پیش تصفیه دستگاه آب شیرین کن با روش RO

پیش تصفیه دستگاه آب شیرین کن با روش RO: به طور طبیعی سیلیس محلول (SiO₂) در اکثر آبهای خوراکی در محدوده ۱-۱۰۰ میلی گرم بر لیتر موجود است. متداول ترین شکل های سیلیس، اسیدهای متاسیلیسیک بصورت  (H₂SiO₃)_n با  مقادیر پایین  n هستند. از آنجایی که اسید سیلیسیک نوعی اسید ضعیف است، بیشتر به شکل غیرمتمرکز تحت pH پایین یا خنثی موجود می باشد. اسید سیلیسیک سوپر اشباع می تواند به شکل سیلیس کلوئیدی یا سیلیکاژل غیرحلال ترکیب شود و در نتیجه باعث رسوب گرفتگی ممبرین ها در دستگاه آب شیرین به روش اسمزمعکوس – سیستم های تصفیه آب به روش RO می گردد.

پیش تصفیه دستگاه آب شیرین کن با روش RO

حداکثر غلظت مجاز  SiO₂ در جریان کنسانتره براساس میزان حلالیت SiO₂  برای طراحی سیستم تصفیه آب – آب شیرین کن به روش اسمز معکوس – RO تعیین می گردد .

پتانسیل رسوب گرفتگی جریان کنسانتره کاملا متفاوت از محلول خوراک می باشد. علت آن, افزایش غلظت SiO₂ و تغییر pH است. این را می توان از تجزیه و تحلیل آب خوراک و پارامترهای اجرایی در طراحی سیستم تصفیه آب – آب شیرین کن به روش اسمز معکوس – RO محاسبه نمود.

سیلیکات های نامحلول

همانطور که pH به محدوده بالاتر از خنثی می رسد، اسید سیلیسیم به آنیون سیلیکات (SiO₃2-)n^– تجزیه می شود. این می تواند با کلسیم، منیزیم، آهن، منگنز یا آلومینیوم واکنش دهد تا سیلیکات های نامحلول را تشکیل دهد.

قبلا نشان دادیم که آلومینیوم جزو قوی ترین رسوب کننده اسید سیلیسیک در سیستم تصفیه آب – آب شیرین کن به روش اسمز معکوس – RO است,  و ایجاد رسوب سیلیکا بیشتر با تشکیل آلومینیوم یا آهن رابطه ای مستقیم دارد .  گزارش شده است هنگامی که Al³⁺  و Fe³⁺  هر دو در آب قبل از تصفیه  وجود دارند، سیلیس حتی در شرایط پایین تر از سطح اشباع خود, می تواند  در سیستم تصفیه آب – آب شیرین کن به روش اسمز معکوس – RO تشکیل رسوب دهد.  بنابراین، هر دو نمک های Al³⁺  و Fe³⁺ باید در آب خوراک,  کمتر از ۰٫۰۵ میلی گرم در لیتر باشند، حتی اگر سطح سیلیس کمتر از حد اشباع باشد.

از آنجاییکه نمک های Al³⁺  و Fe³⁺ برای انعقاد در مصارف صنعتی شهری و سایر پروسه های صنعتی مورد استفاده قرار می گیرند، اندازه گیری های مکرر و دقیق این یون ها ضروری است، حتی اگر خود آب تغذیه حاوی مقادیر زیاد یون های آلومینیوم و آهن نباشد. جرم گرفتگی حاصل از سیلیکات های فلزی ممکن است به دلیل وجود یک واکنش شیمیایی و  یا فرایند رسوب گرفتگی و همچنین از طریق جرم گرفتگی کلوئیدی حاصل از ذرات زیرمیکرون وارد سیستم ممبرین شود.

اسیدی شدن آب خوراک

اسیدی شدن آب خوراک و پاک سازی پیشگیرانه اسید از جمله اقداماتی است که می توان در موارد وجود احتمالی(پتانسیل) رسوب سیلیس فلزی انجام داد. اگر سیلیس کلوئیدی و سیلیکاتها در آب خوراک وجود داشته باشند، یک فرآیند فلوکولاسیون / فیلتراسیون و یا یک پیش فیلتر ریز (۱ میکرومتر یا کمتر) باید انتخاب شود.

