بزرگنمایی:

آب و تصفیه آب در صنعت

آب از هیدروژن و اکسیژن تشکیل شده است . هر دو عنصر در شرایط معمولی گاز هستند . هیدروژن می سوزد و اکسیژن میسوزاند. در حالیکه آب برای خاموش کردن آتش به کار میرود.

امروزه علاوه بر نقش های آب در چرخه حیات طبیعی و انسانی ، از آب بعنوان اصلی ترین منبع انرژی پس از سوختهای فسیلی یاد می شود . دهه های اولیه قرن بیست و یکم میلادی بحران آب مهمترین بحران بسیاری از کشورهای جهان خواهد بود . منابع مطلوب آب برای مصارف صنعتی و انسانی بشدت رو به کاهش گذاشته است . در نتیجه هزینه استحصال آب مطلوب از منابع شور و نیمه شور (نظیر آب اقیانوسها و دریاها ) قیمت تمام شده آب ، انرژی برق آبی و بخار آب را چندین برابر خواهد نمود.

آب در نقش کاربرد صنعتی بیش از مصرف ، جنبه مبادله دارد. آب به دلیل ظرفیت تراکم گرمائی بالا جهان را در مقابل تغییرات ناگهانی و شدید گرما و سرما حفظ می نماید.

آب مهمترین و اصلی ترین حلال طبیعت می باشد . تقریباً تمام مواد هرچند به میزان کم در آب قابل حل هستند.تقریباً هیچگاه در حالت طبیعی آب خالص ( H2O) یافت نمیشود . ناخالصیهای آب با توجه به بستر آن متفاوت است . آب دریا و اقیانوس ناخالصترین نمونه های آب طبیعی می باشند. آب دریا محلول پیچیده ای است که تمام عنصر شیمیائی شناخته شده حداقل در حد نشانه های (Trace) در آن وجود دارد. سایر منابع آب (رودخانه ای یا زیرزمینی) مقادیر کمتری از ناخالصیها را دارا هستند.

ناخالصی های موجود در آب به سه دسته تقسیم می شوند که به شرح زیر میباشد:

1- مواد غیر محلول و معلق:

ذرات ریز و درشت مواد غیر محلول در آب دارای اهمیت بسیاری است این مواد معلق سبب بروز کدورت آب می شوند. برخی از این ذرات که درشت ترند، دارای قابلیت ته نشینی بوده و با حذف آن آب شفاف می گردد. برخی دیگر قابلیت ته نشینی بسیار کمی دارند و برای رسوب نمودن نیاز به زمان طولانی و عموما غیر قابل ته نشینی هستند که برای ته نشین نمودن این ذرات باید از مواد منعقد کننده و کمک منعقد کننده استفاده نمود.

2- مواد جامد محلول:

دسته ای از نا خالصی های آب بصورت محلول می باشند. به طور کلی همه مواد در آب حل می شوند ولی میزان حلالیت آنها متفاوت است. انحلال در آب به سه صورت مولکولی، یونی و قطبی می باشد. مواد جامد در محلول به دو صورت یونی و غیر یونی تقسیم می شنود. معمولا نمکهای محلول در آب به صورت کاتیون و آنیون وجود دارند. کاتیون ها مانند کلسیم، منیزیم، آهن، منگنز، سدیم و … آنیون ها مانند بی کربنات، کربنات، سوافات، هیدروکسید، کلراید و … مز شور آب ناشی از غلظت یون کلر است، تلخی آب به خاطر وجود نمک های منیزیم می باشد و مزه گس آب مربوط به آهن و آلومینیوم محلول در آن است. آبهای که ترش مزه هستند pH کمتر از 3 دارند.

3- گازها:

این مواد با مقادیر مختلف در آب حل می شوند. مقدار گاز حل شده به فشار گاز و نوع آن از یک سو و از سوی دیگر به دمای آب، مواد موجود و pH آب بستگی دارد. هرچه دمای آب بیشتر باشد حلالیت گازها در آب کمتر می شود. و هرچه فشار جزئی گاز در تماس با آب بیشتر باشد حلالیت آن گاز در آب بیشتر می شود.

