کلیدی‌ترین مراحل تصفیه آب صنعتی

مراحل تصفیه آب صنعتی شامل فرآیندهای تصفیه فیزیکی، شیمیایی، غشایی و بیولوژیکی هستند. در تصفیه آب صنعتی ابتدا آب خام ورودی آزمایش شده و سپس کیفیت آب مورد نیاز خروجی در نظر گرفته می‌شود. با توجه به این دو مورد، مناسب‌ترین فرآیند برای تصفیه آب در صنعت انتخاب می‌شود که می‌تواند شامل سه مرحلۀ پیش تصفیه، تصفیه و تصفیه نهایی باشد.

تمام این فرآیندها می‌توانند به تنهایی و یا ترکیبی مورد استفاده قرار بگیرند که این موضوع بستگی به کیفیت آب ورودی و آب خروجی مورد نیاز صنایع دارد. در ادامه کلیدی‌ترین و مهم‌ترین مراحل تصفیه آب صنعتی را مطرح خواهیم کرد.

انواع مختلف پیش تصفیه آب صنعتی

برای تصفیه آب در مقیاس صنعتی، فرآیندهای مختلفی وجود دارد که با توجه به نوع آب و کاربردهای مختلف آن انتخاب می‌شود. فرآیندهای مختلف تصفیه، قابلیت تصفیۀ آب ورودی خام را با مشخصات معین کیفی دارا هستند. برای دستیابی به قابلیت تصفیه در بخش تصفیه اصلی، کیفیت آب خام ورودی را توسط فرآیند پیش تصفیه افزایش می‌دهند.

به طور معمول یکی از اهداف مهم در بخش پیش تصفیه این است که ذرات نامحلول معلق در آب جداسازی یا حذف شوند. برای این کار از فرآیندهای مختلفی مانند ته‌نشینی، لخته‌سازی و انعقاد، فیلتراسیون فیزیکی و غشایی و .... استفاده می‌شود. کیفیت آب خام ورودی و برخی ملاحظات اقتصادی و همینطور اهداف طراحی واحد از عوامل تعیین‌کننده در انتخاب این فرآیندها برای جداسازی ذرات نامحلول معلق هستند.

یکی از شاخص‌های مهم در انتخاب فرآیند پیش تصفیۀ بهینه، توجه به توزیع اندازه ذرات معلق و نامحلول در آب است. در قسمت پیش تصفیه آب در صنعت می‌توان از فرآیندهای دیگری استفاده کرد تا کیفیت آب خام ورودی به مشخصات کیفی مورد نظر در بخش اصلی تصفیه برسد؛ از جمله این فرآیندها می‌توان به ضدعفونی و گندزدایی، تبادل یونی، تنظیم PH، فرآیندهای حذف اکسیدکننده‌های موجود در آب و ... اشاره کرد.

ته‌نشینی یا زلال‌سازی

ته‌نشینی یا زلال‌سازی (sedimentation and Clarification)، یکی از مراحل تصفیه آب صنعتی در بخش پیش تصفیه است. در فرآیند ته‌نشینی، آب خام ورودی را در مدت زمان معینی در مخازنی مشخص نگهداری می‌کنند تا ذرات معلق نامحلول ته‌نشین شوند. این تانک‌ها یا مخازن با هندسه و ظرفیت مشخصی برای کمک به تصفیه آب در صنعت ساخته می‌شوند و به طور معمول، هندسۀ آنها دایره‌ای، مربع یا مستطیل است.

یکی از معیارهای مهمی که در طراحی مخازن ته‌نشینی به آنها توجه می‌شود، هندسه تانک، سامانه جمع‌آوری لجن، نرخ بار سرریز، ناحیه ورودی و خروجی و نرخ بار سطحی است. معمولا تانک‌های مستطیلی بیشتر مورد استفاده قرار می‌گیرند؛ زیرا این تانک‌ها در جریان افقی نسبت به شوک‌های ناشی از بارگذاری‌های مختلف از قابلیت پایداری بیشتری نسبت به سایر هندسه‌ها برخوردار هستند. یکی دیگر از فواید هندسه مستطیلی در مخازن ته‌نشینی این است که استفاده از یک دیوار مشترک بین مخازن باعث صرفه اقتصادی بیشتری می‌شود.

