفیه آب اهمیت بیشتری دارند كه معمولا به آنها محلول گفته می شود . خواص چنین محلول هایی در درجه اول به بزرگی ذرات حل شده یا پراكنده شده بستگی دارد كه بزرگی ذرات میزان پایداری آنها را تعیین می كند. اگر اندازه این ذرات بزرگتر از اندازه مولكول ها باشد ، سیستم ناپایدار بوده و ذرات پراكنده می شوند و به سهولت جدا و بنابر چگالی خود دربالا یا پایین دستگاه جمع می شوند اینگونه سیستم ها یا دستگاهها را سیستم های معلق می گویند كه ممكن است از نوع سوسپانسیون یا امولسیون باشند ولی اگر كاملا پایدار یا مدت طولانی پایدار باشند به محلول های واقعی معروف می باشند . ذرات جامد معلق در مایع را سوسپانسیون و مایع معلق در مایع را امولسیون می گویند این ذرات دارای ویژگیهای زیر می باشند :
1) كم كم در سطح حلال و یا ته ظرف یعنی زیر حلال جمع می شوند.
2) از پرده اسمزی عبور نمی كنند و اكثرا از كاغذ صافی هم عبور نمی كنند.
3) این ذرات با چشم دیده نمی شوند ولی با میكروسكوپ های معمولی قابل مشاهده می باشند.
محلول های حقیقی مانند محلول نمك در آب دارای ویژگیهای زیر می باشند :
1) نه در سطح حلال و نه در زیر حلال جمع می شوند.
2) از هر نوع كاغذ صافی عبور می كنند.
3) از پرده های اسمزی عبور می كنند.
4) با الكترومیكروسكوپ ها هم قابل مشاهده نمی باشند.
مواد كلوئیدی ، حد واسطی بین سوسپانسیون ها ، امولسیون ها و محلول های واقعی می باشند كه دارای ویژگیهای زیر می باشند :
1) از كاغذ صافی عبور می كنند ولی از صافی های خیلی ریز ( اولترافیلتر) عبور نمی كنند.
2) از پرده های اسمزی عبور می كنند.
3) ته نشین نمی شوند ولی به هم می پیوندند و توده نیمه جامدی به نام لخته تشكیل می دهند.
مواد جامد محلول : دسته ای از ناخالصی های تشكیل دهنده آب موادی هستند كه به صورت محلول می باشند . به طور كلی همه مواد در آب حل می شوند ولی میزان حلالیت آنها متناسب است.
انحلال در آب به سه صورت مولكولی ، قطبی ، یونی می باشد . مواد جامد در محلول به دو گروه كلی مواد یونی و مواد غیر یونی تقسیم میشوند.

گازها :

این مواد با مقادیر مختلف در آب ها حل می شوند .مقدار گاز حل شده به فشار گاز و نوع گاز از یك سو و از سوی دیگر به دمای آب ،مواد موجود در آب و PH آن بستگی دارد. برخی از گازهایی كه وجودشان در آب تصفیه مطرح است عبارتند از :
NH3,CH4,H2S,CL2,O2,CO2
خواص آب با توجه به نوع و میزان ناخالی های آن :
با در نظر گرفتن مواد جامد در آب می توان خواص آب را به دودسته فیزیكی و شیمیایی تقسیم كرد :
خواص فیزیكی آب : مواد موجود در آب موجب ایجاد تغییراتی در رنگ ، بو ، مزه و كدورت آب می شوند این خواص كه تحت تاثیر شرایط محیطی واقع می شوند و خصوصیات ظاهری آب را نشان می دهند به همراه دما خواص فیزیكی آب هستند.
رنگ (Coloure) : آب خالص بدون رنگ است ولی آب ناخالص با توجه به میزان و نوع مواد محلول و یا معلق در آن ممكن است دارای رنگ باشد به عنوان مثال آب زرد رنگ می تواند نشان دهنده وجود اسیدهای آلی باشد و رنگ قهوه ای آب نشانگر یون های آهن می باشد. رنگ را می توان در اثر جذب سطحی یا فرایند منعقدسازی و یا اكسیداسیون از بین برد.
كدورت (Turbidity) : كدری یا كمبود شفافیت به دلیل وجود مواد معلق و یا كلوئیدی در آب است. كدورت آب موجب پراكنده شدن و یا جذب نور تابیده به آن می شود. برای اندازه گیری میزان كدورت آب از محلول شاهد استفاده می شود كه به صورت واحد استاندارد اندازه گیری كدری مطرح است و هر واحد آن برابر كدری آبی است كه شامل یك قسمت در میلیون سیلیس است. كدورت آب آشامیدنی باید از 5 واحد كمتر باشد.
بو و مزه (Odor and Taste) : آب خالص بدون بو و مزه است وجود مواد مختلف در آب می تواند به آب بو و مزه های ویژه بدهد كه برخی از آنها نامطبوع هستند. به عنوان مثال آب دریاچه های راكد بوی لجن می گیرد و یا در اثر وجود یون های سدیم كلرید ، شور مزه می شود و در اثر وجود نمك های منیزیم و پتاسیم تلخ مزه می شود. همچنین آبی با PH بالا دارای مزه ناخوشایند صابونی می باشد و در اثر وجود پرتون كه به دلیل وجود اسید است ترش مزه می شود. آبی كه محتوی مقداری گاز اكسیژن است دارای مزه مطلوب تری می باشد. وجود برخی از گازها مانند هیدروژن سولفاید (H2S) موجب تغییر بوی آب می شود.
خواص شیمیایی آب : خواص شیمیایی معمولا به ویژگیهایی از آب گفته می شود كه در اثر میزان و نوع ماده حل شده در آن تغییر می كند از جمله این خواص می توان به اسیدیته ، قلیائیت ، هدایت الكتریكی ، سختی آب اشاره كرد.
