سیالات حفاری

معماری فرهنگ قوم لر حفاری وسیالات حفاری تمدن لرستان

 
انواع اب وروشهای تصفیه اب وتولید اب
نویسنده : رضا سپهوند - ساعت ۱:٥۳ ‎ب.ظ روز ۱۳٩٤/٧/٢٥
 

آب مهمترین ماده شمیمیایی است

  •  در قرن جاری منابع آب شیرین از چاههای نفت با ارزش تر خواهند بود.
  •  80% سطح زمین از آب پوشیده شده است.
  •  97% از آب های موجود شور هستند.
  • 2% از آب های جهان به صورت یخ های قطبی هستند
  •  1% آب جهان شیرین و قابل استفاده است

 

  • آبهای زیر زمینی مثل آب چاهها و چشمه ها
  •  آبهای سطحی مثل رودخانه ها و جویبارها
  •  آبهای شور دریاها و اقیانوس ها

1-2-1 ویژگیهای آب های زیر زمینی

1- مواد معلق، مواد آلی در آن ها معمولاً کم است.

   2- Fe2+ و Mn2+ در آن ها کم و CO2نسبتاَ زیاد

   3- املاح محلول و سختی آن ها نسبتاً زیاد

   4- چاههای کم عمق ممکن است آلوده به میکروب باشند.

 

1- زلال هستند.

2- معمولاً به میکروارگانیسم ها آلوده هستند.

3- مقدار آمونیاک و نیترات آنها ممکن است زیاد باشد.

4- در صورت عبور از نواحی صنعتی، به مواد شیمیایی آلوده هستند.

5- املاح محلول آن ها نسبتاً کم است.

6- PH آنها در حدود 8-7 است.

1-2-3- ویژگیهای آبهای شور

1- مقدار املاح محلول آنها زیاد، 1000 تا PPM 40000

2- میزان یونهای کلر و سدیم آن زیاد ، بیش از PPM 500

 

آب خالص در طبیعت وجود ندارد.

ضمن استقرار آب در یک مکان یا جاری شدن در یک منطقه، مواد جامد و گازهای محلول در آب، در آن حل و مواد ریز غیر قابل حل در آن به صورت معلق در می آیند. بنابراین:

ناخالصی های آب سه دسته کلی هستند:

  1. یونها (کاتیونها و آنیون ها)

2. گازهای محلول در آب (اکسیژن، دی اکسید کربن و ...)

3. مواد کلوئیدی و معلق (گل و لای، باکتری ها و ...)

 

1-1-3-1- کاتیون ها

کاتیون هایی که تقریباً در تمام آب های طبیعی وجود دارند:

منیزیم Mg++، باعث سختی می شود ماده غذایی موجودات زنده می شود.

سدیم Na+ ، غلظت زیاد آن سبب شوری، برای گیاهان و ماهیان مضر است.

کلسیم Ca++، باعث سختی می شود، ماده غذایی موجودات زنده است.

پتاسیم K+، مقدار آن کم تر از سدیم ا ست.

آهن Fe2+، مقدار آن به PH و O2 آب بستگی دارد، حدود 2/0 – 5/0 PPM

            در آب های سطحی و حدود 1 تا 10 mg/l در آب های عمقی

منگنز Mn++، غلظت آن حدود 1/0 – 1 میلی گرم در لیتر است.

زیاد آن باعث بوی نامطبوع و رشد میکروارگانیسم ها می شود.

 

  • آنیون هایی که در اثر آب های طبیعی حضور دارند:
  • بیکربنات و کربنات: منشأ آن ها، انحلال کربنات کلسیم و Co2 در آب. خاصیت بافری به آب می دهند.
  • کلرید Cl-–: غلظت زیاد آن سبب شوری و برای بسیاری از گیاهان مضر است. وسبب خردگی فلزات نیز می شود.
  • سولفات So42-: منشأ آن انحلال نمک های سولفات و تا حدودی از فعالیت باکتری ها، مقدار زیاد سبب اسهال، برای گیاهان مضر خوردگی سازه ها می شود.
  • سیلیکا: سیلیکا هم به صورت یونی و هم کلوئیدی در آب می تواند وجود داشته باشد. که به PH بستگی دارد. در آب های طبیعی حدود ppm30-1 برای نیروگاهها مشکل ساز است.
  • نیترات NO3-: در آب طبیعی در حدود ppm 1 است. در آب های زیرزمینی در حضور باکتری ها می توانند تا ppm 50 هم باشد.

 

  • مهمترین ناخالصی های گازی آب:
  • اکسیژن (O2): منشأ آن اکسیژن هوا (طبق قانون هنری) اکسیژن باعث گوارایی آب و در ضمن خورندگی آن می شود.
  • دی اکسید کربن (CO2): منشأ آن تجزیه بی کربنات ها در اثر کاهش PH ، CO2 هوا
  • آمونیاک (NH3): منشأ ترکیبات ازت دار آلی و باکتریها.
  • هیدروژن سولفوره (H2S): منشأ آن تجزیه ترکیبات گوگرد بوسیله باکتری ها، ایجاد طعم وبوی بد.

 

  • فرمول مولکولی آب H2O، با توجه به ایزوتوپهای H(H,2H,3H1) و  16O,17O,18O )O):
  •  برای آب 18 نوع ایزوتوپ وجود دارد.
  • ولی 7/99% ملکولهای آب H2O16 هستند. 2/0% H2O18
  • 04/0% H2O17 و HDO فقط 03/0%
  • بعلت وجود پیوندهای هیدروژنی در آب؛ ویژگی های دیل در آب از مواد با وزن 1مولکولی مشابه بیشتر است.
  • نقطه جوش و نقطه ذوب، ظرفیت حرارتی
  • دانسیته، ویسکوزیته، کشش سطحی، ثابت دی الکتریک

 

  • مولکول آب قطبی  است و بسیاری از مواد یونی را در خود حل می کند.
  • فشار بخار آب زیاد نیست. (mmHg5/17 در0C20
  • بنابراین اتلاف آن زیاد نیست.
  • ظرفیت حرارتی آب زیاد است (cal/g0C? 5/0)
  • برای انتقال گرما مناسب است.
  • گرمای نهان جوش آب زیاد است. Cal/g540
  • محمل ارزان قیمتی برای انتقال انرژی

 

  • 1-5-1- کشاورزی؛ بیشترین مصرف آب در کشاورزی است. PH و میزان Na+ آب مورد مصرف کشاورزی باید کنترل شود. فاقد مواد سمی باشد.
  • 2-5-1- صنعت
  •  فرایند تولید
  • سیستم های سرمایش و گرمایش
  • واحدهای تولید بخار
  • کیفیت آب مورد استفاده در صنعت بستگی به نوع صنعت و نوع مصرف آن دارد.
  • 1-2-5-1- تصفیه آبهای صنعتی
  • روشهای کلی تصفیه آب ها جهت مصارف صنعتی:
  • الف – حذف و یا کاهش ناخالصی ها
  • مثل کاهش یا حذف سختی
  • ب – افزایش مواد کمکی به آب
  • مثل تزریق ترکیبات مخصوص ضد خورندگی و یا ضد رسوب

 

  • ویژگی های لازم این آبها:
  • الف – فاقد مواد معلق، کلوئیدی و رنگ
  • ب – فاقد میکروبهای بیماری زا
  • ج – فاقد مواد سمی
  • د – مقدار مواد آلی و اکسید کننده نباید از حد مجاز بیشتر باشد.
  • سازمان بهداشت جهانی WHO یکی از مراجعی است که حدود مجاز میزان ناخالصی های آب شرب را مشخص کرده است.

 

  • 1- تولید رسوب در دستگاههای حرارتی دیگهای بخار که باعث:
  • کاهش انتقال حرارت
  • کاهش عمرمفید سرویس دستگاهها
  • 2- تولید بخار با کیفیت پایین
  • مثلاً وجود سیلیس سبب رسوب آن روی پره های توربین می شود.
  • 3- خوردگی بویلرها و تأسیسات
  • باعث سوراخ شدن مخازن و لوله ها
  • 4- اتلاف مواد شیمیایی، مثل صابون
  • 5- باقی گذاشتن لکه روی محصولات غذایی و نساجی
  • ذرات معلق و کلوئیدی → اکسید Mn2+, Fe2+

 

  • آب طبیعی را باید برای مصارف آشامیدنی و صنعتی تصفیه کرد.
  • عواملی که سبب ضرورت تصفیه آب می شوند:
  • وجود باکتری های بیماری زا (پاتوژن) در آب
  • کمبود و یا زیادی بعضی از یونها
  • وجود ذرات معلق
  • بو، مزه و رنگ آب
  • نکته مهم: برای هر صنعتی مطلوب ترین کیفیت آب آن است که هزینه تصفیه آب کمتر از مخارج رفع عوارض ناشی از حضور ناخالصی ها باشد.

 

  • 1- به عنوان ماده اولیه
  • 2- به عنوان حلال مواد اولیه
  • 3- به صورت ماده ذخیره کننده انرژی
  • 4- محافظ در برابر گرما و تشعشع (D2O)
  • 5- برای اطفاء حریق
  • 6- در فرایند هایی نظیر تبخیر، تبلور و غیره

 

  • تعاریف و اصول کلی مربوط به آب و تصفیه آب
  • 2-1- نحوه گزارش مقدار ناخالصی های آب :
  • معمولاً تمام ناخالصی های آب به جز Co2, Mn2+, Fe2+, SiO2 و O2 را بر حسب   ppmکربنات کلسیم گزارش می کنند:
  • روش محاسبه غلظت یک ناخالصی بر حسب ppm معادل کربناتی:
  • تعداد میلی اکی والان های ناخالص = تعداد میلی ا کی والان های معادل کربناتی
  • 50× تعداد میلی اکی والان های معادل کربناتی = ppm معادل کربناتی (کربنات کلسیم)
  • ppm معادل کربناتی معادل یک میلی گرم کربنات کلسیم در یک لیتر نمونه آب است.

 

  • 1- غلظت ها اعداد نسبتاً بزرگی می شوند.
  • 2- یک PPM معادل کربناتی آنیون = یک PPM معادل کربناتی کاتیون
  • 3- غلظت ها با یکدیگر جمع پذیراند.
  • 4- مقایسه و بررسی نتایج آنالیز آسان است.
  • 5- اصل خنثی بودن بسادگی قابل کنترل است.

 

  • 2-2-1- شاخص های املاح محلول آب،
  • هدایت الکتریکی آب (EC) ، PH، قلیائیت ماده (P)
  • قلیائیت کل (M)، سختی کل (TH) و کل املاح محلول جامد TDS
  • 2-2-2- شاخص های مواد معلق آب،
  • کل مواد جامد معلق (TSS)، کدریت (بر حسب NTU یا TTU) و رنگ آب (CU).
  • 2-2-3- شاخص های آلودگیهای آلی آب،
  • اکسیژن مورد نیاز بیوشیمیایی BOD،
  • اکسیژن مورد نیاز شیمیایی COD،
  • کل کربن آلی TOC،
  • 4- شاخص بهداشتی بودن آب،
  • E. Coliform

 

  • 1- هدایت الکتریکی
  • 2- PH
  • 3- TDS کل مواد جامد حل شده در آب
  • 4- سختی کل، سختی موقت و دائم
  • 5- قلیائیت کل و ساده
  • این شاخص های اطلاعات کلی و مفیدی در مورد میزان املاح محلول آب بما می دهند.
  • ذیلاً در مورد هر کدام بحث خواهد شد.

 

  • EC آب خالص μho/Cm  056/0 است.
  • در آبهای طبیعی هر چه مقدار یونها بیشتر باشد، EC آن بیشتر است و بالعکس، در مورد آبهای آشامیدنی و کشاورزی به طور کلی:
  •      ( برحسب میلی گرم در لیتر )
  • 7/0≥                                  ≥55/0      
  •       (برحسب میکرو برسانتی متر )
  • در مورد آبهایی که EC آن ها کمتر از μho/Cm30000 است.
  • نسبت فوق با تقریب خوب 64/0 است.