به طور معمول در تانک‌های مربعی، ورودی در مرکز است و این مخازن نسبت به مخازن مستطیلی از مزایایی مانند استفاده از دیوار مشترک برای دو تانک برخوردار هستند. تانک‌های مربعی برخی از مزایای تانک‌های دایره‌ای را نیز دارا هستند؛ از آن جمله می‌توان به سهولت جمع‌آوری لجن اشاره کرد. یکی از مشکلاتی که در تانک‌های مربعی وجود دارد این است که در این تانک‌ها توزیع یکنواخت جریان وجود ندارد و به دلیل شکل سازه نمی‌توان به راحتی لجن ته‌نشین شده را جمع‌آوری کرد و ممکن است لجن در گوشه‌های مخزن تجمع پیدا کند.

در مخازن دایره‌ای شیوه ورود آب به دو صورت ورود از محیط دایره تانک و ورود از مرکز است. در تانک‌های دایره‌ای که ورودی محیطی دارند، مشکل جریانات مدار کوتاه کمتر است. در تانک‌های دایره‌ای می‌توان لجن‌ها را به راحتی جمع‌آوری کرد و به همین دلیل در مواقعی که حجم لجن تولیدی زیاد باشد و بر جریان ورودی برتری داشته باشد، پیشنهاد می‌شود که از مخازن دایره‌ای استفاده شود.

انعقاد و لخته‌سازی، یکی از مراحل تصفیه آب صنعتی

 فرآیند انعقاد و لخته‌سازی (Coagulation and Flocculation) می‌تواند یکی از مراحل تصفیه آب صنعتی در بخش پیش تصفیه باشد و برای جداسازی ذراتی استفاده می‌شود که نمی‌توان با ته‌نشینی یا زلال‌سازی آنها را از آب جدا کرد. این ذرات شامل برخی ذرات ریز، کلوئیدها و برخی مواد نامحلول معلق و سبک هستند که به صورت معمول ته‌نشین نمی‌شوند. بار الکتریکی که در سطح ذرات کلوییدی وجود دارد باعث دفع ذرات کوچک و جلوگیری از تجمع آنها می‌شود.

به طور معمول در فرآیند انعقاد از یک ماده منعقدکننده استفاده می‌شود که بار مخالف دارد و می‌تواند بار سطحی ذرات را خنثی کند. مواد منعقدکننده فلزی شامل دو گروه ترکیبات آهن و آلومینیوم هستند. بعد از اینکه ماده منعقدکننده به آب اضافه شود، بار الکتریکی ذرات خنثی شده و نیروهای واندروالس که مجموعه‌ای از نیروهای بین مولکولی هستند، باعث ایجاد کشش بین ذرات کلوئیدی می‌شوند و به این ترتیب ذرات کوچک با اتصال به یکدیگر قابلیت ته‌نشینی پیدا می‌کنند.

بعد از فرآیند انعقاد، فرآیند لخته‌سازی انجام می‌شود که در آن فلوک‌های میکرونی با اتصال به یکدیگر تشکیل ذرات قابل رویتی را می‌دهند که می‌توانند ته‌نشین شوند. این فرآیند را معمولا در یک مخزن همزن‌دار انجام می‌دهند.

مخزن همزن‌دار به انواع خاصی از واحدها گفته می‌شود که برای مخلوط کردن مواد شیمیایی مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرد. در این مخازن مواد کمک منعقدکننده می‌افزایند که شامل پلیمرهای غیرآلی با وزن مولکولی بالا هستند و چسبیدن فلوک‌ها را تسهیل می‌کنند. پس از طی زمان مناسب، برای تماس مواد کمک منعقدکننده و ذرات به یکدیگر، آنها را به مخزن زلال‌سازی یا ته‌نشینی هدایت می‌کنند و سپس در این مخزن با کمک روش‌های مختلف بلوک‌های تشکیل‌شده را جمع‌آوری می‌نمایند.

