معرفی و فروش تجهیزات سیستم اسمز معکوسRO لیان تدبیر
– تشريح تجهيزات سیستم اسمز معکوسRO لیان تدبیر
بهره‌برداري از سيستم اسمز معكوس، بستگي به واحدهاي عملياتي و روش‌هاي تصفيه جانبي دارد. لذا آشنایی با بهره‌برداري از تجهيزات مختلف تصفيه و نيازهاي طراحي به منظور بهره‌برداري مؤثر و كارآمد از واحد اسمز معكوس بسیار مهم می باشد که در ادامه به آن اشاره خواهد شد.
– مخازن تحت فشار (مخازن استنلس استیل تحت فشار و مخازن کربن استیل تحت فشار) لیان تدبیر جهت سیستم اسمز معکوسRO
پوشش داخلي مخازن تحت فشار لیان تدبیر جهت سیستم اسمز معکوسRO
لوله‌كشي ظروف تحت فشاري كه براي پيش تصفيه اسمز معكوس مورد استفاده قرار مي‌گيرند، از شرايط حادتري برخوردار است. اگر جنس لوله بكار رفته، مناسب نباشد در ديواره تانك، اكسيداسيون اتفاق خواهد افتاد. ميزان اين اكسيداسيون به آب خوارك سیستم اسمز معکوس RO بستگي دارد. اگر مواد شيميايي نظير اسيد در بالادست ظرف تحت فشار تزريق شود، آب ، سريعاً جذب ديواره تانك مي‌شود. اين عمل موجب تخريب زود هنگام مخازن و نيز ورود آهن به آب خوراك اسمز معكوسRO مي‌شود.
آستر زني مخازن فولادی تحت فشاركه قطور نيستند، بي‌نهايت مشكل است. يك مخزن از جنس فايبرگلاس، ممكن است كه به اندازه يك مخزن كربن استيل كه به طرز صحيح آسترزني شده است، دوام نداشته باشد، اما قيمت آن بسيار كمتر است. اگر از يك مخزن فايبرگلاس در محيط باز استفاده شود، بايد يا داراي سايه‌بان باشد و يا اينكه با يك رنگ كه در مقابل اشعه ماوراي بنفش مقاوم باشد، رنگ‌آميزي شود. تابش نور خورشيد به طور قابل ملاحظه‌اي عمر يك مخزن فايبرگلاس را كاهش مي‌دهد.
بعضي از روش‌هايي كه براي آسترزني مورد استفاده قرار مي‌گيرند، شامل گالوانيزه كردن مخزن، استفاده از پوشش لاستيكي، پوشش اپوكسي، پوشش لاكي، وينيل استر و يا تركيبي از پلي وينيل كلرايد هستند. پوشش گالوانيزه از مقاومت كمتري برخوردار است، زيرا احتمال جدا شدن تكه‌هاي بزرگ از ديواره‌ي مخزن وجود دارد. استفاده از عايق پلي وينيل كلرايد و اپوكسي مشكل است و وينيل استر نسبتاً گران است.
براي اينكه تانك در دراز مدت، كارآيي خوبي داشته باشد معمولاً كارهاي نسبتاً زيادي بايد انجام گيرد. ابتدا تانك بايد سندبلاست و تميز شود، به طوري كه با مواد آسترزده، سازگاري داشته باشد. سازندگان تانكها بايد تجربياتي در زمينه استفاده از جنس آسترهاداشته باشند و يا اينكه پيمانكار سازنده‌ي تانك از شركت‌هايي باشند كه تخصّص آنها در زمينه ساخت تانكهاي تحت فشار باشد.
– پمپهاي تزريق مواد شيميايي (Dosing Pumps) لیان تدبیر جهت سیستم اسمز معکوس RO
پمپهاي تزريق مواد شيميايي، كه براي سيستم‌هاي RO با ظرفيت كمتر از gpm250 مورد استفاده قرار مي‌گيرند، معمولاً از نوع سولنوييدي هستند. يك سولنوييد الكتريكي، ديافراگم را به جلو و عقب مي‌راند. شيرهاي يكطرفه موجود در ورودي و خروجي محفظه ديافراگم مستقيماً موجب انتقال سيال به داخل محفظه و هدايت آن به سمت لوله خروجي پمپ می‌شوند.
سيستم كنترل مبدل حرارتي
استروكِ پمپ قابل تنظيم است و مي‌توان آن را بر روي يك مقدار ثابت تنظيم كرد كه اين، مشخص كننده درصدي از حداكثر كشش سولنوييد است كه ديافراگم را به سمت مكش مي‌راند. همچنين سرعت سولنوييد داخل پمپ قابل تنظيم است، يا اينكه مي‌توان سرعت آب را با استفاده از يك كنترل كننده‌ي ابزار دقيق خارجي كنترل كرد. ميزان مقرر سرعت، مشخص كننده فركانس استروك پمپ است. ميزان مقرر استروك به حداكثر درصد خروجي پمپ بستگي دارد. اگر ميزان مقرر سرعت و استروك پمپ مشخص باشد، جريان خروجي پمپ، طبق رابطه زير محاسبه مي‌شود.
حداكثر خروجي پمپ × % سرعت × % استروك = خروج روزانه پمپ
ميزان مقرر استروك و سرعت پمپ، منحصراً با توجه به ميزان رقيق كردن مواد شيميايي تنظيم مي‌شود تا غلظت مواد شيميايي مورد نظر در آب خوراك به دست آيد.
تنظيم بر روي سرعت بالا به حل كردن مواد شيميايي در جريان كلي كمك خواهد كرد. از تنظيم پمپ بر روي سرعت پايين بايد اجتناب شود، مگر اينكه سيستم براي تزريق مواد شيميايي در مسير پايين دست طراحي شده باشد.
اكثر پمپهاي سولنوئيدي داراي يك حداقل ميزان استرواك هستند تا از آسيب ديدگي زود هنگام پمپ جلوگيري شود. اگر ميزان استروك پمپ بسيار زياد باشد موجب كاهش عمر مفيد ديافراگم مي‌شود.
لازمه‌ي محافظت از يك پمپ تزريق، اين است كه تمام مسيرهاي ورودي به آن و مكش ديافراگم پر از آب باشند. اگر حبابهاي هوا در مسير ورودي يا ديافراگم وجود داشته باشند، بيشتر از آنچه كه در خروجي از پمپ بايد فشرده شوند، تحت فشار استروك پمپ، فشرده مي‌شوند و در نتيجه، حبابهاي هوا مانع از پمپ شدن سيال مي‌شود.
تست پمپ با مواد شيميايي قوي، خطرناك است، زيرا احتمال پاشيدن مواد شيميايي بر روي پرسنل وجود دارد. در صورت امكان، ابتدا پمپ بايد با آب آزمايش شود و سپس ماده شيميايي اضافه گردد.
شكل- اتصالات مربوط به پمپ و تانك
پوشيدن لباس ايمني، استفاده از محافظ سر و صورت استفاده از دستكش، الزامي است و اگر لازم باشد كه يك پمپ تزريق مستقيماً با ماده شيميايي آزمايش شود (و يا در هنگام ساختن محلول در تانك براي مصرف روزانه)، نكات ايمني ارايه شده توسط شركت سازنده بايد مدّ نظر قرار گيرد.
هنگام تست پمپ با آب، به منظور حذف فشار برگشتي، مسير خروجي سيال بايد از پمپ جدا شود. (توجه: يك شير يكطرفه بايد در محل تزريق نصب شود تا از نفوذ سيال پروسسي به داخل پمپ و تانك تزريق، جلوگيري به عمل آيد.) كاهش فشار برگشتي، امكان تخليه هرگونه هواي اضافي در داخل لوله توسط پمپ را آسانتر مي‌كند. لوله مكش پمپ قابل جدا شدن مي‌باشد تا بتوان آن را به صورت دستي پر از آب نمود. اين لوله بايد مجدداً به پمپ متصل شود تا از تخليه آب آن جلوگيري شود. تا زماني كه پمپ در حال تست است و هواي داخل آن تخليه نشده است، بايد با حداكثر استروك و سرعت در سرويس قرار گيرد.
پمپ و لوله مكش آن بايد پايينتر از سطح مايع داخل تانك قرار داشته باشند. اين كار، بخصوص هنگامي مفيد است كه ماده شيميايي كه پمپ مي‌شود، نظير هيپوكلريت سديم يا پراكسيد هيدروژن، از خود گاز متصاعد كنند. تانكهايي كه براي مصارف روزانه مواد شيميايي مورد استفاده قرار مي‌گيرند، طوري طراحي شده‌اند كه پمپ تزريق مواد شيميايي همسطح با كف تانك باشد ولوله مكش پمپ مستقيماً به كف تانك متصل شود.
شكل – تانك محتوي مواد شيميايي با يك تورفتگي براي نصب پمپ
لوله‌هايي مي‌توانند براي اتصال به پمپ تزريق مورد استفاده قرار گيرند كه فقط توسط كارخانه‌ي سازنده پمپ، توليد و يا پيشنهاد شوند. اتصالات پمپ با قطر و ضخامت مشخصي طراحي شده‌اند. عدول از اين طراحي، حتي به مقدار بسيار ناچيز موجب بروز نشتي و اشكالات پيش‌بيني نشده مي‌شود. جهت حداكثر فشردگي اتصالات لوله كه توسط اكثر سازندگان پمپ مورد استفاده قرار مي‌گيرد، قبل از اينكه مهره‌ي آنها بسته شود، لوله‌ها بايد تا حد امكان به داخل اتصالات فشار داده شوند.
پيشنهاد مي‌شود كه جهت پمپ كردن مواد شيميايي خطرناك و زننده و (يا بدبو) يك لوله شفاف و قطور كه با ماده شيميايي سازگاري داشته باشد دور لوله‌ها و جفت كننده‌هاي پمپ نصب شود. در حالتي كه نشتي در لوله‌هاي پمپ وجود داشته باشد، اين لوله به عنوان دومين عامل محدود كننده نشتي، عمل خواهد نمود. استفاده از لوله‌هاي شفاف موجب مي‌شود كه اگر نشتي وجود داشته باشد، قابل رؤيت باشد تا محل نشتي، سريع ترميم گردد.
دومين عامل محدود كننده ممكن است در جاهاي معيني مورد استفاده قرار گيرد. اين گفته در مورد تانكهايي كه براي مصارف روزانه مورد استفاده قرار مي‌گيرند به خوبي صادق مي‌باشد.
يك شير يكطرفه فنردار ضدّ سيفوني بايد در مسير خروجي پمپ در نقطه تزريق به جريان آب خوراك به RO نصب شود. اين كار مانع از برگشت جريان به داخل مسير لوله تزريق مي‌شود. اگر لوله اصلي، تحت فشار خلاء قرار گيرد، به دليل مجهز بودن شير به فنر، از سيفوني شدن ماده شيميايي موجود در لوله جلوگيري مي‌شود. خلاء در سيستم‌هاي RO كه لوله‌ي مسير آب دورريز و يا آب محصول آنها پايينتر از سطح تانك تزريق مواد شيميايي قرار دارد، اتفاق مي‌افتد. فنر موجود در شير، خلاء بين 3 تا 5psig را تحمل مي‌كند. به اين معنا كه لوله‌ي مسير آب دورريز و آب محصول، حداكثر مي‌توانند بين 7 تا 12 فوت، پايينتر از سطح تانك تزريق مواد شيميايي قرار بگيرند.
وجود فشار برگشتي در داخل لوله به منظور بهره‌برداري صحيح از پمپ تزريق، ضروري است. يكي از كارخانه‌هاي سازنده پمپ توصيه كرده است كه حداقل فشار برگشتي بايد psig25 باشد.
اختياراتي جهت انتخاب مواد ساختماني پمپ نظير هِدِ آن، ديافراگم و توپي شير يكطرفه وجود دارد. معمولاً اختلاف قيمت بين انتخابهاي متفاوت چندان زياد نيست. به منظور حداكثر انعطاف در استفاده از پمپ براي تزريق مواد شيميايي مختلف، موادي براي ساختن پمپ توصيه مي‌شود كه فوق‌العاده خنثي باشند. براي اكثر موارد كاربردي، پيشنهاد مي‌شود كه ديافراگم از نوع تفلوني، هدِ آن از نوع PVDC و توپي شير يكطرفه از جنس سراميك باشد. اين تركيب، موجب افزايش كارآيي پمپ در مقابل عوامل احيا كننده، اكسيد كننده، اسيد، سود و بازدارنده‌ها مي‌شود.
