آنالیزهای شیمیائی در فرایند اسمز معکوس

شاخص دانسیته لجن (SDI)

SDI یا شاخص دانسیته لجن بعنوان اندیس فولینگ شناخته می­شود. اندازه­ گیری این شاخص برای بررسی فولینگ غشا و تعیین شدت آن صورت می­گیرد.

در آزمایش SDI ، سرعت گرفتگی یک فیلتر 45/0 میکرونی توسط جامدات معلق، اندازه‌گیری می‌شود. مقبولیت این تست به علت آسانی روش انجام و عدم نیاز به تجهیزات گران قیمت می­باشد.

در ابتدا زمان لازم برای عبور cc 500 آب از فیلتر اندازه­ گیری می­شود. سپس فیلتر برای معمولاً 15 دقیقه در سرویس باقی مانده و مجدداً زمان لازم برای عبور cc500 آب از آن اندازه­ گیری می­شود.

نسبت بین این دو زمان، میزان گرفتگی را مشخص می‌کند. متأسفانه، تست SDI نمی‌تواند مکانیسم یکسانی نظیر غشای اُسمز معکوس داشته باشد. در این تست، تمام جامدات معلق، موجب گرفتگی فیلتر می‌شوند و قادر به عبور از آن نیستند.

در RO، درصد نامشخصی از گرفتگی‌ها همراه با آب دور ریز از انتهای سیستم خارج می‌شوند؛ بنابراین، مقدار بالای SDI ، لزوماً به معنای سرعت شدید گرفتگی غشا نمی­ باشد.

روش انجام تست SDIro,reuse,آب شیرین کن ،تصفیه فاضلاب

مراحل انجام تست:

  • دستگاه نگهدارنده فیلتر SDI را به محل شیر نمونه گیری وصل نمائید.
  • شیر نمونه‌گیری را باز نموده و فشار را توسط رگولاتور (شیر تنظیم کننده‌ی فشار) روی Psig30 تنظیم کنید. بعد شیر نمونه‌گیر را ببندید؛
  • واشر را بر روی فیلتر قرار دهید و فیلتر را خیس کنید؛
  • شیر نمونه‌گیر را باز کنید و به تدریج، فشار رگولاتور را بر روی Psig30 تنظیم کنید؛
  • به محض تنظیم فشار، زمان پر شدن یک استوانه مدرج به حجم ml500 را اندازه گرفته و اجازه دهید تا جریان آب برقرار شود و فشار به میزان Psig30 ثابت باشد؛
  • بعد از 15 دقیقه مجدداً زمان لازم برای پرشدن استوانه با cc 500 حجم را اندازه بگیرید. برای محاسبه SDI فاصله زمانی 15 دقیقه در نظر گرفته می­شود، مگر اینکه قبل از 15 دقیقه فیلتر دچار گرفتگی شود. در این حالت محاسبات برای فواصل 15 دقیقه و در صورت عدم امکان 5 دقیقه انجام می­شود.

در این رابطه:

T : فاصله زمانی بین دو اندازه گیری

t1: زمان اولیه پر شدن ظرف در ابتدای انجام تست

t2 : زمان پر شدن ظرف، بعد از زمان T دقیقه.

مقادیر شاخص SDI :

SDI کمتر از 3، نرخ گرفتگی بسیار پایین غشا،

SDI بین 3 تا 5، نرخ گرفتگی نرمال غشا،

SDI بیش از 5، نرخ گرفتگی بالای غشا.

به عنوان مثال چنانچه زمان اولیه پر شدن استوانه مدرج sec23 و زمان نهایی پر شدن آن sec62 (بعد از 5 دقیقه) باشد:

SDI=100 × (1 – (23 / 62 )) ÷ 5 = 12/6

چنانچه میزان SDI بالا باشد، گرفتگی قابل ملاحظه‌ای در غشاهای RO رخ خواهد داد. در این شرایط انجام تدابیری برای کاهش غلظت مواد آلاینده در آب توصیه می­گردد.

دستگاه اندازه‌گیری شاخص حجمی لجن

کدریت

کدریت، روش دیگری است که برای اندازه‌گیری میزان گرفتگی غشاهای RO مورد استفاده قرار می‌گیرد. همچنین میزان آلودگی فیزیکی آب را اندازه‌گیری می‌کند. دستگاه سنجش کدریت توربیدتی متر یا Nephelometter نامیده می­شود. واحد این سنجش NTU می­باشد. دستگاه توربیدتی متر تفرق نور را در اثر برخورد آن با ذرات مختلف و مواد معلق جامد در نمونه آب اندازه­گیری می­نماید. اگر میزان کدریت به یک برسد، حاکی از تمایل بالای غشاها به گرفتگی خواهد بود.

