فرایند نرم سازی به شیوه ته نشینی ۲

فرایند نرم سازی به شیوه ته نشینی
(Softening process by sedimentation Method)
فرایند نرم سازی به منظور کاهش سختی آب بکار می رود. با استفاده از مواد شیمیایی ، سختی آب تحت واکنش های شیمایی قرار می گیرد و رسوب می نماید که در نتیجه سختی آب کاهش می یابد. سختی آب به دلیل وجود کربنات ها ، بی کربنات ها ، سولفات ها ،کلریدها و نیترات های فلزات کلسیم و منیزیم و آهن و آلومینیوم است. از آنجا که سه فلز آهن ، آلومینیوم به مقدار کم در آب وجود دارد ، قسمت عمده سختی آب مربوط به یون های کلسیم و منیزیم است . میزان سختی آب های خام تا حد زیادی به شرایط زمینی که 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 کربناتی موقت یا سختی کربناتی بیان می شود.
حذف سختی موقت (Temporary hardness removal) :
استفاده از آب آهک روش عمومی برای کاهش سختی موقت آب است. آب آهک (کلسیم هیدروکسید) با کلسیم بی کربنات و منیزیم بی کربنات واکنش می دهد و رسوب کلسیم کربنات و منیزیم هیدروکسید تولید می کند .
با توجه به واکنش های بالا آب آهک لازم برای کاهش سختی منیزیمی دو برابر مقدار آب آهک لازم برای کاهش سختی کلسیم است.
حذف سختی دائم (Permanent hardness Removal) :
برای کاهش سختی غیر کربناتی آب از آهک / سود استفاده می شود. در سختی موقت با اضافه کردن یک ماده قلیایی مثل آهک یا سود ، بی کربنات موجود در محیط به کربنات تبدیل می شود و کربنات تولید شده باعث رسوب کردن کلسیم و کاهش سختی کلسیمی می شود.
روش دیگر در نرم سازی آب ،استفاده از سود سوزآور است که درمواد خالص به کار می رود . برتری استفاده از سود سوزآور این است که با کلسیم بی کربنات تولید سدیم کربنات می کند که خود این ماده در حذف سختی دائم موثر است.
تبادل یونی (Ion-exchange) :
رزین های تعویض یونی جامدات نامحلول در آب می باشند که به وسیله تبادل یون می توانند جهت جذب کاتیون ها و آنیون ها به کار گرفته شوند. پدیده تعویض یون ترکیبی از پدیده جذب سطحی و فرایند نفوذ می باشد و سرعت واکنش را عملیات انتقال جرم که یون ها را از سیال به سطح رزین و یا از سطح رزین به سیال می رساند مشخص می کند. پدیده تبادل یون یک تعادل شیمیایی است و از اصول حاکم بر تعادل ها پیروی می کند. در الکترولیت ها نیز پدیده تعویض یون وجود دارد ولی به دلیل همگن بود یون ها که در آن مبادله کننده های یون هر دو مایع می باشند عامل موثر سینتیک شیمایی است در حالیکه 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 الکترواستاتیک می باشد و قدرت تبادل به این نیروها بستگی دارد و به شیوه ای است که مواد قبل و بعد از تبادل یون هر دو از نظر الکتریکی خنثی خواهند بود.
رزین های تبادل یونی ویژه بستر مختلط
(Mixed bed colums ion-exchange resins)
حذف کاتیون ها و آنیون های موجود در آب ، به طور همزمان به وسیله مخلوطی از رزین های تبادل یونی کاتیونی و آنیونی انجام میگیرد. در این فرایند مخلوط رزین ها در یک ستون قرار می گیرند و آب از بستر رزین عبور می کند و آب خروجی دارای T.D.S بسیار پایینی خواهد بود. احیای رزین های کاتیونی و آنیونی در چند مرحله انجام می پذیرد . در نخستین مرحله رزین ها به شیوه مکانیکی از هم جدا می شوند ، سپس رزین ها احیا می گردند و در مرحله نهایی دو رزین کاتیونی و آنیونی مخلوط می شوند و مورد استفاده قرار می گیرند.
مقایسه رزین های ضعیف و قوی :
رزین های تبادل یونی کاتیونی ، انیونی از دو نوع ضعیف و قوی در ویژگیهای برجسته زیر متمایز هستند :
1) رزین های ضعیف توانایی یونی محدودی دارند در حالیکه 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 کمتری از ماده شیمایی نیاز می باشد.
4) هزینه آب بی یون تولید شده به کمک استفاده توام رزین های ضعیف و قوی کمتر می باشد.
5) رزین های ضعیف به درصد کمتری از ماده شیمیایی جهت احیا نیاز دارند بنابراین در سیستم های چند مرحله ای که از ستون های رزین های ضعیف و قوی استفاده می گردد، مواد احیا کننده خروجی از رزین های قوی جهت استفاده رزین های ضعیف بسیار مفید می باشند.
6) احیای رزین های کاتیونی بطور معمول توسط سولفوریک اسید انجام می گردد. جهت جلوگیری از رسوب کلسیم سولفات بر روی رزین ها ، ابتدا از سولفوریک اسید یک و نیم درصد و در مرحله بعد از سولفوریک اسید چهار الی پنج درصد استفاده می گردد. غلظت اسید مورد استفاده برای احیای رزین های کاتیونی ضعیف حدود یک الی یک و نیم درصد می باشد.
7) جهت احیای رزین های آنیونی معمولا از سدیم هیدروکسید 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 امکان پذیر است ولی از لحاظ اقتصادی هرگاه T.D.S آب خام کمتر از ppm 700 باشد فرایند تعویض یونی مطرح می شود . از لحاظ اقتصادی برای کاهش 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 یک یا ترکیبی از روش های زیر آب خام ورودی به سیستم تبادل یونی را مهیا ساخت .