هدایت الكتریكی (electrical conductivity) : قابلیت انتقال جریان برق نشانگر میزان هدایت الكتریكی است هدایت یك محلول را به صورت عكس مقاومت تعریف می كنند و واحد آن (mho) است . بنابراین واحد هدایت الكتریكی ,mho,1/mho (مو) و واحد هدایت ویژه mho/cm یا S/cm (زیمنس بر سانتی متر) می باشد.
به دلیل اینكه مقادیر هدایت ویژه كوچك است معمولا آن را در 6 10 ضرب كرده و بر حسب Ms/cm (میكروزیمنس بر سانتی متر) گزارش می كنند.
مقدار هدایت الكتریكی ویژه آب نشان دهنده میزان وجود املاح در آب است دلیل كاهش مقدار مقاومت الكتریكی در این است كه با افزایش املاح حركت یون ها روی یكدیگر اثر منفی می گذارند و هدایت الكتریكی محلول همانند محلول های رقیق با تعداد یون ها متناسب نمی باشد.
كل مواد جامد محلول در آب (Total disolved solids) : مقدار كل مواد غیر فرار حل شده در آب را كه شامل یون های مختلف می باشد به نام كل مواد جامد محلول در آب می خوانند و با علامت T.D.S نشان می دهند.
مواد جامد معلق (Suspended solids-s.s) : وقتی آب از فیلتر عبور می كند مواد جامد معلق روی فیلتر باقی می ماند و مواد جامد محلول و مواد كلوئیدی موجود در آب از فیلتر عبور می كند. با خشك كردن مواد جامد باقی مانده روی فیلتر و وزن كردن آن مقدار مواد جامد معلق (s.s) بدست می آید.
از مجموع مواد جامد محلول در آب و مواد جامد معلق ، كل مواد جامد بدست می آید.
كل مواد جامد معلق (s.s) + كل مواد جامد محلول (T.D.S) = كل مواد جامد (T.S)
به دلیل آنكه یون ها عامل انتقال جریان برق در محلول ها هستند و میزان هدایت الكتریكی را مشخص می كنند رابطه نزدیكی بین هدایت الكتریكی (E.C) و كل مواد جامد محلول در آب (T.D.S) وجود دارد كه به صورت زیر می باشد :
E.C × ضریب = T.D.S
كه با توجه به محدوده هدایت الكتریكی ، ضریب موجود در فرمول فوق (2/1-5/0) تغییر می كند.
سختی آب (hardness) : آب سخت واژه ای است كه به آب حاوی كاتیون های كلسیم و منیزیم ، آهن و منگنز و ... گفته می شود با توجه به اینكه میزان آهن و منگنز در آب بسیار كم است بنابراین كاتیون های كلسیم و منیزیم عامل اصلی ایجاد سختی آب به حساب می آیند. سختی آب بر حسب واحدهایی مثل میلی گرم ، یون در لیتر یا بر حسب معادل كلسیم كربنات حل شده در آب بیان می شود.
انوع سختی :
1) سختی كل (Total hardness-T.H)
كل املاح كلسیم و منیزیم موجود درآب سختی كل نامیده می شود و شامل دو قسمت است : الف) سختی كل كلسیم : نشان دهنده مقدار یون كلسیم در آب است. ب) سختی كل منیزیم : كل منیزیم محلول در آب را شامل می شود.
2) سختی دائم (Permanent hardness)
شامل كلیه املاح كلسیم و منیزیم به جز بی كربنات ها می باشد به عنوان مثال ، سولفات ها ، كلرید ها و نیتراتهای كلسیم و منیزیم محلول در آب را در بر می گیرد و سختی دایم در اثر جوشاندن حذف نمی شود.
3) سختی موقت (Temporary hardness)
كلسیم و منیزیم بی كربنات محلول در آب را می گویند كه در اثر جوشاندن آب طبق واكنش زیر تجزیه می شوند و رسوب می كنند .
سختی موقت + سختی دائم = سختی كل
- اسیدیته (Acidity) :
آب خالص به مقدار خوبی یونیزه می شود و مقادیر مساوی از یون های OH-,H+ تولید می كند . غلظت یون های تولید شده تابعی از دماست .
- قلیائیت (Alkalinity) :
از نظر شیمیایی ، قلیائیت آب نشانگر مقدار ظرفیت خنثی شدن آن به وسیله اسید می باشد . خنثی شدن آب به معنی رسیدن به PH آب به حدود 5/4 است.
قلیائیت آب های طبیعی به سبب وجود هیدروكسیدها ، كربنات ها و بی كربنات ها می باشد البته یون های دیگری مانند فسفات ها ، سیلیكات ها و بورات ها نیز می توانند موجب قلیائیت شوند ولی به دلیل غلظت بسیار كم آنها در مقایسه با یون های سری اول می توان از قلیائیت ناشی از آنها صرفه نظر كرد.
- اهمیت قلیائیت و رابطه آن با PH :
قلیائیت عامل موثر بر خوردگی و رسوب گذاری آب است . برای نمونه می توان گفت ، قلیائیت آب مورد استفاده در دیگ های بخار باید به اندازه كافی بالا باشد تا از خورده شدن دیواره دیگ ها جلوگیری شود همچنین قلیائیت نباید به حدی باشد كه سبب انتقال مواد جامد به وسیله بخار شود و یا سبب شكنندگی قلیایی (Constic embri Hlement) شود و در دیواره دیگ ها ایجاد ترك نماید . قلیائیت با PH رابطه نزدیكی دارد به گونه ای كه هر چه قلیائیت بیشتر باشد نشانگر بالاتر بودن غلظت هیدروكسیدها و كربنات ها است بنابراین PH بالاتر می رود و محلول قلیایی تر می شود.
حلالیت آب (Solubility) :
یكی از خواص بی نظیر آب قدرت حلالیت آن است ، آب می تواند تمام موادی را كه با آن در تماس هستند در مقادیر متفاوت بسته به ثابت حلالیت و دما در خود حل كند به همین دلیل به آب حلال جهانی می گویند . به این دلیل كه ساختمان خود آب قطبی است و مواد قطبی و نیز آن دسته از موادی كه در آب یونیزه می شوند را بهتر حل می كند همچنین دما ، فشار و PH و غلظت از جمله عواملی هستند كه بر میزان حلالیت در آب تاثیر می گذارند . وجود بعضی مواد در آب موجب تقویت انحلال مواد دیگر می شود و برعكس بعضی از مواد قابلیت حل شوندگی مواد دیگر را كاهش می دهند برای مثال وجود CO2 در آب موجب افزایش انحلال سنگ هایی مثل كلسیم و منیزیم می شود.