مشابه با تست SDI، کدریت نیز فقط یک شاخص از احتمال گرفتگی غشا می­باشد. کدریت زیاد به این معنا نیست که غشا دچار گرفتگی می‌شود یا برعکس. در حقیقت، بسیاری از ذرات که موجب گرفتگی RO می‌شوند، در مقابل عبور نور تأثیری نداشته و موجب شکست آن نمی‌شوند، بنابراین، وجود این ذرات توسط کدریت سنج، قابل تشخیص نیستند.

اگر چه تست SDI و کدریت سنجی روشهای چندان مناسبی برای تجزیه‌ و تحلیل گرفتگی غشا نمی­باشند، اما جهت تعیین مشخصات جریان خوراک سیستم RO بسیار مفید می­باشند. همچنین در ارزیابی طراحی مراحل و تجهیزات سیستم پیش تصفیه برای دفع مواد معلق مفیدند. بنابراین انجام منظم این تستها جهت ارزیابی عملکرد فیلترهای سیستم پیش تصفیه توصیه می­گردد.

پتانسیل زِتا

جامدات معلق آلی تمایل به حمل بار منفی در سطح خارجی خود دارند. بار مشترک برای گروههای کلوئیدی و ساده‌ سبب دفع آنها توسط یکدیگر شده و این ذرات از نزدیک شدن به هم جلوگیری می‌کنند؛ بنابراین، نمی‌توانند تشکیل گروههای بزرگتر دهند. این گروههای کوچکتر همانند گروههای بزرگتر قادر به غلبه بر نیروهای مولکولی آب

که آنها را احاطه کرده اند نخواهند بود. با تغلیظ مواد معلق جامد با بار منفی در سیستم RO وادار به نزدیکی به هم خواهند شد و تشکیل گروههای کلوئیدی بزرگتری داده، بر نیروی آب فائق آمده و ته نشین خواهند شد.

زمانی که ذرات باردار منفی توسط اسمز معکوس، تغلیظ می‌شوند، آنها می‌توانند در مجاورت یکدیگر به هم نیرو وارد کنند. زمانی که این کار اتفاق افتد، احتمال بیشتری وجود دارد که با یکدیگر ترکیب شوند و گروه کلوییدی بزرگتری تشکیل دهند. گروههای بزرگتر، ممکن است به نیروی برشی و بار آب که قادر به نگهداشتن آنها در حالت معلق است، غلبه نماید. در نتیجه، آنها می‌توانند در سطح غشای RO رسوب کنند.

پتانسیل زِتا، شاخص مشخصات کلی بار ذرات معلق در آب است. یک پتانسیل زتای منفی معرف وجود جامدات معلق با بار منفی آزاد است که به احتمال زیاد در آب محلول باقی خواهند ماند. پتانسیل زتای خنثی معرف مواد معلقی است که قادر به حمل بار نیستند تا ذرات آن به دفع هم کمک کنند و با احتمال بیشتری به گروههای بزرگتر تبدیل شده و روی سطح غشا RO ته‌نشین خواهند شد.

          اندازه‌گیری پتانسیل زِتا غالباً در تماس با یک سیستم تزریق انعقاد کننده کاتیونی مورد استفاده قرار می‌گیرد. غلظت ماده منعقد کننده به نحوی تنظیم می­شود که یک پتانسیل زتای خنثی در بالادست فیلترها موجود باشد. تا در نتیجه مواد معلق احتمال بیشتری برای خارج شدن از محلول داشته و در بستر فیلتر گرفته شوند.

آشکار ساز جریان (Streaming Currnt Detector)

از دیگر شاخص­هایی که در ارتباط با تزریق مواد منقد کننده و ارزیابی عملکرد آنها مورد استفاده قرار می­گیرد، سیستم آشکار ساز جریان نامیده می­شود. در این وسیله از یک پلانجر مکانیکی برای افزایش سرعت آب استفاده شده و سبب حرکت یونهای باردار که قصد محاصره‌ ذرات معلق باردار مخالف را دارند (معمولاً ذرات منفی) می‌شود. سپس دستگاه، جریان الکتریکی تولید شده توسط حرکت یونها را اندازه‌گیری می‌کند. اگر بار جامدات معلق توسط اضافه کردن منعقد کننده خنثی شده باشد، یونهای کمتری برای محاصره ذرات وجود خواهد داشت و جریان کمتری توسط SCD تولید خواهد شد.