حتي اگر تصور شود كه پمپهاي تزريق سولنوييدي از نوع جا به جايي مثبت باشند، سرعت خروجي تحت تأثير فشار خط لوله قرار مي‌گيرد و نيز لزجت محلول پمپ شده در دبي آن تأثيرگذار است. پمپ پيشنهاد مي‌شود كه فشار خروجي آن حداقل psig15 بيشتر از فشار خط اصلي آب خوراك باشد. اين فشار براي جبران اُفت فشار 3 تا psig15 كه در شير يكطرفه ايجاد مي‌شود، كافي خواهد بود. (شير يكطرفه‌اي كه در محل تزريق نصب شده است)
اگر لوله خروجي پمپ تزريق كه بين پمپ و نقطه تزريق قرار دارد، بسيار طولاني باشد، پمپ اضافه ديگري با فشار بيشتر مورد نياز است. با اين حال، يك پمپ تزريق سولنوييدي لازم است تا فقط در طي قسمت دوّم پمپي كه سولنوييد ديافراگم را به حركت در مي‌آورد، سيال را حركت دهد، سرعت سيال در آن لحظه مي‌تواند به قدري سريع شود كه يك فشار برگشتي عمده را در لوله خروجي پمپ به وجود آورد.
پمپهاي تزريق مي‌توانند در پمپ كردن سيال در لوله‌هايي كه فشار برگشتي آنها بيشتر از ميزان فشار پمپ است، مؤثر باشند. يك كارخانه‌ي سازنده ادعا مي‌كند كه قادر به ساختن پمپي است كه توانايي پمپ كردن سيال – در صورتي كه فشار برگشتي آن بيش از 130% فشار پمپ باشد – رادار است. سازنده‌ي پمپ، يك نمودار تهيه كرده است كه تأثير فشار زياد را بر دبي پمپ نشان مي‌دهد.
لزجت و يا جرم حجمي محلول شيميايي غليظ ممكن است موجب ايجاد اختلال در عمل پمپاژ شود. در زمان طراحي يك پمپ تزريق، اين دو عامل (لزجت و جرم حجمي) بايد مدّ نظر قرار گيرد. پمپهاي استاندارد در پمپ كردن سيالاتي كه حداكثر لزجت آنها حدود cp400 است، محدوديت دارند. رقيق كردن ماده شيميايي تزريق شونده مي‌تواند موجب كاهش لزجت سيال شود و محدوديت اين عمل توسط حداكثر دبي پمپ تعيين مي‌شود.
بايد توجه كرد كه تزريق ماده شيميايي در بالادست پيش فيلترها، قابل انجام است. پيش فيلترها به حل شدن كامل ماده شيميايي در آب خوراك كمك مي‌كنند. جنس بدنه پيش فيلترها بايد از موادي تهيه شود كه محلولهاي شيميايي به آنها صدمه نزنند.
يك همزن ثابت كه در داخل مسير آب خوراك RO و در بالادست آن نصب شده است، مي‌تواند در حل شدن ماده شيميايي موثر واقع شود. اين همزن ثابت از يك قطعه لوله تشكيل شده است كه دور تا دور آن را موج‌گير احاطه كرده است تا هنگام عبور سيال از آن، عمل اختلاط صورت گيرد. حجم تانك حاوي ماده شيميايي مشخص مي‌كند كه هرچند ساعت يك مرتبه بايد محلول ساخته شود و تانك پُر شود. اگر ماده شيميايي از داخل يك مخزن به حجم gallon50 پمپ مي‌شود و اُپراتور هر هفته يك مرتبه محلول جديد مي‌سازد، پمپي بايد انتخاب شود كه به طور متوسط gpd6 را تزريق كند. اين مقدار تزريق، حدود gallon42 در هفته خواهد بود. باقيمانده محلول در داخل تانك باقي خواهد ماند تا لوله‌هاي مكش پمپ (مسير Suction) كاملاً از محلول پُر شده و در زير سطح آن قرار گرفته باشند.
پيشنهاد مي‌شود كه تنظيم پمپ در حدي باشد كه استروك پمپ در حد متوسط قرار گيرد. اين عمل، موجب ارايه حداكثر انعطاف‌پذيري پمپ خواهد شد. اگر يك پمپ قادر به پمپاژكردن gpd24 باشد، تنظيم نرمال پمپ بايد در استروك و سرعت 50% باشد. پمپ مذكور دراين مقادير تنظيم شده، تحت شرايط بهره‌برداري پيوسته RO بايد gpd6 را تزريق كند. اگر سيستم RO به طور پيوسته در سرويس باشد اين دبي در طول يك هفته ثابت و gpd42 خواهد بود. اگر سيستم به طور پيوسته در سرويس نباشد، نتيجه آن، مصرف كمتر در طول يك هفته خواهد بود.
اگر دبي تزريق پمپ مشخص باشد، غلظت ماده شيميايي رقيق شده در داخل تانك قابل محاسبه است. با استفاده از رابطه زير مي‌توان محاسبات فوق را انجام داد.
خوراك RO (gpd)
به طوري كه:
حجم ماده شيميايي: مقدار ماده شيميايي در داخل تانك است.
غلظت ماده شيميايي: عبارت از درصد خلوص آن براساس نوشته‌هاي توليد كننده است،
دبي پمپ: عبارت از مقدار تزريق آن برحسب gpd
حجم تانك: عبارت از كلّ گنجايش تانك است.
غلظت موردنظر: غلظت ماده شيميايي در آب خوراك RO است.
اگر غلظت ماده شيميايي نظير عوامل احيا كننده يا بازدارنده رسوب در آب خوراك قابل تشخيص نباشد، در اين صورت دبي تزريق پمپ بايد اندازه‌گيري شود. اين كار با نصب يك عدد استوانه مدرّج (Calibration Column) در مسير ورودي به پمپ قابل انجام است. اين استوانه مدرج از تانك تغذيه مي‌شود. اگر ماده شيميايي خطرناك باشد بايد از تجهيزات ايمني استفاده كرد. ميزان كاهش محلول در استوانه كه توسط پمپ به آب خوراك RO تزريق مي‌شود، قابل اندازه‌گيري است تا به اين طريق ميزان پمپاژ مشخص شود.
براي تهيه محلول جديد، لازم نيست كه باقيمانده محلول در داخل تانك كه از قبل تهيه شده است، تخليه شود. هنگام تهيه محلول رقيق بعضي از مواد شيميايي نظير هگزامتافسفات سديم (SHMP) ، بايد باقيمانده محلول تانك در هنگام تهيه محلول جديد، تخليه شود. در مورد ساير مواد شيميايي در صورتي كه غلظت ماده شيميايي در داخل تانك تغييري نكرده باشد، نيازي به تخليه كامل آن قبل از تهيه محلول جديد نيست و مي‌توان تانك را با همان غلظت مناسب پر كرد. براي پركردن تانك، از همان نسبت يكسان ماده شيميايي غليظ به آب رقيق شده، استفاده مي‌شود. حجم ماده شيميايي و آب رقيق كننده هر دو نسبت به حالتي كه تانك كاملاً تخليه است و محلول جديد بايد ساخته شود، كمتر خواهد بود.
فيلترهاي تحت فشار با بستر يكنواخت (Gravity Sand Filter and Pressure Sand Filter) جهت پیش تصفیه اسمز معکوس RO لیان تدبیر
فيلترهاي با بستر يكنواخت (نظير فيلترهاي شني)، يكي از بهترين روش‌ها براي كاهش غلظت جامدات معلق در آب خوراك سيستم اسمز معکوس RO است. فيلترهاي با بستر يكنواخت از يك بستر فيلتراسيون، شامل يك يا چند نوع لايه است كه محتوي ذرات ريز (گرانول) مي‌باشند. اين ذرات ممكن است از جنس سنگ، گرانيت و يا دانه‌هاي آنتراسيت باشند و ممكن است از ذرات با اندازه‌هاي مختلف استفاده شود. بستر دانه‌ها براساس مكانيزمهاي مختلف فيلتراسيون قادر به حذف مواد جامد معلق هستند.
فيلترهاي ابتدايي با بستر يكنواخت كه هنوز هم به طور معمول در سيستم‌هاي تصفيه‌ي آب مورد استفاده قرار مي‌گيرند فيلترهاي ثقلي ناميده مي‌شوند. آب تحت نيروي ثقل از ميان بستر شني عبور مي‌كند. دو مكانيزم اصلي فيلتراسيون در اين نوع فيلترها وجود دارد. مكانيزم اول، غربال كردن فيزيكي ذرات خيلي بزرگ است كه ذرات در فضاي خالي بين دانه‌هاگير مي‌كنند. اكثر عمل غربال كردن در قسمت بالاي بستر انجام مي‌گيرد. مكانيزم دوم، نيروي وزن است كه براثر آن، جامدات معلق بر روي سطح بالايي دانه‌هاي بستر مورد نظر ته‌نشين مي‌شوند.
به منظور فيلتر كردن آب، فيلترهاي ثقلي با شن پر مي‌شوند؛ بدين ترتيب، آب خروجي از آنها شفاف مي‌شود. به هرحال، به دليل سرعت كم آب در فيلتر، به فيلترهاي بيش از اندازه بزرگ نياز است. اگرچه گرفتگي سيستم اسمز معکوس RO از اهميت خاصي برخوردار است، اما عواملي نظير سرعت كم فيلتر براي اكثر كاربردهاي اسمز معکوس RO ، از نظر اقتصادي مقرون به صرفه نيست.
مؤثر بودن فيلترهاي ثقلي، بستگي به سرعت عبور آب از بستر دارد. در سرعتهاي بالا، نيروهاي تنشي جريان آب برروي ذرات معلق، تمايل به كاهش تأثير فيلتراسيون ثقلي دارد. نتايج اين كار در افت فشارهاي بالا مشخص مي‌شود. فيلتر شني، جامدات معلق را در ارتفاع ناچيزي از سطح بستر به تله مي‌اندازد. با انسداد فضاي بين دانه‌هاي فيلتر توسط ذرات، افت فشار بين آب ورودي و آب خروجي از فيلتر افزايش پيدا مي‌كند. افزايش فشار، ضرورت عمليات شستشوي معكوس را نشان مي‌دهد.
در فيلترهاي تحت فشار، آب با فشار از درون فيلتر عبور مي‌كند. اين فشار، توسط يك پمپ تأمين مي‌شود. يكي از انواع اين فيلترها، داراي چندين نوع از ذرات با جرم حجمي و اندازهي مختلف است و فيلتر با بستر مختلط (Multimedia) ناميده مي‌شود. اين روش، تلاشي در جهت رسيدن به ظرفيت‌هاي بالاي حذف ذرات در سرعتهاي بالاي جريان آب مي‌باشد.
يك فيلتر با بستر مختلط (Multimedia) به منظور حذف حجم بيشتري از جامدات معلق، طراحي شده است. اين كار با پر كردن فيلتر از ذرات درشت با جرم حجمي كم در بالا و حداقل يك نوع از ذرات ريز با جرم حجمي زياد در پايين آن انجام مي‌شود. ذرات بزرگتر، جامدات معلق بزرگتر را جدا مي‌كنند و ذرات كوچكتر پس از عبور از بستر بالايي توسط ذرات ريزتر بستر پاييني حذف مي‌شوند. اين فيلتر با حداكثر سرعت جريان بازدهي gpm/ft220 مورد بهره‌برداري قرار مي‌گيرند. به هرحال، بهترين حالت كارايي بسترها در حذف جامدات معلق زماني است كه سرعت جريان آب، بين 3 تا gpm/ft25 باشد.
