کاربرد میکسر در صنعت تصفیه و شیرین سازی آب
یکی از حیاتی‌ترین تجهیزات در تصفیه‌خانه‌های آب شیرین شهری و همچنین آب‌شیرین‌کن‌ها، میکسر‌های صنعتی هستند. این میکسرها برای احجام مختلف و نیز کاربرد‌های گوناگون طراحی و عرضه می‌گردند. در این نوشته ابتدا تصفیه آب و انواع آن تعریف می شود و سپس کاربرد های همزن صنعتی در بخش های مختلف با مثال تشریح می گردد.
تصفیه آب (Water Treatment)
تصفیه آب لفظی عام است که در ادبیات عامه مردم به معنای بهبود کیفیت آب به کار می رود. از منظر علمی تصفیه آب عبارت است از:
- حذف املاح نامحلول مانند خاک، ماسه و …
- حذف آلودگی های بیولوژیکی مانند باکتری ها، ویروس ها و …
- اصلاح کمیت های فیزیکی آب مانند سختی و pH
نمک زدایی یا شیرین سازی آب(Desalination )
نمک زدایی به فرایند حذف املاح محلول از آب گفته میشود که بسیار سخت و پر هزینه است. تبخیر- میعان و اسمُزمعکوس مهم ترین روش های مورد استفاده در این فرایند به شمار می آیند.
“ توجه گردد که درعلم شیمی، نمک به پیوند یک فلز و یک نافلز گفته می شود و منظور از نمک، صرفا نمک طعام یا NACL نیست “
فرآیند انعقاد (Flash Mixers & Coagulators)
جداسازی املاح نامحلول از آب، یک فرآیند کلیدی و غیرقابل‌اجتناب در تصفیه و ایضاً شیرین سازی آب است. این املاح به دلیل دانسیته پایینی که دارند به سختی ته نشین می شوند. در این مرحله به آب مواد منعقد کننده‌ای مانند کلروفریک (FECL3) و یا پلی‌آلمینیوم کلراید (PAC) اضافه‌شده و توسط همزن اختلاط سریع، همگن میشود. این مواد خاصیت چسبندگی به ذرات معلق می بخشند.
در این بخش انرژی وارد شده به سیال نسبتاً بالا بوده و تلاطم شدیدی در سطح آب مشاهده می گردد. شدت اختلاط در کُتُب مرجع بصورت متغیر گرادیان سرعت(Velocity of Gradient) نمایش داده می شود. این متغیر در کتاب مرجع Metcalf برای واحد های انعقاد سریع، در محدوده 500 الی 700 تعیین شده است.
فرآیند لخته سازی (Flocculation)
ذراتی که در قسمت قبل، خاصیت چسبندگی پیدا کرده اند وارد این مرحله شده و به آن ماده‌ای فلوکولانت مانند پلی آکریلیک آمید آنیونی یا کاتیونی (PAM) اضافه می‌گردد. در این بخش، سیال درون مخزن را باید به آرامی به حرکت درآورد تا ذرات شناور به صورت تصادفی با یکدیگر برخورد نمایند و لخته های سنگین و مناسب برای ته نشینی را تشکیل دهند. این کارتوسط همزن‌های دور آرام هیدروفویل و یا لخته‌ساز‌های پارویی انجام می گیرد.
کنترل pH
در آب‌شیرین‌کن‌های صنعتی بهتر است آب، قبل از ورود به غشا‌های شیرین سازی، اندکی اسیدی باشد (pH<7) تا از رسوب نمک‌ها بر روی ممبران (Membrane) ممانعت گردد.
برای این منظور به دو روش عمل میشود:
- ماده اسیدی در مخزن اضافه‌شده و توسط میکسر دینامیک به محلول همگن تبدیل میشود.
- اسید موردنظر قبل از استاتیک میکسر به خط تزریق میشود و بعد از عبور از میکسراستاتیکی، آب با pH موردنیاز تولید می‌گردد.
تولید و استفاده از شیر آهک (Lime Slurry)
کلسیم هیدروکسید یا آهک به شکل پودر جامد و سفید رنگ تولید می گردد. این ماده معدنی بعد از اختلاط با آب و تبدیل به محلول شیر آهک یا دوغاب آهک، با اهداف ذیل در صنعت تصفیه آب به کار گرفته میشود:
- تنظیم pH و خنثی‌سازی آب‌اسیدی
- کمک به انعقاد بهتر و حذف مواد عالی
- حذف سختی آب
استفاده از آهک نیازمند بهره‌گیری از میکسرها در دو بخش مختلف است که عبارت‌اند از:
- آهک به‌صورت پودر جامد تولید می‌گردد. قبل از استفاده باید به محلول 10 الی 15 درصد تبدیل گردد. در این بخش پودر آهک وارد مخزن مجهز به همزن دینامیکی میشود و به محلولی با غلظت معین که اصطلاحاً شیر آهک گفته میشود تولید می‌گردد.