شیمی آب

اطلاع از اصول شیمی آب برای فهم پتانسیل تشکیل رسوب در یک سیستم RO از اهمیت بالایی برخوردار می­باشد. اگر به عنوان تابعی از بازدهی آب محصول RO ، پتانسیل تشکیل رسوب هر یک از نمک ها مشخص شود. می‌توان یک روش را برای جلوگیری و کنترل تشکیل رسوب در نظر گرفت.

با انحلال نمک ها در آب، آنها به یونهای آنیونی و کاتیونی خود تجزیه می‌شوند. یون ها غالب در منابع آب خام شامل موارد زیر می­باشد.

بعضی از سایر یونها که مقدار آنها در آب ناچیز است در زیر نوشته شده‌اند:

ro,reuse,آب شیرین کن ،تصفیه فاضلاب

تجزیه و تحلیل کامل یک منبع آب پیشنهادی شامل تست کامل یونی، pH و کدریت است. غلظت، اساساً برحسب وزنی در واحد حجم و معمولاً به صورت میلی‌گرم بر لیتر (mg/l) یا ppm بیان می‌شود.

نتایج آزمایشگاهی غالباً بر حسب میلی‌گرم بر لیتر (mg/l) بر حسب کربنات کلسیم (CaCo3) بیان می‌شود و این یک روش بیان غلظت نسبی از یونهای باردار می­باشد. اساس این روش عبارت از مقایسه وزن مولکولی و
اکی والان بار یون در مقایسه با یون کربنات کلسیم است (وزن مولکولی کربنات کلسیم 100 و  بار یونی آن  2
می­باشد). نسبت بدست آمده از این مقایسه یک مبنای مناسب برای ارزیابی غلظت نمکهای یک آب می­باشد و یک مبنا و مقیاس استاندارد شمرده می­شود. بعنوان مثال اگر یک یون وزن مولکولی نصف کربنات کلسیم و سه بار یونی در مقابل دو کربنات کلسیم داشته باشد، غلظت کربنات کلسیم آن سه برابر غلظتش برحسب خود یون خواهد بود (3=2: 3×2) بیان غلظت آنیون یا کاتیون برحسب غلظت معادل کربنات کلسیم از این جهت نیز مفید است که پتانسیل باری آن برای واکنش با سایر یونها مورد ارزیابی قرار می­گیرد.

مولاریته یک روش دیگر برای بیان غلظت بر اساس مقدار مولها می­باشد، در این حالت مبنای کار مول خواهد بود. مولاریته مرتبط با غلظت وزنی ماده حل شونده و عبارت از مقدار وزن ماده حل شده تقسیم بر وزن مولکولی ماده حل شده می­باشد. در یک محلول پایدار بر حسب CaCo3، تعداد یونهای کاتیونی با تعداد یونهای آنیونی، برابر می‌باشد. در یک آنالیز دقیق کل غلظت آنیونها و کاتیونها حداکثر 10 درصد اختلاف خواهد داشت.

بسیاری از آزمایشگاهها که توانایی اندازه‌گیری غلظت سدیم را در آب ندارند، مقدار سدیم را از تفاضل جمع سایر کاتیونها از جمع آنیونها بدست می­آورند. برخی آزمایشگاهها قلیائیت را به همین روش و با اطمینان از موازنه بار محاسبه می‌کنند.

یک راه ساده برای بررسی میزان دقت تجزیه آب، این است که مجموع کاتیونها و آنیونها برحسب CaCo3 محاسبه شود. اگر مجموع دو گروه کاملاً با یکدیگر برابر باشد، احتمالاً آزمایشگاه غلظت سدیم یا قلیائیت را از روش ریاضی مورد اشاره در بالا بدست آورده است. اگر میزان اختلاف بین از 10 درصد باشد، دقت کمتر از میزان ایده‌آل خواهد بود.

 

PH آب، روشی برای تشخیص حالت اسیدی یا قلیایی بودن آب می­باشد. اندازه‌گیری PH در آنالیز آب از اهمیت بسیار بالایی برخوردار است. زیرا pH تأثیرات بسیاری بر حلالیت نمکهای کم محلول در آب دارد.

در آب (H2O)، تعدادی از مولکولها به طور طبیعی به اجزای کاتیونی (H+) و ‌آنیونی هیدروکسید (OH) تجزیه می‌شوند. در دمای 25 درجه، حاصل ضرب غلظت این یونها به طور تقریبی یک عدد ثابت 0/00000000000001 است. راه دیگر برای نشان دادن این عدد 14-10 می­باشد. ثابت تجزیه آب به صورت فرمول زیر بیان می‌شود.