هنگام شستشوي معكوس، ذرات ريزتر با جرم حجمي مشخصي در سطح بالاتري نسبت به دانه‌هاي درشت‌تر با همان جرم حجمي قرار مي‌گيرند. بعد از اتمام شستشوي معكوس، ابتدا ذرات بزرگتر ته نشين مي‌شوند. بنابراين به منظور حفظ ذرات درشت‌تر در بالاي فيلتر از ذرات با جرم‌هاي حجمي مختلف در فيلترهاي با بستر مختلط (Multimedia) استفاده مي‌شود.
استفاده از دانه‌هاي آنتراسيت كه از زغال سنگ فعال شده تهيه مي‌شود به خاطر داشتن جرم حجمي كمتر از ماسه و اندازه بزرگتر از گرانول (Granule)، اين منظور را برآورده مي‌سازد. در اين حالت و در زمان شستشوي معكوس، آنتراسيت، بالاتر از ماسه قرار مي‌گيرد و بر سطح بالايي بستر ذرات ته‌نشين مي‌شود. آنتراسيت به دليل داشتن سطح نامنظم موجب ايجاد گرداب كوچكي از جريان مي‌شود كه اين عمل به فيلتر كردن جامدات معلق كمك كند. به هرحال به خاطر يكنواخت نبودن اندازهي ذرات آنتراسيت، افت فشار بيشتري در مقايسه با ذرات يكنواخت ايجاد مي‌شود.
بعضي اوقات، گرانول سيليكات آلومينيوم به دليل اشتراك در داشتن سطح غيريكنواخت و اندازه يكسان به عنوان جايگزين آنتراسيت قرار مي‌گيرد. گرانول فوق حتي از آنتراسيت هم سبكتر است. در فيلترهاي تحت فشار با يك بستر – جرم حجمي كمتر گرانول سيليكات آلومينيوم – سرعت شستشوي معكوس را كاهش مي‌دهد.
بعضي اوقات به عنوان يك لايه بعد از آنتراسيت در فليترهاي با بستر مختلط، ماسه سيليس به خاطر اندازه كوچكتر و جرم حجمي بالاتر ذرات آن، مورد استفاده قرار مي‌گيرد. به هر حال، اختلاف جرم حجمي بين آنتراسيت و ماسه‌ي سيليس به تنهايي براي جلوگيري از مخلوط شدن اين دو كافي نيست. زماني كه اين كار اتفاق مي‌افتد، فضاي بين ذرات، كاهش مي‌يابد و متعاقب آن، فايده استفاده از دو نوع مختلف كمتر مي‌شود. پديده فيلتراسيون اكثراً در سطح فيلتر انجام مي‌شود و اين موجب مي‌شود كه افت فشار سريعتر افزايش يابد.
از خُرد كردن صخره نارسنگ، ذرات گرانول يكنواخت و هم اندازهي ماسه سيليس، اما با جرم حجمي بزرگتر به وجود مي‌آيد. جرم حجمي اين ماده به اندازهي كافي با آنتراسيت تفاوت دارد. بدين ترتيب دو لايه‌ي كاملاً مجزا از هم بوجود مي‌آيد. جدا بودن لايه‌ها از هم موجب مي‌شود كه پديده فيلتراسيون در عمق بستر نيز انجام گيرد.
بسترهاي مختلف از بالا به پايين مي‌تواند به صورت زير باشد.
مش 12×8 به خاطر حفاظت از مش 40×30 كه كوچكتر است، استفاده مي‌شود. مش 12×8 در لايه زيرين مش 40×30 قرار مي‌گيرد، اما از نظر اندازهي دانه‌ها بزرگتر است.
اندازهي مش، نشانگر تعداد سوراخه در هر اينچ از يك غربال است. در يك مش 40×30 ، حدود 90درصد ذرات از سوراخهاي يك غربال با مش 40 بزرگتر هستند، اما از سوراخهاي يك غربال با مش 30 كوچكتر هستند. اگر اندازه مش فقط با يك عدد داده شود، منظور اين است كه 90درصد ذرات، كوچكتر از اندازه مش غربال هستند.
درجه خاصي كه در يك بستر چندگانه مورد استفاده قرار مي‌گيرد قابل تغيير است كه اين، بستگي به اندازه ذراتي دارد كه در آب خوراك موجود هستند. جهت حذف لجن ريز موجود در بعضي از منابع آب ممكن است احتياج به بستر نسبتاً ريز باشد. در چنين حالتهايي ممكن است ذرات آنتراسيت با سايز 6/0 تا 8/0 ميلي‌متر جايگزين ذرات بزرگتر آنتراسيت شوند. يك لايه اضافي با مش 60 و به ضخامت 4 اينچ ممكن است بر روي سطح ذرات با مش 40×30 قرار گيرد.
افت فشار در اين گونه فيلترها كه حاوي ذرات ريز هستند براي سرعت جريان gpm/ft28 ، حدود psid6 خواهد بود. اين عدد با افت فشار فيلترهاي حاوي ذرات استاندارد كه براي همين سرعت جريان كه حدود psid3 است قابل مقايسه است.
افت فشار در فيلترهاي با بستر يكنواخت كه حاوي ذرات ريزتر هستند، هنگام حذف جامدات معلق، سريعتر افزايش يافته، در نتيجه، زمان شستشوي معكوس ادواري كاهش مي‌يابد. جهت افزايش زمان بين دو شستشوي معكوس متوالي، قطر فيلتر بايد بزرگتر در نظر گرفته شود و سرعت جريان آب، كاهش داده شود، همچنين اين عمل كارايي فيلتر در حذف ذرات توسط فيلتر را افزايش مي‌دهد.
اگر افت فشار در فيلترهاي با بستر يكنواخت به Psid10 برسد، فيلتر بايد در معرض شستشوي معكوس قرار گيرد. (به دليل وجود فشار كافي براي آب ورودي كه توسط پمپهاي فشار قوي تأمين مي‌شود، امكان دارد فيلتر در اختلاف فشار كمتري در معرض شستشوي معكوس قرار گيرد.) اگر افت فشار بيش از psid15 شود، اين امكان وجود دارد كه جامدات معلق، فشرده شوند و يك كيك لجن با جرم حجمي بالاتر تشكيل دهند. طي عمليات شستشوي معكوس، شكستن و برداشتن چنين كيك لجني كه موجب گرفتگي شده است به سختي امكان‌پذير است.
بعضي اوقات، فيلترها به خاطر اينكه قادر به شكستن كيك لجن هنگام شستشو باشند، با لوله افقي طراحي مي‌شوند. هنگام شستشوي بعضي از فيلترها از يك دمنده استفاده مي‌شود تا كيك‌هاي لجني از هم گسيخته شوند. (توجه: مخزن تحت فشار بايد جهت ايمني، از طراحي خاصي برخوردار باشد كه در نتيجه هزينه آن افزايش مي‌يابد.)
بسترها بايد با جريان 14 تا gpm/ft216، شستشوي معكوس شوند. در اين صورت نياز است كه 50/0 فيلتر، خالي در نظر گرفته شود. فضاي خالي بستر (free board) ، بايد به اندازه‌اي باشد تا با انبساط بستر مطابقت داشته باشد. هنگام شستشوي شيميايي با ميزان دبي پيشنهاد شده، بستر به سمت بالا حركت مي‌كند، حركت رو به بالاي نگهدارنده ذرات بستر، جزئي است. اگر عمق يك بستر، 5/3 فوت و فضاي خالي 50/0 باشد بدين معنا كه 75/1 بالاي بستر خالي است و در اين صورت ارتفاع مخزن فيلتر حداقل ft25/5 (75/1+5/3) خواهد بود.
عملكرد يك فيلتر، غير از آنكه فقط غربال فيزيكي ذرات باشد، اهميت بيشتري در عمق فيلتراسيون صحيح پيدا مي‌كند. فيلتر با بستر مختلط، قادر به جدا كردن ذرات ريزتر است؛ بيشتر از آنچه كه ممكن است توسط فضاي بين گرانولهاي بستر پيش‌بيني شود. اين توانايي براساس مكانيزم انتقالي بدست مي‌آيد كه ذرات ريزتر را در محدوده‌ي نزديك به گرانولهاي بستر، جذب مي‌كند و نيروهاي جاذب، ذرات را در بستر نگه مي‌دارند.
نيروهاي بلااستفاده كه با دبي بيشتر، افزايش مي‌يابند، مي‌توانند موجب افزايش گشتاور ذرات نسبت به حالت سكون در توده جريان آب شوند و اين كار به تماس ذرات با گرانولهاي بستر منجر مي‌شود. نيروهاي ساطع ذرات بسيار ريز موجب حركت نامشخص درآب مي‌شوند كه موجب تماس ذرات ريز با گرانولهاي بستر به وجود مي‌آيد، قصد دارند كه به ذرات موجود در اين فضا حركت چرخشي بدهند. نيروي گريز از مركز حاصل از چرخش، ذرات را به سمت گرانولها مي‌راند.
زماني كه ذرات در ديواره‌ي گرانولها قرار دارند، نيروي جاذب الكترواستاتيكي كه به عنوان نيروهاي واندروالس شناخته مي‌شوند، در آنها وجود دارند. براي ذراتي كه به صورت ساكن چسبيده شده‌اند، اين نيروها كافي است تا نيروهاي برشي جريان آب توسط ذرات را پوشش دهد. ذرات كوچكتر، مقاومت بيشتري در مقابل نيروهاي برشي از خود نشان مي‌دهند، به خاطر اينكه سطح جانبي كمتري وجود دارد تا در برابر جريان آب كشيده شود.
فيلترهايي كه بستر مختلط دارند، قادر به تفكيك ذرات بسيار ريز هستند. همچنان كه قبلاً تشريح شد، ذرات كوچك براساس غربال و نيروهاي ساكن قادر به تفكيك ذرات بزرگتر هستند. بدترين حالت تفكيك براي ذراتي است كه اندازه آنها به طور تقريبي m μ1 هستند.
شايد نياز باشد كه گرانولهاي موجود در فيلترهاي با بستر مختلط پس از مدت زمان مشخصي تعويض شوند. بي‌نظمي سطح گرانولها براثر خراش و ساييدگي با ساير گرانولها بيشتر خواهد شد. به علاوه، بستر ممكن است به خاطر مواد آلي كه در شستشوي معكوس برداشته نشده‌اند، پوشيده شود. همچنين با گذشت زمان، ذراتي با جرم حجمي بيشتر در بستر جمع مي‌شوند، به طوري كه با شستشوي معكوس، خارج نمي‌شوند.
شكل (چپ)، (مياني)، (راست)، مكانيزم داخلي، نفوذپذيري
و نيروهاي هيدروديناميكي براي تماس دادن ذرات با شنهاي داخل بستر
شكل بازدهي ذرات برداشته شده توسط فيلترهاي با بستر مختلط
بسته به كيفيت، منابع آب، نياز است كه بسترها هر 5 تا 10 سال تعويض شوند. اگر بعد از شستشوي معكوس، فيلترها افت فشار داشته باشند، گرانولها حتي با وجود نو بودن، بايد تعويض شوند.
پيشنهاد مي‌شود كه گرانول هاي پايين بستر همزمان با ساير گرانولها تعويض شوند. اين كار، تمام ذرات ريز با جرم حجمي زياد را كه ممكن است بر سطح گرانول نشسته باشند، جدا مي‌كند.
زماني كه آب، اسيدي است (مورد نياز براي سيستم اسمز معکوس RO)، يونهاي هيدروژن با بار مثبت (يونهاي اسيدي) مي‌توانند تعدادي از يونهاي منفي جامدات معلق را دفع كنند. اين كار به جامدات معلق اجازه مي‌دهد كه منعقد شوند و از محلول خارج شوند.
به همين دليل، محل تزريق اسيد در بالا دست فيلترهايي با بستر مختلط (كه براي كاهش غلظت جامدات معلق مورد نظر قرار مي‌گيرند)، پيش‌بيني شده است. مواد مورد استفاده در ساخت فيلتر بايد از جنسي انتخاب شوند كه با آب سازگاري داشته باشند، لوله كربن استيل، برنجي يا مسي براي آب خوراك اسيدي مناسب نيستند و نبايد از اين مواد براي ساخت تانك ذخيره آب فيلتر شده، شبكه توزيع آب يا لوله‌ها استفاده كرد.
