روش‌های تصفیه آب صنعتی چیست؟

مهم ترین روش‌های تصفیه آب صنعتی

بعد از انجام مراحل پیش‌تصفیه، آب وارد مراحل اصلی تصفیه می‌شود. انتخاب روش مناسب بستگی به کیفیت آب ورودی و نیازهای نهایی صنعت دارد. در ادامه مهم‌ترین روش‌های تصفیه آب صنعتی را معرفی و شرح می‌دهیم.

فیلتر شنی (Sand Filter)

در این فیلتر، آب از روی بستر چندلایه‌ای از ذرات دانه ای (شن، ماسه و سیلیس) عبور می‌کند. لایه‌های مختلف با دانه‌بندی متفاوت کمک می‌کنند تا ذرات معلق، گل‌ولای تا  قطر ۵۰ میکرون به‌خوبی گرفته شوند. جنس بدنه فیلتر شنی معمولا فولاد، استیل و یا فایبرگلاس میباشد. این فیلتر نیاز به شست‌وشوی معکوس (backwash) دوره‌ای دارد.

کاربردهای فیلتر شنی:

• پیش تصفیه آب
• تصفیه آب های زیرزمینی
• تصفیه آب استخرها و استخرهای پرورش ماهی

فیلتر کربنی (Carbon Filter)

از فیلتر کربنی برای از بین بردن رنگ، بو، کلر، طعم بد آب، ترکیبات آلی و سایر آلاینده های موجود در آب استفاده میشود. این مرحله علاوه بر بهبود کیفیت ظاهری آب، برای حفاظت از ممبران‌های RO در برابر کلر نیز موثر است. فیلتر کربنی هم باید به‌صورت دوره‌ای احیا یا تعویض شود. برخی مصارف فیلتر کربنی برای تصفیه آب آشامیدنی، تصفیه آب استخر و پیش تصفیه برای RO میباشد.

بیشتر بدانید: کربن فعال چیست؟

میکروفیلترها و فیلترهای کارتریجی

میکروفیلترها یا فیلترهای کارتریجی یکی از اجزای کلیدی در پیش‌تصفیه سیستم‌های اسمز معکوس (RO) هستند. این فیلترها به شکل استوانه‌ای و معمولاً از جنس پلی‌پروپیلن یا الیاف پلی‌استر ساخته می‌شوند و در محفظه‌هایی به نام هوزینگ قرار می‌گیرند. میکروفیلترها با جلوگیری از عبور گل‌ولای، ذرات معلق و ناخالصی‌های فیزیکی، نقش مهمی در محافظت از غشاهای RO و جلوگیری از پدیده فولینگ (گرفتگی غشاء) دارند. بسته به کیفیت آب ورودی و نیاز سیستم، می‌توان از فیلترهایی با اندازه منافذ بین ۱ تا ۱۰۰ میکرون استفاده کرد تا حداکثر راندمان در فرآیند فیلتراسیون حاصل شود.

روش تصفیه اسمز معکوس (Reverse Osmosis – RO)

اسمز معکوس به‌عنوان یکی از متداول ترین و موثر ترین روش‌های تصفیه آب شناخته می‌شود. در این روش، آب با فشار از یک غشای نیمه‌تراوا (فیلتر ممبران) عبور می‌کند و خروجی، آبی خالص و عاری از یون‌ها، باکتری‌ها، ویروس‌ها، آلاینده های شیمیایی و ذرات معلق است. در واقع، فیلتر ممبران فقط اجازه عبور مولکول‌های آب را می‌دهد و بیش از ۹۸ درصد ناخالصی‌های آب توسط این غشا حذف می‌شوند.

