نحوه طراحی و ساخت و انتخاب دستگاه های فیلتراسیون صنعتی

اشتراک با دیگران:

تصفیه آب، یکی از روش های بهینه سازی در صنایعی است که برای مصارف مختلف از جمله گرمایش، سرمایش، نظافت و شستشو، از آب استفاده می کنند. تصفیه آب در این صنایع، باعث کاهش هزینه ها و ریسک های عملیاتی می شود.

آب تصفیه نشده، احتمال واکـنش شیمیایی و تشکیل رسوب روی جداره لوله ها و همینطور مخازن را بالا برده و نتیجتاً باعث خوردگی و یا افزایش هزینه انرژی برای انتقال گرما به آب می شود. آب تصفیه نشده در برج های خنک کن نیز می تواند باعث ایجاد رسوب شده و علاوه بر آن، احتمال رشد انواع باکتری و جلبک را نیز افزایش دهد.علاوه بر تأثیر مثبت آب تصفیه شده روی لوله ها و مخازن، بعضی محصولات تولیدی هم به آب با کیفیت بالا نیاز دارند. از جمله این محصولات می توان به نیمه هادی ها و مواد دارویی اشاره نمود. در این موارد، آب با کیفیت نامطلوب، باعث تولید محصول نامرغوب خواهد شد.دو روش اصلی برای تصفیه آب صنعتی عبارتند از مخازن با مواد فیلتراسیون و ممبران ها. مخازن فیلتراسیون معمولاً بسته به نوع استفاده، حاوی موادی مانند کربن، مواد فیلتراسیون آهن، شن، سیلیس، رزین، مواد خنثی کننده اسید و یا مواد مخصوص حذف آرسنیک، سرب، نیترات، کروم و موارد مشابه می باشند. سیستم های ممبران نیز شامل انواع مختلفی از جمله میکروفیلتراسیون، نانوفیلتراسیون، اولترافیلتراسیون و اسمز معکوس (RO) هستند.دستگاه های فیلتراسیونی که برای حذف ذرات جامد معلق از آب مورد استفاده قرار می گیرند، معمولاً در کنار سایر سیستم ها مانند سیستم های منعقد کننده و ته نشین ساز به کار برده می شوند. این فرآیندها در کنار هم باعث تولید آب تصفیه شده برای مصارف مختلف مانند شرب، بویلر و کولینگ می شوند. مخازن فیلتراسیون معمولاً برای حذف ذرات جامد محلول در آب (کاهش TDS) استفاده نمی شوند. بلکه به عنوان پیش تصفیه دستگاه های دارای ممبران که این کار را انجام می دهند، مورد استفاده قرار می گیرند.فیلترها از یک منظر، به دو دسته "تحت فشار" و "ثقلی" تقسیم می شوند. در فیلترهای تحت فشار، افت فشار آب در هنگام عبور از فیلتر، مورد مهمی محسوب می شود. مهمترین عوامل افت فشار در این فیلترها عبارتند از زیاد بودن ارتفاع بستر رزین، ریز بودن دانه بندی مواد فیلتراسیون و بالا بودن سرعت آب. فشار کاری فیلترهای تحت فشار معمولاٌ بین 30 تا 60 psi (2 تا 4 bar) و برای فیلترهای ثقلی، حدود 5 متر آب (16 فوت) می باشد.فیلترهای تحت فشار عادی، معمولاً با روش جریان از بالا به پایین (Down-Flow) کار می کنند. در این طراحی، آب از قسمت بالای فیلتر وارد و پس از عبور از مواد فیلتراسیون، از قسمت پایین فیلتر خارج می شود. در این فیلترها، توصیه شده است که ارتفاع بستر فیلتر، بین 15 تا 30 اینچ و یا بیشتر در نظر گرفته شود. برای فیلتر شنی، بهترین حالت، در نظر گرفتن حداقل ارتفاع 31 اینچ معادل حدود 0.8 متر برای بستر فیلتر است. بسته به هدف و نوع استفاده فیلتر، نوع ماده فیلتراسیون می تواند متفاوت باشد.معمولاٌ در لایه زیرین بستر فیلتراسیون از شن یا سیلیس استفاده می شود تا از وارد شدن دانه های مواد فیلتراسیون و یا رزین به داخل نازلهای زیرین فیلتر که برای جمع آوری و انتقال آب تصفیه شده در نظر گرفته شده است، جلوگیری شود. ارتفاع این لایه سیلیس، معمولاً 6 اینچ و یا بیشتر در نظر گرفته می شود.استفاده از فیلترهای با مواد فیلتراسیون دوگانه، از جمله سیلیس و آنتراسیت با هم، باعث نفوذ بیشتر ذرات معلق به بستر فیلتر، افزایش راندمان فیلتراسیون و همینطور افزایش بازه زمانی مورد نیاز برای بک واش فیلتر می شود. بهترین نوع طراحی توصیه شده این فیلترها، در نظر گرفتن حداقل 20 اینچ (0.5 متر) برای ارتفاع بستر سیلیس و حداقل 12 اینچ (0.3 متر) برای ارتفاع بستر آنتراسیت است.