ماسه‌ي منگنزي سبز جهت پیش تصفیه اسمز معکوس RO لیان تدبیر
يك نوع ماسه غير معمول سيليكات آبدار آهن و پتاسيم غير خالص در ايالت نيوجرسي آمريكا استخراج شده و ماسه‌ي سبز ناميده مي‌شود. اين ماسه اگر با لايه‌اي از اكسيد منگنز پوشيده شود، قادر به تصفيه شيميايي خواهد بود و به عنوان ماسه‌ي منگنزي سبز شناخته مي‌شود و قادر به تغيير ظرفيت گروههاي اكسيد منگنز است. اين ماسه در حالت اكسيد شده تغذيه مي‌شود، به طوري كه آهن، منگنز و سولفيد هيدروژن را در آب حل مي‌كند. وقتي كه آلودگي‌ها اكسيد شده و نامحلول مي‌شوند، ماسه سبز به عنوان يك فيلتر، خوب عمل مي‌كند. فيلترها با ماسه‌ي سبز، قادر به برداشتن آهن، منگنز و سولفيد هيدروژن هستند، تا حدي كه غلظت آنها در كمترين اندازه ممكن (mg/lit01/0) است.
اگر بستر اشباع شود با استفاده از محلول پرمنگنات پتاسيم (KMno4) قابل احيا خواهد بود. پرمنگنات پتاسيم بايد به حدي رقيق شودكه غلظت آن بين 5/0 تا 2 اونس (31گرم) در هر فوت مكعب ماسه‌ي سبز باشد. اين كار موجب مي‌شود كه پتانسيل اكسيداسيون به حالت اوليه برگردد.
در بعضي مناطق، غلظت پرمنگنات پتاسيم در فاضلاب خروجي نبايد بيش از حد مجاز باشد. براي كاهش يا حذف پرمنگنات نياز به احياي ماسه سبز با استفاده از تزريق هيپوكلريت سديم (كلر آزاد) در بالادست بستر است. كلر آزاد موجب اكسيد شدن آهن، منگنز يا سولفيد هيدروژن در آب مي‌شود و در نتيجه، نياز ماسه‌ها را براي اكسيداسيون كاهش مي‌دهد.
در منابع آب محتوي سولفيد هيدروژن، عدم كاهش مشخصات اكسيداسيون منگنز از حساسيت خاصي برخوردار است. اگر سولفيد هيدروژن در بالادست، اكسيد نشود، پتانسيل احياي آن به قدري زياد است كه پوشش اكسيد منگنز بر روي ماسه را جدا خواهد كرد. تأكيد مي‌شود كه هنگام برداشتن سولفيد هيدروژن و يا آهن و منگنز، به طور پيوسته هيپوكلريت سديم يا پرمنگنات پتاسيم در بالا دست تزريق شود. ميزان تزريق بايد به حد كافي باشد.
غلظت توصيه شده براي اكسيداسيون ذرات، در جدول 5-3 نشان داده شده است. بايد توجه كرد كه براي برداشتن سولفيد هيدروژن، غلظت كلر آزاد مورد نياز براي اكسيدكردن سولفيد هيدروژن mg/lit5 به ازاي mg/lit100 سولفيد هيدروژن (برحسب سولفور) است.
جايگزين ماسه‌ي منگنزي سبز براي برداشتن آهن و منگنز، توليداتي به نام بيرم (Birm) است. از اين ماده در پوشش دي اكسيد منگنز بر روي هسته‌ي مركزي سيليس سبك استفاده مي‌شود كه واكنش بين آهن يا منگنز و اكسيژن محلول را تسريع مي‌كند تا از رسوب فلز جلوگيري شود.
بيرم، نياز به وجود اكسيژن محلول در آب خوراك و PH بازي دارد. بيرم، خودش نفش اكسيدكنندگي را ايفا نمي‌كند.
فيلترهاي با بستر يكنواخت براي افزايش غلظت اكسيژن در آب خوراك ممكن است نياز به سيستم استخراج هوا داشته باشند. سولفيد هيدروژن يا روغن نبايد در آب خوراك وجود داشته باشد، زير موجب گرفتگي مي‌شود. استفاده از بيرم به جاي ماسه‌ي منگنزي سبز براي برداشتن آهن يا منگنز، نتايج مثبت متعددي را به همراه دارد. يكي از نتايج مثبت، اين است كه هيچ ماده‌ي شيميايي مورد نياز نيست. همچنين بيرم از ماسه منگنزي سبز ارزانتر است.
كمك منعقد كننده‌ها جهت پیش تصفیه اسمز معکوس RO لیان تدبیر
به منظور خنثي كردن بار منفي جامدات معلق، پليمرهاي داراي بار مثبت (كاتيوني) به آب تزريق مي‌شوند. اين پليمرها به عمل انعقاد جامدات كمك مي‌كنند. در ضمن، اين مواد به عنوان عامل لخته كننده عمل مي‌كنند و موجب نگه داشتن مواد معلق در كنار يكديگر مي‌شوند كه تفكيك جامدات معلق از محلول را تسريع مي‌كند. به منظور حذف جامدات معلق معمولاً يك معقد كننده كاتيوني قبل از فيلترهاي با بستر يكنواخت به آب تزريق مي‌شود.
به منظور تزريق مقدار مناسب منعقد كننده مي‌توان از پتانسيل زِتا (Zeta Potential) به عنوان يك نشانگر غير مستقيم استفاده كرد. از نظر تئوري براي حذف جامدات معلق به بهترين وجه ممكن، منعقد كننده بايد به اندازه‌اي تزريق شود تا پتانسيل زِتا صفر گردد. اگر منعقد كننده بيش از حد تزريق شود به طوري كه پتانسيل زِتا مثبت شود، هدايت الكتريكي جامدات معلق افزايش مي‌يابد (پتانسيل زِتا صفر گردد. اگر منعقد كننده بيش از حد تزريق شود به طوري كه پتانسيل زِتا مثبت شود، هدايت الكتريكي جامدات معلق افزايش مي‌يابد (پتانسيل زِتا در فصل 1 شرح داده شده است)
تزريق منعقد كننده پليمري كاتيوني، روشي بود كه قبل از دستيابي به تكنولوژي اسمز معکوس RO براي كاهش غلظت جامدات معلق مورد استفاده قرار مي‌گرفت. متأسفانه، استفاده از چنين روشي به عنوان جزئي از پيش تصفيه اسمز معکوس RO كه اغلب با هدف كاهش سرعت گرفتگي سيستم اسمز معکوس RO انجام مي‌شود، مؤثر واقع نمي‌شود. اگرچه تزريق منعقد كننده پليمري مي‌تواند در كاهش غلظت جامدات معلق در ورودي اسمز معکوس RO بسيار مؤثر واقع شود، اما مي‌تواند موجب افزايش گرفتگي غشاي اسمز معکوس RO نيز شود.
فيلترهاي با بستر يكنواخت در حذف منعقد كننده‌ها به طور صددرصد مؤثر نيستند. هر منعقد كننده‌اي كه از فيلترها بگذرد، تمايل دارد كه بر روي سطح غشاي اسمز معکوس RO جذب شود. اين گفته، بخصوص در مورد غشاهاي پلي‌اَميد كه داراي بار منفي هستند صادق است. بار مثبت منعقد كننده، جذب غشا شده و غير ممكن است كه از آن جدا شود.
منعقد كننده‌هاي كاتيوني همچنين تمايل به واكنش با بازدارنده‌هاي رسوب (كه براي كاهش پتانسيل تشكيل رسوب مورد استفاده قرار مي‌گيرند) دارند. از آنجايي كه اكثر بازدارنده‌هاي رسوب داراي بار منفي هستند (آنيوني) با انعقاد كننده داراي بار مثبت واكنش مي‌دهند. نتيجه اين واكنش، تشكيل يك كمپلكس غير محلول است كه براحتي موجب گرفتگي سيستم اسمز معکوس RO مي‌شود. بسته به طبيعت منعقد كننده و باز دارنده‌ي رسوب، تميز كردن و حذف گرفتگي ممكن است بي‌نهايت مشكل باشد.
منعقد كننده كاتيوني شامل گروههاي پايه آمونيوم حلقوي است. يكنواخت بودن دبي آب، نشانگر يك رابطه‌ي مستقيم بين زمان آغاز تزريق و شروع افزايش گرفتگي است. (نقطه A) كارآيي غشا بعد از تميزكاري به دليل اضافه كردن منعقد كننده هيچگاه برابر كارآيي زمان اوليه نخواهد بود. (نقطه‌ي B)
حتي بعد از اينكه تزريق منعقد كننده قطع مي‌شود، اسمز معکوس RO در معرض گرفتگي سريعتر قرار مي‌گيرد در نتيجه بايد مبادرت به تميزكاري گرفتگي‌هاي تشكيل شده با استفاده از محلولهاي شستشو نمود. به هرحال، امكان اين نيست كه كارآيي غشا به حالت اوليه برگردد. تأثير پليمر به قدري پايدار بود كه به نظر مي‌رسيد غشا، يك كارآيي ثابت داشته است. اين خط مبنا (Base Line) حدود 15 تا 20% پايينتر از دبي آب محصول نرمال است و 30 تا 40 درصد بالاتر از اختلاف فشار سيستم است (اختلاف بين فشار خوراك و فشار تغليظ شده).
براي مصرف كننده نهايي بايد اين امكان وجود داشته باشد كه خط مبناي كارآيي متناوب را پذيرا باشد، در صورتي كه سرعت گرفتگي غشا، افزايش ناگهاني نداشته باشد بعد از تميزكاري، كارآيي غشا سريعاً تا زير خط مبنا كاهش پيدا خواهد كرد. اين مورد مانند جذب جامدات معلق در سطح غشا توسط پليمر است. اكثر اين جامدات معلق تمايل دارند به سمت آب غليظ شده شستشو شوند. اگر پليمر در غشا وجود نداشته باشد، نتيجه نهايي اين است كه تميزكاري ادواري به منظور ثابت نگهداشتن دبي آب محصول ضرورت دارد.
شكل – تأثير اضافه كردن انعقاد كننده
در اكثر مواردي كه گرفتگي مربوط به پليمر كاتيوني باشد، حذف كامل منعقد كننده از المنتهاي غشا تقريباً كاري غير ممكن است. محلولهاي شستشو با pH حداكثر (مطابق با آنچه كه توسط سازنده به صورت معمول توصيه شده) ممكن است بعضي از پليمرها را جدا كنند. محلولهاي متانول به عنوان موادي كه قادر به جدا كردن بعضي از پليمرها هستند، شناخته شده‌اند. (توجه: متانول قادر به جذب بعضي از موادي است كه در ساخت المنت غشا از آنها استفاده مي‌شود.)
تعدادي از موارد سهولت استفاده از سيستم‌هاي تزريق منعقد كننده گزارش شده‌اند. با چنين سيستمي لازم است كه تميزكاري هر 4 روز يك مرتبه انجام گيرد.
به طور نمونه، شركتهاي شيميايي كه مبتكر استفاده از پليمرهاي كاتيوني هستند به اندازهي كافي با ظرافت اُسمز معكوس آشنا نيستند. اين شركتها ترجيح مي‌دهند كه تست‌هاي اوليه جهت اطمينان از تزريق صحيح باز دارنده و نيز عدم نفوذ منعقد كننده در سيستم غشا انجام نشود.
زمان تماس در يك سيستم تزريق انعقاد كننده بايد مشخص شود. استفاده از انعقاد كننده، هنگامي مؤثرتر واقع خواهد شد كه زمان كافي براي خنثي سازي بار جامدات معلق به آن داده شود و همچنين زمان لازم جهت پيوستن جامدات معلق وجود داشته باشد. در اين صورت اندازهي كمپلكس‌هاي مواد جامد معلق/ منعقد كننده به اندازه كافي بزرگ هستند كه توسط فيلترهاي با بستر مختلط از آب جدا شوند.