14-10= [H+] × [OH]

به طوری که مقادیر داخل کروشه مشخص کننده غلظت یونها برحسب مولاریته می­باشد.

اگر اسید یا باز به آب اضافه شود، غلظت یون هیدروژن یا هیدروکسید به همان میزان تغییر می‌یابد. تعدادی از یونهای هیدروژن و هیدروکسید با یکدیگر ترکیب شده، تشکیل آب می‌دهند تا حاصل ضرب غلظت یون هیدروژن و هیدروکسید ثابت بماند. به عنوان مثال، اگر یک اسید (ماده شیمیایی که تجزیه می‌شود تا یون هیدروژن آزاد کند)، به آب اضافه شود، یونهای هیدروکسید با تعدادی از یونهای هیدروژن ترکیب شده، تشکیل آب می‌دهند و در نتیجه، غلظت یون هیدروکسید، کاهش می‌یابد تا ثابت تجزیه 14-10 نگه داشته شود.

PH بعنوان منفی لگاریتم (مبنای ده) غلظت یون هیدروژن برحسب مولار تعریف می‌شود.

* مثال:  اگر غلظت یون هیدروژن mg/lit 01/0 باشد، PH آن چقدر خواهد بود.

جرم مولکولی هیدروژن g/mol 1 است که معادل mg/mol1000 است. غلظت مولی طبق رابطه زیر محاسبه می‌شود.

Mol/lit 00001/0= ( mg/mole1000) ÷ (mg/l)01/0

mol/l 5-10= mole/l00001/0

5-10 –log = PH

5=PH

* مثال: اگر غلظت اسید سولفوریک در محلولی mg/l 100 باشد، PH آن محلول چقدر خواهد بود؟

جرم مولکولی اسید سولفوریک توسط مجموع جرم مولکولی اجزای تشکیل دهنده آن ضرب در تعداد اتمهای آن در مولکول محاسبه می‌شود.

g/mol                            2 = 1 × 2      2 اتم هیدروژن

g/mol                        32 = 1 × 32      1اتم گوگرد

g/mol                       64 =  4 × 16      4 اتم هیدروژن

g/mol                                                            98 =

Mol/l H2SO4 001/0 = mg/mol 98000 ÷ mg/l 100

اسید سولفوریک، یک اسید قوی است و این بدان معنا است که به طور کامل در آب تجزیه می‌شود. هنگام تجزیه آن، دو اتم هیدروژن آزاد می‌شوند، بنابراین، غلظت مولی (mol/lit) یونهای هیدروژن آزاد، برابر است با غلظت مولی اسید سولفوریک ضرب در دو.

7/2= (2 ×moles/lit  001/0)-log  = PH

در این مثال از غلظت اولیه یون هیدروژن در آب که مقدار آن mol/lit 0000001/0 است، صرف نظر شده است. از این غلظت در مقابل غلظت اسید سولفوریک که مقدار آن  mol/lit002/0 است، صرف نظر شده است.

سختی

  سختی به صورت غلظت کاتیون­های فلزی چند ظرفیتی در محلول تعریف می­شود. در شرایط فوق اشباع کاتیونهای سختی با آنیونها در داخل آب واکنش داده و ایجاد یک رسوب جامد می­نمایند. سایر یونها ممکن است شامل آهن و منگنز به صورت های احیاء شده (Mn2+, Fe2+) استرانسیم (Sr2+) و آلومینیوم (Al3+) باشد. اگر چه بطور طبیعی این یونها در مقایسه با کلسیم و منیزیم قابل صرفنظر هستند. لذا برای تمامی مقاصد عملی می­توان سختی را برابر با مجموع یون های کلسیم و منیزیم دانست.

سختی آب به دلیل تمایل کاتیونهای چند ظرفیتی نظیر کلسیم و منیزم به بستن منافذ روغنی پوست دست داده و به این نام خوانده می‌شوند. وجود سختی در آب برای مصارف خانگی، مشکل ساز است. سختی، موجب رسوب و گرفتگی شیرهای آب می‌شود. سختی‌های کاتیونی، با فسفات پیوند برقرار می‌کنند (فسفات یک آنیون قوی است) و از آنجایی که اکثر پاک کننده‌های حاوی فسفات یا سایر فعال کننده های سطحی آنیونی هستند، سختی موجب کاهش توانایی پاک کننده‌ها در تمیز کردن لکه‌ها می‌شود. بزرگی و تفرق حبابها در زمان اختلاط سختی آب و شوینده­ها از علائم قابل رویت می­باشد.

