فیلتراسیون نهایی آب خالص

 

آب خالص و استفاده از اسمز معکوس برای فیلتراسیون نهایی

از زمانی که اسمزمعکوس به عنوان بهترین سیستم جداسازی نمکهای محلول شناخته شد توانایی آن در حذف ذرات ریز کل کربن آلی (TOC) نیز به خوبی به اثبات رسید. این توانایی موجب شده که RO به عنوان سیستم فیلتراسیون نهایی در واحدهای تولید آب خالص مورد توجه قرار گیرد. به عنوان مثال، بعضی اوقات از این سیستم در کارخانه های تولید نیمه هادیها جهت تولید آب بسیار خالص استفاده می شود.

ساخت نیمه هادیها، اساساُ یک فرآیند شیمیایی است که به موجب آن لایه های رسانایی ریز و سطوح نسبتاُ رسانا در ورقه های نیمه رسانا تیزآب میشوند. آب خالص، جهت شستشوی مواد  شیمیایی باقیمانده و آلودگیهای ناچیز از لایه های نازک نیمه هادیها مورد استفاده قرار میگیرد.

خطرات ذرات ریز در آب و استفاده از اسمز معکوس

حتی اگر آب، دارای غلظت ناچیزی از آلودگی باشد، ممکن است خطرات زیادی را به همراه داشته باشد.ذرات ریز موجب معیوب شدن لایه های نازک نیمه رسناها می شوند و نیز کل کربن آلی (TOC) موجب می شود فعالیت بیولوژِیکی در سیستمهای آب ادامه یابد.

ذرات ریز و کل کربن آلی توسط منابع تامین آب وارد سیستم های تصفیه آب با خلوص بالا می شوند. گزارش های رسیده، حاکی از آن است که ریپزینهای تبادل یونی، سهم عمده ا ی در میزان آلودگی TOC در سیستم های تولید آب بسیار خالص دارند. در فیلتراسیون نهایی آب خالص، لازم است ذرات ریز و TOC که هر دو در سیستم های بالادست به وجود آمده اند یا توسط آنها وارد جریان آب شده اند، از آب حذف شوند.

سیستم اسمز معکوس در فیلترهای فشنگی

فیلترهای فشنگی قابل تعویض، ابتداییترین وسیله جهت فیلتر کردن ذرات ریز از آب خالص هستند که توسط صنایع نیمه هادی مورد استفاده قرار میگیرد. به عنوان نمونه ، در ساختمان این فیلترها، لایه های غشای مسطح  با سوراخ های بسیار ریز مورد استفاده قرار میگیرند و آب با فشار به داخل منافذ فرستاده می شود. برای به حداقل رساندن افت فشار در فیلترها، بهتر است تا حد امکان از لایه های غشای مسطح بیشتری در فیلتر های فشنگی استفاده شود. این کار با تا زدن لایه های غشای مسطح یا ساختن یک پوشش و لفافه غشا ( همچون المنتهای حلزونی) و پیچاندن لفافه در فیلترهای فشنگی قابل انجام است.

پاکثر سیستمهای تصفیه آب ، طوری طراحی شده اند که اختلاف فشار در فیلترهای فشنگی کمتر از ۶ تا ۱۰PSI باشد. حتی زمانی که حداکثر تعداد لایه های سطح غشا در فیلتر های فشنگی گنجانده شوند، ریز بودن منافذ غشا، موجب محدودیت جریان آب می شود، مگر این که افت فشار بیشتر قابل قبول باشد. قطر منافذ فیلترهای فشنگی که در این سیستم ها مورد استفاده قرار میگیرند، حدود ۰٫۱ میکرون است.

ممکن استبعضی از کارخانه های سازنده ی نیمه هادیها از فیلتر هایی استفاده کنند که قطر منافذ آنها بسیار کمتر باشد. به منظور انجام چنین کاری ، این کارخانه ها از یک محفظه ی المنت اضافی که در سیستم به صورت موازی با سایر فیلترها نصب میشود، استفاده می کندد. در این عمل، کاهش جریان موجب کم شدن افت فشار میشودکه با هر ۱۰ اینچ فیلتر معادل، مطابقت دارد.

مقایسه سیستم اسمزمعکوس با فیلتر های فشنگی

( آب خالص ) – اندازه اسمی منافذ در بسیاری از این فیلترها به اندازه واقعی منافذ در غشا بستگی ندارد،

بلکه بیشتر به توانایی فیلتر در حذف باکتریها به اندازه مشخی وابسته است. در حقیقت،مرسوم است که اندازه ی واقعی منافذ، ۵ برابر بزرگتر از اندازه ی کارخانه ی سازنده در نظر گرفته شود. به خاطر عمیق بودن غشا و پیچ و خم دار بودن مسیر آب در میان لایه ی غشا، فیلتر قادر به تفکیک باکتریها و ذرات بسیار ریز است.