جهت كاهش غلظت جامدات معلق در آب خوراك اسمز معکوس RO بايد ديد چه نوع انعقاد كننده‌اي به آب اضافه مي‌شود. SDI (شاخص حجمي لجن) آب خوراك ممكن است زياد باشد، به اين دليل كه تعدادي از كارخانه‌هاي سازنده غشا اسمز معکوس RO به طور دلخواه SDI را براي المنتهايشان انتخاب كرده‌اند. اين تصور غلط ايجاد شده است كه اگر SDI آب خوراك بالا باشد، بهره‌برداري از سيستم به طرز صحيح امكان نخواهد داشت.
به هرحال، در اكثر موارد از اين سيستم‌ها به طور نرمال با SDI بالا بهره‌برداري شده است، بجز براي مواردي كه لازم است فاصله‌ي زماني بين تميزكاري ادواري افزايش يابد. اين فاصله زماني احتمالاً كمتر از فاصله زماني لازم براي تميزكاري بعد از گرفتگي غشا توسط انعقاد كننده، خواهد بود.
چنانچه تزريق يك منعقد كننده پليمري كاتيوني به عنوان قسمتي از پيش تصفيه سيستم اسمز معکوس RO مورد استفاده قرار مي‌گيرد، در اين صورت، وجود يك نرم‌كننده آب (سختي‌گير) بعد از فيلترهاي با بستر يكنواخت، ضروري است. وجود رزين كاتيوني در سختي‌گير، هر منعقد كننده‌اي را كه احتمالاً از فيلترهاي مياني گذشته باشد، حذف خواهد كرد. اگر از سختي‌گير فقط به خاطر جداكردن منعقد كننده اضافي استفاده مي‌شود، ضرورتي ندارد با نمك (كلرايد سديم) احيا شود. بسته به نوع منعقد كننده، لازم است در بعضي مواقع جهت حذف منعقد كننده‌ها، از محلول حاوي 1% كلر آزاد استفاده شود. (به اين محلول نبايد اجازه داد تا با غشاي اسمز معکوس RO تماس پيدا كند.)
فيلتراسيون توسط كربن فعال شده (Activated Carbon) جهت پیش تصفیه اسمز معکوس RO لیان تدبیر
فيلتر كردن توسط كربن فعال شده در حذف مواد آلي معلق و محلول و نيز جداكردن كلر اين و كلرامين بكار مي‌رود. اين نوع كربن مي‌تواند كمك زيادي در كاهش غلظت آلودگي‌ها داشته باشد و نيز در عين حال مي‌تواند يكي از عوامل بزرگ آلودگي باشد. بعضي از صنايع به شدت به فيلتراسيون كربن فعال شده متكي هستند. در حالي كه ساير صنايع از استفاده آن اجتناب مي‌ورزند.
مواد كربن‌دار با استفاده از بخار و در درجه حرارت بالا فعال شده‌اند. (همچنين، احتمال دارد به صورت شيميايي فعال شده باشند.) در فرآيند فعال‌سازي مواد غيركربني حذف مي‌شوند و نتيجه اين كار، خلل و فرج بالاي ذرات كربن است. منافذ، قابليت جذب مواد آلي و نيز مواد آلي با پايه كربني را دارا هستند. اين جذب، توسط نيروهاي واندروالس صورت مي‌گيرد.
حذف جامدات مطلق جهت پیش تصفیه اسمز معکوس RO لیان تدبیر
فيلتراسيون توسط كربن فعال با مش به ابعاد (40×12) در مقايسه با فيلترهاي با بستر چندگانه، كارايي بهتري دارد. گزارش شده است كه اين ذرات كربني در جذب ذرات معلق به كوچكي (8 تا 10) ميكرومتر مؤثر بوده‌اند. استفاده از كربن فعال جهت جدا كردن جامدات معلق با غلظت زياد موجب نياز به شستشوي معكوس متناوب بستر مي‌شود كه زمان شروع شستشو به افت فشار در طول فيلتر وابسته است. بسته به سختي و استحكام كربن، شستشوي معكوس مي‌تواند موجب به وجود آمدن ذرات ريز كربن شده كه همراه پسآب شستشوي معكوس به خارج از بستر هدايت مي‌شود.
قابليت كربن فعال شده در جدا نمودن مواد آلي به طبيعت آن ماده بستگي دارد. كربن، بهترين ماده در جدا كردن مواد آلي با جرم مولكولي بالا نظير اسيد فوليك و هيوميك است. كربن، توانايي محدود در تفكيك مولكول‌هاي آلي بسيار قطبي نظير تري‌هالومتان دارد.
جدا كردن تري‌هالومتان (THM) توسط كربن فعال شده جهت پیش تصفیه اسمز معکوس RO لیان تدبیر
حضور THM (به عنوان مثال، كلروفرم) در منابع آب شهري، نتيجه واكنش شيميايي بين كلر آزاد و مواد آلي است. تري هالومتان، يك ماده سرطان‌زا است و وجود آن در آب آشاميدني، موجب نگراني مي‌شود.
سيستم‌هاي تصفيه‌ي آب به روش اسمز معكوس، تبادل يوني و يا الترافيلتراسيون به خوبي قادر به جدا كردن تمام تري‌هالومتان آب نيستند. وجود اين ماده در آب خوراك موجب ايجاد نگراني در صنايع نيمه هادي مي‌شود. وجود اين ماده در سيستم آب خالص مي‌تواند مستقيماً بعد از اشعه فوق بنفش به به عنوان كاهش دهنده‌ي مقاومت آب مورد نظر قرار گيرد. اين مقاومت كمتر، نتيجه يونهاي كلرايدي است كه منجر به شكسته شدن مولكول تري‌هالومتان توسط اشعه مافوق بنفش شده است.
كربن فعال شده غالباً به منظور حذف كلرآمين و كلر آزاد قبل از سيستم اسمز معکوس RO مورد استفاده قرار مي‌گيرد. اين كار براي محافظت از غشاي پلي اَميد ضروري است، همچنين براي افزايش كيفيت آب جهت اكثر كاربردها مناسب است. كربن فعال در جذب و تجزيه كلر آزاد بسيار مؤثر است، اما در تجزيه كلرآمين به طور كامل مؤثر نيست.
غلظت كلر آزاد و كلرآمين‌ها، اهميت زيادي در تصفيه آب براي عمل دياليز دارد. اين مواد بايد به مقدار ناچيز در آب دياليزي كه براي حذف آلودگي‌ها از خون بيمار مورد استفاده قرار مي‌گيرد وجود داشته باشند. اين دو ماده مي‌توانند خون را آلوده كنند و موجب هموليز سلول‌هاي آن شوند.
سازمان بهزيستي ايالات متحده آمريكا (DHHS) در مورد حجم كربني كه بايد براي حذف كلر آزاد يا كلرآمين در كاربردهاي دياليز مصرف شود، توصيه‌هايي كرده است. اساس توصيه اين سازمان بر مبناي زمان تماس بستر خالي قرار دارد. (Empty-bed contact time or EBCT) . اين زماني است كه طول مي‌كشد آب از ميان بستر كربن فعال شده عبور كند. در بعضي نقاط، اين زمان متناسب با زماني خواهد بود كه آب با كربن فعال شده در تماس است.
ظرفيت جذب سطحي جهت پیش تصفیه اسمز معکوس RO لیان تدبیر
يك پارامتر مهم براي تعيين مقدار كربن فعال، ظرفيت نسبي جذب سطحي آن است. از اين پارامتر، اغلب به عنوان عدد يُدي و يا عدد ملاس ياد مي‌شود. سازمان بهزيستي ايالات متحده امريكا، استفاده از يك نوع كربن فعال با عدد يُدي 1000 براي حذف كلرآمين را توصيه مي‌كند. سازمان بهزيستي كاليفرنيا، حداقل عدد يُدي براي حذف كلرآمين در تصفيه آب دياليز را 900 اعلام كرده است.
واكنش بين كلر آزاد يا كلرآمين و كربن فعال شده جهت پیش تصفیه اسمز معکوس RO لیان تدبیر
در اثر واكنش گاز كلر با آب، طبق واكنش زير اسيد هيپوكلرو (HOCL) و اسيد كلريدريك تشكيل مي‌شود. CL2(g) + H2O ↔ HOCL + HCL
كربن فعال به وسيله احيا كردن HOCL و تبديل آن به HCL موجب حذف كلر آزاد و تبديل آن به يون كلرايد، طبق واكنش زير مي‌شود.
C+ + HCL → C*O + HCL
بنابراين به مرور زمان، سطح كربن با اكسيژن آميخته مي‌شود. اگر غلظت كلر آزاد زياد باشد، سطح كربن به دي‌اكسيدكربن و منو اكسيد كربن، اكسيد مي‌شود. در هر دو حالت، ظرفيت كربن فعال در حذف كلر آزاد داراي محدوديت است.
محاسبه شده است كه يك گرم كربن، ظرفيت واكنش با 3 تا 5 گرم كلر آزاد را دارد. براي يك فيلتر كربن فعال كه براي تصفيه gpm/ft3 10 آب طراحي شده است و عمق بستر آن 4 فوت و غلظت كلر آزاد mg/lit1 باشد، پيش‌بيني مي‌شود كه حداقل عمر مفيد اين كربن‌ها بالغ بر 10 سال باشد. برخلاف اين گفته، پيشنهاد مي‌شود كه بستر كربن فعال هر 6 ماه تا يك سال تعويض شود تا فعاليت بيولوژيكي كاهش پيدا كند و از سرايت آلودگي‌ها آلي به ساير قسمت‌ها جلوگيري شود.
واكنش بين كلرامين‌ها و كربن به صورت زير انجام مي‌گيرد.
C* + NH2CL + H2O → CO* + NH3 (g) + HCL
كربن فعال در حذف كلر آزاد از آب بسيار مؤثر است. در حقيقت، كربن فعال شده كارآيي بسيار خوبي دارد به طوري كه كلر آزاد در همان چند اينچ اوليه عمق بستر حذف مي‌شود. اين عمل موجب مي‌شود بستر، بايوسايدهاي ديگر را دفع كند. از آنجايي كه كربن جهت حذف مواد آلي از آب خوراك مورد استفاده قرار مي‌گيرد، منافذ موجود در اين كربن‌ها، با مواد آلي مغذّي پر مي‌شوند كه اين مواد آلي، بهترين محيط براي رشد و پرورش باكتري‌ها هستند. اين باكتري‌ها در خروجي فيلتر كربني نيز ظاهر مي‌شوند و در نتيجه قادر، به آلوده كردن جريان پايين دستي سيستم اسمز معکوس RO هستند. گرفتگي بيولوژيكي، يكي از مشكلات مشترك سيستم‌هاي اسمز معكوس از نوع غشاي پلي اَميد است كه از فيلترهاي كربني فعال شده به عنوان قسمتي از سيستم پيش تصفيه‌شان استفاده مي‌كنند. كاهش فعاليت بيولوژيكي يك فيلتر كربني فعال شده به صورت شيميايي، امكان‌پذير است. كاستيك ) NaOH كه داراي PH بالاست) قادر به خُرد كردن گرفتگي‌هاي بيولوژيكي است و امكان تميز شدن تمام گرفتگي‌ها را در طي عمل شستشوي معكوس مهيا مي‌سازد. بايوسايدهاي اكسيد كننده زماني كه در آب شستشوي معكوس مورد استفاده قرار مي‌گيرند تا حدي مي‌توانند مؤثر واقع شوند. به هرحال، نبايد با غلظت زياد پراكسيد هيدروژن مبادرت به انجام اين كار نمود، زيرا گازهاي خروجي مي‌توانند فرّار و زننده باشند.
فيلترهای کارتریج Cartridge Filter جهت پیش تصفیه اسمز معکوس RO لیان تدبیر
اين فيلترها در بالادست پمپ‌ها فشار قوي اسمز معکوس RO نصب مي‌شوند تا پمپ و المنتهاي غشا را در مقابل ذرات ريز محافظت كنند. همچنين اين فيلترها قادر به حذف جامدات معلق كه موجب گرفتگي غشا مي‌شوند، هستند. اكثر سيستم‌هاي بزرگ اسمز معکوس RO از اين فيلترها در بالا دست استفاده مي‌كنند.