سختی منیزیم به ویژه همراه با یون سولفات خاصیت ایجاد اسهال در افرادی دارد که به آن عادت نکرده اند. غلظت های منیزیم کمتر از 50 mg/L برای آبهای آشامیدنی کمتر مطلوب است، این در حالی است که بسیاری از منابع تأمین کننده آب همگانی از این مقدار تجاوز می­کند.

همچنین لایه حاصل از سختی در دیگهای بخار که نتیجه ترسیب سختی کربنات است، می تواند در اثر گرفتگی گرم کن های آبی و لوله های انتقال دهنده آب داغ، زیان های اقتصادی قابل ملاحظه به وجود آورد.

وجود سختی برای سیستم RO به علت ترسیب آن در حضور مقادیر بالای غلظت بی‌کربنات، کربنات، سولفات، فلوراید و یا سیلیکا است. از آنجایی که سختی در اکثر منابع آب طبیعی وجود دارد به منظور کنترل ترسیب نمکهای منیزیم و کلسیم، نیاز به انجام پیش تصفیه مطلوب برای یک سیستم RO می­باشد.

سدیم

نمکهای سدیم در آب، بسیار محلول هستند. سیستم های نرم کننده آب از رزین های مدار سدیمی استفاده   می­کنند که سدیم را با سختی آب مبادله می­نمایند و پس از اشباع با نمک طعام احیاء می­شوند. طی احیاء مجدد سختی­ های جذب شده آنها بوسیله سدیم جایگزین می‌شود. به عنوان مثال

سختی گیری :  2R – Na + Ca 2+ è R2 – Ca + 2 Na+

احیا  :   R2 – Ca + 2NaCl è 2R – Na + CaCl2

سدیم در آبهای با خلوص بالا ایجاد مشکل می­نماید. در سیستمهای RO نیز بدلیل یک ظرفیتی بودن یون سدیم به خوبی یون های دو و چند ظرفیتی دفع نمی­شود. همچنین سیستم های یونی رزینی قادر به جذب کامل آن نیستند. لذا همواره غلظتی پائین از آن در آب خالص باقی می­ماند. در صنایع نیمه هادی مقدار ناچیز سدیم در آب پروسس سبب بروز خرابی در مدارهای می­شود.

قلیائیت

قلیائیت شامل آنیونهایی است که یونهای هیدروژن را از محلول جدا می‌کنند. این آنیونها شامل بی‌کربنات، کربنات و هیدروکسیل است که هیدروژن را از سیستم خارج نموده و موجب افزایش pH می‌شوند.

اکثر قلیائیت موجود در منابع آب و نه همه آنها به صورت قلیائیت بی‌کربنات (HCO3) می‌باشد. همچنین میزان قلیائیت بی‌کربنات با مصرف متیل اُرنج اندازه گیری شده و قلیائیت M.A نامیده می‌شود. در pH کمتر از 3/8 قلیائیت بی‌کربنات با غلظت دی‌اکسید کربن محلول در حال تعادل خواهد بود.

وقتی که pH آب بیش از 3/8 است، قلیائیت آب به شکل کربنات (CO3-2) خواهد بود. در این حالت، تیتراسیون با فنل فتالئین صورت می‌گیرد و قلیائیت P.A (P.alakalinity) نامیده می‌شود. اگر pH آب بیش از 11 باشد، قلیائیت هیدروکسید (OH) وجود خواهد داشت.

در بیشتر منابع آب قلیائیت بعنوان یک بافر طبیعی عمل می­کند. تبدیل بین فرمهای مختلف قلیائیت و
دی­اکسید کربن محلول اتفاق افتاده و از تغییرات pH که می­تواند سبب آلودگی منابع آب گردد، جلوگیری می­نماید.

دی اکسید کربن هوا در آب حل شده و اسید کربنیک تشکیل می­شود. (H2CO3) آب اسیدی تمایل به انحلال کربنات کلسیم زمین را دارد. این کار تا زمانی اتفاق می‌افتد که pH آب افزایش یابد و قادر به حل کربنات کلسیم نباشد.

اگر مقدار بی‌کربنات در آب به حد اشباع رسیده باشد و آب هم اسیدی باشد، آنیون بی‌کربنات اضافی به آنیون کربنات تبدیل می‌شود. اگر بنا به دلایلی، آب در pH قلیائی از کربنات اشباع شود، کربنات اضافی بدون توجه به قلیائیت ناشی از هیدروکسید از محلول خارج شده و ته نشین خواهد شد.