فیلتراسیون فیزیکی

یکی از مراحل تصفیه آب صنعتی در بخش پیش تصفیه، فیلتراسیون فیزیکی است که از این فرآیند برای جدا کردن ذرات نامحلول معلق با توزیع اندازه مشخص استفاده می‌شود. فیلتراسیون فیزیکی روش‌های متفاوتی دارد که در آنها آب را از یک بستر یا فیلتر عبور می‌دهند و ذرات معلق موجود در آن با توجه به نوع بستر یا میزان فاصله بین مش‌ها به صورت فیزیکی جدا می‌شوند. انواع فیلترهای مرسومی که امروزه کاربرد دارند شامل فیلترهای شنی کیسه‌ای، میکروفیلترها و دیسک‌فیلترها هستند.

فیلتر شنی و فیلتر کربنی

یکی از مراحل تصفیه آب در صنعت، استفاده از فیلتر شنی و فیلتر کربنی است. در فیلتر شنی (Sand Filter) برای جداسازی ذرات معلق موجود در آب از بستر سیلیس یا شن یا مواد مشابه دیگر استفاده می‌شود. این فیلترها دو نوع ثقلی و تحت فشار دارند.

در فیلتر ثقلی، آب به صورت ثقلی از فضای بالای فیلتر وارد شده و به کمک شتاب جاذبه زمین از بین بستر عبور داده می‌شود. در فیلتر تحت فشار، آب به کمک فشاری که توسط پمپ تامین می‌شود از بین بستر ثابت عبور می‌کند. فیلترهای تحت فشار شنی به دو صورت طراحی می‌شوند که تفاوت آنها فقط در سرعت فیلتراسیون است. به این فیلترها فیلتراسیون سریع و آهسته گفته می‌شود.

فیلتر کربنی ساختاری مشابه فیلتر شنی دارد و از بستر کربن فعال برای فیلتراسیون استفاده می‌کند. با کمک فیلتر کربنی می‌توان رنگ، بو، طعم، کلر آزاد و مواد آلی موجود در آب را حذف کرد. مهم‌ترین ویژگی فیلترهای کربنی، قابلیت بالای جذب سطحی در کربن فعال است. در این فرآیند آب را از بستر کربن فعال عبور می‌دهند و برخی از مواد آلی و رنگ و بوی آن جذب کربن فعال می‌شود.

شکل ظاهری فیلتر کربنی با فیلتر شنی تفاوت زیادی ندارد؛ فقط در این مخازن، کربن فعال به جای سنگ سیلیس قرار می‌گیرد. کربن فعال به مرور زمان و با توجه به میزان جذب سطحی اشباع شده و دیگر قابلیت جذب ندارد و نیاز است که هر چند وقت یکبار تعویض یا احیا شود.

فیلتر خودشوینده

فیلتر خودشوینده (Self-Cleaning Filter) فیلتری است که در آنها شستشوی معکوس سطح فیلتر به صورت خودکار و هوشمند صورت می‌گیرد. این فیلترها به انواع مختلفی تقسیم می‌شوند که مبنای تقسیم‌بندی، روش شستشو و نوع فیلتراسیون است. مهم‌ترین نشانه برای تشخیص گرفتگی فیلتر، افت فشار است که سبب می‌شود عملیات شستشوی معکوس به صورت خودکار آغاز شود.

میکروفیلترها یا فیلترهای کارتریج

میکروفیلتر به فیلترهای استوانه‌ای شکل می‌گویند که در هوزینگ‌های فلزی یا غیر فلزی در تعداد مشخصی وابسته به دبی جریان نصب می‌شوند. جنس این میکروفیلترها از الیاف پلی‌استر یا پلی‌پروپیلن است. میکروفیلترها در سایزهای مش ۱ تا ۱۰۰ میکرومتر موجود هستند. حداکثر دمای عملیاتی برای فیلترهای الیاف پلی‌استر برابر با ۱۲۰ درجه و برای فیلترهای پروپیلن ۷۵ درجه است.