روند تصفیه آب به روش اسمز معکوس (RO)

در فرآیند تصفیه آب به روش اسمز معکوس، مراحل به ترتیب زیر انجام می‌شود:

1. پیش‌تصفیه آب
   ابتدا با استفاده از یکی از روش‌های پیش‌تصفیه مانند فیلتر شنی یا کربنی، ذرات معلق درشت، گل‌ولای و آلاینده‌های اولیه موجود در آب حذف می‌شوند.
2. تزریق مواد ضد رسوب (آنتی‌اسکالانت)
   در این مرحله، برای جلوگیری از تشکیل رسوب روی سطح ممبران‌ها، مواد شیمیایی ضد رسوب مانند آنتی‌اسکالانت به آب تزریق می‌شود.
3. فیلتراسیون میکرونی (Micro Filtration)
   جهت جلوگیری از عبور ذرات ریزتر، از فیلترهای میکرونی استفاده می‌شود که می‌توانند ذرات تا قطر 1 میکرون را حذف کنند.
4. افزایش فشار آب با پمپ فشار قوی
   برای عبور آب از غشای نیمه‌تراوای ممبران، نیاز به فشار بالا وجود دارد. بنابراین، از پمپ‌های فشار قوی استفاده می‌شود تا فشار لازم برای عبور آب از ممبران‌ها تأمین شود.
5. فیلتراسیون توسط ممبران‌ها (Membrane)
   ممبران‌ها که قلب سیستم اسمز معکوس هستند، با دقت بسیار بالا (بیش از 98 درصد) املاح و ناخالصی‌های محلول در آب را حذف می‌کنند. این غشاها درون محفظه‌ای به نام پرشروسل (Pressure Vessel) قرار می‌گیرند تا بتوانند فشار بالای سیستم را تحمل کنند.

مزایای اسمز معکوس:

• امکان طراحی و استفاده برای ظرفیت‌ها و حجم‌های مختلف آب.
• قابلیت بازیابی مواد موجود در پساب و استفاده مجدد از آن.
• توانایی تبدیل آب شور دریا به آب شیرین با کیفیت بالا.
• حذف بیش از ۹۸٪ ناخالصی‌های آب از جمله باکتری‌ها، که در روش‌های دیگر کمتر دیده می‌شود.
• به دلیل کیفیت بالای آب تصفیه‌شده، از نظر اقتصادی بسیار مقرون به صرفه است.
• هزینه نصب و نگهداری پایین.
• توانایی جداسازی فلزات سنگین.

اسمز معکوس به دلیل راندمان بالای حذف آلودگی‌ها و هزینه‌های نسبتا مناسب، یکی از محبوب‌ترین روش‌ها در تصفیه آب صنعتی محسوب می‌شود.

میکرو فیلتراسیون، اولترا فیلتراسیون و نانوفیلتراسیون

یکی از مهم‌ترین روش‌های تصفیه آب صنعتی، استفاده از سیستم‌های فیلتراسیون غشایی است که بسته به اندازه منافذ غشا، به سه دسته اصلی تقسیم می‌شوند: میکروفیلتراسیون (MF)، اولترافیلتراسیون (UF) و نانوفیلتراسیون (NF). در این سیستم‌ها، آب تحت فشار از غشاهای نیمه‌تراوا عبور می‌کند و ذرات معلق و ناخالصی‌های مختلف از آن جدا می‌شوند.

1. میکروفیلتراسیون (MF)
   این غشاها دارای منافذی با اندازه 0.1 تا 5 میکرون هستند و برای حذف ذرات درشت، گل‌ولای، باکتری‌ها و جلبک‌ها استفاده می‌شوند. MF بیشتر به‌عنوان پیش‌تصفیه در کنار RO یا UF کاربرد دارد.
2. اولترافیلتراسیون (UF)
    منافذ غشاهای UF کوچکتر (تقریباً 0.01 میکرون) هستند و علاوه بر ذرات معلق، قادر به حذف ویروس‌ها و کدورت نیز می‌باشند. این روش بدون نیاز به مواد شیمیایی، می‌تواند آب با کیفیت بالا برای ورودی سیستم‌های RO تولید کند.
3. نانوفیلتراسیون (NF)
    NF در مرز بین UF و RO قرار دارد. غشاهای آن قادر به حذف بخش بزرگی از نمک‌های چندظرفیتی، ترکیبات آلی، ویروس‌ها، باکتری‌ها و سختی آب هستند. NF بیشتر در مواردی استفاده می‌شود که سختی یا آلاینده‌های آلی در آب زیاد باشند اما حذف کامل نمک‌ها مانند RO نیاز نباشد.