فیلترها بعد از مدتی، دچار گرفتگی شده و می بایست با معکوس شدن جهت جریان، شستشو شوند که به آن بک واش (Backwash) گفته می شود.در بک واش، بر خلاف حالت فیلتراسیون، آب از پایین وارد فیلتر شده و به سمت بالا حرکت میکند و آلاینده های داخل بستر قیلتر را از آن خارج کرده و به سمت مسیر تخلیه در نظر گرفته شده، هدایت می کند. بعد از انجام بک واش و پیش از قرار گرفتن مجدد فیلتر در مدار تصفیه، فیلتر شسشو داده می شود تا ضمن حصول اطمینان ازخروج ذرات معلق، مجدداٌ آماده قرار گرفتن در سرویس شود. زمانی که اختلاف فشار در ورودی و خروجی فیلتر، در بازه 4 تا 9 psi برای فیلترهای تحت فشار و 1.4 متر آب برای فیلترهای ثقلی قرار گرفت، زمان انجام بک واش فرارسیده است. زمان تقریبی برای انجام هر بار بک واش، حدود 10 دقیقه می باشد.فیلترهای تحت فشار مورد استفاده در تصفیه آب صنعتی، معمولاً بصورت استوانه و از جنس استیل و یا FRP هستند. دبی جریان مطلوب فیلتراسیون، بین 3 تا 5 گالن بردقیقه (GPM) به ازای هر فوت مربع سطح فیلتر است. با درنظر گرفتن معیار فوق و محاسبات ساده هندسی، می توان به این نتیجه رسید که مخازن فیلتر عمودی با قطر بین 2 تا 10 فوت، برای دبی های تا 300 گالن بر دقیقه مناسب بوده و مورد استفاده قرار می گیرند. فیلترهای تحت فشار افقی، معمولاٌ دارای قطری حدود 8 فوت و طول بین 10 تا 25 فوت و دارای ظرفیتی در بازه 200 تا 600 گالن بر دقیقه می باشند. البته این فیلترها معمولاً به چند بخش تقسیم می شوند تا عملیات بک واش آنها با سهولت بیشتری انجام گیرد.در حالیکه فیلترهای تحت فشار، در دبی 3 گالن بر دقیقه به ازای هر فوت مربع سطح فیلتر، بهترین کارایی خود را دارند، باید در نظر داشت که فیلترهای دارای دو یا چند ماده فیلتراسیون (Multimedia Filters)، در ظرفیت 6 تا 8 گالن بر دقیقه به ازای هر فوت مربع سطح فیلتر، کارایی بهتری دارند. همچنین، فیلترهای دارای "زئولیت" هم در ظرفیت 12 گالن بر دقیقه به ازای هر فوت مربع سطح فیلتر بهترین وضعیت فیلتراسیون را خواهد داشت.نکته مهم دیگر، در خصوص دبی بک واش فیلترها می باشد. دبی بک واش، می بایست دو تا سه برابر دبی فیلتر در حالت سرویس عادی باشد. به عنوان مثال، دبی های پیشنهادی بک واش، در دمای عادی محیط، برای فیلترهای آنتراسیت، بین 6 تا 8 و برای فیلترهای شنی، بین 13 تا 15 گالن بر دقیقه به ازای هر فوت مربع سطح فیلتر توصیه می شود. البته، در صورتیکه دمای آب بالاتر باشد، به دلیل اینکه دانسیته آب کاهش می یابد، لازمست تا دبی جریان بک واش کمی افزایش پیدا کند.نکته مهم دیگر در استفاده و بهره برداری از فیلترها، اجتناب از خاموش و روشن کردن متعدد آنها است. خاموش و روشن کردن مداوم فیلترها، ممکن است منجر به وارد شدن مجدد ذرات فیلتر شده به آب خروجی فیلترها شود. مواد فیلتراسیون برای حذف ذرات معلق بسته به هدف فیلتراسیون، مواد مختلفی می توانند در فیلترها مورد استفاده قرار بگیرند. سیلیس، کوارتز، زغال آنتراسیت، گارنت، زئولیت متخلخل، اکسید منگنز و گرین سند، از جمله مواد فیلتراسیون متداولی هستند که در این خصوص انتخاب و استفاده می شوند. سیلیس و آنتراسیت، معروفترین مواد برای فیلتراسیون ذرات جامد معلق در آب بشمار می روند.