 

  • PH= -log [H+]
  • PH آب خالص در دمای 25درجه سانتیگرادبرابر 7 است.
  • PH آب با افزایش دما افزایش می یابد. (شکل 1-2)
  • PH آبهای طبیعی عموماً در محدوده 8-6 است.
  • کنترل PH در بسیاری از فرایندهای تصفیه ضرورت دارد.
  • PH آب را با دستگاه PH متر اندازه گیری می کنند.
  • PH آب را با استفاده از کاغذهای PH و یا شتاب گرها می توان اندازه گیری کرد که دقت آن کمتر است.

 

  • TDS نشان دهنده کل غلظت یونهای موجود در آب است.
  • TDS را بر حسب میلی گرم در لیتر گزارش می کنند.
  • TDS شاخص خوبی برای تعیین کیفیت کلی آب است.
  • محدوده TDS آب های مختلف:

دریا

آبهای شور

مجاز آشامیدنی

مطلوب آشامیدنی

مطلوب صنعتی

      آب

حدود 40000

حدود 10000

حدود1000 

حدود500

کمتراز 100

TDS(ppm)   

 

 

  • سختی آب چیست؟
  • میزان املاح محلول کلسیم و منیزیم در آب.
  • انواع سختی:
  • موقت: ناشی از بی کربنات های کلسیم و منیزیم
  • دائم: ناشی از سولفات، کلرید و نیترات و ... کلسیم و منیزیم
  • واحد بین المللی بیان سختی آب:
  • ppm معادل کربنات کلسیم یا میلی گرم در لیتر کربنات کلسیم.

 

  • قلیائیت آب برابر مجموع یونهای کربنات، بی کربنات و هیدروکسید آب است.
  • هر چه قلیائیت آب بیشتر باشد ظرفیت بافری آب بیشتر است.
  • انواع قلیائیت:
  • قلیائیت ساده یا قلیائیت نسبت به فنل فتالئین (P)
  • قلیائیت کل یا قلیائیت نسبت به متیل اورانژ (M)
  • قلیائیت ساده به علت وجود OH- یا Co3 است.
  • قلیائیت کل مربوط به OH- ، Co3و HCo3- است.

 

  • هر چه P کمتر و M بیشتر باشد، PH آب کمتر است.
  • هر چه P بیشتر باشد PH آب بیشتر است.
  • با داشتن P وM بر حسب معادل کربناتی از روی نمودار می توان PH آب را تعیین کرد. (شکل 2-2)
  • در 9< PH غلظت OH- در مقایسه با غلظت Co3=یا HCo3- قابل صرفنظر کردن است.
  • در 5/10> PH غلظت بی کربنات تقریباً صفر است.
  • در اثر کاهش PH آب، یونهای کربنات و بی کربنات و Co2 تبدیل می شوند.

 

  • کدریت و مقداری از رنگ آب ناشی از ذرات کلوئیدی است.
  • ذرات کلوئیدی:
  • ابعاد بسیار کوچکتر از میکرون (10-4سانتی متر) دارند.
  • با کاغذ صافی جدا نمی شوند.
  • دائماً به صورت معلق هستند.
  • قسمتی از نوری که با آنها تابیده می شود، متفرق می شود.

 

  • برای اندازه گیری کدریت آب، نور به آب تابیده می شود.
  • بخشی از آن متفرق می شود.
  • TTU واحد کدریت جکسون متناسب با نور عبور کرده است.
  • NTU معرف نور متفرق شده است.

 

  • آب خالص بی رنگ است.
  • یونهای فلزی، مواد گیاهی، اجزاء خاک باعث رنگ آب می شوند.
  • به رنگ باقی مانده پس از حذف کدری آب، رنگ آن گفته می شود.
  • رنگ ظاهری آب، رنگ آن قبل از فیلتراسیون است.
  • واحد رنگ (Cu)، رنگ محلولی از کمپلکس پلاتین و کبالت با غلظت مشخص است.
  • برای اندازه گیری رنگ آب یا پساب، رنگ آن را با محلولهایی با غلظت مشخص از کمپلکس فوق الذکر مقایسه می کنند.

 

  • آلاینده های آلی آب بسیار متنوع ،اندازه گیری آنها پر هزینه است.
  • شاخصهای تعیین مواد آلی آب و پساب عبارتند از:
  • BOD : یا اکسیژن مورد نیاز بیوشیمیایی

این شاخص معیاری از مواد آلی قابل تجزیه بوسیله باکتریهای هوازی است.

 

  • COD یا اکسیژن مورد نیاز شیمیایی

COD تقریباً  معرف همه مواد آلی آب می باشد. مقدار اکسیژن لازم برای اکسید کردن کامل مواد آلی آب است.

  • TOC کل کربن الی

Co2  حاصل از سوزاندن مواد آلی موجود در آب یا پساب معیار خوبی  از مواد آلی است.

  • نیتروژن آمونیاکی

معیاری از آلودگی آب به فاضلاب شهری است.

  • TOD یا Th.o.D کل اکسیژن مورد نیاز

TOD مقدار کل اکسیژن مورد نیاز Th.o.o مورد نیاز از نظر تئوری است که برای اکسیداسیون مواد آلی موجود در نمونه لازم است.

 

n      1-3-2-2- BOD و روش تعیین آن

  • BOD به دمان و زمان بستگی دارد.
  • 5BOD یعنی مقدار اکسیژن مورد نیاز برای تجزیه مواد آلی توسط باکتریها در مدت 5 روز و در دمای C200 است.
  • 5BOD شاخص ا ستاندارد در سطح جهان پذیرفته شده است.
  • BODuمعرف مقدار اکسیژن مورد نیاز باکتری برای تجزیه همه مواد آلی تجزیه پذیر است.

n      مراحل تعیین 5BOD

  • 2 نمونه با حجم معین (مثلاً 300 میلی لیتر) از فاضلاب یا فاضلاب رقیق شده را در بطری درب دار می ریزند.
  • در صورت لزوم باکتری به آن اضافه می کنند.
  • میزان ا کسیژن محلول یکی از نمونه ها را اندازه گیری می کنند.
  • نمونه دیگر را به مدت 5 روز در دمای C200 در  انکوباتور قرار می دهند.
  • بعد از 5 روز اکسیژن محلول باقیمانده را اندازه گیری می کنند.
  • مقدار میلی گرم اکسیژن مصرف شده به ازاء یک لیتر نمونه 5BOD آن فاضلاب است.

 

  • COD ، مقدار اکسیژن مورد نیازی است که باید توسط اسید کرومیک تأمین شود تا همه مواد آلی به Co2 اکسید شود.
  • COD معرف مواد آلی قابل تجزیه و غیر قابل تجزیه بوسیله باکتری می باشد.
  • COD کم تر از ppm400 معرف فاضلاب رقیق است.
  • هر چه نسبتBOD/COD  به یک نزدیک ترباشد، تصفیه بیولوژیکی موفق تراست.

 

  • حجم معینی از نمونه را با کاتالیزور مناسب وبا اسیدسولفوریک و دی کرومات به مدت 2ساعت رفلو می کنند.
  • سپس دی کرومات باقیمانده را با سولفات آمونیوم آهن (II) تیتر می کنند
  • از روی دی کرومات مصرف شده، COD محاسبه می شود.

 

  • MPN شاخص آماری از تعداد اشرشیاکلی
  • MPN آب شرب باید صفر باشد.
  • MPN فاضلاب تصفیه شده نباید از 300 بیشتر باشد
  • اشرشیاکلیفرم (کلیفرم روده ای)، باکتری بسیار مقاوم، شناسایی آن ساده وارزان، بیماری زا نیست، عدم وجود آن به منزله اطمینان از  عدم وجود هر نوع ویروس و باکتری دیگر در آب است.

 

منظور از TOD کل  اکسیژن مورد نیاز و منظور از Th.oD کل اکسیژن مورد نیاز از نظر تئوری است که برای اکسیداسیون مواد آلی موجود در نمونه لازم است.

برای محاسبه Th.oD باید فرمول شیمیایی مواد آلی موجود در آب را بدانیم

 

 

روش های کاهش یاخذف املاح محلول آب

افزایش مواد شیمیایی:

که سبب رسوب کردن کاتیونها و آنیونهای مزاحم می شود

استفاده از روشهای پیشرفته (غیر شیمیایی)

  1. اسمز معکوس
  2. رزین های تعویض یونی
  3. الکترودیالیز

در بعضی از صنایع از این روش ها به صورت ترکیبی استفاده می شود.

 

 

  • سختی آب به علت املاح محلول کلسیم و منیزیم است.
  • سختی کل شامل سختی موقت (کربناتی) وسختی دائم است.
  • سختی موقت به علت وجود بی کربنات های کلسیم و منیزیم که در اثر حرارت دادن آب حذف می شود.

 

  • زیان ناشی از سختی موقت بیشتر از سختی دائم است.
  • سختی دائم به علت وجود سایر نمکهای محلول کلسیم و منیزیم غیر از بی کربناتهای آن ها است.
  • اگر H سختی کل و M قلیائیت کل آب بر حسب معادل کربناتی باشد.

اگر M< H باشد H-M= سختی دائم   M= سختی موقت

اگر H=M باشد O= سختی دائم       سختی موقت =H=M

اگر M> H باشد M= سختی موقت   بی کربنات سدیم =M-H

 

در فرایند آهک و سودازنی، از نظر تئوری کلسیم می تواند به ppm35 کاهش یابد.

عملاً کلسیم در بهترین حالت به حدود ppm 50 کاهش می یابد.

ذرات کربنات کلسیم و هیدروکسید منیزیم حاصل بسیار ریز است و به سختی ته نشین می شوند.

برای درشت کردن و تسریع ته نشینی آنها مواد منعقد کننده باید اضافه کرد.

آهک و سودازنی گرم باعث کاهش بیشتر سختی می شود.

آهک وسودازنی برای حجم زیاد آب توصیه می شود.

در فرایند سرد، کربنات کلسیم فوق اشباع در آب نرم شده با افزایش ا سید باید تثبیت کرد.

 

1- مقدار آهک،Ca(OH)2 ، لازم بر حسب ppm معادل کربناتی، K

برابر مجموع چهار مورد زیر است:

  • CO2 آزاد بر حسب معادل کربناتی
  • بی کربناتی که باید به کربنات تبدیل شود.
  • هیدروکسید اضافی مورد نظر در آب خروجی از سیستم (5 تا 10 ppm)
  • مقدار سختی منیزیمی که باید حذف شود.

توجه: تمام مقادیر بر حسب ppm معادل کربناتی است.

K 8/0 = مقدار آهک صنعتی لازم

اگر درصد خلوص آهک صنعتی (CaO) 93 درصد باشد.

 

  • سودا (Na2CO3) مورد نیاز برحسب ppm معادل کربناتی برابرمجموع سه مورد زیر است:
  • مقدار سختی غیر کربناتی که باید حذف شود.
  • مقدار آهک اضافی که در آهک زنی مصرف می شود.
  • تمام مقادیر فوق بر حسب ppm معادل کربناتی

ُُS06/1 =53×S = مقدار میلی گرم سودای موردنیاز به ازاء هر لیتر آب

                  50

 

  • با توجه به اینکه حلالیت هیدروکسید منیزیم و کربنات کلسیم تابعی از دما و PH هستند، باید شرایطی انتخاب نمود که حلالیت آنها کمترین مقدار باشد،
  • PH باید 10-10.5 باشد،
  • حلالیت هیدروکسید منیزیم در 10.5= PH حداقل،
  • حلالیت کربنات کلسیم در 9-10 = PH حداقل است.
  • مقدار یون کربنات و دما هر چه بیشترباشد، حلالیت کربنات کلسیم کمتر است. (شکل 1-3)
  • افزایش مواد منعقد کننده و کمک منعقد کننده به حوضچه
  • آهک زنی و اختلاط آنها جهت تسهیل رسوب کردن آنها.