به دلیل توانایی آب در جذب قلیائیت، بیشتر منابع آب طبیعی نزدیک به اشباع دارای کربنات کلسیم هستند. از آنجا که کربنات کلسیم تمایل به تشکیل رسوب پیش از تشکیل هر نمک دیگری دارد و اعمال روشی برای جلوگیری از ترسیب کربنات کلسیم در سیستمهای RO لازم است.

سولفات‌ها

حلالیت سولفاتها بسته به غلظت کاتیونهای دو ظرفیتی، در آب محدود می­باشد. این کاتیونهای دو ظرفیتی، شامل کلسیم و منیزیم، باریم و استرانیوم است. سولفاتها در اکثر منابع آب خام در غلظت بالایی موجود می­باشند.

همچنین سولفات ها به صورت اسیدسولفوریک در زمانی که کنترل pH مورد نیاز است، به آب اضافه می‌شوند. معمولاً جلوگیری از تشکیل رسوب سولفات در سیستم RO با کنترل یا کاهش کاتیون های دو ظرفیتی در آب خوراک و تزریق مواد بازدارنده به آب خوراک صورت می­گیرد.

کلرایدها

تقریباً تمام نمکهای کلراید در آب بطور کامل محلول هستند و نیاز به پیش تصفیه اندکی برای سیستم RO دارند. تنها غلظت بالای کلراید در خوراک یک سیستم RO می­تواند سبب خوردگی فولاد ضد زنگ 304 بکار رفته در اتصالات RO شود. لذا اگر در سیستم RO بیش از چند هزار ppm تغلیظ شود، برای ساخت لوله­ ها و اتصالات سیستم RO باید از فولاد ضد زنگ L 316 استفاده شود.

فلوراید

غلظت فلوراید در اکثر منابع آب معمولاً پایین است. اگر غلظت فلوراید در حد محسوس باشد، تشکیل نمک بسیار کم محلول فلوراید کلسیم را می­دهد.

نیتراتها

حلالیت نیتراتها در حالت طبیعی، اهمیت ندارد. وجود نیترات ها در آب با توجه به توانایی سیستم تصفیه آب برای برداشتن آنها اهمیت بیشتری دارد.

نیترات در آب آشامیدنی، زمانی که وارد بدن پستانداران (از جمله انسان) می‌شود، به نیتریت، تبدیل می‌‌شود. این نیتریت با توانایی بدن مداخله می‌کند تا با اکسیژن موجود در خون تبادل کند. این امر می‌تواند یک خطر جدی برای جنین، کودکان و سایر افراد باشد، به همین دلیل، غلظت نیترات در آب آشامیدنی باید کمتر از ppm40 باشد.

نیترات ها به خاطر دارا بودن بار ضعیف، به خوبی توسط RO جدا نمی‌شوند و توسط رزین های تبادل یونی به آسانی برداشته می‌شوند، بسته به نوع غشای بازیافت سیستم، برداشتن نیترات توسط RO بین پنجاه تا نود درصد می­باشد.

آهن و منگنز

آهن و منگنز به دو صورت احیا شده (در این حالت تمایل به انحلال دارد) و اکسید شده (که نامحلول است) در منابع آب یافت می­شوند. وجود آهن در آب، معمولاً متداولتر از منگنز است. یون دو ظرفیتی فرو (Fe+2) پایدار و ترکیب فریک (Fe+3) نامحلول می­باشد و می‌تواند سبب گرفتگی و فولینگ سیستم RO شود.

آهن در آب چاه خصوصاً اگر پمپ شروع به زنگ زدن نموده باشد، یافت می­شود. تجهیزات سیستم پیش تصفیه شامل لوله­ ها، مخازن ، داخل تانکها و درامها چنانچه از چدن یا کربن استیل باشد یک منبع آهن هستند. این مشکل با تزریق اسید در بالا دست تجهیزات تشدید خواهد شد.

اگر غلظت آهن یا منگنز بیش از mg/l 05/0 در آب خوراک RO باشد، باید از آب جدا شود. اگر آهن یا منگنز در حالت احیا شده (محلول) باشد، موجب گرفتگی در سیستم RO نخواهد شد.