سنجش مقدار مواد آلی (Measurement of organic component)
برای اندازه گیری مقدار مواد آلی موجود در آب روش های مختلفی وجود دارد از جمله این روش ها اندازه گیری بخش مواد فرار ، اندازه گیری كل مواد جامد ، COD,BOD می باشد . چون اندازه گیری بخش مواد فرار و سنجش كل مواد جامد دارای خطای نسبتا زیادی است. بیشتر از اندازه گیری اكسیژن مورد نیاز بیوشیمیایی (BOD) و اكسیژن مورد نیاز شیمیایی (COD) و اندازه گیری كل كربن آلی (TOC) برای بدست آوردن مقدار مواد آلی موجود در آب استفاده می شود.
- اكسیژن مورد نیاز بیوشیمیایی (Biochemical oxygen demand)
آن دسته از موادی كه توسط باكتریها تخمیر می شوند توسط این شاخص سنجیده می شود. در این اندازه گیری به جای اینكه مقدار موادی را كه مورد اكسایش قرار میگیرند تعیین كنند مقدار اكسیژنی را كه میكروارگانیسم های تجزیه كننده هوازی لازم دارند تا آن مقدار از ماده را اكسایش دهند اندازه گیری می كنند. در این روش استاندارد 5 روزه ای بكار می رود كه با 5(BOD) نمایش داده می شود و عبارت است از اندازه گیری اكسیژنی كه طی 5 روز در دمای 20 درجه سانتی گراد توسط باكتری های موجود در آب مصرف می شود تا بتواند مواد آلی موجود در آب را اكسایش دهند.
بنابراین برای اندازه گیری BOD باید اختلاف اكسیژن حل شده در زمان نمونه گیری و پس از 5 روز را در نمونه بدست آورد.
BOD5=DO0-DO5
- اكسیژن مورد نیاز شیمیایی (Chemical oxygen Demand)
با كمك این شاخص می توان مقدار مواد آلی را كه در آب موجودند و می شود آنها را به كمك اكسید كننده قوی نظیر اسید كرومیك یا پرمنگنات در محیط اسیدی اكسید كرد ، بدست آورد ، COD عبارت است از كل اكسیژن مورد نیاز شیمیایی كه در واكنش های اكسیداسیون و تجزیه مواد آلی در محیط اسیدی و در مجاورت یك ماده قوی اكسید كننده مصرف می شود.
از محاسن این روش نسبت به BOD این است كه آسان تر انجام می شود و وقت گیر نیست و كل عملیات اندازه گیری در مدت چند ساعت انجام می شود و همچنین می توان هم مواد آلی قابل تجزیه و هم مواد آلی غیر قابل تجزیه توسط باكتری ها را اندازه گیری كرد.
واكنش اصلی كه بادی كرومات به عنوان یك اكسید كننده قوی انجام می شود به صورت زیر است :
ماده آلی
- مجموع اكسیژن مورد نیاز (Total oygen Demand)
روش مفید دیگری كه برای تعیین مواد آلی به كار می رود روش TOC است در این روش مقداری از نمونه را در یك كوره در مجاورت كاتالیزور پلاتین به محصولات پایدار نهایی تبدیل می كند سپس اكسیژن موجود در گاز حامل نیتروژن محاسبه می شود و نتایج با روش COD وفق داده می شود.


فرایند نرم سازی به شیوه ته نشینی
(Softening process by sedimentation Method)
فرایند نرم سازی به منظور كاهش سختی آب بكار می رود. با استفاده از مواد شیمیایی ، سختی آب تحت واكنش های شیمایی قرار می گیرد و رسوب می نماید كه در نتیجه سختی آب كاهش می یابد. سختی آب به دلیل وجود كربنات ها ، بی كربنات ها ، سولفات ها ،كلریدها و نیترات های فلزات كلسیم و منیزیم و آهن و آلومینیوم است. از آنجا كه سه فلز آهن ، آلومینیوم به مقدار كم در آب وجود دارد ، قسمت عمده سختی آب مربوط به یون های كلسیم و منیزیم است . میزان سختی آب های خام تا حد زیادی به شرایط زمینی كه آب در آن جاری است بستگی دارد و به همین دلیل مقدار یون ها در آب های سطحی و زیر زمینی متفاوت است . سختی آب به صورت دائم و یا سختی غیر كربناتی موقت یا سختی كربناتی بیان می شود.
حذف سختی موقت (Temporary hardness removal) :
استفاده از آب آهك روش عمومی برای كاهش سختی موقت آب است. آب آهك (كلسیم هیدروكسید) با كلسیم بی كربنات و منیزیم بی كربنات واكنش می دهد و رسوب كلسیم كربنات و منیزیم هیدروكسید تولید می كند .
با توجه به واكنش های بالا آب آهك لازم برای كاهش سختی منیزیمی دو برابر مقدار آب آهك لازم برای كاهش سختی كلسیم است.
حذف سختی دائم (Permanent hardness Removal) :
برای كاهش سختی غیر كربناتی آب از آهك / سود استفاده می شود. در سختی موقت با اضافه كردن یك ماده قلیایی مثل آهك یا سود ، بی كربنات موجود در محیط به كربنات تبدیل می شود و كربنات تولید شده باعث رسوب كردن كلسیم و كاهش سختی كلسیمی می شود.
روش دیگر در نرم سازی آب ،استفاده از سود سوزآور است كه درمواد خالص به كار می رود . برتری استفاده از سود سوزآور این است كه با كلسیم بی كربنات تولید سدیم كربنات می كند كه خود این ماده در حذف سختی دائم موثر است.