- شیر آهک آماده‌شده به مخزن تصفیه آب یا خطوط انتقال تزریق میشود می‌تواند با میکسر صنعتی دینامیک یا استاتیک میکسر به محلول همگن تبدیل شود.
آماده سازی محلول سدیم متابی سولفید (SMBS)
در فرایندهای نمک‌زدایی از آب، سدیم متابی سولفید (Na2S2O5) به‌عنوان یک ماده شیمیایی مورداستفاده قرار می‌گیرد. ازآنجاکه این ماده به‌صورت پودر تولید میشود، قبل از مصرف با استفاده از میکسر صنعتی به محلول رقیق 10% تبدیل می شود.
دلایل استفاده از SMBS عبارت‌اند از:
از بین بردن کٌلر :
غشاها و ممبران‌هایی که قادر هستند املاح محلول آب را جدا کنند به‌شدت به عنصر کلر حساس هستند و در حضور آن به‌آسانی تخریب میشود. سدیم متابی سولفید قادر است به طور فعال با کلر موجود در آب واکنش نشان دهد و آن را تخریب کند. این واکنش می‌تواند به‌عنوان یک مرحله پیش‌تصفیه در فرایندهای شیرین‌سازی آب مورد استفاده قرار بگیرد تا کلر باقیمانده در آب تصفیه شده حذف شود.
حفظ کیفیت آب :
سدیم متابی سولفید می‌تواند برای ازبین‌بردن یا کاهش ترکیبات آلی، مواد آلی محلول و رنگ‌دهنده‌ها در آب استفاده شود. این ماده قادر است با اکسیژن موجود در آب واکنش نشان دهد و به ازبین‌بردن ترکیبات آلی غیرمطلوب کمک کند.
ضد باکتریالیته :
سدیم متابی سولفید به‌عنوان یک ماده ضد باکتریال نیز در تصفیه آب مورداستفاده قرار می‌گیرد. این ماده می‌تواند با باکتری‌ها و میکروارگانیسم‌های موجود در آب واکنش نشان دهد و آن‌ها را از بین ببرد.
برای افزایش بهره‌وری سیستم بهتر است ابن ماده شیمیایی قبل از میکسر استاتیک تزریق گردد تا با اختلاط حداکثری، بیشترین بازده را داشته باشد.
آماده سازی محلول آنتی اسکالانت (Antiscalant)
در سیستم‌های اسمز معکوس (Reverse Osmosis)، انتی‌اسکالانت‌ها به‌عنوان مواد شیمیایی مورداستفاده قرار می‌گیرند. انتی‌اسکالانت‌ها برای جلوگیری از تشکیل و رسوب کلسیم کربنات (اسکالانت) در داخل ممبران‌های اسمز معکوس استفاده می‌شوند. رسوب کلسیم کربنات می‌تواند به طور قابل‌توجهی کارایی و عمر ممبران‌های اسمز معکوس را کاهش دهد.
از میکسر صنعتی به‌عنوان رقیق‌کننده و آماده‌سازی برای تزریق به فرایند استفاده میشود. بهتر است؛ مانند بقیه مواد شیمیایی، آنتی اسکالانت نیز قبل از میکسر استاتیک به فرایند تزریق شود.
کٌلرزنی
آخرین مرحله از نوع فرآیند تصفیه آب اعم از شهری یا صنعتی اضافه نمودن نوعی از بایوساید به آب خروجی است تا میکروارگانیسم‌های موجود و یا میکروارگانیسم‌هایی که ممکن است در فرآیند انتقال اضافه شوند، حذف گردند.
یکی از رایج‌ترین بایوساید‌های مورداستفاده عنصر کُلُر است. این عنصر به‌واسطه الکترونگاتیوی بالا، باعث اکسید شدن میکروارگانیسم‌ها شده و آن‌ها را از بین می‌برد.
محلول کُلُر به سه حالت در بازار موجود است:
- محلول سدیم هپوکلرید یا مایع آب‌ژاول با غلظت حداکثر 11% که در ایران با برند وایتکس شناخته‌شده است.
- ماده جامد کلسیم هپوکلرید با غلظت حدوداً 70درصد
- کلر گازی با غلظت 99% که در تصفیه‌خانه‌های شهری مورداستفاده قرار می‌گیرند.
در صورت استفاده از کلر جامد، از یک همزن صنعتی برای تولید محلول با غلظت مشخص در داخل یک مخزن استفاده می گردد. بعد از تزریق محلول حاوی عنصر کلر به آب، استاتیک میکسرها ایده‌آل‌ترین نوع همزن برای اختلاط به شمار می‌روند. به عبارت دقیق‌تر کلر باید در نزدیک‌ترین محل به همزن استاتیکی تزریق شود تا با عبور از آن محلولی همگن تولید گردد.