به هرحال، اگر هوا یا اکسیژن وارد سیستم شود، آهن یا منگنز را اکسید نموده و به فرم غیر محلول در خواهند آورد. فرم اکسید شده سبب فولینگ RO می­شود. آهن و منگنز بعنوان کاتالیزور عمل نموده و خاصیت اکسید کنندگی سایر مواد اکسید کننده را تشدید می­نمایند و آنها را قادر به حمله و آسیب رساندن به غشاء می­نمایند.

 

باریم و استرانیوم

استرانیوم و باریم همیشه در آنالیز آب خام وجود ندارد. به هرحال اگر این مواد در غلظتهای پایین هم همراه سولفات حضور داشته باشند (بیش از/lit   mg1/0) رسوب داده روی سطح غشاء می ­نشینند. رسوبات سولفات باریم و استرانسیم فوق العاده سخت دوباره حل می­شود. لذا حتماً باید از تشکیل این رسوبات جلوگیری بعمل آید.

 

آلومینیوم

آلومینیوم محلول معمولاً در منابع آب طبیعی وجود ندارد. آلومینیوم به خاطر دارا بودن ظرفیت 3+ دارای مشخصات بار الکتریکی زیادی است. همچنین اندازه مولکولی آن بطور نسبی کوچک است (جرم مولکولی 27). لذا این دانسیته بالای بار آن را بسیار واکنشگر می­نماید.

در بسیاری از واکنش ها، آلومینیوم مانند آهن عمل می‌کند. آلومینیوم مانند آهن با اکسیژن ترکیب خواهد شد تا یک اکسید غیرمحلول تشکیل دهد. هر دو فلز تمایل به تشکیل کمپلکس با کلوئیدهای آلی باردار منفی دارند و هر دو در حضور سیلیکات به راحتی ته‌نشین می‌شوند.

به خاطر بار زیاد آلومینیوم، بسیاری از تصفیه خانه‌های شهری از  آلوم (سولفات آلومینیوم)Al2(So4)3  یا سدیم آلومینات (NaAlo2 برای تصفیه و شفاف سازی آبهای سطحی استفاده می­نمایند. در این حالت، آلومینیوم به عنوان یک منعقد کننده عمل نموده و بار منفی ذرات معلق جامد موجود در آب را خنثی می­نماید. این کار به جامدات معلق اجازه تشکیل گروههای بزرگ و ته نشین شدن از محلول را می‌دهد.

حلالیت آلومینیوم در آب با pH بالا زیادتر است و در pH بین 3/5 تا 8 حلالیت کمتری دارد. به همین دلیل اگر واحد تصفیه آب شهری از آلوم یا آلومینات سدیم استفاده می‌کند  باید تنظیم pH با اسید قبل از فیلترهای شنی انجام شود تا آلومینیم نامحلول روی بستر فیلترهای شنی گرفته شود.

مقادیر بسیار ناچیز آلومینیوم در صنعت دیالیز مشکل آفرین است و غلظت بالای آن در آب نهائی دیالیز سبب اختلال در دیالیز و سلامت بیمار می­شود.

روی و مس

معمولاً روی و مس به میزان قابل توجه در منابع آبهای طبیعی وجود ندارند. به هرحال مقادیر ناچیز این عناصر در آب از خطوط لوله وارد آب می­شود.

با افزایش pH مس و روی تمایل به خارج شدن از محلول و ترسیب دارند و احتمالاً بصورت نمکهای فوق اشباع در سیستم RO در می­آیند. از آنجا که غلظت روی و مس همیشه در آب خوراک با PH طبیعی کم است، اگر اجازه داده شود که در مدت زمان طولانی ته‌نشین شوند، کارآیی سیستم RO را تحت تأثیر قرار می‌دهد.

نخستین دلیل لزوم آنالیز روی و مس در منبع احتمالی آب خوراک RO، بخاطر استفاده از غشاهای از جنس پلی آمید در واحدهای اسمز معکوس می­باشد. مس و روی نظیر سایر فلزات واسطه قدرت اکسیداسیون مواد اکسید کننده نظیر کلر آزاد را افزایش می­دهند. این موضوع خصوصاً زمانی که از موادی نظیر پراستیک اسید یا پراکسید هیدروژن برای ضدعفونی سیستم استفاده می­شود، حائز اهمیت می­باشد.

سیلیس

از جمله یونهای خطرناک برای سیستمهای RO، سیلیکا می­باشد. زیرا رسوبات سیلیکا بعد از تشکیل بسیار سخت شده و براحتی قابل جدا شدن از غشاهای RO نمی­باشد.