تبادل یونی (Ion-exchange) :
رزین های تعویض یونی جامدات نامحلول در آب می باشند كه به وسیله تبادل یون می توانند جهت جذب كاتیون ها و آنیون ها به كار گرفته شوند. پدیده تعویض یون تركیبی از پدیده جذب سطحی و فرایند نفوذ می باشد و سرعت واكنش را عملیات انتقال جرم كه یون ها را از سیال به سطح رزین و یا از سطح رزین به سیال می رساند مشخص می كند. پدیده تبادل یون یك تعادل شیمیایی است و از اصول حاكم بر تعادل ها پیروی می كند. در الكترولیت ها نیز پدیده تعویض یون وجود دارد ولی به دلیل همگن بود یون ها كه در آن مبادله كننده های یون هر دو مایع می باشند عامل موثر سینتیك شیمایی است در حالیكه در تعویض یونی به دلیل جامد بودن رزین ها نفوذ یون ها مورد توجه می باشد در واقع پدیده تبادل یون به دلیل وجود نیروهای الكترواستاتیك می باشد و قدرت تبادل به این نیروها بستگی دارد و به شیوه ای است كه مواد قبل و بعد از تبادل یون هر دو از نظر الكتریكی خنثی خواهند بود.
رزین های تبادل یونی ویژه بستر مختلط
(Mixed bed colums ion-exchange resins)
حذف كاتیون ها و آنیون های موجود در آب ، به طور همزمان به وسیله مخلوطی از رزین های تبادل یونی كاتیونی و آنیونی انجام میگیرد. در این فرایند مخلوط رزین ها در یك ستون قرار می گیرند و آب از بستر رزین عبور می كند و آب خروجی دارای T.D.S بسیار پایینی خواهد بود. احیای رزین های كاتیونی و آنیونی در چند مرحله انجام می پذیرد . در نخستین مرحله رزین ها به شیوه مكانیكی از هم جدا می شوند ، سپس رزین ها احیا می گردند و در مرحله نهایی دو رزین كاتیونی و آنیونی مخلوط می شوند و مورد استفاده قرار می گیرند.
مقایسه رزین های ضعیف و قوی :
رزین های تبادل یونی كاتیونی ، انیونی از دو نوع ضعیف و قوی در ویژگیهای برجسته زیر متمایز هستند :
1) رزین های ضعیف توانایی یونی محدودی دارند در حالیكه رزین های قوی از توانایی تبادل یونی بالایی برخوردار هستند.
2) رزین های ضعیف دارای ظرفیت بالاتری نسبت به نوع قوی می باشند و در برخی موارد ظرفیت تبادل یونی رزین های ضعیف بیشتر از دو برابر نوع قوی می باشد.
3) جهت احیای رزین های ضعیف به میزان كمتری از ماده شیمایی نیاز می باشد.
4) هزینه آب بی یون تولید شده به كمك استفاده توام رزین های ضعیف و قوی كمتر می باشد.
5) رزین های ضعیف به درصد كمتری از ماده شیمیایی جهت احیا نیاز دارند بنابراین در سیستم های چند مرحله ای كه از ستون های رزین های ضعیف و قوی استفاده می گردد، مواد احیا كننده خروجی از رزین های قوی جهت استفاده رزین های ضعیف بسیار مفید می باشند.
6) احیای رزین های كاتیونی بطور معمول توسط سولفوریك اسید انجام می گردد. جهت جلوگیری از رسوب كلسیم سولفات بر روی رزین ها ، ابتدا از سولفوریك اسید یك و نیم درصد و در مرحله بعد از سولفوریك اسید چهار الی پنج درصد استفاده می گردد. غلظت اسید مورد استفاده برای احیای رزین های كاتیونی ضعیف حدود یك الی یك و نیم درصد می باشد.
7) جهت احیای رزین های آنیونی معمولا از سدیم هیدروكسید چهار الی پنج درصد برای رزین های قوی استفاده می شود و پساب خروجی برای احیای رزین های آنیونی ضعیف استفاده می شود.
فرایند بی یون سازی (Demineralisation Process)
همواره فرایند بی یون سازی برای محلول های با غلظت های نسبتا بالا امكان پذیر است ولی از لحاظ اقتصادی هرگاه T.D.S آب خام كمتر از ppm 700 باشد فرایند تعویض یونی مطرح می شود . از لحاظ اقتصادی برای كاهش T.D.S تا رسیدن به حد مطلوب و جهت فرایند بی یون سازی شیوه های گوناگونی مطرح می باشد. برای مثال می توان در یك یا تركیبی از روش های زیر آب خام ورودی به سیستم تبادل یونی را مهیا ساخت .
الف) الكترودیالیز
ب) اسمز معكوس
پ) تقطیر
ت) انرژی خورشیدی
ث) فرایند آب آهك زنی
ج) پمپهای حرارتی
انتخاب فرآیند بی یون سازی بر اساس موارد زیر است :
الف) كیفیت آب خام
ب) كیفیت آب مورد نیاز
پ ) هزینه سرمایه گذاری
ت) هزینه بهره برداری
خواص رزین های مبادله كننده یونی :
رزین های تبادل یونی بایستی از ویژگیهای خاصی برخوردار باشند . مهم ترین این ویژگیها عبارتنداز :
الف) بزرگ بودن سطوح تبادل یونی
ب) دارا بودن ظرفیت بالا
پ) بالا بودن ضریب انتخاب
ت) مقاومت در برابر مواد شیمایی
ث) مقاومت در برابر تغییرات PH
ج) مقرون به صرفه بودن
چ) ارزان بودن مواد به كار گرفته شده در فرایند احیای رزین ها
ح) سمی نبودن
خ) دارا بودن مقاومت مكانیكی بالا
مزیت های روش تبادل یونی :
الف) سهولت در نصب و بهره برداری
ب) بالابودن عمر مفید رزین ها ( در شرایط بهره برداری مناسب عمر رزین ها بیشتر از 15 سال است)
پ) قابلیت اجرا در ظرفیت های مختلف
ت) عدم وجود فاضلاب آلوده برای محیط زیست
محدودیت های روش تبادل یونی :
الف) در محدوده T.D.S>700ppm مقرون به صرفه نیست
ب ) این روش برای واحدهای صنعتی متداول می باشد و معمولا برای آب آشامیدنی مورد استفاده قرار نمی گیرد.