الف) الکترودیالیز
ب) اسمز معکوس
پ) تقطیر
ت) انرژی خورشیدی
ث) فرایند آب آهک زنی
ج) پمپهای حرارتی
انتخاب فرآیند بی یون سازی بر اساس موارد زیر است :
الف) کیفیت آب خام
ب) کیفیت آب مورد نیاز
پ ) هزینه سرمایه گذاری
ت) هزینه بهره برداری
خواص رزین های مبادله کننده 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 کار گرفته شده در فرایند احیای رزین ها
ح) سمی نبودن
خ) دارا بودن مقاومت مکانیکی 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 ماکزیمم 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 کمتر از ppm 1/0 باشد.
ح ) آب عبوری از رزین های تبادل یونی باید فاقد املاح معلق ، اجسام کلوئیدی ،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) یکی از روش های مرسوم در تصفیه آب به کمک رزین هاست . کاهش درجه خلوص آب خروجی از ستون تبادل یون ، نشان دهنده این است که رزین ها اشباع شده اند و باید احیا گردند . عمل احیاء رزین در چهار مرحله انجام می پذیرد.
1) شست و شوی معکوس به منظور شکوفا شدن رزین ها
2) عبور از ماده احیا کننده از بستر به منظور احیای رزین ها
3) آبکشی آهسته برای بیرون راندن آرام ماده احیا کننده از ستون تبادل یونی
4) آبکشی سریع برای بیرون راندن آخرین ذرات ماده احیا کننده از بستر تبادل یونی
اطلاعات تکمیلی (Supplimentary information)
1) از محلول های سولفوریک 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 ، ترکیبی از رزین های مختلف و ستون های گوناگون به کار گرفته می شود . از لحاظ اقتصادی ، طراحی به گونه ای انجام می پذیرد که با اشباع شدن رزین های آنیونی ضعیف کل سیستم در فاز احیا قرار گیرد.
3) میزان اسید و قلیای مورد استفاده جهت احیای رزین ها همواره بیشتر از مقدار استوکیومتری می باشد.
4) در اثر مخلوط شدن رزین های کاتیونی ضعیف و قوی ، بهره برداری و و احیای سیستم دچار مشکل می گردد.
5) هرگاه به هر دلیلی رزین های ستون کاتیونی با رزین های ستون آنیونی ضعیف مخلوط شوند، راندمان سیستم تبادل یونی به شدت کاهش 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 کیفیت مناسبی برخوردار نمی باشد بنابراین لازم است تا رسیدن به آب با کیفیت مطلوب آب تولیدی سیرکوله شود و در غیر این صورت کل سیستم احیا گردد.
8) به دلیل اسیدی و یا قلیایی بودن آب درون ستون ها و جلوگیری از خوردگی ، لازم می شود که درون ستون ها با موادی از جنس لاستیک ، فایبر گلاس و یا مواد پلاستیکی پوشش مناسب داده شود.
9) چنانچه پیش از استفاده از سیستم تبادل یونی از سیستم کلاریفایر و آهک زنی به منظور حذف کلسیم بی کربنات و منیزیم بی کربنات استفاده شود ، می توان ستون رزین کاتیونی را حذف نمود و تنها از رزین های کاتیونی قوی استفاده کرد.
10) آب تقطیر شده ، آب عبوری از دستگاه اسمز معمولی و یا الکترودیالیز ، دارای یون می باشند. برای تهیه آب بدون یون لازم است یک سیستم تبادل یونی به دنبال سیستم های مطرح شده مورد استفاده قرار گیرد.
11) هدایت الکتریکی آب خروجی از ستون های کاتیونی در مرحله بهره برداری در مقایسه با آب ورودی افزایش می یابد. در صورت کاهش ، سیستم به حالت اشباع رسیده است.
12) هدایت الکتریکی آب خروجی از ستون های آنیونی ، در زمان بهره برداری کاهش می یابد. افزایش هدایت الکتریکی آب خروجی از ستون آنیونی ، معرف اشباع شدن ستون است.
13) به دلیل کاربرد 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 کاتیونی می باشد.
15) در صورت طراحی و بهره برداری مناسب گاز زدا ، میزان گاز کربنیک باقی مانده در آب به حدود ppm 5 می رسد که گاز کربنیک باقی مانده به همراه سیلیکا 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 کف 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 کرد تا آب بهتر از میان خلال و فرج عبور نماید و افت فشار کمتری 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 کند. جهت رفع این مشکل رزین ها را با مخلوط آب نمک 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 کلرید اشباع کرد 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 باکتری ها بر روی رزین ها ، آب را توسط کلرین ضد عفونی می کنند. اگر میزان کلرین کمتر از ppm 1/0 باشد برای رزین ها مشکلی بوجود نمی آورد. افزایش غلظت کلرین ، بیشتر از حد مجاز تخریب رزین ها را به همراه خواهد داشت.
22) آب عبوری از ستون های تبادل یونی همواره باید بدون مواد کلوئیدی 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 کاتیونی قرار گیرند. زیرا PH آب به طور شدید قلیایی می شود و برخی از کاتیون ها روی آنیون ها رسوب کرده و موجب تخریب رزین ها می شود.

سایت بهداشت محیط ایران

سایت بهداشت محیط ایران