فيلترهاي فشنگي داراي حداقل سطح مقطع هستند. بنابراين، اين سؤال مطرح مي‌شود كه آيا فيلترهاي فشنگي براي جدا كردن جامدات معلق، مقرون به صرفه هستند. اگر اين فيلترها سريعاً گرفته شوند، ممكن است نصب يك فيلتر با بستر يكنواخت از نظر اقتصادي مقرون به صرفه باشد. در بعضي موارد، استفاده از فيلتر با منافذ بزرگتر براي دستيابي به عمر طولاني‌تر، هزينه كمتري دارد و در اين حالت، تميزكاري شيميايي اسمز معکوس RO بيشتر انجام مي‌شود.
سازنده غشاي اسمز معکوس RO جهت محافظت المنتهاي غشا در برابرگرفتگي توسط ذرات بزرگ معمولاً نياز به فيلتر با اندازه مناسب دارند كه اندازهي اسمي منافذ آن بين 5 تا 25 ميكرومتر است. اين ذرات قادر به ايجاد اختلاف فشار در دو طرف المنت غشا هستند و متعاقب آن موجب تلسكوپي شدن غشا مي‌شوند.
فيلترهايي كه اكثراً در چنين كاربردهايي مورد ا ستفاده قرار مي‌گيرند، فيلترهاي عمقي ناميده مي‌شوند. از آنجا كه اين گونه فيلترها پوشش نازكي را از خود ارايه مي‌دهند، موجب مي‌شوند فيلتر قادر به گرفتن آلودگي‌هايي نسبتاً بزرگ باشد.
پوشش بايد برحسب جرم حجمي در جهت داخل فيلتر درجه‌بندي شود تا در حين عبور آب، ذرات بي‌نهايت كوچك را در تله بيندازد. اين كار موجب مي‌شود كه فيلتر قبل از اين كه تعويض شود قادر به جدا كردن ذرات بيشتري باشد كه اين بستگي به اختلاف فشار دو طرف فيلتر دارد. امكان گرفتگي فيلترهاي عمقي كمتر است، در نتيجه، حجم محدودي از گرفتگي‌ها موجب بسته شدن قسمت خارجي فيلتر مي‌شود و بايد تعويض شود. غشاي صفحهاي اتكاي بيشتري به سطح غشا براي مكانيزم فيلتر كردن دارند. اين نوع غشا از صفحات مسطح تشكيل شده كه شبيه به يك آكاردئون تازده شده است. در اين حالت، فيلتر مي‌تواند كاملاً سطح غشا را پوشش دهد به طور نمونه، فيلترهاي صفحهاي از فيلترهاي فشنگي از نوع عمقي، گرانتر هستند. و به هر حال، اين نوع فيلترها (فيلترهاي صفحهاي) مي‌توانند مورد استفاده مفيد قرار گيرند. اگر فيلتراسيون ذرات بسيار ريز مورد نظر باشد، منافذ فيلترهاي عمقي به ريزي فيلترهاي غشاي صفحهاي نيستند.
شكل -پيچش نخي فيلتر کارتریج
فيلترهاي نخي، كه با توجه به شكلشان نامگذاري شده‌اند و در شكل نشان داده شده‌اند در حذف ذرّات با اندازه منافذي كه توليد كننده ارايه كرده است به طور نمونه، حدود 60 تا 80% درصد مؤثر هستند.
فيلترهاي (Thrmally Bonded Spun Filter) بين 80% تا 90% مؤثرند. فيلترهاي با غشاي صفحهاي و چندين نمونه از ساير پيش فيلترها بالغ بر 98% مؤثر هستند.
روشي كه اغلب براي آب بندي فيلترهاي فشنگي با محفظه فيلتر مورد استفاده قرار مي‌گيرد، آب بندي لبه‌ي كاردي ناميده مي‌شود. محفظه، داراي يك لبه‌ي برآمده‌ي تيز در هر دو طرف است كه انتهاي فيلتر را شكاف مي‌دهد.
با استفاده از آب بندي لبه‌ي كاردي، آب بندي كامل بين فيلتر و محفظه مشكل است و وجود مقدار ناچيز نشتي در اطراف آب‌بندي، امري طبيعي است.
بنابراين، فيلترهاي عمقي قادر به جدا كردن 100% آلودگي‌ها نيستند، اين امر مشكلي به حساب نمي‌آيد مگر اينكه انشعاب اصلي باشد. اين انشعاب مي‌تواند در المنتهاي فيلترهايي كه مورد استفاده قرار گرفته‌اند، مشاهده شود. سطح زنگ زده شده از خارج فيلتر به داخل لبه وجود خواهد داشت.
شكل. پوسته فيلتر فشنگي فیلتر کارتریج
هنگام استفاده از فيلتري با اندازهي يك ميكرومتر يا كمتر، آب بندي بين كارتريج و محفظه، حالت حادتري دارد. استفاده از يك و يا دو واشر در پوش فيلتر موجب آب‌بندي تقريباً كامل مي‌شود.
پيش فيلترهاي اسمز معکوس RO بايد از موادي ساخته شوند كه با pH بالا و عوامل اكسيد كننده و احيا كننده و مواد شيميايي تميز كننده، سازگاري داشته باشند. در اين مورد، فيلترهاي پروپيليني پيشنهاد مي‌شوند. پيش فيلترهاي كتاني توصيه نمي‌شوند، زيرا اين فيلترها از هم جدا شده و الياف آنها پوسته پوسته مي‌شود. اين كار موجب افزايش اختلاف فشار و افزايش ميزان گرفتگي مي‌شود.
نمودارهاي افت فشار برحسب جريان براي پيش فيلترهاي با اندازه‌هاي مختلف فيلتر و محفظه بايد مد نظر قرار گيرد. اين كار مخصوصاً زماني اهميت پيدا مي‌كند كه فشار آب خوراك حداقل مقدار باشد. ممكن است لازم شود محفظه‌ي پيش فيلتر بيش از اندازه لازم، بزرگ باشد تا افت فشار، كاهش يابد.
شكل. فیلتر کارتریج
معمول است كه براي اكثر پيش فيلترها، محفظه به اندازه‌اي باشد كه براي 10 فيلتر مشابه (TIE) دبي كل بيش از gpm5 نشود. در اين حالت، افت فشار (در حالتي كه فيلترها كاملاً نو باشند) نبايد بيش از Psi3 باشد.
محفظه فيلترها با قطر زياد و به منظور نگهداري بيش از دو جين فيلتر موازي و با طول بيش از 50 اينچ ساخته مي‌شود. در صورت استفاده از اين محفظه‌هاي بلند، بستن درب محفظه مشكل است. به خاطر سهولت كار در تعويض فيلترهاي فشنگي، استفاده از يك سيستم بالاتر ضروري به نظر مي‌رسد.
استفاده از يك محفظه پلاستيكي، ساخته شده توسط آمتيك (Ametek) براي كوچكترين سيستم‌هاي اسمز معکوس RO ، امري طبيعي به نظر مي‌رسد. يك محفظه 10 اينچي براي يك فيلتر به طول اينچ، بسيار مناسب است، اما فيلترهاي 20 اينچي در يك محفظه 20 اينچي ، كارآيي بسيار خوبي دارند.
فيلترها بايد حداقل هر دو ماه يك بار تعويض شوند و يا هر زمان كه اختلاف فشار دو طرف فيلتر به Psid15 برسد، اين كار بايد انجام پذيرد. آغاز فشردگي يا از هم گسيختگي لايه‌هاي پايين دست سيستم اسمز معکوس RO ، دو ماه در نظر گرفته شده است.
الترافيلتراسيون (UF) Ultrafiltration جهت پیش تصفیه اسمز معکوس RO لیان تدبیر
از وقتي كه الترافیلتراسیون UF به عنوان يك روش اقتصادي براي حذف جامدات معلق از آب در نظر گرفته شده است، اين تصور غلط رايج شده است كه بهترين انتخاب براي پيش تصفيه RO است. البته در بعضي حالات، بهترين انتخاب است، امّا براي سيستم‌هاي بزرگتر اين طور نيست.
بزرگترين پيامد استفاده از الترافیلتراسیون UF براي زدودن گرفتگي‌هاي قبل از اسمز معکوس RO اين است كه محلولهاي شيميايي كه براي حل كردن و زدودن ساير گرفتگي‌هاي پايدار، مورد استفاده قرار مي‌گيرند با غشاي الترافیلتر UF هم مي‌توانند مورد استفاده قرار بگيرند.
اگر گرفتگي براي غشا اسمز معکوس RO مشكل ساز است، ضرورتاً براي غشاي الترافيلتراسيون مشكل سازتر خواهد بود. به عنوان مثال، در شرايط يكسان و نزديك به هم، غشاهاي الترافيلتراسيون، ده برابر سريعتر از غشاهاي اسمز معکوس RO دچار گرفتگي مي‌شوند و بنابراين، تميزكار ادواري آنها ده برابر بيشتر خواهد بود.
شكل -افت فشار برحسب دبي براي فيلتر TIE
مكانيزم مورد استفاده توسط غشاهای اسمز معکوس RO موجب شده كه از سطح غشا در مقايسه با الترافيلتراسيون UF استفاده بهتري بشود. در الترافيلتراسيون، آب از ميان فضاي فيزكي محدود كه منافذ كوچك الترافيلتراسيونUF است، عبور مي‌كند. اگر سرعت آب نسبت به سطح غشا به صورت عمودي باشد، سرعت تصفيه آب بيشتر است. اگر سرعت آب زياد باشد، ذرات فيلتر شده به سختي به جريان آب نفوذ مي‌كنند.
همچنين نفوذ ذرات بزرگتر از درون منافذ غشاي الترافیلتر UF موجب مي‌شود كه حذف ذراتي كه موجب گرفتگي مي‌شوند، سخت‌تر انجام شود. در مواردي كه ذرات بزرگ هستند، افت دايمي و چشمگير جريان آب محصول از غشاي الترافیلتر UF در طي مراحل اوليه بهره‌برداري، امري طبيعي است. كاهش مقدار جريان آب محصول كه در فاصله زماني بين شستشوي غشاها اتفاق مي‌افتد، موجب كاركرد الترافیلتر UF در فشار بالا مي‌شود كه اين خود عاملي است كه ذرات آلوده كننده به داخل منافذ رانده شوند.
در اكثر غشاهاي الترافیلتر UF كه سرعت عبور جريان آب از آنها نسبتاً زياد است، افت دايمي و ابتدايي آب محصول اهميتي ندارد، بلكه سرعت گرفتگي پس از شستشوي غشا و بعد از گرفتگي دايمي اوليه است كه از اهميت خاصي برخوردار است.
نصب سيستم الترافیلتر UF در بالادست سيستم اسمز معکوس RO به منظور به حداقل رساندن تعميرات و نگهداري ضروري سيستم اسمز معکوس RO ، تصور صحيح نيست، زيرا نياز به تعمير و نگهداري عيناً به سيستم الترافیلتر UF منتقل مي‌شود و حتي امكان دارد كه بيشتر هم بشود. اگر گرفتگي توسط پاك كننده‌هاي بخصوصي زدوده شود، يك استثنا بوده و نمي‌توان آن را با سيستم اسمز معکوس RO مقايسه نمود.
در طراحي يك سيستم الترافیلتراسیون UF در مواردي كه گرفتگي زياد است، طراحي بيش از حد لازم (Over design) سيستم از اهميت خاصي برخوردار است. در فشار ثابت، دبي آب محصول كه توسط سازنده‌ي غشا طراحي شده مي‌تواند 50% تا 75% كاهش يابد. بخش بزرگي از اين كاهش دبي به دليل نفوذ گرفتگي در ساختمان غشاي الترافیلتر UF ممكن است غيرقابل برگشت باشد. ميزان كاهش دايمي دبي آب محصول، متغير بوده به دو عامل نوع گرفتگي و شار آب محصول بستگي دارد. سيستم‌هايي كه داراي سرعت جريان زياد هستند (به دليل نيروي رانش بيشتر به درون غشا) متحمل گرفتگي توسط ذرات بزرگتر مي‌شوند و بنابراين، افت دايمي بيشتري در دبي طبيعي آب محصول مشاهده مي‌شود.