پ ) مواد شیمیایی مصرفی از همه روش ها بیشتر و آب تولیدی پرهزینه تر است.
ت ) بر اساس نوع رزین و پوشش ستون های تبادل یونی ماكزیمم دمای فرایند تبادل یونی محدودیت دارد.
ج ) اجسام غیر یونیزه قابلیت تبادل یونی ندارند.
چ ) حد مجاز آهن ، منگنز و فلزات سنگین در مجموع باید كمتر از ppm 1/0 باشد.
ح ) آب عبوری از رزین های تبادل یونی باید فاقد املاح معلق ، اجسام كلوئیدی ،چربی و مواد آلی باشد.
فرایند تبادل یونی با بستر ثابت (Fixed bed process)
استفاده از بستر ثابت رزین ها با جریان آب از بالا به پایین (Down flow) یكی از روش های مرسوم در تصفیه آب به كمك رزین هاست . كاهش درجه خلوص آب خروجی از ستون تبادل یون ، نشان دهنده این است كه رزین ها اشباع شده اند و باید احیا گردند . عمل احیاء رزین در چهار مرحله انجام می پذیرد.
1) شست و شوی معكوس به منظور شكوفا شدن رزین ها
2) عبور از ماده احیا كننده از بستر به منظور احیای رزین ها
3) آبكشی آهسته برای بیرون راندن آرام ماده احیا كننده از ستون تبادل یونی
4) آبكشی سریع برای بیرون راندن آخرین ذرات ماده احیا كننده از بستر تبادل یونی
اطلاعات تكمیلی (Supplimentary information)
1) از محلول های سولفوریك اسید و سود سوز آور برای احیای رزین ها استفاده می شود.
2) در طراحی سیستم بی یون سازی با استفاده از رزین های تبادل یونی ، تركیبی از رزین های مختلف و ستون های گوناگون به كار گرفته می شود . از لحاظ اقتصادی ، طراحی به گونه ای انجام می پذیرد كه با اشباع شدن رزین های آنیونی ضعیف كل سیستم در فاز احیا قرار گیرد.
3) میزان اسید و قلیای مورد استفاده جهت احیای رزین ها همواره بیشتر از مقدار استوكیومتری می باشد.
4) در اثر مخلوط شدن رزین های كاتیونی ضعیف و قوی ، بهره برداری و و احیای سیستم دچار مشكل می گردد.
5) هرگاه به هر دلیلی رزین های ستون كاتیونی با رزین های ستون آنیونی ضعیف مخلوط شوند، راندمان سیستم تبادل یونی به شدت كاهش می یابد.
6) مناسب ترین دما جهت تولید آب بدون یون حدود 35 درجه سانتی گراد و جهت احیای رزین ها حدود 40 درجه سانتی گراد درنظر گرفته می شود.
7) بروز توقف در خط تولید آب بی یون موجب برقراری تعادل بین یون های محلول و رزین تبادل یونی می شود و پس از راه اندازی مجدد آب تولیدی از كیفیت مناسبی برخوردار نمی باشد بنابراین لازم است تا رسیدن به آب با كیفیت مطلوب آب تولیدی سیركوله شود و در غیر این صورت كل سیستم احیا گردد.
8) به دلیل اسیدی و یا قلیایی بودن آب درون ستون ها و جلوگیری از خوردگی ، لازم می شود كه درون ستون ها با موادی از جنس لاستیك ، فایبر گلاس و یا مواد پلاستیكی پوشش مناسب داده شود.
9) چنانچه پیش از استفاده از سیستم تبادل یونی از سیستم كلاریفایر و آهك زنی به منظور حذف كلسیم بی كربنات و منیزیم بی كربنات استفاده شود ، می توان ستون رزین كاتیونی را حذف نمود و تنها از رزین های كاتیونی قوی استفاده كرد.
10) آب تقطیر شده ، آب عبوری از دستگاه اسمز معمولی و یا الكترودیالیز ، دارای یون می باشند. برای تهیه آب بدون یون لازم است یك سیستم تبادل یونی به دنبال سیستم های مطرح شده مورد استفاده قرار گیرد.
11) هدایت الكتریكی آب خروجی از ستون های كاتیونی در مرحله بهره برداری در مقایسه با آب ورودی افزایش می یابد. در صورت كاهش ، سیستم به حالت اشباع رسیده است.
12) هدایت الكتریكی آب خروجی از ستون های آنیونی ، در زمان بهره برداری كاهش می یابد. افزایش هدایت الكتریكی آب خروجی از ستون آنیونی ، معرف اشباع شدن ستون است.
13) به دلیل كاربرد بیشتر و راندمان بالاتر رزین های ضعیف در مقایسه با نوع قوی ، گران قیمت تر می باشند .
14) بهای رزین های آنیونی ، به دلیل پیچیده بودن فرآیند تولید آنها خیلی بیشتر از رزین های كاتیونی می باشد.
15) در صورت طراحی و بهره برداری مناسب گاز زدا ، میزان گاز كربنیك باقی مانده در آب به حدود ppm 5 می رسد كه گاز كربنیك باقی مانده به همراه سیلیكا توسط رزین های آنیونی قوی حذف می گردد.
16) به منظور بهبود بهره برداری از ستون های تبادل یونی به شیوه جریان بالا به پایین می توان روی نازل ها در كف ستون تبادل یون را لایه ای از آنتراسیت قرار داد تا زمینه برای عبور بهتر آب بوجود آید.
17) در بهره برداری از ستون های تبادل یون به شیوه جریان از پایین به بالا می توان از مقداری مواد پلی مری به نام رزین خنثی با دانه بندی درشت تر از رزین استفاده كرد تا آب بهتر از میان خلال و فرج عبور نماید و افت فشار كمتری در سیستم ایجاد شود.