 

  • قیمت هر کیلو سود حدود 5 برابرقیمت آهک ا ست، بنابراین نسبت سختی بیکربناتی به سختی غیر کربناتی باید آنقدر باشد تا کربنات سدیم کافی جهت کاهش سختی غیر کربناتی بدست آید.
  • به جای آهک و سودا می توان از سود سوزآورجهت کاهش سختی استفاده کرد.

 

  • کم دردسرتر
  • سود فاسد نمی شود
  • حجم لجن رسوب کم  است
  • حذف منیزیم کامل تر

معایب استفاده از سود:

PH تا حدود 11 می رسد که باید اسید اضافه کرد، ناخالصی ها So4=)یاcL-) زیاد می شود.

مزایای آهک زنی

کاهش فلزات سنگین، ترکیبات آلی، باکتری ها، ویروس ها، جلبک ها، سیلیکا

 

  • آهن و منگنز به صورت Mn++, Fe2+ در آبهای زیرزمینی وجود دارند.
  • Fe, Mn خوراک بعضی از میکروارگانیسم هستند.
  • در آبهای محتوی O2،Fe2+  بهFe(OH)3  نامحلول و Mn2+ به MnO2 نامحلول تبدیل می شود.
  • حلالیت ترکیبات Fe، Mn در 12=PH حداقل و در 7=PH زیاد
  • آهن روی پارچه لکه های زرد تا قهوه ای قرمز و منگنز سیاه متمایل به ارغوانی ایجاد می کنند.
  • مقدار مجاز Fe2+ و Mn2+ در آبهای آشامیدنی به ترتیب 3/0 و 005/0 میلی گرم در لیتر است.
  • مقدار مجاز Fe2+ ، Mn2+ در آبهای صنعتی 3/0 و05/0 میلی گرم در لیتر است.

 

1- اکسیداسیون و ته نشینی

2- استفاده از رزین های تعویض یونی در فصل رزین ها مورد بررسی قرار می گیرند.

3- استفاده از پلی فسفات ها

پلی فسفات ها با آهن کمپلکس های محلول تشکیل می دهند

اکسیداسیون و ته نشینی

با مواد اکسید کننده هایی مثل، هوا، O2، Cl2،KMnO4 می توانMn2+ و Fe2+ را اکسید کرد و به صورت نامحلول درآورد.

 

PH بهینه برای اکسیداسیون سریع Fe2+ ، 9-7 و بر Mn2+  5/10 – 9

کلر

کلر گران تر از هوادهی و برای از بین بردن میکروب ها مؤثرتر است.

گران تر از کلر، بسیار سریع، MnO2 خود اکسید کننده است.

 

سیلیکا = اکسید سیلیسیم = سیلیس = SiO2

سیلیکا: کریستالی مثل کوارتز با حلالیت ppm6 در آب

آمورف با حلالیت ppm140 + 100 در آب

انحلال سیلیکا در آب

انحلال سیلیکا در آب شدیداً به PH وابسته است (جدول 3-3)

SiO4H4 یا Si(OH)4               H2O2 + SiO2

اسید سیلیسیک (یک ظرفیتی) است.

اسید سیلیسیک در 7 ≥ PH   یونیزه نمی شود.

اسید سیلیسیک در 5/8 = PH حدود 10% یونیزه میشود.

اسید سیلیسیک در 10~ PH حدود 50% یونیزه می شود.

در 7< PH احتمالاً پلیمریزه می شود و به صورت ذرات کلوئیدی درمی آید.

H3SiO4-در اندازه گیری قلیائیت دخالت می کند.

سیلیکا به سه صورت در آب می تواند حضور داشته باشد.

سیلیکای فعال H3SiO3-، سیلیکای کلوئیدی (سیلیکای پلیمریزه شده) و سیلیکای ذره ای (ذرات ریز شن)

 

عمده مشکل سیلیکا در بویلرهایی است که در دما و فشار زیاد کار می کنند.

زیرا با افزایش دما و فشار حلالیت آن زیاد می شود. (شکل 4-3)

سیلیکای به یکی از سه روش زیر به پره های توربین می رسد و رسوب می کند

  1. بد کار کردن بویلر (ایجاد کف)
  2. حمل قطرات مایع توسط بخار
  3. تبخیر سیلیکای محلول در بخار

غلظت سیلیکا در بخار به عوامل زیر بستگی دارد:

  • PH آب تغذیه و فشار دیگ بخار (شکل 5-3 )
  • فشار دیگ بخار
  • غلظت سیلیکا در آب تغذیه

 

حذف سیلیکا از آب مشکل و پر هزینه است. سه روش عمده آن:

  • جذب سطحی
  • اسمز معکوس
  • استفاده از رزین های آنیونی

ذرات سیلیکای کلوئیدی بار منفی دارند، در خوضچه آهک زنی، ذرات مثبت Mg(OH)2 و Fe(OH)3  باعث جذب، انعقاد و ته نشین شدن آنها می شود.

عوامل مؤثر بر حذف سیلیس با این روش:

  • زمان (تماس سیلیس با رسوبات جاذب) – هر چه بیشتر باشد حذف سیلیکا بیشتر
  • دما، هر چه دما بیشتر باشد، میزان حذف سیلیکا بیشتر خواهد بود
  • نوع ماده جاذب (نوع ترکیب منیزیم و آهک)
  • غلظت اولیه سیلیکا در آب

 

اثر PH

در حذف ناقص سیلیکا (تا حدود 70%) در یک PH معین حدود 3/10 بهترین عملکرد وجود دارد.

در حذف کامل، نقش PH کم تر است (شکل 6-3)

اثر ترکیبات مختلف منیزیم :

  • واکنش ترکیبات منیزیم به صورت استوکیومتری نیست و تابع رابطه تجربی فروندلیج1/n  Kf Ce= x/m است.
  • Kf ضریب جذب، Ce غلظت مولی تعادلی ماده قابل جذب، m جرم ماده جاذب. (شکل 7-3)
  • برای کاهش مقدار معینی در غلظت سیلیکای آب، مقادیر متفاوتی از ترکیبات مختلف لازم است. (شکل 8-3)

 

تماس سیلیکا با لجن

اگر آب ورودی به حوضچه با لجن هیدروکسید منیزیم در تماس قرار گیرد، مقدار بیش تر از سیلیکای آب حذف می شود (شکل 9-3).

در مصرف اکسید منیزیم صرفه جویی می شود.

زمان توقف در حوضچه ته نشینی و دما

با افزایش دما میزان سیلیکای حذف شده زیاد می شود.

با افزایش زمان توقف آب در حوضچه ته نشینی، درصد سیلیکای حذف شده زیاد می شود. (البته رابطه خطی نیست) (شکل 10-3).

 

  • سیلیکای کلوئیدی با رزین ها حذف نمی شود، باعث آلودگی آن می شود.
  • ضریب گزینش سیلیکا یونی کم است.
  • هزینه حذف با رزین زیاد است.

حذف سیلیکا با روش  اسمز معکوس

  • سیلیکای و بخصوص نوع کلوئیدی به خوبی حذف می شود.
  • اگر مقدار سیلیکا زیاد باشد، روی غشاء رسوب می کند، که باید دمای آب را افزایش داد (حلالیت کم شود).
  • اگرPH آب 10 باشد، حلالیت سیلیکا زیاد ولی بازCaCO3  روی غشاء رسوب می کند.

 

مقدمه – ویژگیهای ذرات معلق موجود در آب ها و پساب ها

از نظر تعداددر واحد حجم، اندازه و شکل بسیار متنوع اند

شکل و درجه کروی بودن آن ها، با پارامترهایی نظیر قطر غربالی، قطر معادل با یک کره، قطر استوکس و ... توصیف می شود.

تعداد و فراوانی آن ها را با نمودارهای توزیع نشان می دهند.

بعضی از خواص ذرات معلق به اندازه و شکل آنها بستگی دارد.

 

با توجه به اندازه، دانسیته، بار الکتریکی و خاصیت مغناطیسی و ... ذرات معلق باید روش مؤثر حذف آن ها را انتخاب کرد

ذرات درشت                                         ذرات ریز

ته نشینی  شناورسازی  فیلترها        سانتریفیوژ     کاتریج فیلتر      غشاء

به طور کلی با دو مکانیسم می توان ذرات معلق را جدا کرد:

  1. ته نشینی یا شناور سازی
  2. فیلتراسیون

 

در ته نشینی، آب ساکن، ذرات معلق به سمت پایین می روند.

در شناورسازی، آب ساکن ذرات معلق به سمت بالا حرکت می کنند.

سرعت سقوط درته نشینی یا سرعت صعود در شناورسازی بر اساس قانون استوگس:

(Ps – Pw)d2    g/18μ= V

Ps= دانسیته ذرات          Pw= دانسیته آب

G شتاب ثقل                   ویسکوزیته آب    d قطر ذرات

 

جهت حذف ذرات معلق مانند گل و لای، رنگ، موادآلی، پلانکتون، باکتری ها و ...

1-2-1-4- انواع فیلتر (صافی) ها

  1. فیلترهای سطحی، فیلتراسیون درسطح صافی انجام می شود؛ کاغذ صافی، فیلترهای کیسه ای
  2. فیلترهای عمقی، فیلتراسیون در عمق صافی انجام می شود؛ فیلترهای شنی، ذغالی،آنتراسیت و مختلط

 

  • فیلتر ثقلی ،عامل فیلتراسیون شتاب ثقل
  • فیلتر خلاء ،عامل فیلتراسیون خلاء
  • فیلتر فشاری، عامل فیلتراسیون نیروی گریز از مرکز
  • د بی آب فیلتر شده برابر است با:
  • AΔp                                       
  •                                                =Q
  • µR                                        
  • A سطح بستر فیلتر   P= افت فشار دو سر فیلتر
  • R مقاومت بستر        μ= ویسکوزیته مایع (آب)
  • برای فیلتر کار کرده به جای R مقدارc R+R ، Rc مقاومت ناشی از کثیف شدن بستر.

 

جمع شدن ذرات معلق در خلل و فرج فیلترهای عمقی باعث افت فشار می گردد. اگرافت فشار از حد معینی تجاوز کند باید فیلتر را شستشو داد.

  1. سرعت آب ورودی جهت شستشوی فیلترها m/h 60-15 (سرعت آب خام ورودی به فیلتر m/h5 است)
  2. سرعت آب جهت شستشو فیلترها باید طوری باشد که باعث انبساط بستر فیلتر به میزان 50% شود.
  3. درمواردی داخل بستر فیلتر لوله هایی مشبک تعبیه می کنند، که آب شستشو از داخل این لوله ها جریان پیدا کند.
  4. عمودی یا افقی هستند.
  5. عمودی، قطر 4-1 متر و ارتفاع یک تا چند متر
  6. بدنه فیلترها استوانه ای از فولاد است.
  7. فشار فیلترها بین 3 تا 7 اتمسفر
  8. بهتراست که بستر آن ها از چند نوع ماده (بستر مختلط) باشد، مثلاً آنتراسیت، ایلمنیت، ماسه و ...
  9. در فیلترهای با بستر یکنواخت، ذرات از خلل و فرج ذرات درشت زیر می گذرند
  10. در بسترهای یکنواخت افت فشار زیاد است.

 

  • دانسیته مواد تشکیل دهنده بستر فیلترهای مختلط متفاوت است.
  • در بسترمختلط به علت متفاوت بودن اندازه ذرات، قسمت بیشتری از فیلتر مورد استفاده قرار می گیرد.
  • یک نوع بستر مختلط شامل، آنتراسیت (1.4=ρ)، شن (8.2=ρ) و ایلمنیت (8.3=ρ) است. شستشوی آن ها مشکل تر است.