كنترل گرفتگي بيولوژيكي جهت پیش تصفیه اسمز معکوس RO لیان تدبیر
فعاليت بيولوژيكي در سيستم غشا يك عامل نگران كننده براي موفقيت سيستم اسمز معکوس RO است. در غشاهاي سلولزاستات، عدم وجود كلر با غلظت كم آن موجب بوجود آمدن لايه بيولوژيكي (Biolfilm) در pH پايين مي‌شود كه اين موجب افزايش سرعت هيدروليز غشاي سلولز استات مي‌گردد. اين مطلب براي غشاهاي تركيبي پيشرفته سلولزاستات كه در pH پايين مقاومتر هستند، صادق نيست. اما بايد گرفت كه همين غشاهاي پيشرفته اگر در معرض گرفتگي بيولوژيكي قرار بگيرند، دچار آسيب خواهند شد.
اگر فيلترهاي كربني فعال شده در بالادست سيستم‌هاي سلولز استات به عنوان عامل كاهش دهنده‌ي ميزان فعاليت بيولوژيكي غشا مورد استفاده قرار گيرند، ممكن است لازم باشد تا مقداري هيپوكلريت سديم در پايين دست كربن تزريق شود. از آجائي كه كربن موجب شكستن كلرآزاد يا كلرآمين موجود در آب خام مي‌شود، تزريق بايوسايد، جايگزين هيپوكلريت خواهد شد.
اگر از كربن در بالادست سيستم اسمز معکوس RO به منظور حذف كلرآمين استفاده شود و در پايين دست كربن، هيپوكلريت سديم (كلراين) تزريق شود، بخشي از كلراين (كلر آزاد) تمايل دارد با آمونياك اضافي (NH3) كه از واكنش كلرآمين با كربن به وجود آمده است، واكنش دهد. كلر آزاد اضافي تا زماني كه با آمونياك واكنش مي‌دهد و كلرآمين توليد مي‌كند، قابل اندازه‌گيري نيست، كلرآمين توليد شده به عنوان يك بايوسايد، كارآيي كلر آزاد ندارد.
وجود كلر آزاد در پايين دست سيستم اسمز معکوس RO ممكن است براي ساير تجهيزات، مشكل جدي ايجاد كند، مي‌يابد. مشخص شده است كه استفاده از رزين بيش از عمر مفيد آن (حدود 5 سال)، در صورتي كه در معرض كلر آزاد به ميزان ppm3/0 قرار گيرد، موجب آسيب ديدگي خواهد شد. كلر آزاد موجب اكسيد شدن رزين كاتيوني مي‌شود و متعاقباً، محصولاتي كه از اين واكنش‌ها به وجود مي‌آيند موجب گرفتگي رزين آنيوني مي‌شوند. رزين‌هاي اكسيد شده موجب جاري شدن كل كربن آلي (TOC) در پسآب حاصل از بستر تعويض يوني مي‌شوند كه اين خود يك آلودگي نگران كننده براي سيستم‌هايي است كه آب توليدي آنها بايد بسيار خالص باشد.
كربن فعال شده كه در پايين دست سيستم اسمز معکوس RO به خاطر وجود كلر آزاد در آب مورد استفاده قرار مي‌گيرد، معمولاً موجب رشد باكتري‌ها مي‌شود . در اين حا لت، باكتري‌ها به همراه آب خروجي از سيستم جريان يافته و موجب آلودگي دستگاههاي پايين دستي مي‌شوند استفاده از كربن در اين حالت، تاحدي توانايي اسمز معکوس RO در حذف ذرات ريز و باكتري‌ها را دچار مشكل مي‌كند.
تزريق عامل احيا كننده (نظير بي‌سولفيت سديم) به آب محصول اسمز معکوس RO ، با توجه به واكنش شيميايي انجام گرفته، كلر آزاد را به يون كلرايد تبديل مي‌كند. تزريق اين ماده موجب افزايش يونـها در آب محصول مي‌شود و در نتيجه، احياي ادواري بسترهاي تعويض يوني در پايين دست افزايش مي‌يابد.
زماني كه آب محصول از گازدار عبور مي‌كند، مقدار قابل توجهي از كلر آزاد از آب جدا شده و وارد هوا مي‌شود. گاززدا مي‌تواند از نوع دمنده (FD فن) و يا مكنده (ID فن) باشد. طراحي صحيح يك گاززدا مي‌تواند مقدار بسيار زيادي كلر آزاد را از آب جدا نمايد.
مشكل كنترل بيولوژيكي در غشاهاي PA يكي از دلايل عمده عدم بازاريابي و فروش زياد آن مي‌باشد. همچنان كه در ابتداي اين فصل گفته شد، كربن فعال شده، محيط مناسبي براي فعاليت بيولوژيكي است. معمولاً به منظور حذف كلر يا كلرآمين زدايي در بالادست سيستم غشا اسمز معکوس RO ، از عوامل احيا كننده استفاده مي‌شود.
تنظيم pH و تغيير اكسيدكنندگي / احيا كنندگي اتمسفر آب، موجب تغيير اتمسفر آب خوراك اسمز معکوس RO مي‌شوند و اين تغيير موجب عمل بيواستاتيكي بر روي باكتري در آب خوراك مي‌شود. اين عمل ممكن است كه نتواند تعداد زيادي از باكتري‌ها را از بين ببرد، ولي از رشد آنها جلوگيري مي‌كند.
باكتري آهن
اين باكتري، نوع خاصي از باكتري‌ها است كه در آب و در محيط احيا كننده تكثير مي‌شود. با وجود اينكه تمام باكتري‌ها احتياج به اكسيژن دارند، اما باكتري‌هاي بي‌هوازي، اكسيژن مورد نيازشان را از آنيونهاي حل شده در آب، نظير يونهاي سولفات (SO4-2) و يا نيترات (NO-3) بدست مي‌آورند. يكي از معمولترين باكتري‌هاي شناخته شده از اين نوع، باكتري آهن است.
باكتري آهن، به دليل اكسيد كردن آهن، طي فرآيند سوخت و ساز به اين اسم خوانده مي‌شود و به صورت اكسيد فريك (Fe2O3) غير محلول بكار مي‌رود. وجود اين ماده كه مشخصه آن زنگ‌زدگي بسيار زياد است، مي‌تواند به سرعت موجب گرفتگي فيلترها و المنتهاي اسمز معکوس RO شود.
با توجه به مشكلات ناشي از گرفتگي توسط باكتري، تصور اشتباهي است كه منابع آب به عنوان تأمين كننده منبع آهن مورد نياز براي باكتري‌هاي آهن در نظر گرفته شوند. اين تصور به دليل وجود لعاب زنگ‌زده در فيلترهاي پيش تصفيه موجود در بالادست سيستم اسمز معکوس RO است. به هرحال، هنگام آناليز آب خام مشخص مي‌شود كه داراي غلظت اندكي از آهن كمتر از (mg/lit05/0) است.
در واقع، منبع آهن، خوردگي حاصله از فولاد يا فولاد زنگ‌نزن است كه توسط باكتري آهن اتفاق مي‌افتد. باكتري مي‌تواند يك حفره در جداره‌ي داخلي مخازن فولاد زنگ نزن يا برروي لوله‌هايي كه توسط اكسيد آهن پوشش داده شده‌اند؛ به وجود آورد. با وجود اين حفره، باكتري‌هااسيدهايي ترشح مي‌كنند كه قادر به حل كردن آهن در فولاد زنگ‌نزن هستند. همچنين باكتري‌ها قادر به اكسيدكردن آهن هستند. در زمان طولاني، خوردگي فولاد زنگ نزن از اهميت خاصي برخوردار است.
جداره‌ي فيلترها، لوله‌هاي تحت فشار بالا، بدنه‌ي پمپ‌ها و محفظه‌هاي غشا، منبع تأمين آهن مورد نياز باكتري‌ها هستند. در صورت تكثير باكتري‌ها تعدادي از آنها به همراه آب به واحدهاي پايين دستي منتقل شده، موجب آلودگي اين تجهيزات مي‌شوند.
اين آهن به صورت اكسيد فرّيك غير محلول (Fe2O3) دفع مي‌شود. وجود اين ماده توسط زنگ‌زدگي بسيار زياد كه مي‌تواند به سرعت موجب گرفتگي فيلترهاي كارتريج و المنتهاي اسمز معکوس RO شود، مشخص مي‌شود.
به خاطر احاطه شدن باكتري‌ها توسط لايه‌ي محافظ، ازبين بردن آنها بي‌نهايت مشكل است. اتيلن دي آمين تترااستيك سديم (EDTA) در pH بازي مي‌تواند در از بين بردن باكتري‌ها مؤثر واقع شود.
به خاطر مشكلات ناشي از گرفتگي باكتري آهن، يك روش تميزكاري همراه با جزئيات بيشتر پيشنهاد مي‌شود. شستشو با استفاده از يك عامل احيا كننده قوي با يك عامل خيس كننده مي‌تواند به عنوان اولين مرحله از سه مرحله شستشوي شيميايي بكار گرفته شود. چنين محلولي، قادر به برداشتن لايه‌ي محافظ از اطراف باكتري خواهد شد. به منظور خُرد كردن و حل كامل و مؤثر لجن و لعاب باكتري، مي‌توان از يك محلول بازي قوي استفاده كرد. در نهايت، به خاطر كاهش مجدد كلني شدن سيستم، محلول اسيد پراستيك براي ضدعفوني كردن سيستم، قابل استفاده است.
در غشاهاي سلولز استات (CA) با تزريق هيپوكلريت سديم (كلر آزاد) در بالادست تجهيزات پيش تصفيه يا تزريق مستقيم آن در بالادست سيستم اسمز معکوس RO ، مي‌توان از رشد باكتري آهن جلوگيري كرد. به دليل عدم تحمل غشاي PA در مقابل اكسيد كننده‌هاي قوي، كلراين بايد قبل از سيستم اسمز معکوس RO حذف شود. ضدعفوني كردن به صورت ناپيوسته با استفاده از اسيد استيك يا ساير بايوسايدهاي سازگار با غشا پلي‌اَميد، براي سيستم اسمز معکوس RO ضروري است.
تزريق كلر آزاد به ميزان كافي به آب پيش تصفيه در حذف باكتري آهن مؤثر است. با تزريق ناپيوسته ماده ضدعفوني كننده در پايين دست، امكان كلني شدن مجدد سيستم به تأخير مي‌افتد. با نگه داشتن پتانسيل اكسيداسيون و احيا در حالت خنثي، جلوگيري از رشد باكتري آهن امكان‌پذير است. اگر يك ماده احيا كننده به منظور كلرزدايي به سيستم اسمز معکوس RO تزريق شود، بايد ميزان تزريق به اندازه‌اي باشد كه پتانسيل اكسيداسيون و احيا صفر و يا اندكي بيش از صفر باشد. معلوم شده است كه اين عمل از رشد باكتري‌هاي بي‌هوازي ممانعت به عمل مي‌آورد.
ضد عفوني توسط اشعه ماوراي بنفش جهت پیش تصفیه اسمز معکوس RO لیان تدبیر
استفاده از اشعه ماوراي بنفش در بالادست سيستم اسمز معکوس RO كه داراي غشاي PA هستند، مي‌تواند جهت كاهش تعداد باكتري‌هاي ورودي به سيستم اسمز معکوس RO مؤثر واقع شود. اين اشعه، موجب كاهش تشكيل مجدد كلني باكتري‌ها در سيستم اسمز معکوس RO مي‌شود و نياز به اقدامات مختلف جهت تعميرات نگهداري سيستم اسمز معکوس RO را كاهش مي‌دهد.
اشعه ماوراي بنفش با استفاده از يك لامپ كه داراي طول موج 254 نانومتر است، باكتري‌ها را از بين مي‌برد.
اشعه ماوراي بنفش، كروموزوم باكتري‌ها را غير فعال كرده، موجب نابودي آنها مي‌شود. گزارش شده است كه UV در حداقل شدت Microwatt/S.cm230000 قادر به كشتن 9/99% در باكتري‌ها است. لامپها حدود نيمي از شدتشان را براثر تأثير نور UV بر شيشه لامپ از دست مي‌دهند. لامپها بايد هر ساله تعويض شوند. (اگر مكرراً UV همزمان با RO خاموش و روشن مي‌شود.)