سیستم اسمزمعکوس در مقایسه با فیلترهای فشنگی با منافذ  بسیار ریز در تفکیک ذرات بسیار کوچک، توانایی بیشتری دارد.

به خاطر فاصله ی زیاد منافذ فیزیکی از یکدیگر دراًسمزمعکوس،

قادر به تفکیک ذرات با اندازه کوچکتر از ۰٫۱ میکرون است.

این عمل به سیستم اسمزمعکوس امکان می دهد آلوده کننده های ریز و مهم

که دراکثر سیستمهای آب با خلوط بالای DI مشترک هستند، حذف شوند. این ذرات به عنوان مثال ، شامل ذرات سیلیس که توسط بسترهای تبادل یونی تولید میشوند،

ذراتی که توسط پمپ و شیرآلات وارد حریان آب مشوند و

نیز ذرات فولاد زنگ نزن که توسط پمپهای فولاد زنگ نزن وارد آب می شوند، هستند.

اسمزمعکوس، قادر به جلوگیری از انتشار آلودگی در سیستم های تصفیه ی آب با خلوص بالا است. توانایی این سیستم در حذف TOC و ذرات نسبتاُ ریز، مستقل از غلظت آنها در آب خوراک RO است.

این سیستم همچنین درصد زیادی از آلودگیهای سونی

مخصوصاُ ذرات بسیارریز فلزی که ممکن است

از تجهیزات بالا دست جدا شده باشد، را حذف می کند.

بنابراین، سیستم فیلتراسیون نهایی RO به عنوان یک ضریب اطمینان عالی در برابر مشکلات احتمالی که ممکن است توسط تجهیزات بالادست به وجود بیایند، عمل میکند.

 

فیلترهای فشنگی در فیلتراسیون تصفیه آب

فیلترهای فشنگی، قادر به تفکیک آلودیگهای یونی نیستند

و در کاهش TOC در سیستم های آب با خلوص بالای DI اثری ندارند.

در حقیقت، بسیاری از فیلترهای فشنگی، تمایل به عبور آلودگیهای آلی دارند،

خصوصاُ زمانی که برای اولین بار در سرویس قرار می گیرند.

محدودیت فیلتراسیون هر غشای ریز از هر نوع که باشد با توانایی آن در عبور آب مشخص میشود.

هر قدر که منافذ میکرونی ریزتر باشد،

عبور آب از این منافذ سخت تر است، مگر این که غشا نسبت به آب، جاذب باشد. این نوع غشاها هیدروفیل نامیده میشوند که به معنای آب دوست است.

ساختمان شیمیایی این نوع غشاها معمولاُ از گروه های قطبی تشکیل شده است

که دارای قدرت حذب طبیعی آب بوده، از نظر شیمیایی نیز قطبی هستند. غشاهای نایلونی (غشا از نوع پایه پلی اَمیدی) و سلولز استات مثالهایی از این نوع است.

کارآیی غشای هیدروفیل در فیلتراسیون تصفیه آب زلال

کاراآیی غشای هیدروفیل به پایداری اش وابسته است.

به خاطر جذب آب خالص توسط آنها، ممکن است،

پبعضی از آنها با گذشت زمان در داخل آب DI  تجزیه شوند که پیامد آن ،

ورود گروههای آلی به درون آب DI است. بنابراین ، منبع ناچیزی از آلودگی ناشی از مواد آلی است. بعضی اوقات، همین تجزیه کافی است تا به طور عمده در توانایی حذف ذرات ریز توسط سیستم

با توجه به اندازه ی منافذ میکرونی موجود در فیلتر تاثیر منفی بگذارد.

بسیاری از فیلترهای فشنگی ازغشاهای پایداتر استفاده میکنند. این غشاهاهیدروفوب و دفع آب هستند، بدین معنا که دافع آب می باشند. پلی سلوفانها،  پلی کربناتهاو تفلونها، مثالهایی از این نوع هستند. به منظور مرطوب نگه داشتن منافذ غشاهای هیدروفوب، استفاده از یک عامل رطوبت زا مورد نیاز است. این عوامل رطوبت زا به خوبی قادرند به غشا جذب شوند. بنابراین، عوامل فوق به عنوان یک روان کننده منفذ عمل میکنند

و به آب اجازه می دهند از میان منفذ غشا عبور کند.