این میکروفیلترها معمولا ظرفیت جداسازی پایین و افت فشار کمی دارند و طول عمر آنها وابسته به میزان مواد معلق موجود در آب و کدورت آب ورودی است و در آنها قابلیت شستشوی معکوس وجود ندارد. سایزهای پایین میکروفیلترها قادر هستند برخی از باکتری‌ها و ویروس‌ها را حذف کنند؛ به همین دلیل می‌توان از آنها علاوه بر صنایع تصفیه آب و فاضلاب، در صنعت داروسازی و کشاورزی نیز استفاده کرد.

گندزدایی

گندزدایی (Disinfection) به معنای حذف و یا غیر فعال نمودن میکروارگانیسم‌های آب است. آبی که برای آشامیدن یا کشاورزی استفاده می‌شود نیاز به گندزدایی دارد تا انواع موجودات زندۀ مضر موجود در آن شامل انگل، ویروس و باکتری کشته شوند. معمولا برای حذف میکروارگانیسم‌ها از گاز کلر یا ترکیبات کلر استفاده می‌کنند و میزان مجاز کلر باقیمانده در آب در بیشتر نقاط باید حدود نیم میلی‌گرم بر لیتر باشد.

انواع دیگر فرآیندهای گندزدایی شامل اشعه گاما، حرارت‌دهی، پرتودهی، ازن و پرتو فرابنفش است که معمولا این فرآیندها باعث آسیب‌رسانی به ساختار سلولی میکروارگانیسم‌ها شده و از تکثیر آنها جلوگیری می‌کند.

تنظیم PH

تنظیم PH آب آشامیدنی از اهمیت بالایی برخوردار است که دلیل آن سلامتی انسان و جلوگیری از خوردگی اتصالات شبکه و لوله است. PH  به میزان بازی یا اسیدی بودن یک محلول اشاره دارد و محدوده PH مناسب برای آب آشامیدنی مابین 6.5 تا 7.5 است؛ ولی می‌توان گفت که مناسب‌ترین PH برای آب آشامیدنی  حدود ۸ است. برای اینکه از خوردگی لوله و اتصالات جلوگیری شود لازم است که PH آب با افزودن آهک یا سود تنظیم شود.

رزین‌های تبادل یونی

تبادل یونی دلالت بر تبادل یون‌ها بین دو الکترولیت دارد. رزین‌های تبادل یونی معمولا به صورت کاتیونی اسیدی یا آنیونی بازی هستند که برای تبادل یون کاتیونی مثبت یا یون آنیونی منفی مورد استفاده قرار می‌گیرند. استفاده از رزین‌های تبادل یونی یکی از مراحل تصفیه آب صنعتی است که در بخش پیش تصفیه استفاده می‌شود. هدف این مرحله، حذف برخی از یون‌های آب از سیستم تبادل یونی و سختی‌زدایی آن است.

معمولا برای تصفیه آب در صنعت از این رزین‌ها استفاده می‌کنند تا انواع سولفات، سیلیکات، کلر، کلسیم و ... حذف شوند. بسترهای رزینی را می‌توان به گونه اتمسفری و یا تحت فشار طراحی کرد. در تصفیه آب صنعتی ‌میتوان از رزین‌های آنیونی و کاتیونی در کنار یکدیگر به عنوان یک بستر مخلوط و یا به تنهایی استفاده کرد.

این رزین‌ها در صنایع مختلفی از قبیل آب و فاضلاب، پتروشیمی، صنایع هسته‌ای و دارویی کاربرد دارند. نکته‌ای که باید به آن توجه شود این است که رزین‌ها پس از مدتی اشباع شده و نیاز است که احیا شوند. فرآیند احیای آنها می‌تواند ترکیبی از فرآیندهای فلاشینینگ، بکواش و شستشوی مواد شیمیایی باشد.