UV نبايد براي مدت طولاني بدون عبور جريان آب از ميان سيستم، در سرويس قرار داشته باشد. در غيراين صورت، آب گرم شده و احتمال آسيب رساندن به سيستم UV ، لوله‌ها با غشاي اسمز معکوس RO وجود دارد. به هرحال، خاموش و روشن مكرّر UV موجب كاهش عمر لامپ خواهد شد.
UV به طور 100% در كشتن تمام باكتري‌هاي آب ورودي مؤثر نيست. اين بدان معنا است كه تعدادي از باكتري‌ها زنده مي‌مانند و وارد اسمز معکوس RO مي‌شوند. وقتي كه باكتري‌ها وارد اسمز معکوس RO شدند. مي‌توانند رشد و تكثير نمايند. به هرحال، مصرف برق يك سيستم UV زياد نيست و هزينه بهره‌برداري از آن بالا نيست.
شكل -دستگاه اشعه‌ي ماوراي بنفشUV
اسيد پِر استيك جهت پیش تصفیه اسمز معکوس RO لیان تدبیر
در بعضي از غلظت‌ها بايوسايد اسيد پِراستيك (اسيد پراكسي استيك نيز ناميده مي‌شود) با اكثر غشاهاي پلي اَميد سازگاري دارد. اگرچه معمولاً محلولهاي اسيد پراستيك داراي پتانسيل اكسيداسيون هستند، اما در غلظت‌هاي توصيه شده به غشا آسيب نمي‌رسانند. پراستيك اسيد، يكي از مؤثرترين بايوسايدهاي شيميايي موجود است و نسبت به ساير عوامل ضدعفوني كننده، باكتري‌ها را سريعتر مي‌كشد.
در شكل كارآيي پراستيك اسيد با ساير بايوسايدها مقايسه شده است. بايد توجه كرد كه بسياري از بايوسايدها كه در اين شكل قرار دارند با غشاي PA سازگار نيستند. استفاده از اين اسيد، فعاليت آنزيم باكتري را مختل مي‌كند. اين موجب مي‌شود كه اسيد پراستيك با حداقل پتانسيل اكسيداسيون، خاصيت شكنندگي داشته باشد.
پراستيك اسيد، يك مولكول ناپايدار است كه از واكنش تعادلي بين اسيد استيك (CH3COOH) با پراكسيد هيدروژن (H2O2) به وجود مي‌آيد.
CH3COOH + H2O2 → CH3COOH + H2O
در صنايع تصفيه آب، محلولهاي پراستيك حاوي 4% تا 5% اسيد پراستيك و در حدود 20% پراكسيد هيدروژن هستند. غلظت توصيه شده به منظور ضد عفوني ناپيوسته غشا و لوله‌ها mg/lit400 است. (كه در اين صورت، غلظت پراكسيد هيدروژن mg/lit2000 است.) اين محلول در حدود 100 برابر رقيق شده است. غلظت ppm400 پراستيك اسيد، حداكثر غلظت قابل قبول براي غشاها است. (در اين مورد با سازنده غشا مشورت شود.)
شكل -تأثير بايوسايدهاي مختلف در كشتن ميكروب‌ها پس از 30 دقيقه
از به كار بردن پراستيك اسيد براي غشاهاي نو بايد اجتناب شود. محلول اسيد استيك مانند ساير بايوسايدها نظير فرمالدييد يا گلاترالدييد مي‌تواند با آمين اضافي كه ممكن است در اسكلت ساختماني غشا وجود داشته باشد، واكنش دهد. قبل از اقدام به ضدعفوني كردن، سيستم بايد به مدت چند روز در سرويس قرار گيرد.
عناصر انتقالي نظير آهن يا منگنز مي‌تواند موجب افزايش پتانسيل اكسيداسيون اسيد پراستيك/پراكسيد هيدروژن شوند، بنابراين، بايد قبل از اقدام به ضدعفوني، اين عناصر توسط يك محلول شوينده‌ي مناسب برداشته شوند. گرفتگي شديد توسط مواد آلي بايد با استفاده از يك محلول شوينده‌ي بازي مناسب حذف شود.
زمان تماس براي اسيدپراستيك به سختي و مقاومت گرفتگي بيولوژيكي دارد. معمولاً براي اكثر سيستم‌هاي اسمزمعكوس، يك ساعت زماني كافي است. آگاهي از تعداد باكتري‌ها، راهي براي تشخيص عدم تأثير ضدعفوني است. يك ضدعفوني مؤثر بدين معنا است كه قبل از اينكه باكتري‌ها بتوانند دوباره در سيستم اسمز معکوس RO رشد و تكثير نمايند، بتوان از سيستم اسمز معکوس RO براي مدت زمان طولاني‌تري بهره‌برداري نمود.
تزريق پيوسته اسيد براستيك جهت پیش تصفیه اسمز معکوس RO لیان تدبیر
تزريق پيوسته اسيد پراستيك به آب خوراك اسمز معکوس RO از نوع غشاي لايه‌ي نازك پلي آميد، روشي متداول است. در چندين مطالعه‌ي موردي (Pilot Study) ، اثبات شده است كه تزريق پيوسته اسيد پراستيك با غلظت كم مي‌تواند گرفتگي بيولوژيكي تجهيزات پايين‌دستي را كاهش دهد. در يك مطالعه‌ي موردي خاص نشان داده شده كه اگر تزريق به صورت پيوسته و با غلظت اندكي بالاتر (mg/lit1 اسيدپراستيك) انجام گيرد، كاهش چشمگيري در تعداد باكتري‌هاي موجود در سيستم اسمز معکوس RO مشاهده خواهد شد.
در يك سيستم اسمز معکوس RO درسان دياگوي ايالت كاليفرنيا، طي يك هفته ، 30% از آب محصول كاهش پيدا كرد. اسمز معکوس RO در پايين دست فيلترهاي كربن فعال قرار داشت كه تعداد بيشماري باكتري توسط اين فيلترها وارد آب خوراك مي‌شد. تعداد باكتري‌هاي مهاجر بالغ بر چندين هزار عدد در يك ميلي‌متر بودند. هر هفته، هنگامي كه PH آب خوراك به مدت 30دقيقه تا 3 كاهش يافت دبي آب به طور موقت به ميزان اوليه مي‌رسيد.
زماني كه سيستم اسمز معکوس RO در سرويس است، اسيد پراستيك با غلظت ppm4/0 (درحضور ppm2 پراكسيد هيدروژن) به آب خوراك تزريق مي‌شود. اگرچه با تزريق اسيد، كاهش قابل توجهي در شمار باكتري‌ها مشاهده نمي‌شد، ولي روند كاهش آب محصول متوقف نمي‌شود. بعد از گذشت دو ماه، دبي آب محصول ثابت مي‌ماند. اگر تزريق اسيد پراستيك قطع شود، مانند گذشته، كاهش دبي آب محصول شروع مي‌شود. در طول مدت آزمايش، ميزان دفع املاح توسط غشا هيچ‌گونه تغييري نداشته است.
در فُنيكس واقع در ايالت آريزونا، يك سختي‌گير آب در پايين دست كربن فيلتر قرار دارد و به دليل گرفتگي بيولوژيكي سنگين بايد زودتر از حدّ موعد احيا شود. اسيد پراستيك با غلظت بين 6/0 تا Ppm1 در بالادست سختي‌گير تزريق مي‌شود. اين كار موجب جلوگيري از اُفت فشار در سختي‌گير مي‌شود و در نتيجه، زمان در سرويس بودن آن را قبل از احياء افزايش مي‌دهد. هنگام شستشوي معكوس سختي‌گير، هيچ چيزي مبني بر وجود لايه‌ي بيولوژيكي مشاهده نشده است. اين آزمايش، 8 ماه ادامه داشت و در طول اين مدت، تأثيرات اُكسيد كنندگي مشاهده نشد.
مركز دياليز كلّيه واقع در مينه‌سوتا دچار مشكل رشد باكتري در دو سيستم موازي اسمز معکوس RO ، تانكهاي توزيع، شامل بستر تعويض يوني است كه مجهز به اشعه UV و فيلتراسيون خيلي ريز است.
مطالعه‌ي موردي بعد از ضدعفوني سيستم استاندارد، شروع شده بود. پراستيك اسيد با غلظت ppm1 به آب خوراك تزريق مي‌شد. دو سيستم انتخاب شده‌ي مشخص در پايين دست كربن فيلترهاي فعال شده قرار دارند و اين فيلترها داراي آلودگي بيولوژيكي سنگين هستند. اين فيلترها موجب جاري شدن باكتري‌ها در سيستم مي‌شوند.
اسيد پراستيك قادر به نفوذ از غشاي اسمز معکوس RO مي‌باشد. در فشار عملياتي استاندارد، آب دور ريز فقط به ميزان 15% آب خوراك است. نفوذ اسيدپراستيك در آب محصول اسمز معکوس RO به اين دليل كه اين اسيد از رشد باكتري در سرعتهاي پايين آب محصول جلوگيري مي‌كند، نتيجه مطلوبي را در بردارد.
شكل – سيستم آزمايشگاهي اسمز معكوس كه از تزريق پيوسته اسيد پراستيك استفاده مي‌كند.
به هرحال، وجود اسيدپراستيك اضافي، پراكسيد هيدروژن و اجزاي اسيداستيك در آبي كه براي دياليز مورد استفاده قرار مي‌گيرد، مفيد نيست. اين مواد در بسترهاي مختلط به راحتي توسط رزين‌هاي تبادل يوني حذف مي‌شوند. تجهيزات دياليز براي آزمايش انتخاب شده است، زيرا سيستم تصفيه آن شامل يك بستر تبادل يوني مختلط است.
تأثير اكسيد كننده‌ها برروي رزين آنيوني در دراز مدت نامشخص است. اسيدپراستيك و پراكسيد هيدروژن، تأثير چنداني بركارآيي بسترهاي تعويض يوني در طول زمان آزمايش ندارند.
تعداد باكتري‌هاي هتروتروفيك در آب دورريز اسمز معکوس RO با تزريق اسيد پراستيك در آب خوراك از TNTC تا صفر (در 100 ميلي‌ليتر)، يا نزديك به صفر كاهش مي‌يابد. متعاقب آن، تعداد باكتري‌هاي موجود در آب محصول نيز به صفر مي‌رسد. اين، فقط براي مدت يك ماه و نيم است. بعد از اين زمان، تعداد باكتري‌هاي موجود در آب دور ريز، همراه با كاهش زمان كاركرد، افزايش مي‌يابد. فشار پايين آب خوراك موجب توقف واحد مي‌شود. در سرويس نبودن سيستم به دليل افزايش فعاليت بيولوژيكي علي‌رغم وجود اسيدپراستيك واقعيتي است كه اتفاق مي‌افتد.
مشخص شده است كه در حين تزريق اسيدپراستيك، وجود بخارات پراكسيد هيدروژن در محلول تغليظ شده (دورريز)، اغلب موجب آسيب ديدن ديافراگم پمپ تزريق مي‌شود.اين مسئله، حتي زماني كه جريان ورودي به پمپ دچار تلاطم شود، اتفاق خواهد افتاد. پمپهاي گريز از مركز (پري استالتيك) قادر به پمپ كردن محلولهاي اسيد پراستيك/پراكسيد هيدروژن هستند. اين پمپ‌ها كمي گرانتر از پمپهاي سولنوييدي (نوعي پمپ ديافراگمي كه ديافراگم آن توسط سولنوييد جابجا مي‌شود) هستند.
پراكسيد هيدروژن/اسيدپراستيك اگر در آب خوراك وجود داشته باشد، با عوامل احيا كننده شيميايي واكنش خواهند داد. در صورتي كه به منظور كلرزدايي يا حذف كلرآمين در بالادست سيستم اسمز معکوس RO عوامل احيا كننده تزريق شود، پراكسيد هيدروژن/ اسيد پراستيك غليظ‌تري مورد نياز است.