رزین تبادل یونی (Ion Exchange)

رزین‌های تبادل یونی در دستگاه‌های سختی‌گیر آب به‌کار می‌روند و با جذب یون‌های کلسیم و منیزیم و آزادسازی یون‌های سدیم، باعث حذف عوامل سختی آب می‌شوند. این فرآیند موجب نرم شدن آب می‌شود و از خرابی و رسوب‌گذاری در تجهیزات جلوگیری می‌کند. رزین‌های سختی‌گیر پس از این فرآیند قابلیت احیا و استفاده مجدد را دارند.

کاربردهای تبادل یونی:

• تصفیه آب و تصفیه فاضلاب
• صنایع دارویی و تولید محصولات بهداشتی
• پتروشیمی و پالایشگاه‌های نفت و گاز
• صنایع هسته‌ای
• کارخانه‌های کاغذ و مقواسازی
• ایستگاه‌های تولید برق
• صنایع فولاد و نساجی
• صنایع غذایی

• حذف رنگ و فلزات سنگین در فرایند تصفیه آب

استفاده از رزین تبادل یونی در این صنایع باعث افزایش کیفیت آب، کاهش رسوب و خوردگی، و بهبود کارایی تجهیزات می‌شود.

الکترودیونیزاسیون (EDI) و الکترودیالیز معکوس (EDR)

در فرآیندهای پیشرفته تصفیه آب صنعتی، دو روش مؤثر و کاربردی برای تولید آب فوق‌خالص، الکترودیونیزاسیون (EDI) و الکترودیالیز معکوس (EDR) هستند. این دو تکنولوژی با بهره‌گیری از غشاهای یون‌گزین و جریان برق مستقیم، یون‌های محلول در آب را جدا کرده و آب با کیفیت بالا تولید می‌کنند.

 الکترودیونیزاسیون (EDI) چیست؟

روش EDI برای جداسازی ناخالصی‌ها از آب از رزین‌های تبادل یونی استفاده می‌کند و به‌جای مواد شیمیایی، از جریان برق مستقیم برای حذف یون‌های باقی‌مانده بهره می‌برد. این روش معمولاً پس از تصفیه به روش اسمز معکوس به‌کار می‌رود و برای تولید آب با خلوص و کیفیت بالا در صنایعی مانند داروسازی و الکترونیک استفاده می‌شود.

مزایای EDI:

• بدون نیاز به احیا شیمیایی
• تولید پیوسته آب با خلوص بالا
• مصرف انرژی کم
• هزینه نگهداری پایین

کاربردها:
صنایع دارویی، الکترونیک، تولید نیمه‌هادی‌ها، نیروگاه‌ها، و آزمایشگاه‌هایی که نیاز به آب بسیار خالص دارند.

 الکترودیالیز معکوس (EDR) چیست؟

در این روش، با استفاده از غشاهای یونی، عملیات جداسازی ناخالصی‌ها انجام می‌شود و با به‌کارگیری جریان برق معکوس، از ایجاد رسوب و گرفتگی روی غشاها جلوگیری می‌گردد.

مزایای EDR:

• مناسب برای شیرین‌سازی آب شور
• مقاومت بالا در برابر گرفتگی غشا
• طول عمر بالا

کاربردها:
تصفیه آب‌های لب‌شور، بازفرآوری پساب، تصفیه آب صنعتی با TDS بالا، و تولید آب قابل استفاده مجدد در صنایع مختلف.