 

d(ρ-ρw)       = سرعت ته نشینی یک ذره

d= قطره ذره       ρ دانسیته ذره          ρw دانسیته آب

 محاسبه نشان می دهد که قطر ذرات آنتراسیت باید کمتر از 7.2 میلی متر و قطرات ذرات ایلمنیت بیشتر از 0.74 میلی متر باشد.

مزایای فیلترهای با بستر مختلط :

  1. افت فشار کمتر، از قسمت بیشتر بستر استفاده می شود، طول مدت کار آن بیشتر است.
  2. شستشوی فیلترهای مختلط مشکل است.

 

شکل و اندازه ذرات مواد تشکیل دهنده بستر فیلترها بسیار متنوع است.

بنابراین جهت تخمین و توصیف آنها پارامترهایی لازم است؛

  • اندازه مؤثر: اندازه ای از ذرات که 10% وزنی ذرات از آن کوچکتر باشد.
  • ضریب یکنواختی ذرات:

اگر اندازه ای از ذرات را که 40 درصد وزنی ذرات بزرگتر از آن و 60 درصد کوچکتر از آن است را a بنامیم.

 

  •      بستگی به شرایط کار و کیفیت آب مورد نظر دارد.
  • فیلترهای ثقلی: اندازه مؤثر 0.5-0.3 میلیمتر ضریب یکنواختی1.75
  • فیلترهای فشاری؛ اندازه مؤثر 0.5-0.6 میلیمترو ضریب یکنواختی حداکثر1.7

راندمان فیلتر و عوامل مؤثر بر آن

عوامل مؤثر:

CL                                                             

هر چه            e ηL/d =          =β  کمتر باشد، راندمان فیلتر بیشتر است.

C0                                                            

Co , CL به ترتیب غلظت ذرات معلق در آب خروجی و ورودی به بستر

η= عددی ثابت       L عمق بستر  d اندازه ذرات بستر

 

  •  اغلب مکعبی یا مکعب مستطیلی شکل ، گاهی  مدور
  • با فشار محیط کار می کنند
  • معمولاً از سیمان گاهی از چوب یا فولاد
  • نوع مکعب مستطیلی به عرض 5. 1 تا 10 متر و طول چندین مترتا چند صد متر و ارتفاع 3 تا 5 متر
  • ساختن آنها ساده است.

 

n       فیلترهای ثقلی کم هزینه و کم استهلاک

مزایای فیترهای فشاری

  • قابل نصب بین لوله های تحت فشار
  • کم حجم
  • در افت فشار هم کار می کند
  • می توان آن را به سیستم تصفیه آب اضافه کرد

معایب فیلترهای فشاری

  • ذرات بستر قابل رؤیت نیستند و مؤثر بودن شستشو را نمی توان دید
  • عملکرد مواد منعقد کننده قابل کنترل نیست
  • دِبی خروجی را نمی توان ثابت نگه داشت

4-1-2-9- کارتریج فیلترها

  • کارتریج فیلترها، فیلترهای بسیار ظریفی هستند. (شکل 4-5)
  • معمولاً استوانه ای متشکل از چندین لایه الیاف هستند (یکبار مصرف هستند)
  • جنس ا لیاف آنها، پنبه ای، ابریشمی، سلولزی، پشم شیشه ای، پلی پروپیلن، نایلونی و ...

کاربرد کارتریج فیلترها

پس از تصفیه مقدماتی آب در موارد زیر:

  • حذف ذرات بسیار ریز کربن در آب خروجی از بستر کربن
  • حذف ذرات مواد اکسید شده پس از کلرزنی استخرها
  • آب ورودی به اسمز معکوس و آب نوشابه سازی
  • 1- کدریت آب فیلتر شده؛
  • کمتر از NTU 0.50 خوب و NTU 0.2 کمال مطلوب
  • 2- طول زمان سرویس دهی (فاصله زمان دو شستشو)
  • کمتر از 24 ساعت نباشد. سرعت فیلتراسیون کمتر از m3/h15 نباشد.
  •  3-نسبت آب لازم جهت شستشو به آبی که قبل از شستشو تصفیه شده؛
  • کمتر از 2 درصد عملکرد بسیار مطلوب
  • حدود 3 درصد معمولی
  • بیش از 5 درصد ضعیف
  • در تابستان 1.5 تا 3 درصد خوب در زمستان 2.5 تا 3 درصد خوب
  • UFRV-4= حجم آبی که به ازاء هر واحد سطح بسترفیلتر در هر سرویس تصفیه می شود.
  • L/Cm2 2 >UFRV قابل قبول نیست.
  • L/Cm24UFRV> عملکرد خوب

 

  • تجمع ذرات ریز بستر در سطح آن
  • کوچک بودن اندازه مؤثر ذرات
  • غلظت زیاد ذرات معلق در آب ورودی
  • پوشیده شدن ذرات بستر با گل و لای
  • وجود مقادیر زیاد جلبک در آب ورودی
  • حبس هوا مابین ذرات
  • استفاده بیش از حد از کمک منعقد کننده ها و یا مواد منعقد کننده

 

  • انعقاد سازی: مجتمع کردن ذرات ریز
  • لخته گذاری: تشکیل توده ذرات
  • در تصفیه آب، انعقاد سازی و لخته گذاری معادل هم به کار می روند
  • انعقاد سازی و سپس فیلتراسیون ذرات ریز از فیلتراسیون آن ها اقتصادی تر است
  • هر چه ذرات ریزتر باشند هزینه جداسازی آن ها بیشتر است.

 

  • ذرات ریز معلق دارای بار منفی هستند (به علت جذب OH-) و بهم نمی چسبند.
  • بین ذرات مواد معلق، نیروهای جاذبه و دافعه الکترواستاتیکی و نیروی جاذبه و اندروالسی وجود دارد.
  • نیروهای دافعه و جاذبه بین ذرات مواد معلق به طور توانی به فاصله مابین آنها بستگی دارد.
  • با افزایش مواد منعقد کننده بار منفی ذرات خنثی می شود، و ذرات درشت می شوند.
  • با نزدیک تر کردن ذرات از طریق هم زدن، حرکت براونی و برخورد ناشی از تفاوت سرعت ذرات، نیز می توان ذرات را درشت کرد.
  • افزایش مواد منعقد کننده مقرون به صرفه تر است.

 

متداولترین منعقد کننده ها :

  •  آلوم تجارتی Al2(SO4)3 . 14 H2O، مایع
  • کلرید آهن (III) Fe Cl3 . 6H2O، جامد
  • سولفات آهن (III) Fe2(SO4)3 . 3H2O
  •  اکسید منیزیم MgO
  • آلومینات سدیم Na2O Al2O3
  • سیلیکات سدیم Na2O SiO2

 

  • کاتیون آن ها هیدرولیز می شود و هیدروکسید و یونهای کمپلکس نامحلول ایجاد می کنند که سریع ته نشین می شوند.
  • ذرات معلق نیز با آنها ته نشین می شوند.
  • منعقد کننده ها با افزایش قدرت یونی محلول µ=1/2ΣCiZi2)) ،دامنه نفوذ پتانسیل دافعه را کاهش می دهند.

 

  • H+      تولید می کنند و قلیائیت آب کاهش می یابد.
  • CO2  حاصل مزاحم انعقاد سازی است.
  • نیاز به افزایش آهک، سود یا سودا جهت بالا بردن قلیائیت آب است که خود آهک سختی آب را بالا می برد.
  • آلوم در مواردی بر حسب خورندگی می شود. برای رفع این مشکل از آلومینات سدیم همزمان نیز استفاده می شود.

 

1- PH آب مورد تصفیه باید طوری باشد که رسوب ایجاد شده کمترین حلالیت داشته باشد.

2- غلظت کل مواد معلق در آب

هر چه غلظت مواد معلق بیشتر باشد، انعقاد سازی راحت تر است.

3- قلیائیت آب مورد تصفیه

4- پخش ماده منعقد کننده پس از افزایش به آب

5- TDS زیاد باعث تسریع و کامل بودن انعقاد می شود

6- مواد آلی مانع عملکرد خوب می شود، باید کلر اضافه کرد.

7- محیط را باید خوب بهم زد.

 

بر اساس این قانون هر چه بار کاتیون ماده منقعد کننده بیشتر باشد، قدرت انعقاد سازی آن بیشتر است؟

6(بار آنیون )/1= غلظت لازم مواد منعقد کننده بر  ppm معادل کربناتی

در شرایط یکسان، قدرت انعقادسازی ppm1000 یون سدیم

به اندازه ppm16 یون کلسیم و یا ppm1.4 یون آلومینیوم است.

 

  • آلومینات سدیم Na2OAl2O3

عملکرد آن به PH و قلیائیت وابسته است.

اگر همراه با آلوم از آن استفاده شود، قدرت کاهش رنگ را افزایش می دهد.

 

  • لخته های سنگین ایجاد می کند.
  • در آب سرد قدرت انعقاد سازی دارد.
  • محدوده PH مناسب برای عملکرد مؤثر آن وسیع است، 3.5-9
  • ارزان تر از آلوم است.
  • قدرت انعقاد سازی آن (3) بیش از آلوم (1.5) است.
  • 3 =تعداد کاتیون / تعداد آنیون = قدرت ا نعقاد سازی

 

  • کمک منعقد کننده ها، کارآیی مواد منعقد کننده را در حذف مواد رنگی و کدر کننده افزایش می دهند.

کمک منعقد کننده ها:

  • نوعی پلی الکترولیت، کاتیونی، آنیونی و یا خنثی هستند.
  • گران هستند و مصرف مواد منعقد کننده را کاهش می دهند.
  • از طریق تشکیل پل مابین ذرات معلق آن ها را به صورت ذرات درشت درمی آورند.

 

  • محدوده PH مناسب برای متعقد کننده ها را افزایش می دهند.
  • به عنوان کمک منعقد کننده با آلوم و کلرید آهن (III) از نوع آنیونی استفاده می شود.
  • به عنوان منعقد کننده از نوع کاتیونی آن استفاده می شود.
  • در محدوده کوچکی از غلظت پلی الکترولیت که بستگی به نوع مواد معلق و غلظت آن دارد، بیشترین قدرت را دار می باشد.

 

چگونه می توان بهترین شرایط و بهترین ماده منعقد کننده را تعیین کرد؟

n      از جارتست برای آبهایی که غلظت ذرات معلق آنها کمتر از mg/l500 باشد،

جارتست دستگاه مورد استفاده برای این تست است که شامل:

  • چندین همزن کاملاً یکسان است که با یک موتور می چرخند.
  • هر همزن در داخل یکی از ظرف هایی که حجم های مساوی از نمونه آب مورد نظر دارند، قرار دارد.

 

واحد انعقاد سازی و ته نشینی ذرات معلق شامل سه بخش است:

حوضچه ته نشینی  حوضچه لخته گذاری  واحد اختلاط سریع

در واحد اختلاط سریع؛

آب و مواد منعقد کننده با یک هم زن سریع مخلوط می شوند.

 

در حوضچه ته نشینی؛

n      آب ورودی از واحد اختلاط سریع، در این واحد به مدت 6-20 دقیقه بطور آهسته بهم می خورد و لخته ها ایجاد می شوند.

درحوضچه ته نشینی؛

  • آب محتوی لخته ها در این واحد به مدت 2 تا 4 ساعت بدون بهم زدن می مانند، تا ته نشین شوند.
  • سپس لخته ها خارج و آب صاف شده از بالا به صافی هدایت می شود.

 

 

n      مهمترین گازهایی که ممکن است در آب ها و یا فاضلاب ها وجود داشته باشند:

نام گاز                منشاء                

O2           هوا، گیاهان سبزینه دار

CO2        جلبک ها در شب – تجزیه هوازی مواد آلی – تجزیه کربناتها

H2S          تجزیه غیر هوازی مواد آلی گوگرد دار

    NH3         تجزیه غیر هوازی مواد آلی ازت دار

Cl2          کلرزنی

N2 (کم)               هوا

  • N2  و O2   در آب فقط به صورت مولکولی هستند.
  • مقداری از NH3, H2S, CO2 و Cl2 در آب بصورت یون درمی آیند، ولی فرمهای یونی و مولکولی مربوطه با یکدیگر در حال تعادل هستند.
  • فرمهای یونی مواد فوق الذکر جزء ناخالصی های گازی محسوب نمی شوند.

