دستگاه آب شیرین کن صنعتی (تصفیه آب صنعتی)

آب شیرین کن صنعتی یا دستگاه تصفیه آب صنعتی دستگاهی است که آب با شوری و TDS بالا را به عنوان آب تغذیه دریافت می‌کند و با استفاده از تکنولوژی اسمز معکوس، آب شیرین تولید می کند. با توجه به این که فناوری به‎ کار رفته در این دستگاه‌ها اسمز معکوس یا RO می باشد، به آن‌ها پکیج اسمز معکوس یا پکیج RO نیز گفته می‌شود. آب شیرین‌کن‌های صنعتی می‌‌توانند آب‌های مختلفی نظیر آب شور دریا و آب های لب‌شور را به عنوان آب ورودی دریافت کنند اما در ایران عمدتا منظور از آب شیرین کن صنعتی، آب شیرین‌کن هایی هستند که آب تغذیه آن‌ها، آب های لب شور است و آب شیرین کن هایی که با آب شور دریا فعالیت می‌کنند با نام آب شیرین کن های دریایی معروف شده‌اند. آب شیرین کن های صنعتی همانگونه که از نامشان پیدا است برای تصفیه آب در ابعاد متوسط تا بزرگ و صنایع مختلف مانند صنایع غذایی و آشامیدنی، صنایع دارویی، صنایع دامداری، صنایع کشاورزی و گلخانه ها، مرغداری‌ها، بیمارستان‌ها و آزمایشگاه‌ها، برج های خنک کننده، صنایع نفت و گاز، صنایع آرایشی و بهداشتی، نیروگاه‌ها و ... به کار برده می‌شوند. لازم به ذکر است که آب شیرین کن‌های صنعتی عمدتا برای تصفیه آب هایی با TDS حداکثر 10000 میلی‌گرم بر لیتر و فشار عملیاتی 28 بار طراحی می‌شوند و در این دستگاه‌ها از ممبران‌های Brackish Water استفاده می‌شود.

آب تغذیه دستگاه آب شیرین کن‌ صنعتی

آب شیرین کن های صنعتی عمدتا، آب‌های لب شور را به عنوان آب تغذیه یا آب ورودی دریافت می‌کنند. آب‌های لب شور اغلب آب های زیر زمینی هستند، این آب‌های زیرزمینی عمدتا شامل آبخوان‌های شور طبیعی یا آب‌های زیرزمینی که در اثر نفوذ دریا یا عوامل انسانی مانند استفاده بیش از حد و آبیاری، به آب‌های لب شور تبدیل شده‌اند، می‌باشند. آب‌های لب شور سطحی کمتر مرسوم هستند اما می‌توانند به صورت طبیعی یا در اثر فعالیت‌های انسانی ایجاد شوند. آب‌های لب شور عمدتا TDS هایی در محدوده 1000 تا 10000 میلی‌گرم بر لیتر دارند و مقادیر کربن آلی و آلاینده‌های کلوییدی و معلق آن‌ها کم می‌باشد. البته لازم به ذکر است که برخی آلاینده‌های موجود در آب‌های لب شور مانند بور و سیلیس در منابع مختلف غلظت‌های بسیار متنوعی دارند. نکته مهم در بهینه سازی و استفاده از آب شیرین کن‌های صنعتی آنالیز و شناسایی دقیق آب ورودی است.

آلاینده‌های موجود در آب تغذیه آب شیرین کن‌ صنعتی

یکی از آلاینده‌های موجود در آب‌های لب شور بور می باشد. با توجه به این که میزان دفع بور در آب شیرین کن های صنعتی در عمل در حدود 10 تا 15 درصد می‌باشد. عمدتا برای حذف آن باید از راهکارهای دیگری مانند تبادل یونی‌های مخصوص بور استفاده ‌شود. در برخی منابع آبی به دلیل وقایع طبیعی یا دخالت‌های انسانی، آلودگی‌های دیگری نیز وجود دارد. برای نمونه در برخی از منابع آب زیرزمینی لب شور آلاینده‌هایی مانند رادیونوکلئیدها و فلوراید وجود دارند. در منابع آبی که تحت تاثیر انسان‌ها هستند نیز به طور مصنوعی مقادیر نیترات ها (کودهای شیمیایی)، سموم دفع آفات، آرسنیک و ... افزایش یافته‌است. این آلاینده ها در پساب تغلیظ شده RO باقی می مانند، بنابراین باید این جریان تغلیظ شده پیش از دفع تصفیه شود. حضور برخی آلاینده ها در آب تغذیه، تعیین کننده روش دفع جریان تغلیظ شده می‌باشد.