دانه های مواد فیلتراسیون، دارای ابعاد و اشکال مختلفی هستند که روی راندمان فیلتراسیون این مواد تأثیرگذار است. دانه های فیلتراسیونی که دارای اشکال زاویه دار و گوشه های تیز هستند، با توجه به فضای خالی بیشتری که بین آنها به وجود می آید، نسبت به مواد فیلتراسیونی که دارای ابعاد حدودی یکسان ولی شکل کروی تری هستند، توان کمتری برای حذف ذرات ریز معلق از آب دارند. سیلیس و آنتراسیت، با "اندازه" (Size) و "یکنواختی" (Uniformity) دانه های آنها، تفکیک و ارزش گذاری می شوند. تعریف "اندازه مؤثر" (Effective Size) یک ماده فیلتراسیون، عبارت است از اندازه ای که حدود اندازه دانه های 10% وزنی کل ماده فیلتراسیون از آن کمتر و حدود 90% وزنی، بیشتر از این اندازه باشد. در واقع، اندازه مؤثر یک ماده فیلتراسیون، نشاندهنده حداقل اندازه بخش عمده دانه های آن است. "یکنواختی"، بر اساس مقایسه اندازه مؤثر و اندازه ای که حدود 60% وزنی دانه ها از آن کوچکتر و 40% وزنی دانه ها از آن بزرگتر باشد، به دست می آید. حاصل تقسیم اندازه فوق بر اندازه مؤثر، ضریب یکنواختی (Uniformity Coefficient) نامیده می شود. هر چه ضریب یکنواختی کمتر باشد، نشاندهنده یکنواختی بیشتر اندازه دانه هاست.انتخاب بهترین سایز ماده فیلتراسیون، بستگی به مشخصات ذرات معلق موجود در آب و همینطور نیازمندی مشخصات آب خروجی از فیلتر دارد. بصورت کلی، برای فیلترهای شنی که سرعت عبور آب در آنها بالاتر است، معمولاً از دانه های سیلیس با اندازه مؤثر 0.35 تا 0.6 میلیمتر و حداکثر ضریب یکنواختی 1.7 استفاده می شود. اندازه مؤثر دانه های آنتراسیت فیلتراسیون هم، بین 0.7 تا 0.8 میلیمتر توصیه شده است. دانه های درشت تر سیلیس با اندازه مؤثر بین 0.6 تا 1 میلیمتر، بیشتر برای فرآیندهای انعقادسازی و ته نشینی در شرایط کنترل شده، مورد استفاده قرار می گیرند.اخیراً از نوعی زئولیت طبیعی که ترکیب شیمیایی آن عمدتاً از سیلیکات آلومینیوم است، پس از استحصال، خرد کردن، خشک کردن و عبور از صافی، ماده ای تولید می شود که عملکردی بسیار بالاتر از سیلیس های متداول مورد استفاده در فیلترهای شنی دارد. این ماده معدنی کریستالی، دارای خلل و فرج بسیار ریز در حد 0.25 تا 10 میکرون روی سطح خود است که با جذب ذرات معلق در خود، باعث حذف بالای آنها از آب می شود. این ماده از سیلیس سبک تر بوده و ضمناٌ به آب کمتری برای بک واش نیاز دارد. مواد فیلتراسیون برای حذف آهن و منگنز برای حذف آهن و منگنز از آب، دو ماده فیلتراسیون متداول عبارتند از گرین سند و اکسید منگنز. گرین سند، بطور معمول از یک ماده معدنی به نام گلوکونیت تولید می شده که روکشی از اکسید منگنز نیز روی آن کشیده می شد. در نسل جدید گرین سند، از سیلیس به عنوان ماده اصلی زیر روکش اکسید منگنز استفاده می شود. گرین سند یک ماده فیلتراسیون سیاه رنگ است که برای حذف آهن، منگنز، آرسنیک و رادیوم در شرایط مختلف استفاده می شود. گرین سند، یا بوسیله محلول پرمنگنات پتاسیم احیا می شود و یا در صورت تزریق کلر با مقدار مناسب پبش از ورود به فیلتر گرین سند، نیازی به احیا با پرمنگنات پتاسیم نخواهد بود. اکسید منگنز، هم ماده ای است که برای حذف آهن، منگنز و سولفید هیدروژن مورد استفاده قرار می گیرد. اساس عملکرد اکسید منگنز نیز مانند گرین سند، اکسیداسیون و فیلتراسیون همزمان است. با این تفاوت که اکسید منگنز سطح عملکرد بالاتری دارد. اکسید منگنز بر خلاف گرین سند، فاقد پوشش خارجی بوده و دارای طول عمر بسیار بیشتری از گرین سند است. اکسید منگنز در سیستم هایی مورد استفاده می گیرد که به آب بصورت "پیوسته" پیش از ورود به فیلتر، کلر تزریق می شود. در این حالت، هیچ نیازی به پرمنگنات پتاسیم برای احیا نخواهد بود.


هنوز هیچ دیدگاهی درج نشده است. شما اولین باشید!