 

  • این قانون بر تعادل گازها و مایعات حاکم است.
  • بیان ریاضی قانون هنری: YA= mXA (A= ماده گازی حل شده در مایع)
  • XA= کسر مولی A در فاز مایع     m= ثابت هنری که به دما و نوع گاز بستگی دارد.
  • YA= کسر مولی گاز در فاز گازی (هوای بالای مایع).
  • با توجه به رابط Pt /  YA=PA
  •    PA      فشار جزیی A در هوای در حال تعادل با مایع
  • Pt فشار کل هوای در حال تعادل با مایع
  • PA= PtmXA    →   mXA = PA/Pt
  • Ptm، برای یک گاز مایع در دمای معین و فشار ثابت، ثابت است.
  • اگر Ptm=H فرض کنیم    PA=HXA
  • اگر از نظر تئوری اگر PA=0     XA صفر می شود،
  • یعنی کسر مولی گاز در مایع صفر است و گاز از مایع حذف می شود.

 

روشهای حذف گازها: روشهای شیمیایی و روشهای فیزیکی

ویژگیهایی روشهای فیزیکی؛

  • حذف گازها صد در صد نیست
  • برای حجم زیاد آب و تعداد زیاد گاز توجیه اقتصادی دارند.
  • سرمایه گذاری اولیه زیاد

ویژگیهای روشهای شیمیایی؛

  • برای حذف کامل گازها کاربرد دارد.
  • هزینه روزمره زیاد
  • برای مقادیر کم آب و مقادیر کم ناخالصی گازی مفید است.

 

حذف گازها به روش فیزیکی به دو صورت انجام می شود:

  • هوادهی
  • هوا زدایی  ؛  سرد و گرم
  • اساس هر دو روش قانون هنری است.
  • به واحدی که در آن هوادهی انجام می شود در واحدها ی ؛تصفیه آب صنعتی، دی گازاتور گفته می شود.
  • در واحد های شهری و فاضلاب. واحد هوادهی می گویند.

 

  • دی گازاتور برجی است که آب در آن از بالا به پایین (بوسیله افشانک) جریان دارد.
  • همزمان با جریان آب، هوا یا بخار از پایین به سمت بالا حرکت می کند.
  • حداکثر ممکن تماس باید بین هوا (بخار) و آب برقرار باشد. (شکل 2-5)
  • چون فشار جزیی CO2  در هوا (بخار) صفر است، طبق قانون هنری، غلظت CO2 در آب نیز از نظر تئوری باید صفر باشد.

 

  • کار اصلی دی گازاتور کاهش CO2  است.
  • دی گازاتور غلظت همه گازهای ناخالص آب به جز اکسیژن را کاهش می دهد. برای افزایش کارایی دی گازاتور:
  • آب ورودی از طریق نازل یا افشانک به صورت قطرات ریز درمی آید.
  • داخلی برج سینی هایی تعبیه می کنند (برج های سینی دار)
  • در داخل برج ذرات پلاستیکی یا سرامیکی دارای سطح زیاد موسوم به آکنده قرار می دهند.

 

  • با کاهش فشار نقطه جوش آب را پایین می آورند، آب به دمای اشباع می رسد
  • فشار جزئی همه گازها به صفر کاهش می یابد (PA=0) پس XA=0
  • از برج های سینی دار یا برج های آکنده استفاده می شود
  • کاهش فشار بوسیله جت بخار یا پمپ مکانیکی انجم می شود (شکل 3-5)
  • در هوا زدایی سرد، CO2 مشکل تراز O2 حذف می شود.
  • روش مطلوبی نیست (ایجاد خلاء مشکل است).

 

  • جهت حذف اکسیژن و سایر ناخالصی های گازی آب است.
  • آب روی سینی های جدا کننده پاشیده می شوند؛ همزمان در همان جهت بخار آب نیز وارد می شود.
  • در اثر دمای بخار، فشار بخار گازهای محلول برابر فشار هوای داخل هوازدا می شود.
  • گازها محلول را ترک می کنند.
  • اکسیژن در ضمن پاشش آب و بقیه گازها در تماس با بخار حذف می شوند.
  • در نیروگاهها کاربرد گسترده دارد.

 

  • برای حذف کامل گازها باید به روش شیمیایی اقدام نمود
  • 1-2-2-5حذف هیدروژن سولفوره H2S
  • H2S در آب در حال تعادل با HS- و S2- است.
  • H2S را به روش هوادهی نیز می توان در محیط اسیدی تا حدود ppm1 کاهش داد.
  • حذف باقیمانده H2S با کلر
  • HCl8+ H2O → SO4 H24+ Cl2+ H2S

 

کلر (Cl2) آب را به چند روش می توان حذف کرد:

  1. استفاده از پودر زغال فعال؛

افزایش زغال فعال به حوضچه انعقاد سازی یا عبور آب از فیلتر محتویزغال فعال

 

  • آمونیاک در آب های صنعتی کم ودر فاضلابها زیاد است.
  • آمونیاک در تعادل با NH4+  است.
  • با هوادهی تمام NH3  حذف نمی شود، بنابراین اگر مقدارش زیاد باشد ابتدا با هوادهی و سپس با کلر حذف می شود.

 

 

مقدمه – آبهای طبیعی، در اثر گرم شدن رسوباتی برجای می‌گذارند، همچنین این آب‌ها باعث خوردگی فلزات نیز می‌شوند.

هزینه سالیانه ناشی از رسوب‌گذاری و خورندگی آب در جهان بیش از صد میلیارد دلار برآورد می‌شود. رسوبات بسیار سخت که چسبندگی زیادی دارند مشکلی اساسی از صنعت هستند.

 

. مراجع متعددی ادعا می‌کنند، با عبور آب از میدان مغناطیسی تمایل آب به رسوب گذاری از بین می‌رود.

. مکانیسم عمل تأثیر میدان مغناطیسی در جلوگیری از ایجاد رسوب بخوبی شناخته نیست.

. نظرات محققین مختلف در این باره متنوع است

.

. به هر صورت، تصفیه مغناطیسی واقعیتی است که وجود دارد اگر چه تکرار‌پذیری آن تضمین نمی‌شود.

 

منظور از رسوب یا Scale ، رسوبی بسیار متراکم و چسبنده به جدار ظرف است.

شرایط و علل لازم برای ایجاد رسوب:

  • اشباع شدن محلول 
  • فوق اشباع شدن املاح
  • تشکیل نخستین هسته‌های بلور
  • رشد بلور
  • تشکی لایه‌های رسوب
  • از نظر ترمودینامیکی باید شرایط بریا رشد بلور و تشکیل لایه‌های رسوب متراکم و چسنده فراهم باشد.

 

 

  • جنس سطح، مقدار رسوب روی سطوح ناصاف خیلی بیشتر و رسوب چسبنده‌تر است.
  •  PH و قلیانیت آب؛ روی کمیت و کیفیت رسوب تأثیر دارد.
  •  زمان و سرعت رسوب کردن؛ هر چه سرعت رسوب کردن کندتر باشد، رسوب متراکم‌تر و سفت‌تر، با گذشت زمان چسبندگی و رسوب بیشتر.
  •  عوامل   دینامیکی – تلاطم و جریان آب باعث سفت و سخت‌تر شدن رسوب می‌شود.

 

-با روش لانجلیر امکان تشکیل رسوب کربنات کلسیم بررسی می‌شود.

روش لانجلیر

LSI = PH - PHS

PH مقدار PH واقعی آب، PHS سیستم تعادلی (اشباع) اگر LSI = 0 تعادل LSI>0 تمایل به رسوب‌گذاری LSI<0 تمایل به انحلال

PHS از روی TDS،‌ اما،‌ غلظت کلسیم و قلیایت کل محاسبه می‌شود

 

رایزنار با تجزیه و تحلیل نتایج تجربی آب‌های رسوب‌گذاری و خورنده اندیس لانجیلر را به صورت زیر اصلاح کرد.

SI = 2PHS - HP

اگر SI>6 آب تمایل به انحلال رسوب کربنات کلسیم دارد.

 

اگر SI<6 آب تمایل به رسوب‌گذاری دارد.

برای آب ساکن یا دارای سرعت کم پیش‌بینی با LSI دقیقتر

 

برای آب های جاری (با سرعت بیش از 0.6 m/s) پیش‌بینی با SI بهتر است.

 

  • املاح زیاد آب؛ برای آب‌های شور اندیس‌های جدیدی تعریف شده است.
  •  مواد افزودنی به آب؛ این مواد در چگونگی ایجاد رسوب تأثیر دارند.
  •  بالا بودن قلیاییت سدیمی؛ باعث افزایش حلالیت کلسیم می‌شود.
  •  آلودگی سطوح به مواد چربی و روغنی
  •  غلظت زیاد فسفات و مواد آلی
  •  جلبک‌ها

 

LSI = PH - PHC

در این رابطه به جای PHS در رابطه لانجلیر PHC (PH بحرانی) قرار داده شده است.

PHC  به طور تجربی بدست می‌آید.

نمونه‌ای از آب محتوی CaCO3 را با سود تیتر می‌کنیم و PH را بر حسب حجم سود رسم می‌کنیم.

در نمودار حاصل ماکزیممی مشاهده می‌شود، PH مربوط، PHC است.

 

 

  • هر چه H+ و O2 بیشتر باشد، خوردگی نیز بیش‌تر خواهد بود

درجه حرارت؛ افزایش دما سرعت واکنش را زیاد می‌کند (شکل 4-7)

سرعت آب؛ باد و مکانیسم الکتروشیمیایی و انتقال جرم

پس مکانیسمی که کندتر باشد، کنترل کننده سرعت کلی خوردگی است.

 

  • کلر باقیمانده (Clo- , Cl2)؛ اکسیدکننده‌های قوی هستند.
  •  یون کلرید (Cl-)؛ یون مهاجم سبب تشدید خوردگی می‌شود.
  •  باکتری‌ها؛ با افزایش یا کاهش PHخوردگی را تسریع می‌کنند.
  • مهمترین این باکتری‌ها: احیا‌کننده سولفات، احیا کننده نیترات؛ مواد متان و …
  • بررسی‌ها نشان می‌دهند که آب استرلیزه شده و فاقد باکتری در لوله‌های آهنی کم‌تر از آب غیر استرلیزه باعث خوردگی می‌شود.

 

 

مقدمه – تعریف، کاربرد و تاریخچه اسمز معکوس

  •  اسمز معکوس فرایندی فیزیکی است.
  •  با اسمز معکوس می‌توان از محلول، حلال تقریبا خالص را جدا کرد.
  •  99% مواد معدنی و 97% مواد آلی و کلوئیدی آب را می‌توان حذف کرد.
  •  اقتصادی‌ترین روش تهیه آب آشامیدنی از آب شور در مناطق کم‌آب است.

 

  •  کل ظرفیت روزانه واحدهای اسمز معکوس در جهان در سال 1998، 11.3 میلیون متر مکعب بوده است که رو به افزایش است.

 

فشار اسمزی

اگر فشار p  ((P> π به ستون سمت راست وارد شود، مولکول‌های آب به سمت چپ رانده می‌شوند، اسمز معکوس .

فشار اسمزی بستگی دارد به:

0 نوع ناخالص (ماده حلشده) در محلول‌های نسبتا غلیظ

0 غلظت ناخالص؛

MRT =  π

M مولاریته ناخالصی‌ ها    T دمای مطلق     = R ثابت گازها

 

آب خام بوسیله پمپ به محفظه دارای غشا نیمه تراوا (مدول) وارد می‌شود.