صنایع از دیدگاه نیاز آبی به دو گروه تقسیم می شوند:

1- صنایع کوچک و متوسط : این صنایع آب مورد نیازشان را از چاه یا شبکه آب شهر تأمین می کنند. 

2- صنایع بزرگ نظیر نیروگاهها و صنعت نفت و گاز : منبع تامین آب از آبهای سطحی است و مکان یابی آنها بر اساس دسترسی به آب است.

مصارف آب در صنعت

1- انتقال مواد اولیه نظیر صنایع چوب و کاغذ و قند

2- برای انجام واکنشهای شیمیایی نظیر صنایع آبکاری

3- به عنوان خنک کننده نظیر صنایع شیشه و لاستیک

4- شتسشوی وسایل تولید یا محصولات نظیر صنایع شیرو لبنیات

5- آب دیگهای بخار و انتقال حرارت

6- تولید محصول نظیر تولید نوشابه

7- مصارف شرب و بهداشت

8- مصارف کشاورزی و آبیاری فضای سبز

 اصلی ترین خواص آب (خواص فیزیکی و شیمیایی) که جهت سنجش کیفیت یک نمونه آب صنعتی مورد اندازه گیری قرار میگیرد ، بشرح زیر است :

1- درجه حرارت

2- هدایت الکتریکی

3- رنگ و مزه

4- کدورت (Turbidity)

5- مواد محلول T.D.S

‏6- pH یا قدرت اسیدیته

مشکلات ناشی از عدم تصفیه یا تصفیه ناقص آبهای صنعتی :

1- تولید را متوقف میکند .

2- کیفیت محصول تولیدی را کاهش می دهد.

3- بازده یا سود سالیانه تولید را کاهش می دهد.

4- انتقال حرارت را شدیداً کاهش میدهد .

5- نرخ جریان عبور آب را کاهش میدهد.

6- سبب آسیب دیدگی تجهیزات واحد تصفیه آب می گردد.

7- خوردگی و ترسیب به شدت زیاد میشود.

اهداف اصلی تصفیه آب در صنعت :

1- کنترل خوردگی و از بین رفتن مواد در اثر اکسید شدن

2- کنترل رسوب گذاری و جلوگیری از فوق اشباع شدن نمکها در آب

3- کنترل رشد مواد بیولوژیک و باکتریهای هوازی و غیر هوازی

خوردگی :

معمولترین روش جلوگیری از خوردگی تنظیم pH  ، گاززدائی و تزریق مواد شیمیایی است.

رسوب گذاری :

تنظیم pH ، تنظیم غلظت نمکهای محلول در آب یا بخار و استفاده از مواد بازدارنده از ترسیب ، روشهای عمده جلوگیری از تشکیل رسوب هستند .

مواد آلی و بیولوژیک :

مواد آلی شامل اسید کربنیک ، اسید سیتریک ، اسید فولولیک و اسید مواد ارگانیک شامل باکتریها ، گیاهان آبزی و جلبکها می باشد. جلبکها بر خلاف دو گروه دیگر تولید کننده اکسیژن می باشند.

برای جلوگیری از رشت مواد آلی و بیولوژیک از بایوسایدهای اکسید کننده و غیر اکسیدکننده استفاده میشود . مقدماتی ترین مرحله تصفیه آب ها یا پساب ها حذف عواملی است که باعث کدریت آب              می شوند. این کار با جداسازی مواد معلق صورت میگیرد . معیار سنجش میزان کدریت آب Turbidity یا کدورت سنجی می باشد.

عمده ترین مواد محلول در آب موارد زیر هستند :

1- قلیائیت

2- سختی (کلسیم و منیزیم )

3- نرمی (سدیم و پتاسیم )

4- کلراید

5- سولفات

6- فلوراید

7- فسفات

8- فسفنات

9- نیتروژن

10- دی اکسید کربن

11-آمونیاک

12- هیدروژن سولفوره

13- متان

14- کربن آلی

15- روغن و گریس

16- شوینده ها

17- تری هالومتان ها

18 - کلی فرم مدفوعی

19- اکسیژن

20- سیلیس

21- نیترات

در شرایط نرمال معمولاً مواد دیگری به صورت محلول در آب دیده نمی شوند . البته برخی از نواحی خاص نظیر محل های دفن مواد رادیو اکتیو آبهای آنها یونهای رادیو اکتیو و در پاره ای منابع آب زیر زمینی که نزدیک به سیستم های فاضلاب هستند ، باکتری ها و میکرو ارگانیسم های دیگری نیز به چشم می خورند .