روش‌های حرارتی

در میان روش‌های صنعتی تصفیه آب شور، استفاده از روش‌های حرارتی همچنان به‌عنوان گزینه‌ای مؤثر برای تولید آب شیرین در حجم بالا شناخته می‌شود. دو روش متداول در این حوزه شامل تقطیر فلش چندمرحله‌ای (MSF) و تقطیر چند اثره (MED) هستند که هر کدام مکانیزم خاص خود را دارند.

MSF (تقطیر چندمرحله‌ای)

در این روش، ابتدا آب وارد مخازن گرم‌کن می‌شود و دمای آن تا حد قابل توجهی افزایش می‌یابد. سپس با کاهش ناگهانی فشار، بخشی از آب به صورت آنی تبخیر می‌شود. بخار حاصل، پس از تماس با سطوح خنک، تقطیر می‌شود و به آب شیرین تبدیل می‌گردد. این فرآیند در چندین مرحله تکرار می‌شود تا حداکثر میزان بازیابی آب حاصل شود.

مزایا

• تولید پایدار در ظرفیت‌های بسیار بالا
• مناسب برای مناطق گرمسیری با منابع انرژی فسیلی یا بخار
• ساختار مقاوم و طول عمر بالا

معایب

• مصرف بالای انرژی گرمایی
• تشکیل رسوب در بخش‌های داخلی دستگاه
• هزینه اولیه و نگهداری نسبتاً بالا

MED (تقطیر چنداثری)

فرآیند MED که تحت عنوان فرآیند تقطیر چند مرحله ای (MED) نیز شناخته می‎شود یکی از روش های تجاری معمول برای تصفیه آب دریـاست. در فرآینـد(MED)عمل تقطیـر در لوله های پی در پی طی مراحل متوالی رخ می دهد، که در طی این فرآیند به طور تصاعدی از میزان فشار کاسته می شود. این فرآیند از این حقیقت استفاده می کند که با کاهش فشار، دمای جوشیدن آن کاهش می یابد.در هریک از مراحل MED آب سرد دریا روی لوله هـای داغ که بخار آب در آن ها جریان دارد اسپری می شود تا جریان بخار در لوله ها متراکم شود و به آب خالص تبدیل شود.

بیرون از لوله ها لایه ای نازک از آب دریـا وجـود دارد، در مرحله بعدی آب از قسمت حذف کننـده رطوبت گذشتـه و قطرات حاوی نمـک باقیمانـده جدا می گردد و این فرآینـد در هر واحد تکراری می شود. آلترنانیرهای دیگری از MED وجود دارند که از لوله های عمودی یا سطوح افقی انتقال  گرما تشکیل شده اند.

مزایا

• مصرف پایین انرژی الکتریکی کمتر از یک کیلو وات ساعت(در هر متر مکعب)در مقایسه با روش های دیگر مثل (MF وRO)
• بهره برداری در دمای پایین(کمتر از 70درجه سانتی گراد)که باعث کاهش رسوبات و خوردگی در سیستم نیز می شود.
• تولید آب با خلوص بالا به طور یکنواخت
• هزینه پایین بهره‌ برداری و تعمیرات و نگهداری
• مناسب برای استفاده ترکیبی در کنار نیروگاه‌های بخار
• قابلیت تطبیق با هر نوع منبع حرارتی برای تولید بخار
• بازدهی حرارتی بالا

معایب

• نیاز به دانش بالا برای طراحی و نصب و نیز هزینه بالای آن
• نیاز به انرژی حرارتی بالا برای تولید بخار در بویلر
• ریکاوری (بازیافت آب) پایین به طوری که همان مقداری که آب تولید می‌شود به همان مقدار نیز آب تغلیظ شده خارج می‌شود.
• این سیستم حداکثر با 80-70 درصد ظرفیت اسمی کار می‌کند.
• در صورت استفاده از سوخت فسیلی مشکل آلایندگی هوا دارد.
• رسوب گرفتگی روی لوله‌ها و تیغه‌های بین افکت‌ها