18) رنگ رزین ها به طور معمول شفاف می باشند. در اثر آلودگی رزین ها به مواد آلی رنگشان به تیره و یا سیاه تغییر می كند. جهت رفع این مشكل رزین ها را با مخلوط آب نمك 10% و حدود 3-2% سود سوزآور در دمای حدود 40 درجه سانتی گراد برای مدت 3 ساعت شست و شو می دهند.
19) جهت نگهداری رزین ها و جلوگیری از فساد آنها در توقف های طولانی مدت ، می توان رزین ها را توسط سدیم كلرید اشباع كرد و سپس ستون تبادل یون را توسط محلول نیم درصد فرمالین پر نمود.
20) رعایت سرعت خطی آب در ستون ها و فشار درون فیلتر ها بر روی راندمان خط تصفیه اثر می گذارد ، لذا لازم است این موضوع برای طراحی و بهره برداری در نظر گرفته شود.
21) به طور معمول برای جلوگیری از رشد باكتری ها بر روی رزین ها ، آب را توسط كلرین ضد عفونی می كنند. اگر میزان كلرین كمتر از ppm 1/0 باشد برای رزین ها مشكلی بوجود نمی آورد. افزایش غلظت كلرین ، بیشتر از حد مجاز تخریب رزین ها را به همراه خواهد داشت.
22) آب عبوری از ستون های تبادل یونی همواره باید بدون مواد كلوئیدی و معلق باشد . مواد ریز معلق موجب مسدود شدن خلل و فرج رزین ها می شود.
23) هیچگاه نباید در خط تصفیه آب ، رزین های آنیونی پیش از كاتیونی قرار گیرند. زیرا PH آب به طور شدید قلیایی می شود و برخی از كاتیون ها روی آنیون ها رسوب كرده و موجب تخریب رزین ها می شود.

الكترو دیالیز (Electrodialysis) :
الكترو دیالیز با علامت مخفف ED نشان داده می شود. یك فرایند جداسازی غشایی می باشد كه درآن از اختلاف پتانسیل الكتریكی به عنوان نیروی محركه جهت انتقال یون ها استفاده می شود .
در این سیستم از غشاهای پلیمری حاوی رزین های تبادل یونی استفاده می گردد. این رزین ها بر روی پارچه هایی پلیمری مانند پلی اتیلن پوشش داده شده اند . پرده های كاتیونی نسبت به كاتیون ها تراوا می باشند و آنیون ها فقط می توانند از غشاهای آنیونی عبور نمایند.
فضای بین دو غشای غیر همنام سل نامیده می شود . در سیستم های پیشرفته دستگاه الكترودیالیز به شیوه ای طراحی و بهره برداری می گردد كه در حدود هر 15 دقیقه یك مرتبه قطب كاتد و آند جابجا می شوند و به طور اتوماتیك از رسوب روی الكترودها و گرفتگی غشاها كاسته می شود .غشاها توسط جدا كننده های پلیمری از یكدیگر مجزا می شوند به طور معمول ضخامت این توری ها در فضای بین غشاء ها نیم میلی متر و در كنار الكترودها یك میلی متر می باشد.
نكات مهم در طراحی و بهره برداری از سیستم های الكترودیالیز :
1) كیفیت آب ورودی بیشترین اهمیت را در ثابت نگه داشتن مشخصات آب خروجی دارد . یون های مهم در تصفیه آب شامل سدیم ، كلسیم ، منیزیم ، آهن ، سیلیس ، كلرید و بی كربنات می باشند. هر چند تغییر در مشخصات آب ورودی موجب تغییر در كیفیت آب خروجی می گردد.
2) دمای آب ورودی اثر فوق العاده مهمی بر روی بازده دستگاه و كیفیت محصول دارد. به طور معمول دمای آب نباید از 10 درجه سانتی گراد كمتر و از 45 درجه سانتی گراد بیشتر باشد.
3) حد مجاز آهن در آب وروی به طور معمول حدود ppm 2/0 می باشد زیرا بیشتر از این مقدار موجب اشكال در فرایند می گردد. یكی از اثرهای منفی یون های آهن و یا آهن معلق ، افزایش مقاومت الكتریكی غشاها می باشد كه در اثر رسوب بر روی غشاها یك لایه نارنجی رنگ بوجود می آورند و موجب كاهش كیفیت تولید آب و تغییر در ولتاژ و آمپر مورد استفاده می شود.
4) وجود كلرین در آب ورودی موجب آسیب دیدگی سیستم می شود لذا نباید سیستم راه اندازی شود.
5) وجود هیدروژن سولفاید در آب ورودی مانند حالت بالا موجب آسیب رسیدن به غشا میشود و لذا نباید سیستم راه اندازی شود.
6) حد مجاز آهن و منگنز بر روی هم درآب ورودی ppm 2/0 می باشد.
7) به طور اساسی یكی از عوامل وجود آهن در لوله های انتقال و مخازن سرچاهی خوردگی می باشد و یكی از رایج ترین عوامل خوردگی در آب های زیر زمینی باكتری های احیا كننده سولفات (SRB) می باشد كه می توانند به دلیل بی هوازی بودن در چاههای آب وجود داشته باشند و همچنین با استفاده از اكسیژن می توان سولفات موجود درآب را احیا و تولید H2S نمود كه در نهایت سولفیت آهن تولید می گردد. بهترین شیوه مبارزه تزریق كلر در سر چاه به میزان باقی مانده در حدود ppm 1 می باشد ولی چون كلرین آزاد برای سیستم زیان بخش است ، باید آب را قبل از ورود به سیستم توسط كربن فعال و یا هر شیوه دیگر كلرین زدایی گردد.
8) در سیستم های الكترو دیالیز اتوماتیك ، هر پانزده دقیقه یك مرتبه پلاریته الكتریكی و مسیرهای الكتریكی تعویض می شوند و این عمل با تعویض قطب كاتد و آند انجام میگیرد كه هیچ یك از قطب ها با آب نمك غلیظ برای مدت بیش از پانزده دقیقه در تماس نباشند و نمك انباشته شده را به سرعت حل می نمایند و از سیستم خارج می سازند.