آبهای مصرفی در صنایع را بر حسب میزان حساسیت به طور کلی به 4 دسته طبقه بندی کرد.

این تقسیم بندی با توجه بـه کیفیت اب مورد نیاز  و میزان تصفیه لازم برای رسیدن به کیفیت مطلوب صورت گرفته است.

گروه اول (گروه بسیار حساس) :

گروه اول آبهای صنعتی شامل فرایندهایی در صنعت میباشد که آب مصرفی آنها دارای حساسیت بسیار بالایی بوده و تمامی و یـا بیشتر اجزای آنها دارای این حساسیت میباشد. برای تامین آب این گروه صنعتی باید از روشهای پیشرفته تصفیه و غالبـا ترکیـب چند روش استفاده کرد که از فرایندهای زیر میتوان در این گروه نام برد:

• آب بویلرهای پرفشار؛

• آب شستشوی کمپرسور در نیروگاهها؛

• آب خنک کننده چرخشی بسته؛

• آب مصرفی در صنایع داروسازی؛

• آب مصرفی در تولید قطعات حساس الکترونیکی؛

• آب شستشوی دمین برای صنایع فولاد و آهن؛

• آب مصرفی در فرایند رنگرزی چرمسازی؛

• آب مصرفی در صنایع شیمیایی پلاستیک و لاستیک.

حد بالای مشخص شده برای هر شاخص، نزدیکترین محدوده مطلوب برای فرایندهای ذکر شده است، ولی به طور دقیق منطبق بر نیاز آبی آنها نمیباشد. همانطور که قبلا هم ذکر شد در این دسته بندی انطباق دقیق همه شاخصها بـا محـدوده مشـخص شـده مدنظر نمیباشد. جدول زیر محدوده مطلوب شاخصهای آب صنعتی گروه اول یا به عبـارت دیگـر گـروه بسـیار حسـاس را نشـان میدهد.

کیفیت آب صنایع گروه اول- بسیار حساس

گروه دوم (گروه حساس) :

گروه دوم آبهای صنعتی شامل فرایندهایی میشود که دارای حساسیت بـالایی هسـتند، ولـی ایـن حساسـیت شـامل تمـامی اجـزا نمی باشد و نسبت به گروه اول از حساسیت کمتری برخوردارند.

 برای تامین آب این گروه نیز باید از روشهای پیشرفته تصفیه استفاده کرد که از فرایندهای قابل ذکر در این گروه میتوان به موارد زیر اشاره کرد:

• آبهای بویلر با فشار متوسط (با در نظر گرفتن سختی ناچیز)؛

• آب خنک کننده گردشی بسته؛

• آب نرم برای شستشو در صنایع فولاد؛

• آب مصرفی در صنایع کاغذ و مقوا برای تهیه کاغذ مرغوب، کرافت سفید شده و خمیر شیمیایی سفید شده؛

• آب مصرفی در نساجی برای فرایندهای آهار زنی، فرایندهای سفید کردن، رنگرزی، شستشو و ساخت خمیر ریون؛

• آب مصرفی در صنایع شیمیایی برای تهیه قلیاییها و ترکیبات کلردار ومواد آلی، صابون، دترجنت و رنگ؛

• آب مصرفی در صنایع غذایی از جمله: کارخانجات شکر.

جدول زیر محدوده مطلوب شاخصهای آب صنعتی گروه دوم یا گروه حساس را نشان میدهد:

کیفیت آب صنایع گروه دوم- حساس

در این گروه هم مانند گروه اول، حد بالای مشخص شده برای هر شاخص، نزدیکترین محدوده مطلوب برای فرایندهای ذکـر شـده میباشد ولی به طور دقیق منطبق بر نیاز آبی آنها نیست. برای مثال میزان جامدات محلول برای بویلرها باید کمتر از 10میلـیگـرم بر لیتر باشد ولی این میزان در صنایع کاغذ گاهی میتواند تا 200میلی گرم بر لیتر برسد.