تصفیه آب شور

امروزه از فرآیندهای مختلفی برای تصفیه آب شور استفاده می‌شود که متداول‌ترین آنها فرآیند اسمز معکوس و حرارتی (Thermal) است. هر مرحله از مراحل تصفیه آب صنعتی، مزایا و معایب مختلفی دارد. معمولا در فرآیندهای حرارتی، بهای آب تولیدی نسبت به فرآیند اسمز معکوس بالاتر است؛ زیرا هزینه‌های بهره‌برداری و انرژی در این فرآیند گرانتر است.

استفاده از فرآیندهای حرارتی در واحدهایی توجیه اقتصادی دارد که به دنبال بازیافت حرارت اتلافی هستند. در این فرآیندها آب شور را با کمک فرآیندهای مختلف تبخیر کرده و دوباره آن را به فاز مایع تبدیل می‌کنند. املاح محلول در آب در نتیجه این تغییر فاز جدا شده و شوری آب حذف می‌شود.

آب شیرین‌کن حرارتی

تمام فرآیندهای آب شیرین‌کن حرارتی مبتنی بر تبخیر آب و میعان مجدد آن است. آبی که دوباره به حالت میعان تبدیل شود فاقد هر نوع عامل بیماری‌زا است و می‌توان از آن برای آشامیدن استفاده کرد.

آب شیرین‌کن اسمز معکوس

اسمز معکوس فرآیندی است که در آن بر مبنای اختلاف غلظت موجود در دو طرف یک غشای نیمه‌تراوا، انتقال جرم صورت می‌گیرد. از این فرآیند برای خالص‌سازی آب و جدا کردن یون‌های محلول در آن استفاده می‌شود که باعث نمک‌زدایی آب می‌گردد. غشاهای اسمز معکوس اجازه عبور عوامل بیماری‌زا را نمی‌دهند و به همین دلیل آب شیرین تولیدی عاری از هر نوع عامل بیماری‌زا است.

برای آشنایی بیشتر با فرآیند اسمز معکوس، یکی از مراحل تصفیه آب صنعتی کلیک کنید

پایان مراحل تصفیه آب صنعتی

تصفیه نهایی آب که پایان مراحل تصفیه آب صنعتی است، با این هدف صورت می‌گیرد که کیفیت آن برای مصرف‌کننده نهایی بهینه شود. در این مرحله فرآیندهای مختلفی با توجه به کیفیت آب مورد نیاز برای صنایع بر روی آنها صورت می‌گیرد. معمولا برای افزایش درصد خلوص آب و یا حذف یون موردنظر در این مرحله از رزین‌های تصفیه آب استفاده می‌شود.

سخن پایانی

در این مقاله درباره مراحل تصفیه آب صنعتی صحبت کردیم و متداول‌ترین مراحلی را که برای تصفیه آب در صنعت مورد استفاده قرار می‌گیرد بیان نمودیم. شرکت پدیده شیمی صدرا با تکیه بر دانش و تجربه، نزدیک به یک دهه است که در زمینه مهندسی و اجرای تصفیه آب‌های صنعتی فعالیت می‌کند. این شرکت آمادگی ارائه خدمات مهندسی، فروش و ساخت انواع مختلف دستگاه تصفیه آب صنعتی را در انواع فرآیندها و فناوری دارد. برای مشورت با مشاوران ما از راه‌های ارتباطی ذکرشده در قسمت تماس با ما اقدام بفرمایید.

سوالات متداول

مناسب‌ترین فرآیند برای تصفیه آب در صنعت شامل چه مراحلی است؟

مناسب‌ترین فرآیند برای تصفیه آب در صنعت شامل سه مرحلۀ پیش تصفیه، تصفیه و تصفیه نهایی است.

آیا مراحل تصفیه آب صنعتی همیشه ثابت و یکسان است؟

خیر، تمام مراحل تصفیه آب صنعتی می‌توانند به تنهایی و یا ترکیبی مورد استفاده قرار بگیرند که این موضوع بستگی به کیفیت آب ورودی و آب خروجی مورد نیاز صنایع دارد.