پتانسیل رسوب گرفتگی سیلیس محلول (اسید سیلیسیم) در غیاب کاتیون های فلزی سه گانه می تواند به صورت زیر محاسبه شود. این محاسبه نیاز به اطلاعات زیر برای محلول خوراک (پس از اضافه کردن اسید، اگر اسید برای کنترل کربنات کلسیم استفاده می شود) دارد:

• غلظت SiO₂
• درجه حرارت
• pH
• قلیایی کل

محاسبات

1. غلظت SiO₂ در جریان کنسانتره از طریق غلظت SiO₂ در محلول خوراک و بازیابی سیستم اسمز معکوس محاسبه می شود:

که در آن:

SiO_2c = غلظت سیلیس در کنسانتره به عنوان SiO²، mg / L

SiO_2f = غلظت سیلیس در خوراک به عنوان SiO₂، mg / L

Y = بازیابی سیستم اسمز معکوس، به صورت دسیمال بیان شده است

6. pH جریان کنسانتره را از طریق pH جریان خوراک را محاسبه نمایید.
7. حلالیت SiO₂ را به عنوان تابع دما (دمای SiO₂) بدست آورید. فرض می شود دمای کنسانتره برابر با دمای محلول خوراک می باشد. اگر معلوم گردد دمای آب متغیر است، می بایست از حداقل دمای محاسبات استفاده گردد.
8. فاکتور اصلاحی pH را برای pH محاسبه شده در مرحله ۲ بدست آوید.
9. حلالیت SiO₂ اصلاح شده برای pH (SiO_2cor) را از طریق ضرب کردن حلالیت SiO₂ (به دست آمده در مرحله ۳) در فاکتور اصلاحی pH (حاصل از مرحله ۴) محاسبه نمایید.
10. غلظت سیلیس موجود در کنسانتره (SiO_2c) حاصل از مرحله ۱ را با حلالیت سیلیکا (SiO_2corr) بدست آمده در مرحله ۵ مقایسه نمایید. هنگامی که سیستم تصفیه آب به روش اسمز معکوس (RO) در حال اجرا می باشد، پتانسیل رسوب گرفتگی SiO₂ را می توان مستقیما” از طریق آنالیز جریان کنسانتره محاسبه نمود و با پتانسیل رسوب گرفتگی مورد نظر (تعیین شده در پروژه) که در بالا محاسبه شده است مقایسه کرد. اگر SiO_2c بیشتر از SiO_2corr باشد، رسوب سیلیکا می تواند رخ دهد و تنظیم PH لازم و ضروری می گردد.

تنظیمات برای کنترل رسوب

 اگر SiO_2c کمتر از SiO_2corr باشد، با توجه به رسوب گرفتگی سیلیس، نیاز به بازیابی (ریکاوری) بالا تر می باشد. تکرار محاسبات در بازیابی بالاتر می تواند صورت گیرد تا بتوان حداکثر تبدیل و تغییر را با توجه به رسوب سیلیکا تعیین نمود .

• اگر SiO_2c بیشتر از SiO_2corr باشد، برای جلوگیری از رسوب گرفتگی ، باید از بازیابی پایین تر استفاده کرد. تکرار محاسبات می تواند برای تعیین بازیابی مجاز با توجه به سوب گرفتگی سیلیکا استفاده شود.
• اگر ماکزیمم ریکاوری مجاز از حد مطلوب کمتر باشد، میتوان از سختی گیری با استفاده از مخلوط آهک و خاکستر سودا (کربنات سدیم) که در آن اکسید منیزیم یا آلومینات سدیم بکار برده می شود، در سیستم پیش تصفیه بکار گرفته شود تا بتوان غلظت SiO₂ را در جریان خوراک کاهش داد  و در نتیجه تبدیل بالاتر با توجه به رسوب سیلیکا ایجاد می گردد. مهم این است که فرایند سختی گیری به درستی انجام شود تا از تشکیل سیلیکات های فلزی غیر محلول در سیستم اسمز معکوس جلوگیری شود.
• از آنجاییکه محلول پذیری سیلیکا (سیلیس) در pH پایین تر از ۷ یا بالاتر از ۷٫۸ افزایش می یابد, تنظیم pH   با اسید یا باز می تواند باعث بازیابی بالاتر در در حالت رسوب سیلیس گردد. با این حال، برای pH بالا، باید از تشکیل رسوب CaCO₃  جلوگیری نمود.
• بالا بردن دمای آب با استفاده از مبدل حرارتی می تواند ماکزیمم بازیابی مجاز برای رسوب گرفتگی سیلیکا را به طور قابل توجهی افزایش دهد، حداکثر درجه حرارت مجاز برای استفاده مداوم ۴۵ درجه سانتیگراد است.
• مهار کننده های رسوب مانند پلی آکریلات های با وزن مولکولی بالا می تواند برای افزایش محلول سیلیس نیز استفاده شوند.