9) محیط آند همیشه در اثر تجمع H+ اسیدی می باشد ، لذا مناسب است كه آب در اطراف قطب آند ، حالت سكون داشته باشد تا رسوباتی كه در این قطب به وجود آمده است حل و در زمان تخلیه خارج شوند و یا به عبارت دیگر عمل شست و شوی اسیدی در قطب آند انجام شود. به دلیل تعویض قطب ها در هر پانزده دقیقه یك مرتبه این روش كمك فراوانی به تمیز شدن الكترودها می نماید.
10) به طور معمول حداقل فشار سیستم الكترودیالیز atm 15/0 و حداكثر atm 5/1 طراحی می شود.
11) دستگاه نشان دهنده اختلاف فشار بین آب رقیق و غلیظ در ورودی و خروجی مجموعه غشاها به شیوه ای است كه اختلاف فشار آب تصفیه شده و آب نمك را نشان می دهد زیرا همیشه باید فشار آب تصفیه در حدود نیم الی یك و نیم اتمسفر بیشتر از فشار آب نمك باشد.
12) جهت كنترل كیفیت آب تولیدی دستگاه اندازه گیری هدایت الكتریكی در قسمت خروجی آب تصفیه شده نصب می شود.
13) در صورت توقف بیش از سی دقیقه در سیستم های الكترودیالیز كه به شیوه های دستی یا اتوماتیك عمل می نمایند لازم است در حدود چهار الی هشت دقیقه آبكشی شوند تا نمك های باقی مانده تخلیه شوند و از ایجاد رسوب بر روی غشاها جلوگیری گردد.
14) در صورت افزایش T.D.S آب و كاهش آمپر مصرفی لازم است موارد زیر مورد بررسی قرار گیرند : الف) دمای آب : كاهش یك درجه فارنهایت از دمای آب باعث كاهش یك درصد از آمپر مصرفی می شود ب) كثیف بودن غشاها ج) پوشش سطح الكترودها د) پارگی و یا سوختگی غشاها.
15) در صورت كاهش میزان آب تولیدی ، موارد زیر باید بررسی شود : الف ) گرفتگی صافی ها ، ب ) وضعیت سایر تجهیزات مانند شیرها و پمپ ها ، ج) اختلاف فشار جریان های ورودی و خروجی
16) هرگاه جریان مصرفی بین الكترود كاهش یابد باید بررسی زیر انجام گیرد
الف) اطمینان از بسته نبودن لوله های آب تغذیه الكترودها یا لوله های خروجی الكترودها
ب) اطمینان از برابر بودن فشار ورودی آب الكترودها و فشار ورودی مجموعه غشاها
ج) اطمینان از عدم رسوب روی غشاها ، صفحه های جدا كننده و الكترودها.

فرآیند تقطیری :
تبخیر و میعان آب یكی از روشهای تصفیه آب است . دمای تبخیر املاح موجود در آب بالاست لذا با حرارت دادن محلول آب می توان اجزاء آب را بخار و از سنگ های محلول در آن جدا نمود.
این شیوه تصفیه آب را روش تقطیری می نامند . آب دارای املاح بالا در سه مرحله تبدیل به آب مناسب می گردد.
1) تولید بخار با حرارت دادن به آب و رسانیدن دمای آب به نقطه جوش
2) جمع آوری بخار
3) میعان بخار و بازیافت حرارت
سیستم تقطیر چند مرحله ای (Multistage Distillation) :
افزایش راندمان سیستم تقطیر با بكارگیری مجموعه ای از سیستم های تقطیر ساده به طور متوالی امكان پذیر است . در چنین سیستمی یكی از تبخیر كننده های به وسیله بخار تغذیه می شود . دمای بخار در این تبخیر كننده بیش از دمای جوش آب داخل پوسته است. بخار ایجاد شده در محفظه اول داخل لوله های سیستم دوم می شود و در نتیجه آن ، مقداری از آب درون پوسته این سیستم تبخیر می شود . برای تبخیر این مرحله باید دمای بخار ورودی به لوله ها از دمای آب موجود در پوسته در حد مناسبی بیشتر باشد به همین ترتیب بخار خارج شده از مرحله دوم وارد لوله های مرحله سوم می شود و در اثرمیعان مقداری از آب در درون پوسته مرحله سوم تبخیر می گردد. به طور كلی در این گونه سیستم ها ، طراحی به گونه ای انجام می شود كه به ازای هر كیلوگرم بخار داده شده به سیستم حدود سه كیلوگرم آب مقطر تولید می شود. برای تامین خلاء به منظور جمع آوری گازهای خارج شده از آب تاسیسات جانبی تقطیر ، پمپ خلاء نیاز می باشد. بر اساس قوانین ترمودینامیك با كاهش فشار ، دمای نقطه جوش كاسته می شود ، لذا ایجاد خلا در این گونه سیستم ها آب را در دمای كمتری به بخار تبدیل می كند . به طور كلی در این سیستم ها با افزایش تعداد مراحل ، راندمان كلی تولید آب شیرین افزایش می یابد ولی از لحاظ اقتصادی ، تعداد مراحل بهینه وجود دارد.
سیستم های تقطیری چند مرحله ای دارای انواع گوناگونی می باشند كه عبارتند از :
1) تقطیر كننده با لوله های درون آب
2) تبخیر كننده با لوله های بلند عمودی
3) تبخیر كننده های عمودی بالایه پایین رونده
4) تبخیر كننده های عمودی بالایه بالا رونده
5) تبخیر كننده های افقی
كاربرد پمپ حرارتی در تصفیه آب :
پمپ های حرارتی ، دستگاههایی می باشند كه با انجام كار مكانیكی ، حرارت را از سیستم سرد به سیستم گرم منتقل می كنند. پمپ حرارتی در واقع یك ماشین حرارتی معكوس است .كار مكانیكی به طور معمول توسط یك پمپ یا كمپرسور ( با توجه به نوع پمپ حرارتی) انجام می گیرد به همین دلیل نام این سیستم را پمپ حرارتی گذارده اند. در سیستم های تقطیر به كمك پمپ حرارتی ، گرمای محصول كه كمتر از گرمای درون برج (خوراك ورودی) است از طریق یك سیال كاری به خوراك ورودی یا جوشاننده برج انتقال می یابد واین موضوع اساس كاهش انرژی حرارتی مصرفی است. سیال كاری كه جهت انتقال انرژی استفاده می شود به طور معمول بخار آب است.