 در مدول آب روی غشا تحت فشار است.

 ناخالصی‌ها عبور نمی‌کنند. مولکول‌های آب عبور می‌کنند.

 فاشر لازم برای آب شور 25 – 12 آتمسفر و آب دریا 80 – 54 اتمسفر

                                                                                      

  • در هر دو روش ناخالصی‌ که در اثر فشار از آب جدا می‌شوند.
  •  در فیلتراسیون جریان آب عمود بر بستر فیلتر است در اسمز معکوس موازی
  •  گرفتگی غشاء در اسمز کمتر از فیلتر است.
  •  در اسمز معکوس دو جریان خروجی وجود دارد، آب تصفیه شده و خوراک تغلیظ شده
  •  تأثیر دما در اسمز معکوس دوگانه است. افزایش π و کاهش ویسکوزیته
  •  در فیلتر سیر حرکت اب منافذ در اسمز معکوس آب از طریق نفوذ (توسط شاخه های پلیمری آبدوست) از غشاء عبور می‌کند.

 

مدول (module) ؛ مجموعه غشاء و محفظه تحت فشار

 پلاریزاسیون غلظتی؛ تفاوت غلظت املاح (یون‌ها) در دو طرف غشا که باعث کاهش کیفیت آب شیرین می‌شود و فشار اسمزی را نیز افزایش می‌دهد. افزایش میزان آب شور خروجی

 درصد بازیافت R

100×  (دبی خوراک / دبی محصول) R =

درصد عبور نمک

100× (مقدار نمک در خوراک) / مقدار نمک در محصول) = درصد عبور نمک

 فاکتور تغلیظ CP  

(درصد بازیافت – 100) / 100 = CP

درصد طرد

درصد عبور نمک – 100 = درصد طرد

 

Qs= KSA (Cb – Cp)

Cb = غلظت نمک در قسمت آب شور

Cp = غلظت نمک در آب تصفیه شده

KS = ضریب تراوایی غشا برای مولکول‌های ناخالصی

توضیح: از نظر تئوری فقط مولکول‌های آب می‌توانند از غشا عبور کنند ولی در عمل نمک‌ها و ناخالصی‌های موجود در آب به مقدار کمی از غشا عبور می‌کنند.

O2 و CO2 صددرصد از غشا عبور می‌کنند. (جدول 2-8)

 

  • معمولا از جنس استات سلولز. پلی فنیل اکسید و یا پلی آمید هستند.
  • باید در مقابل عوامل شیمیایی یا بیولوژیکی مقاوم باشند.

 

  • قدرت تحمل فشار داشته باشند.
  • در برابر تغییرات PH مقاوم باشند.
  • امروز با غشاها را از مخلوط مواد می‌سازند.

 

هر چه A (سطح غشا) و KW (ضریب تراوایی غشا) بیش‌تر باشد، Qw دبی آب تصفیه شده زیادتر خواهد بود.
برای افزایش A تمهیدات زیر بکار می‌رود؛

  • استفاده از لوله‌های باریک (در حدود میکرون) از جنس غشا
  • استفاده از تعداد بسیار زیادی صفحه
  • استفاده از صفحات حلزونی
  • و برای افزایش KW
  • تکنولوژی ساخت غشاها بهینه می‌شود.
  • غشاها را از مخلوط استات سلولز و تری استات سلولز می‌سازند.
  • غشاها را از پلی سولفان باردار می‌سازند.

 

  • جهت محافظت غشا و تأمین اهداف زیر آب ورودی به غشا باید تصفیه مقدماتی شود.
  • ایجاد سازگاری بین آب و غشا
  • کاهش میزان رسوب کردن مواد روی غشا
  • کاهش میزان آلودگی بیولژیکی غشا
  • حذف بعضی از مواد صدمه زننده به غشا مانند کلر
  • تنظیم PH
  • کنترل قدمت اکسیدکنندگی آب ورودی (باید200 < DRP باشد).

 

کاهش سختی آب ورودی (آهک زنی – رزین‌های سدیمی)

 افزایش دبی جریان آب شور و کاهش دبی آب تصفیه شده

تزریق اسید CO3= + H+             HCO3

 افزایش سدیم هگزا متافسفات؛ باعث تعلیق رسوبات می‌شود. اشکال آن به فسفات کلسیم تبدیل می‌شود.

توصیه می‌شود از ارگانوفسفات‌ها یا به صورت مخلوط با آن استفاده شود.

افزایش NH4OH یا اسید سیتریک جهت جلوگیری از رسوب‌های آهن

 

هزینه ها:

  • سرمایه‌گذاری اولیه
  • جایگزینی غشا (تعویض غشا)
  • هزینه انرژی
  • مواد شیمیایی

عمر مفید غشا استات سولزی یا پلی آمیدی برای تصفیه آب‌های با TDS تا حدود ppm5000 در شرایط عبادی کمتر از سه سال نیست.

  • هر چه غلظت املاح محلول آب بیش‌تر باشد، نیاز به افزایش بیش‌تر است.
  • با پیشرفت تکنولوژی هزینه‌های تولید آب شیرین کاهش یافته است.

 

  • تهیه آب شیرین از آب دریا (از تقطیر نیز ارزان‌تر است)
  •  تهیه آب شیرین از آب نیمه شور (الکترودیالیز نیز روش مناسب است).
  • اگر TDS>400ppm   آب باشد، اسمز معکوس روش مناسب برای تصفیه مقدماتی واحد تعویض یون است.
  • اگر TDS<400 ppm  آب باشد، اسمز معکوس اقتصادی‌تر از تعویض یون است.
  • اگر مواد آلی بیش از 15g/l و یا سلییکای کلوئیدی زیاد باشد اسمز معکوس، به عنوان تصفیه مقدمایت واحد تعویض یون خوب است.

 

1-9- تعریف و ویژگی کلی رزین‌های تعویض یونی

  • مدار جامدی هستند که یون‌های قابل تعویض ] با یون‌های با بار مشابه خود[ دارند.
  • رزین کاتیونی؛  2R – Na + Ca2+↔ R2 Ca + 2Na+
  • کاتونی قابل تعویض، آنیون ثابت
  • رزین آنیونی؛ Z – OH + Cl- ↔ Z – Cl + OH-
  • آنیون قابل تعویض، کاتیون ثابت
  • R و Z یک شبکه پلیمری است. شبکه پلیمری می‌تواند معرفی (پلی سیلیکات) یا آلی باشد.
  • رزین‌ها را می‌توان متشکل از یک آنیون و کاتیون در نظر گرفت.

 

  • اولین رزنی تعویض یونی، سیلیکات آلومینیوم در 1850 شناخته شد.
  • زئولیست سدیم، رزین کاتیونی در طبیعت وجود دارد.
  • اولین رزین کاتیونی هیدروژنی در سال 1930 ساخته شد.
  • اولین رزین تعویضی یونی آنیونی در 1944 تولید شد.
  • در حال حاضر رزین‌های تعویض یونی به طور سنتزی تهیه می‌شوند

 

  • 1-رزین‌های کاتیونی قوی نوع سدیمی، R-Na همه یون‌های فلزی را با سدیم تعویض می‌کند، برای کاهش سختی آب بکار می‌رود.

برای احیای آن، آن را با محلول NaCl غلیظ شستشو می‌دهند.

2ـ‌ رزین‌های کاتیونی هیدروژنی، R – H؛

قادر به جایگزین کردن یون‌های فلزی با H+

جهت احیا آن، با HCl شستشو داده می‌شود.

 

به صورت Z – OH نشان می‌دهند.

برای احیای آن از باز قوی استفاده می‌شود

 

  • R یا بنیان رزین COO-- است.
  • نوع هیدروژنی آن در محیط خنثی به مقدار کم یونیزه می‌شود (مثل اسید ضعیف)
  • در محیط قلیایی براحتی H+ ‌‌  خود را از دست می‌دهد.
  • در محیط خنثی  واکنش نمی‌دهد 2Rc – H + CaCl2

در  7<PH:

  • 2Rc – H + Ca(HCO3)2 →  R2Ca + Co2 + H2O
  • رزین کاتیونی ضعیف را با هر اسیدی می‌توان احیا کرد.

 

به صورت RA – OH می‌توان آن را نشان داد.

مانند یک باز ضعیف به مقدار کم تفکیک می‌شود.

در محیط کاملا اسید عمل می‌کند.

بازهای قوی مثل HCl و H2SO4  را حذف می‌کند ولی قادر به حذف اسیدهای ضعیف مثل H2CO3  و H2SO3 نیست.

بیش‌تر جاذب اسیدها هستند تا تعویض کننده‌ یون‌ها

     RA – OH + HCL   →  RA – OH . HCl

در محیط خنثی    واکنش نمی‌دهد RA – OH + H2CO3   →

                        واکنش نمی‌دهد RA – OH + HCL   →

موقع احیا اسید جذب شده (مثلا HCl) با باز خنثی می‌‌شود.

 

مهمترین ویژگی‌های تعیین کننده عملکرد رزین‌های تعویض یوین عبارتند از:

ویژگی‌های فیزیکی:

اندازه و ضریب یکنواختی دانه‌های رزین و دانسیته آن‌ها حالت فیزیکی رزین‌ها

ویژگی‌های شیمیایی؛

برگشت‌پذیری، ظرفیت و ضریب گزینش، تورم‌پذیری، پایداری شیمیایی و گرمایی و محدوده PH عملکرد آنها

 

بر حسب ضرورت انجام هر مورد (سرویس رزین یا احیا‌ آن) شرایط را باید آماده نمود.

هر چه سرعت واکنش‌های فوق بیش‌تر باشد، مطلوب‌تر است.

اگر رزین‌ها برگشت پذیر نباشند، تصفیه آب با رزین‌ها اقتصادی نیست.

برگشت پذیری یکی از مهمترین ویژگی‌های رزین‌های تعویض یونی است.

 

  • رزین‌های تعویض یون باید جامد باشند.
  • جامد ولی نرم و انعطاف پذیر
  • اگر خشک و تر باشند می‌شکنند
  • کمی حالت ژله‌ای نیز داشته باشد.
  •  
  • دانه‌های رزین متخلخل باشند
  • حالت ژله‌ای رزین باعث  می‌شود که هنگام شستشو به حالت معلق درآید.
  • با تغییر درصد مواد اولیه هنگام سنتز آن‌ها، می‌توان رزین ژله‌ای مطلوب را تهیه کرد.

 

گروه یونی چسبیده به شبکه پلیمری نوع رزین را مشخص می‌کند.

در رزین اسیدی قوی، معمولا یون سولفات So3- است.

 

در رزین اسیدی ضعیف ، معمولا یون کربوکسیلات  – Coo- است.

در رزین بازی قوی نوع 1، معمولا یون –CH2N+ (CH3)3

 

در رزین بازی قوی نوع 2، معمولا یون (CH2CH2OH) –CH2  - N+ (CH3)2

در رزین بازی ضعیف معمولا آیتم‌های نوع اول یا دوم یا سوم هستند.

- N-             ,    -NH    ,         - NH2

 

 

  • در رزین اسیدی قوی؛
  • Aq+ > CS + > K+ > NH4+ > Na+ > H+ > Li+
  • > ca2+ > co2+ >     Ba2+  > pb 2+ > sb2+ > Sr2+ > Ca2+ > Ne2+ > cd2+
  • > Mg2+ >CS2
  • در رزین اسیدی ضعیف؛
  • > Mg2+ > Na+ > CS+   H+≥ Ca 2+ > pb2+ > Ne2+ > Co2+ > Fe2+ > Ca2+
  • در رزین بازی قوی؛
  • SO42+  > No3 > Br > Cl >HCO3 > HSO3  > F > OH
  • در رزین بازی ضعیف؛
  • > F-   OH-≥ So42+ > Hso4- > I - > NO3- > Br- > CO-

 

 

ظرفیت رزین معیاری از توانایی رزین برای تعویض یون می‌باشد؛ ظرفیت رزین به دو صورت بیان می‌شود؛

ظرفیت جرمی؛

تعداد امیلی اکی والان یونی که هر گرم رزین می‌تواند، تعویض کند

ظرفیت حجمی؛

تعداد میلی‌اکی‌والان یونی که هر میلی‌لیتر رزین می‌تواند تعویض کند.