گروه سوم (گروه نسبتا حساس) :

گروه سوم آبهای صنعتی دارای حساسیتی تقریبا مشابه با آب آشامیدنی میباشد. برای رسیدن به کیفیت مطلوب این گروه میتـوان از روشهای معمول تصفیه استفاده کرد که از فرایندهای قابل ذکر در این گروه میتوان به موارد زیر اشاره کرد:

• آب بویلرهای کم فشار؛

• آبهای خنککننده چرخشی باز؛

• آب مصرفی در تصفیه هوا؛

• آب مصرفی نورد گرم، نورد سرد، حرارت زدا، تمیز کننده گاز و پرداخت در صنایع فولاد؛

• آب فرایند در صنایع شیمیایی برای تهیه مواد شیمیایی غیرآلی و کود؛

• آب مصرفی در صنایع کاغذ و مقوا برای کرافت سفید نشده و خمیر شیمیایی سفید نشده و خمیر چوب؛

• آب فرایندهای عمومی در صنایع غذایی، تهیه غذاهای کنسرو شده، شیرینیپزی و نانوایی و صنایع لبنی و یخ؛

• آب فرایندهای دباغی و فرایندهای پرداخت عمومی دباغی؛

• آب مصارف بهداشتی.

جدول زیر محدوده مطلوب شاخصهای این گروه را نشان میدهد :

کیفیت آب صنایع گروه سوم- نسبتا حساس

در این گروه هم مانند گروه قبل، حد بالای مشخص شده برای هر شاخص، نزدیکترین محدوده مطلوب برای فرایندهای ذکر شـده میباشد ولی به طور دقیق منطبق بر نیاز آبی آنها نیست. برای مثال میزان جامدات محلول برای بویلرهای کم فشار بایـد در حـدود 20میلی گرم بر لیتر باشد.

گروه چهارم (گروه با کمترین حساسیت) :

گروه چهارم آبهای صنعتی کمترین حساسیت را نسبت به گروه های دیگر دارد. آب مصرفی در این گروه معمولا بدون تصفیه و یا با حداقل تصفیه مورد استفاده قرار میگیرد که از فرایندهای قابل ذکر در این گروه میتوان به موارد زیر اشاره کرد: • آبهای خنککننده یکبار مصرف و چرخشی باز؛ • آب شستشوی سطوح؛ • آب مصرفی در صنایع شیمیایی برای تهیه چسب؛ • آب فرایند در پتروشیمی؛ • آب فرایند در کارخانجات سیمان؛ • آب مصرفی جهت انتقال مواد؛ • آبیاری؛ • آب مصرفی در اتش نشانی

کیفیت آب صنایع گروه چهارم- با کمترین حساس

در این گروه نیز حد بالای مشخص شده برای هر شاخص در جدول بالا نزدیکترین محدوده مطلوب برای فراینـدهای ذکـر شـدهمیباشد ولی به طور دقیق منطبق بر نیاز آبی آنها نیست. با وجود اینکه سامانههای آب خنککننـده یـک بـار مصـرف و چرخشـی، کیفیت آب متفاوتی را نیاز دارند ولی هر دو میتوانند در این گروه قرار گیرند. اما از آنجا کـه هـر قـدر کیفیـت آب مـورد اسـتفاده در آبهای چرخشی باز، بهتر باشد، میتوان به دفعات بیشتر از آن در چرخه خنککننده استفاده کرد، لذا این گروه در دسته بندی گـروه نیز قرار داده شده است.

سختی آب:

سختی آب هنگامی ایجاد می شود که شامل مواد معدنی که مهمترین آنها کلسیم و منیزیم می باشد ، هست و مواد معدنی دیگری از جمله آهن ، منگنز ،آلومینیوم و روی در آب سخت نیز پیدا می شود . سختی آب باعث بروز مشکلاتی در سیستم روزانه زندگی می شود که در ادامه به آنها خواهیم پرداخت .