در PH پایین‌تر از 9، سیلیس غالباً به صورت اسید سیلیسک H4SiO4 که به صورت Si(OH)4 هم نوشته می‌شود) وجود دارد. در PH پایین، اسیدسیلیسک، پلیمریزه می‌شود تا کلوئید تشکیل شود (به عنوان سیلیس کلوئیدی شناخته می‌شود). در PH حدود 8 اسید سیلیسک به آنیون سیلیکات تجزیه می‌شوند (SiO3-2). در pH بالا، سیلیس همچون یک نمک با کلسیم، منیزیم، آهن یا آلومینیوم ته نشین می‌شود.

حل شدن مجدد سیلیس و سیلیکات، مشکل است. محلول‌های بی‌فلوراید آمونیوم بعضی اوقات در شستشوی شیمیایی سیلیس – اگر سخت نشده باشد – موفق هستند. به هرحال، بی‌فلوراید آمونیوم، یک ماده سمی است که دفع آن مشکل می‌باشد.

حلالیت سیلیس بستگی به دما و pH دارد. اگر سیلیس در آب خوراک RO و با غلظتی بیش از mg/lit20 وجود داشته باشد، پتانسیل ته‌نشینی سیلیس باید محاسبه شود.

 

سولفیدها

سولفید غالباً به صورت گاز حل شده سولفید هیدروژن (H2S) وجود دارند و اگر با اکسیژن اتمسفر یا گاز کلری که برای کنترل بیولوژیکی به آب تزریق می‌شود، اکسید شود، عنصر سولفور از محلول خارج می‌شود. سیستم‌های اسمز معکوس در حضور سولفید از کارآیی خوبی برخوردار بوده‌اند و فقط هنگامی دچار گرفتگی ناگهانی سولفور می‌شوند که هوا به داخل سیستم نفوذ کند.

با عبور آب از داخل گاززدا، گاز سولفید هیدروژن از آن جدا می‌شود که بویی شبیه به تخم‌مرغ گندیده دارد.  به همین دلیل جداسازی هیدروژن سولفوره با هوازنی در بسیاری مناطق ممنوع می­باشد. یک راه دیگر برای دفع هیدروژن سولفوره تزریق پیوسته کلر آزاد و فیلتراسیون در مرحله بعد به منظور گرفتن سولفور تولیدی می­باشد.

فسفاتها

فسفاتها با ظرفیت 3- دارای بار منفی بسیار قوی هستند و تمایل به واکنش با کاتیونهای چند ظرفیتی دارند. حلالیت فسفات کلسیم در pH خنثی ، محدود بوده، حتی در pH بالاتر هم دارای حلالیت کم است.

چنانچه فسفات برای مدت طولانی در آب خوراک RO وجود داشته باشد و آب اسیدی نباشد، فسفاتها تمایل به ترسیب در سیستم RO خواهند داشت. این کار با افزایش غلظت فسفات در هنگام عبور آب محصول از غشا اتفاق می‌افتد و pH آب سیستم باید حین تغلیظ آب افزایش یابد.

 

منابع مورد استفاده:

[1] روش های پیشرفته در صنعت تصفیه آب – تألیف مهندس محمد کرمانی،  انتشارات شرکت ملی صنایع پتروشیمی – 1382

[2] تئوری اسمز معکوس، راهنمای عملی برای استفاده در صنایع تصفیه آب، وس بایرن. ترجمه مهندس مجید خاکساری-  1383

[3] ارزیابی مشکلات ناشی از لایه گذاری شیمیایی در راهبری فیلترهای غشائی و ارائه پیشنهادات لازم. محسن فاضلی، ستار صالحی، دومین همایش ملی آب و فاضلاب با رویکرد بهره برداری- 1387

[4] مبانی تصفیه آب، تألیف دکتر محمود پیکری – دکتر ارجمند مهربانی،  انتشارات ارکان – 1383

[5] شیمی آب، تألیف سوزان کگلی و جون آندرسون – ترجمه: رحمت زرکامی و صادق حسینی،  انتشارات دانشگاه گیلان – 1383

[6] مهندسی محیط زیست، تألیف: هـ. س.پوی – د.ر.روو – ج.چبانوگلاس، دانشگاه صنعتی سهند تبریز – 1382

برای مشاهده پروژه هایی که شرکت آبسان زلال در زمینه ی Zero Liquid Discharge کار کرده کلیک کنید .

مقالات مرتبط

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

این فیلد را پر کنید
این فیلد را پر کنید
لطفاً یک نشانی ایمیل معتبر بنویسید.
برای ادامه، شما باید با قوانین موافقت کنید

فهرست