 

  • رزین را کاملاً به فرم ئیدروژنی تبدیل می‌کنیم و پس از شستشوی کامل با آب مقطر، خشک می‌کنیم.
  • وزن معینی از رزین خشک را در ارلن ریخته و آب مقطر اضافه می‌کنیم.
  • مقداری کلرید سدیم خالص اضافه کرده و خوب هم می‌زنیم.
  • در مقابل معرف متیل اورانژ با سود با فرمالیته N تیتر می‌کنیم، اگر وزن رزین = w ، T = حجم سود مصرف شده
  • meq/g   ظرفیت جرمی
  • اصول کلی تعیین ظرفیت حجمی، به همین ترتیب است. فقط حجم معینی از رزین را باید برداشت.

 

در ضمن مبادله یون‌ها، رزین‌ها دچار انبساط یا انقباض می‌شوند.

از هر سیکل رزین متحمل انبساط و انقباض می‌شود.

طراحی فیلتر رزین با توجه به این تغییر حجم رزین باید انجام شود.

رزین‌های اسیدی قوی کم‌تر از 10% متورم می‌شوند.

رزین‌های اسیدی ضعیف تا 100% متورم می‌شوند.

رزین‌های آنیونی‌تری و ضعیف 5 تا 20% متورم می‌شوند.

 

هر نوع رزینی در محدوده معینی از pH قادر به مبادله یون است.

به طور کلی:

رزین کاتیونی قوی: در هر pH

رزین کاتیونی ضعیف: در pH بزرگتر از 4

رزین آنیونی قوی: در هر pH

رزین آنیونی ضعیف: در pH کمتر از 9

هر نوع رزینی در محدوده معینی از pH قادر به مبادله یون است.

به طور کلی:

رزین کاتیونی قوی: در هر pH

رزین کاتیونی ضعیف: در pH بزرگتر از 4

رزین آنیونی قوی: در هر pH

رزین آنیونی ضعیف: در pH کمتر از 9

 

  • از هر رزین در یک محدوده دمایی معین که توسط سازندگان آن‌ها اعلام می‌شود، باید استفاده شود.
  • معمولاً حداکثر دمای مجاز رزین‌های کاتیونی oC120 و برای  رزین های آنیونی بسیار متفاوت است و بستگی به نوع ماده رزین دارد.
  •  افزایش دما به بیش از حد مجاز باعث کاهش ظرفیت تبادل یونی آن می‌شود.

 

  • رزین‌ها دانه‌های کروی به قطر 300 تا 1200 میکرون هستند.
  •  اندازه موثر حدود 700 میکرون و ضریب یکنواختی کم‌تر از 1.7 مطلوب‌تر است.
  •  دانسیته رزین‌ها به میزان رطوبت و ساختار آن‌ها بستگی دارد.
  •  معمولاً دانسیته نوع اسیدی حدود 1.2 و نوع بازی حدود 1.1 است.

 

  • قیمت هر حجم رزین آنیونی قوی حدود 3 تا 4 برابر کاتیونی قوی است.
  •  قیمت رزین‌های آنیونی و کاتیونی ضعیف تقریباً برابر است.
  •  قیمت رزین‌های ضعیف تقریباً سه برابر رزین‌های قوی است.
  •  هزینه روزانه رزین مربوط به مواد شیمیایی لازم برای احیا آن‌هاست.
  •  میزان نوع مواد شیمیایی با نوع رزین متفاوت است.
  • در مقایسه با رزین‌ها تعویض یونی قوی؛ رزین‌های تعویض یونی ضعیف قادر به تعویض همه یون‌ها نیستند ولی راندمان احیا بالایی دارند.
  • کل یون‌های تعویض شده با رزین
  •                                                 = راندمان احیا

 یون‌های موجود در کل حجم ماده احیاکننده

  • 40% > راندمان احیا رزین‌های قوی
  • 100%  @ راندمان احیا رزین‌های ضعیف
  • رزین‌های ضعیف را می‌توان با اسید یا باز ضعیف و غلظت کم احیا کرد.

 

  • از نظر تئوری رزین های قوی تمام یون‌ها را جذب (تعویض) می‌کنند.
  • عمداً در آب تصفیه شده، یون داریم.
  • زیرا فرایند تعویض یون برگشت‌پذیر است.
  • اگر آب از رزین اسید قوی عبور کند، محتمل‌ترین نشتی Na+ ،
  • اگر آب از رزین بازی قوی عبور کند، محتمل‌ترین نشتی Cl–،
  • اگر مقدار نشتی Na+ و Cl برابر باشد، pH تغییر نمی‌کند
  • اگر مقدار نشتی Cl < Na+  ¬  < pH 8
  • اگر مقدار نشتی Na+ < Cl  ¬  > pH 6

 

  • مقدار هدایت الکتریکی آب تصفیه شده نشان دهنده میزان نشتی است.
  • مقدار pH نشان دهنده نسبت نشتی Na+ و Cl است.
  • اگر در آب سیلیکای غیریونی باشد، نشتی Cl را به تأخیر می‌اندازد.
  • و با افزایش ماده شیمیایی در ضمن احیا رزین، میزان نشتی را می‌توان کاهش داد.

 

  • استوانه‌ای از فولاد ضدزنگ و ترجیحاً دارای پوشش پلاستیکی
  • عمق رزین 0.5 تا 3 متر
  • 50 تا 100% حجم رزین فضای خالی
  • در قسمت پایین، چند لایه شن یا آنتراسیت (جلوگیری از خروج رزین)

 

دو نوع بستر داریم؟ ثابت یا شناور

1-23-3-9- در نوع ثابت:

  • رزین انبساط ندارد، آب از بالا وارد می‌شود، بیشترین تبادل یونی در قسمت بالای ستون انجام می‌شود.
  • ظهور یون‌ها در آب خروجی علامت پایان سرویس است.
  • آب ورودی باید فاقد ذرات معلق و قابل رسوب باشد.
  • سرعت عبور آب از بستر باید حدود یک متر در ساعت باشد.

 

  • ورود آب از پایین به بالا
  • هزینه بهره‌برداری بیشتر از نوع ثابت
  • اتلاف آب در زمان احیا کم‌تر
  • راندمان احیا و ظرفیت عملیاتی زیاد
  • در تصفیه آب از بستر شناور کم‌تر استفاده می‌شود.

 

احیای رزین معمولاً شامل 4 مرحله است؛

مرحله 1 ـ شستشوی معکوس

آب از سمت پایین بستر به سمت بالا جریان می‌یابد تا ذرات رسوب و رزین معلق شوند.                                                                                     

مرحله 2 ـ تزریق مواد شیمیایی احیا کننده

اسید یا سود یا نمک به صورت محلول نسبتاً رقیق

از بالا به پایین، روش جریان هم جهت (نشتی دارد)

از پایین به بالا، روش جریان متقابل (کیفیت و هزینه بالاتر)

 

مرحله 3ـ شستشوی آهسته جهت:

v     توزیع ماده شیمیایی با دانه‌های رزین

v     تماس بیشتر ماده شیمیایی با دانه های رزین

v     تسهیل مبادله یون بین رزین و ماده شیمیایی

مرحله 4 ـ شستشوی سریع به خاطر:

v     حذف ماده شیمیایی (احیا کننده) باقی مانده

 

  • R-H قوی با اسید احیا می‌شود.
  • از HCl و 4SO2H استفاده می‌شود.
  • HCl ظرفیت رزین را بیش‌تر می‌کند.
  • ولی به علت گرانی HCl ، معمولاً از 4SO2H استفاده می‌شود.
  • اسید سولفوریک هنگام رقیق کردن گرمای زیادی تولید می‌کند و نیاز به دستگاه خاص دارد.

 

  • ایجاد رسوب 4CaSO در بستر رزین و آلودگی رزین و کاهش ظرفیت آن
  • کم بودن راندمان احیا آن نسبت به HCl به علت یونیزاسیون کم
  • راه غلبه بر مشکل:
  • افزایش تدریجی غلظت اسید سولفوریک، در ابتدا غلظت اسید کم و به تدریج زیاد شود.
  • افزایش پله‌ای اسید، اگر فرضاً 6 کیلو لازم باشد، به ترتیب 2 کیلو 2% ، 2 کیلو 4% و 2 کیلو 6%
  • افزایش دبی اسید، با توجه به نسبت غلظت Ca++ به مجموع سایر کاتیون‌ها

 

یکی از مشکلات رزین‌های آنیونی قوی حذف سیلیکا جذب شده از آن است.

 مراحل احیای رزین آنیونی:

1ـ تزریق محلول سود رقیق گرم ( °c50-40)

2ـ تأمین زمان تماس 70 تا 100 دقیقه بین سود و رزین

3ـ انجام شستشوی معکوس با آب گرم

هر چه دمای آب بیش‌تر باشد حذف سیلیکا بهتر انجام می‌شود. آب 38 درجه نسبت به آب 24 درجه، 50% راندمان حذف سیلیکا را افزایش می‌دهد.

 

برای صنایعی که به آب خیلی خالص و زیاد نیاز دارند، بخصوص اگر غلظت سیلیس زیاد باشد. از سیستم چند فیلتری استفاده می‌شود.

 

روش مؤثرتر و اقتصادی‌تر استفاده از سیستمی شامل دو فیلتر رزین، در اولی کاتیونی قوی و ضعیف، در فیلتر دوم آنیونی قوی و ضعیف است.

 

در دستگاه تعویض یون، در بالا از رزین آنیونی و در پایین کاتیونی

آب کاملاً بدون یون تولید می‌کند.

دانسیته آن‌ها با یکدیگر بسیار متفاوت است و قابل جدا کردن از یکدیگر

همزمان هر دو را می‌توان احیا کرد.

رزین‌های فصل مشترک به خوبی احیا نمی‌شوند.

برای رفع مشکل فوق از رزین خنثی نیز استفاده می‌شود.

 

انتخاب سیستم باید با توجه به موارد زیر انجام شود:

  1. درجه خلوص آب مورد نظر
  2. غلظت سیلیکا
  3. نوع و مقدار ناخالصی‌های موجود در آب
  4. دبی آب

سیستم‌های متعددی طراحی شده‌اند ولی در اغلب سیستم کاتیونی قوی اول آنیونی ضعیف قبل از آنیونی قوی و مختلط در آخر قرار می‌گیرند.

 

رزین سمتی گیر، یک رزین کاتیونی سدیمی است.

  • با عبور آب از این رزین، Ca2+ و Mg2+ به جای Na+ قرار می‌گیرد.
  • احیا آن با محلول کلرید سدیم 10% است.
  • مقدار مناسب نمک لازم از روی دو پارامتر زیر تعیین می‌شود:

ظرفیت تعویض یونی عملی رزین

ظرفیت تعویض یونی تئوری رزین

ظرفیت  تعویض یونی عملی رزین

ـــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ   =  درجه استفاده از برج

  ظرفیت تعویض یونی تئوری رزین

n      مقدار نمک باید طوری انتخاب شود که این دو پارامتر حداکثر ممکن باشند. عملاً هر ft3 رزین 3 تا 10 پوند کلرید سدیم

 

بعضی از مواد به رزین‌ها صدمه می‌زنند که باید حذف شوند:

کلر آزاد (Ocl یا Cl2) . نباید بیش از ppm5/0 باشد، روش حذف، ذرات کربن فعال یا بی‌سولفات سدیم

مواد معلق و رنگ: باعث مسدود شدن حفره‌های سطح رزین‌ها راه حذف، عبور آب از فیلتر شنی یا زغال فعال

آهن و ترکیبات آلی آهن: جذب سطح رزین می‌شوند،

            راه حل: شستشو با HCl % ، افزودن دی تیونیت

            شستشوی منظم رزین (هفتگی)

آلاینده‌های آلی ـ نفوذ به داخل رزین‌ها جدا نمی‌شوند. راه حل شستشوی منظم. پس از احیا رزین افزایش محلول 10% نمک و 2% سود در دمای °c40 به مدت 5 تا 10 ساعت

املاح زیاد آب

اگر 400TDS> باشد، با روشهای دیگر مثل اسمز معکوس ابتدای TDS را کاهش می‌دهند.