اجزاء اصلی یك پمپ حرارتی عبارتند از :
1) كمپرسور برای افزایش فشار سیال كاری
2) شیر انبساط به منظور كاهش و افت فشار سیال كاری
3) چگالنده به منظور دفع انرژی سیال كاری به محیط گرم
4) تبخیر كننده برای جذب انرژی از محیط سرد به سیال كاری
سیال كار در فشار پایین گرما را جذب و در فشار بالا گرما را به محیط می دهد. در این چرخه ،كمپرسور مقداری كار و انرژی مصرف می نماید كه موجب افزایش فشار و دمای سیال كاری می شود.
گاز زدایی (Degasification) :
گازهای مختلف زیادی می توانند در آب به صورت محلول وجود داشته باشند . هیدروژن سولفید ، كربن دی اكسید ، اكسیژن ، آمونیاك ،كلرین و نیتروژن از جمله گازهایی هستند كه بیشتر از بقیه گازها در آب وجود دارند. نوع و میزان گازهای محلول در آب به شرایط محیطی ،منبع آب ،مسیر عبور آب ، دما و فشار و جنس گاز بستگی دارد. گازهای موجود در آب به دو صورت می توانند وجود داشته باشند ، یك دسته مثل اكسیژن و نیتروژن همواره ، به صورت گاز در آب موجودند ، ولی گازهایی چون دی اكسید كربن ،هیدروژن ، سولفید و آمونیاك با توجه به PH آب می توانند هم به صورت تركیب نشده (گاز) در آب موجود باشند و هم می توانند با آب تركیب شده و تولید یون كنند كه در این صورت برای حذف آنها باید عملیاتی را كه برای حذف یون ها بكار برده میشود ،مورد استفاده قرار داد.
اثرات ناخالصی های گازی آب :
اكسیژن ونیتروژن از جمله گازهای محلول در آب هستند كه در اثر تماس آب با هوا در آب حل می شوند.
نیتروژن : این گاز حلالیت كمی در آب دارد و نیز به دلیل میل تركیبی خیلی كم ، مشكل چندانی ایجاد نمی كند.
اكسیژن : اكسیژن به همراه PH كم خاصیت خورندگی شدیدی دارد . یكی از جدی ترین مسائلی كه اكسیژن می تواند ایجاد كند ،خوردگی حفره ای است. البته حلالیت اكسیژن در دما و فشارهای مختلف ، تغییر می كند.
دی اكسید كربن : این گاز در اثر حل شدن در آب به آن خاصیت خورندگی می دهد ، ضمن اینكه خورندگی اكسیژن را نیز تشدید می كند.
كلر : گازی است كه به صورت طبیعی در آب وجود ندارد و معمولا در مرحله كلر زنی به منظور ضدعفونی كردن ، وارد آب می شود.
هیدروژن سولفید : این گاز در آب موجب خوردگی جداره لوله های فولادی می شود و با تشكیل رسوب سولفور آهن و ته نشینی آن روی رزین های تعویض یونی موجب تخریب رزین ها می شود.
روش های حذف گازها :
به طور كلی برای حذف ناخالصی های گازی آب دو شیوه عمده وجود دارد :
الف) روش های فیزیكی حذف گازها
ب) روش های شیمایی حذف گازها
در مواردیكه حجم آب مورد تصفیه زیاد و غلظت گازهای محلول بالا باشد از روش فیزیكی استفاده می شود چون این روش از نظر اقتصادی مقرون به صرفه خواهد بود. هزینه های سرمایه گذاری ، تجهیزات و دستگاههای مورد استفاده در این شیوه بالاست ولی در مجموع با صرفه تر از روش های شیمیایی خواهد بود.
مزیت روش شیمیایی نسبت به فیزیكی در آن است كه در روش شیمیایی می توان گفت كه حذف گازها از آب به طور كامل انجام می شود در حالیكه در روش فیزیكی هیچ گاه حذف گازها صد درصد نیست و احتیاج به عملیات شیمیایی به صورت تكمیل كننده خواهد بود.
برخی از روشهای فیزیكی حذف گاز عبارتند از :
1) افزایش دمای آب : با این عمل ، فشار بخار آب افزایش می یابد و بر طبق قانون دالتون ، چون فشار كل گازها برابر با مجموع فشارهای جوی گازها می باشد لذا با افزایش بخار آب ، فشار جزئی گازهای ناخالص كاهش می یابد و مقداری از گاز محلول در آب خارج می شود.
2) گاززدایی تحت فشار : با تحت فشار قرار دادن سطح آب توسط یك گاز بی اثر می توان گازهای محلول در آب را خارج نمود. معمولا در صنعت به جای استفاده از یك گاز بی اثر نظیر ازت ، از بخار آب برای تغییر فشار كمك می گیرند ضمن اینكه دمای آب افزایش یافته و به گاز زدایی كمك خوهد شد.
3) هوادهی (Aeration) : هوادهی فرآیندی است كه درآن آب و هوا در تماس نزدیك با هم قرار داده می شوند. از هوادهی برای حذف سایر گازها به جز اكسیژن استفاده می شود. در اثر هوادهی میزان اكسیژن محلول در آب افزایش می یابد و در نتیجه فشار جزیی اكسیژن افزایش یافته و فشار جزئی سایر گازها كم شده و از آب خارج می شوند.






نوع مطلب :
برچسب ها :

       نظرات
دوشنبه 7 آذر 1390
محمد باباپور