رسوب گذاری در ممبران‌های آب شیرین کن صنعتی

مشکل اصلی در آب شیرین کن های صنعتی رسوب نمک و پوسته پوسته شدن ممبران‌ها است. غلظت های بالای کلسیم، کربنات و سولفات همراه با نرخ‌های بازیابی بیشتر منجر به رسوب گذاری بیشتر کلسیم سولفات و کربنات می شود، این رسوبات عمده ترین نگرانی ها در عملکرد و نگهداری آب شیرین‌کن های لب شور صنعتی محسوب می‌شوند. البته نمک‌های بسیار دیگری نیز مانند باریوم سولفات، استرانسیوم سولفات، سیلیس و ... به دلیل انحلال پذیری کم می‌توانند باعث ایجاد رسوب و کاهش نرخ بازیابی ممبران گردند.
برای جلوگیری از ایجاد رسوبات در سطح ممبران‌های اسمزمعکوسِ آب شیرین‌کن‌های صنعتی از مواد شیمیایی به نام آنتی اسکالانت استفاده می‌شود. رسوب گذاری بر سطح ممبران چندین مرحله دارد و آنتی اسکالانت ها با مداخله در یکی از این مراحل از ایجاد رسوبات جلوگیری می‌کنند. نکته مهم در کاربرد آنتی‌اسکالانت‌ها این است که از آن ها می‌توان در غلظت‌های نسبتا کم (کمتر از 10 میلی‌گرم بر لیتر) استفاده کرد، درحالی که غلظت استوکیومتری یون‌ها بالاتر می‌باشد. آنتی اسکالانت‌ها را به آب تغذیه و پیش از ورود آن‌ به ممبران تزریق می‌کنند. البته باید توجه داشت که غلظت‌های بالای آنتی اسکالانت خود می‌توانند باعث گرفتگی ممبران شوند. به طور معمول غلظت تزریق آنتی اسکالانت‌ها به آب تغذیه از 35 میلی‌گرم بر لیتر تجاوز نمی‌کند و عموما کمتر از 10 میلی‌گرم بر لیتر است.

محدوده معمول پارامترهای عملکردی در آب شیرین کن صنعتی

در جدول زیر محدوده معمول پارامترهای عملکردی در آب شیرین کن های صنعتی که از آب‌های لب شور زیرزمینی به عنوان آب تغذیه استفاده می‌کنند، نمایش داده شده است.

طراحی آب شیرین کن صنعتی

به طور معمول آب شیرین‌کن‌های صنعتی لب شور در مقایسه یا آب شیرین‌کن‌های دریایی ظرفیت تولید کمتری دارند، اما تعداد واحدهای آب شیرین کن لب شور صنعتی درحال فعالیت از تعداد آب شیرین‌کن‌های دریایی فعال موجود در دنیا بیشتر می‌باشد. آب تغذیه ممبران‌های صنعتی عمدتا آب‌های لب شور زیرزمینی هستند، بنابراین نرخ جریان آن‌ها کمتر از برداشت مستقیم از دریا است. بسیاری از واحدهای آب شیرین کن صنعتی لب شور در حدود 500 تا 10000 مترمکعب بر روز آب تصفیه شده تولید می کنند.
اصول پایه طراحی یک سیستم آب شیرین کن صنعتی با آب شیرین کن دریایی متفاوت است. در آب شیرین کن های صنعتی با آب تغذیه لب شور، آب تغلیظ شده از مرحله اول به عنوان آب تغذیه وارد مرحله دوم می‌شود. این درحالی است که در آب شیرین کن های دریایی، آب تصفیه شده خروجی از ممبران اول به عنوان آب تغذیه وارد مرحله دوم می شود. این تفاوت اصلی در طراحی به علت TDS های کمتر آب‌های لب شور نسبت به آب دریا است که در نتیجه‌ی آن سیستم‌های آب شیرین کن صنعتی نرخ های بازیابی بالاتری دارند. دستگاه های آب شیرین‌کن‌ صنعتی لب شور اغلب دارای دو مرحله هستند و هر مرحله در حدود 50 تا 60 درصد نرخ بازیابی دارد که در مجموع نرخ ریکاوری کل سیستم 70 تا 85 درصد می‌شود. در برخی موارد برای دستیابی به نرخ‌های بازیابی بالاتر یا حذف برخی آلاینده‌های خاص مانند بور ممکن است که مرحله سوم نیز وجود داشته باشد. علاوه بر تعداد مراحل، نکته مهم در طراحی آب شیرین کن های دریایی انتخاب روش مناسب دفع جریان تغلیظ شده می‌باشد.