 

در صورت کوتاه شدن زمان سرویس‌دهی یا کاهش کیفیت آب خروجی باید پارامترهای زیر مورد بررسی قرار گیرد:

  1. آنالیز آب ورودی
  2. مقدار رزین‌ها در هر فیلتر
  3. مقدار و غلظت مواد احیاء کننده
  4. pH و هدایت در تمام مراحل
  5. عملکرد هوازدا، شیرها
  6. کیفیت رزین‌ها از نظر فرسودگی (عمر رزین اسیدی 10-8 سال و بازی 4-5 سال است)

 

مقدمه: آشنایی کلی با الکترودیالیز و تقطیر

تاریخچه:

تقطیر قدیمی‌ترین روش تهیه آب خالص

الکترودیالیز کم‌تر از نیم قرن از زمان مطرح شدن آن می‌گذرد.

  • عامل تصفیه در تقطیر انرژی گرمایی در الکترودیالیز جریان برق مستقیم است.
  • مصرف انرژی درب هر دو روش بالاست.
  • تقطیر هنوز هم مطمئن‌ترین روش تهیه آب برای مصارف پزشکی و دارویی است.
  • تقطیر نیاز به وسایل کنترل کیفیت ندارد.

 

  • از تعداد زیادی سل تشکیل شده است.
  • هر سل شامل دو غشای نیمه تراوا (یکی آنیونی، A ، آنیون‌ها را جذب می‌کند و دیگری کاتیونی، C ، کاتیون‌ها را جذب می‌کند).
  • جنس غشاها از رزین‌های یونی است.
  • تعداد غشاها با هم برابر است.
  • در دو طرف غشاها آند و کاتد قرار دارند، نقش آن‌ها تسریع حرکت کاتیون‌ها و آنیون‌ها است.

 

1- دانسیته جریان: میلی‌آمپر بر هر سانتی‌متر مربع سطح غشا نباید از مقدار حداکثر مجاز بیش‌تر شود (سبب الکترولیز می‌شود)

2- فاصله غشاها: هر چه فاصله‌ها کم‌تر باشد، مقاومت کم‌تر  و مصرف برق کمتر خواهد شد  . تعداد سل‌ها را خیلی زیاد تا 500 انتخاب می‌کنند.

3- کیفیت آب ورودی

مواد معلق و رنگ آب خام را باید حذف، باعث کثیف شدن غشاها و الکترودها می‌شوند.

 

دانسیته جریان 400 تا 700 mA/cm2 توصیه می‌شود.

توان مصرف P ، از رابطه P=RI2 محاسبه می‌شود.

 

1- برای تصفیه آب دریا توجیه اقتصادی ندارد.

در الکترودیالیز هر چه میزان یون‌ها بیش‌تر باشد، برق مصرفی بیش‌تر است.

2- تهیه آب شرب از آب‌های نیمه شور وجیه اقتصادی دارد.

با هر بار عبور آب از دستگاه 25 تا 50 درصد املاح حذب می‌شود.

3- محدودیت‌ها: تهیه آب خالص (بدون) یون نه توجیه اقتصادی دارد عملاً غیرممکن است (برای برقرار جریان نیاز به یون است)

 

  • با تبخیر آب ناخالصی‌ها در فاز مایع می‌مانند.
  • با میعان بخار آب تقریباً خالص بدست می‌آید.
  • ناخالصی‌های احتمالی آب حاصل از تقطیر، گازهای محلول، مواد آلی فرار و مقداری املاح و مواد کلوئیدی که توسط قطرات مایع حمل شده با بخار وارد آب تقطیر شده می‌شدند.
  • مطمئن‌ترین روش تهیه آب برای مصارف پزشکی و دارویی است.
  • روش تقطیر، نیاز به وسایل کنترل کیفیت ندارد.

 

  • تهیه آب خالص به روش تقطیر از نظر مصرف انرژی مقام اول را دارد؛ زیرا گرمای ویژه و گرمای نهان تبخیر آب خیلی زیاد است. دانشمندان تلاش می‌کنند از انرژی خورشیدی برای تقطیر استفاده کنند.
  • تقطیر مستلزم دستگاههای بزرگ، حجیم و حتی پیچیده است.
  • از نظر مصرف انرژی و نیز هزینه دستگاهها، تقطیر از مجموعه اسمز معکوس و رزین‌ها غیراقتصادی‌تر است.

 

 

کنترل کیفیت آب بویلر (دیگ بخار)

کار اصلی بویلر (دیگ بخار) تولید بخار آب است در انواع مختلف بویلرها، آب در مداری شبیه شکل زیر گردش می‌کند.

برای تأمین بخار با کیفیت مطلوب و کاهش هزینه‌های نگهداری و سرویس، آب بویلر باید دارای کیفیت مطلوب باشد.

 

1- مشکل رسوب گرفتگی

2- مشکل خوردگی

3- شکل حمل قطرات آب بویلر توسط بخار

روش‌های کنترل این مشکلات:

تصفیه خارجی: کاهش ناخالصی‌ها (املاح محلول، سیلیکا و گازها) در آب تغذیه (در فصل‌های قبل به تفصیل در مورد آن‌ها بحث شده است).

تصفیه داخلی: تزریق مواد شیمیایی به آب بویلر و تغذیه

بلودان: زیر آب زدن، خارج کردن قسمتی از آب تغلیظ شده بویلر

 

تصفیه داخلی آب بویلر شامل کنترل پارامترهای ذیل است:

کنترل pH : به طور کلی باید pH>L ولی pH مناسب بستگی به

فشار و دما و میزان اکسیژن محلول آب بویلر دارد.

قلیائیت: قلیائیت عامل مهمی در خوردگی است. قلیائیت مطلوب به فشار و دما بویلر و P و M بستگی دارد.

اکسیژن محلول: عامل خورندگی

سختی آب: سختی مطلوب آب بویلر صفر است.

املاح در بخار: نباید باشد، عوامل ایجاد کننده آن باید کنترل شود

کلرید: Cl یونی مهاجم است.

سیلیکا: عوارض ناشی از آن از هر ماده دیگر بیش‌تر است.

 

v     قلیائیت عامل مهمی در خورندگی و رسوب‌گذاری بویلر می‌باشد.

v     مقدار مطلوب آن بستگی به دما و فشار بویلر دارد؛

v     60 تا 80 درصد قلیائیت باید به صورت قلیائیت ساده ، P ، باشد.

v     اگر P بیش از 80 درصد کل باشد، سود در آب بویلر زیاد است، سبب شکنندگی قلیایی در فولاد بویلر می‌شود.

 

حد مجاز اکسیژن در حدود ppb5-10 است.

برای کنترل 2O مواد ذیل اضافه می‌شود:

1- سولفیت سدیم:   

مقدار سولفیت سدیم لازم 10 برابر 2O ، مقدار باقیمانده باید ppm20-30 باشد.

در بویلرها با فشار زیاد، TDS را بالا می‌برد و 2SO تولید می‌کند که مناسب نیست.

2- هیدرازین؛ 4H2N

سمی است، 2 تا 1.5 برابر 2O اضافه می‌شود.

3- تزریق 2O ، جهت ایجاد لایه‌های محافظ در بویلرهای با فشار زیاد

 

سختی آب بویلر باید در حدود صفر باشد.

سختی آب بویلر با دو مکانیسم زیر کنترل می‌شود:

1- تبدیل املاح سختی‌آور به رسوبات چسبنده و لجن مانند:

در بویلرهای با فشار کم‌تر از 14 آتمسفر با افزایش سودا

در بویلرهای با فشار زیاد، با افزایش فسفات سدیم،

            فسفات تری سدیک خیلی قلیایی و فسفات منوسدیک کمی اسیدی است.

2- محلول نگه داشتن عوامل رسوب‌زا:

با افزایش موادی مثل سدیم هگزا متافسفات  و یا EDTA یا NTA (برای سختی کم)

 

سه پدیده ذیل سبب حضور املاح در بخار می‌شوند:

1-ایجاد کف:

هنگام عبور بخار از کف قطرات آب را با خود حمل کند.

2-غلغل کردن آب

باعث پاشیده شدن قطرات آب به داخل بخار

3-حمل قطرات مایع توسط بخار

به علل مکانیکی و شیمیایی

برای کنترل این سه پدیده باید:

  • TDS و قلیائیت را کنترل کرد.
  • از حضور مواد روغنی در آب جلوگیری کرد.
  • در مواردی مواد ضدکف اضافه کرد.

 

  • وجود Cl در آب بویلر خطرناک است، Cl یونی مهاجم است.
  • در بویلرهایی که با فشار بیش از 50 اتمسفر کار می‌کنند باید
  • ادعا می‌شود که کلرید در دمای زیاد تولید HCl می‌کند
  •        CaCl2+H2O            2HCl +CaO
  • فشار مهم کلرید، نشت آب از لوله‌های کندانسور به آب برگشتی است.

 

عوارض ناشی از حضور سیلیکا در بخار از هر ناخالصی دیگر بیش‌تر است.

روش‌های کنترل سیلیکا در بخار

1-بالا نگه داشتن pH آب بویلر

روش زیاد مؤثری نیست. با افزایش pH آب، نسبت سیلیکا در بخار به سیلیکا در آب تا حدودی کاهش می‌یابد (شکل 2-11).

2-کاهش غلظت سیلیکا در آب بویلر؛ انجام تصفیه خارجی مؤثر

3-بلودان: تخلیه قسمتی از آب بویلر

به دو صورت پیوسته و منقطع (در فاصله‌های زمانی معین)

 

  • با توجه به اینکه بلودان مستلزم اتلاف انرژی و آب می‌شود باید حجم آب بلودان را محاسبه کرد.
  • تعداد بار تغلیظ را برای همه ناخالصی‌ها محاسبه می‌کنیم:
  • غلظت مجاز ناخالصی در آب بویلر
  • غلظت ناخالصی در آب ترمیم

     غلظت مجاز ناخالصی در آب بویلر

n      ــــــــــــــــــــــــــــــــــــ              = تعداد بار تغلیظ

     غلظت ناخالصی در آب ترمیمی

  • ‌ناخالصی که کمترین مقدار بار ناخالصی دارد ماده کنترل کننده می‌گوییم.
  • 100
  • تعداد بار تغلیظ ماده کنترل کننده

                                 100         

ــــــــــــــــــــــــــــــــــــ     درصد بلودان پیوسته

تعداد بار تغلیظ ماده کنترل کننده

  • 100
  • 1 – تعداد بار تغلیظ ماده کنترل کننده
  • 100            
    ــــــــــــــــــــــــــــــــــــ     درصد بلودان منقطع

1- تعداد بار تغلیظ ماده کنترل کننده

 

برای جلوگیری از خوردگی بویلر بوسیله اکسیژن در زمان خارج از سرویس به دو روش عمل می‌شود:

روش خشک، تخلیه کامل بویلر، خشک کردن سطوح بویلر و پر کردن آن با ازت با فشار 0.5 آتمسفر

روش تر

  • پر کردن بویلر با آب بدون یون
  • تزریق هیدرازین و آمونیاک تا 9=pH
  • اگر زمان توقف 2 هفته تا یک ماه باشد، هیدرازین باقیمانده ppm50-100
  • اگر زمان توقف بیش از یک ماه باشد، هیدرازین باقیمانده ppm100-200