پیش تصفیه آب ‌شیرین‌کن‌ صنعتی

هدف اولیه و اصلی پیش تصفیه در تمامی آب شیرین کن ها، کاهش تمایل آب به رسوب گذاری در ممبران ها می باشد. منابع آب سطحی در مقایسه با منابع آب زیرزمینی تمایل بیشتری به رسوب گذاری دارند، درنتیجه به پیش تصفیه های گسترده تری نیاز دارند. با توجه به این که آب شیرین کن های صنعتی عمدتا از آب‌های زیرزمینی لب شور استفاده می کنند، نسبت به آب شیرین کن های دریایی به پیش تصفیه کمتری نیاز دارند. البته در این واحدهای شیرین سازی آب به طور مرسوم و همانند آب شیرین کن های دریایی پیش تصفیه هایی نظیر افزودن اسید، افزودن منعقد کننده/ لخته کننده، بستر فیلتراسیون، فیلترهای کارتریج و استفاده از ممبران‌هایی با منافذ بزرگتر مانند UF ،MF و NF به کار برده می‌شود. توضیحات کامل در رابطه با هرکدام از این پیش تصفیه ها در بخش آب شیرین کن های دریایی ارائه شده است.

تصفیه تکمیلی آب تصفیه شده در آب شیرین کن صنعتی 

آب تصفیه شده توسط آب شیرین کن های صنعتی همانند آب شیرین کن های دریایی دارای مقادیر بسیار کم کلسیم و بی کربنات (قلیاییت) است؛ بنابراین قبل از توزیع آب، این دو ترکیب باید به آب افزوده شود. بدین منظور در آب شیرین کن های لب شور صنعتی در اغلب موارد بخشی از آب تغذیه را با آب تصفیه شده ترکیب می‌کنند تا میزان سختی و قلیاییت آن به حد استاندارد برسد، سپس با استفاده از سود سوزآور pH را تنظیم می کنند. در صورتی که آب تغذیه کیفیت مناسبی نداشته باشد و نتوان آن را با آب تصفیه شده ترکیب کرد، از آهک برای افزایش قلیاییت استفاده می‌شود. در نهایت نیز پیش از توزیع آب تصفیه شده آن را ضدعفونی و گندزدایی می کنند.

کاربردهای آب شیرین کن صنعتی

آب شیرین کن های صنعتی کاربردهای بسیار متنوعی دارند که از جمله آن ها می توان به موارد زیر اشاره کرد:
• تصفیه و تولید آب سالم آشامیدنی از آب های شور و لب شور
• تهیه و تصفیه آب صنعتی با خلوص بالا جهت مصرف در بویلرها، برج های خنک کننده و سیستم های حرارتی و برودتی
• تهیه آب USP جهت مصارف پزشکی و صنایع داروسازی
• تهیه آب مورد مصرف در صنایع شیمیایی، نفت، گاز، پتروشیمی، نیروگاه‌ها، کارخانجات فولاد و سیمان
• تصفیه آب صنایع غذایی، نوشیدنی، آرایشی و بهداشتی، دامداری‌ها، مرغداری‌ها، کشاورزی و گلخانه ها
• تصفیه نهایی پساب های صنعتی

مزایای استفاده از دستگاه آب شیرین‌کن‌ صنعتی

استفاده از آب شیرین‌کن های صنعتی جهت تولید آب شیرین نسبت به سایر روش ها مزایای بسیاری دارد که از جمله‌ ی آن ها می توان به موارد زیر اشاره کرد:
• اقتصادی بودن سیستم اسمز معکوس نسبت به سایر روش‌ها
• حذف جامدات محلول و فلزات سنگین از آب
• راهبری آسان و کاهش هزینه‌های تعمیرات و نگهداری
• امکان کار مداوم و عدم نیاز به توقف های ادواری
• مصرف انرژی کم
• حذف تمامی آلاینده‌های آلی، غیر آلی و میکروبی از آب
• سازگار با محیط زیست

قیمت و خرید آب شیرین صنعتی

مهم ترین نکته در تفاوت قیمت دستگاه آب شیرین کن صنعتی و آب شیرین کن های دریایی تفاوت در انرژی الکتریکی موردنیاز می باشد. دستگاه آب شیرین کن صنعتی آب شور برای تولید آب تصفیه شده به فشار هیدرواستاتیک کمتری نیاز دارند زیرا میزان نمک ها در آب تغذیه آن ها کمتر است. هزینه برق مصرفی یک دستگاه آب شیرین کن صنعتی مرسوم تنها 11 درصد از کل هزینه‌ها می باشد در حالی که میزان برق مصرفی در آب شیرین کن های دریایی حدود 44 درصد از کل هزینه ها را شامل میشود. در آب شیرین کن های صنعتی هزینه عمده، هزینه های ثابت شامل استهلاک سرمایه و بیمه هستند (54 درصد). با توجه به اینکه هزینه برق مصرفی در این آب شیرین کن ها کمتر می باشد، تاثیر سایر پارامترها بر هزینه ها افزایش می یابد، به طوری که هزینه‌های نگهداری 9 درصد، تعویض ممبران 7 درصد، نیروی کار 9 درصد و هزینه مواد شیمیایی مصرفی 10 درصد است. البته باید توجه داشت یک هزینه بسیار مهم و بزرگ در آب شیرین کن های صنعتی، هزینه‌ی سیستم های دفع جریان تغلیظ شده می باشد.