سختی آب چگونه ایجاد می شود ؟

هنگام بارش باران در ارتفاعات و عبور آب باران از کوه ها و مسیر تا اینکه به سفره های زیرزمینی و سد ها برسد همواره مقداری از املاح و عناصر موجود در این مسیر را به خود جذب کرده و با توجه به میزان املاح موجود در مسیر میزان سختی آب متفاوت می باشد .اصلی ترین عناصری که باعث ایجاد سختی آب می شود کلسیم و منیزیم می باشد ، حال هرچه میزان کلسیم و منیزیم مسیر عبور بیشتر باشد میزان درصدسختی آب بالاتر می باشد و می توان این درک را پیدا کرد که درصد سختی آب در مناطق مختلف و با توجه به جغرافیای محلی متغیر می باشد.

آب سخت را چگونه دسته بندی می کنند ؟

آب را با توجه به آزمایشات شیمی و با روش های گوناگون شیمیایی که مورد بحث مقاله ما نمی باشد مورد سنجش قرار می دهند و با توجه به عدد به دست آمده میزان سختی آن را می سنجند . سختی آب را بر اساس PPM و یا میلی گرم بر لیتر (mg/l) اندازه گیری میکنند و با توجه به یون های موجود در آب و شاخص های مانند تیتر را در آب مورد آزمایش قرار می دهند و درصد سختی آب مشخص می گردد .

دسته بندی سختی آب بر اساس میلی گرم در لیتر به صورت زیر می باشد :

‏1- : Soft Water:   0  to 60 mg/l   

‏2- Moderately hard Water:  61 to 120mg/l

‏3- Hard Water:  121  to 180 mg/l

‏4- Very Hard Water : > 181mg/l

مشکلات ایجاد شده در صورت استفاده از آب سخت چیست ؟

مشکلاتی که در اثر استفاده از آب سخت ایجاد می شود به دو دسته کلی تقسیم می شود که یکی از آنها باعث آسیب رسیدن به اقلام تاسیساتی می شود و دیگری باعث آسیب رسیدن به انسان و کارهای شست و شویی می شود ، هرچند که خیلی ها معتقند که سختی آب باعث آسیب رسیدن به انسان نمی شود ولی گویا در بلند مدت باعث بروز مشکلاتی نیز می شود .

مشکلاتی که در اثر استفاده از آب سخت ایجاد می شود به دو دسته کلی تقسیم می شود که یکی از  آنها باعث آسیب رسیدن به اقلام تاسیساتی می شود و دیگری باعث آسیب رسیدن به انسان و کارهای شست و شویی می شود ، هرچند که خیلی ها معتقند که سختی آب باعث آسیب رسیدن به انسان            نمی شود ولی گویا در بلند مدت باعث بروز مشکلاتی نیز می شود  .

مشکلات تاسیسات صنعتی  :

باعث گرفتگی لوله واتصالات می شود  ، املاح موجود در آب سخت موجب ایجاد رسوب در لوله و اتصالات و اقلام گرم کن آب مانند آب گرم کن ها ، دیگ بخار و ... می شود . گرفتگی اقلام تاسیساتی و لوله و اتصالات به تدریج انجام می شود و پس از گرفتگی لوله و اتصالات موجب کاهش نرخ جریان سیال عبوری ( دبی آب ) ، باعث ایجاد افت فشار آب در لوله و اتصالات می شودکه در نتیجه یا پس از مدتی باید این خطوط و اتصالات تعویض گردید و یا به صورت مستمر جهت بر طرف ساختن  این رسوبات از روش های اسید شویی استفاده نمود که در هر دو روش واحد صنعتی جهت انجام این فرایندها باید اورهال شده که علاوه بر توقف تولید وکاهش راندمان تولید برای واحد های صنعتی هزینه اور میباشد

از سوی دیگر استفاده از فرایند اسید شویی در گذر زمان موجبات خوردگی خطوط واتصالات رو فراهم می اورد که میتواند خسارات جبران ناپذیری رو به همراه بیاورد .

با توجه به مشکلات بیان شده و اهمیت اب در صنعت این مهم رو میطلبد که واحد صنعتی به منظور جلوگیری از وقوع این قبیل مشکلات با احداث واحد های تصفیه آب و راه حل های دیگر کیفیت اب مصرفی رو بهبود بخشیده و از مشکلات ناشی از آب رهایی جویند .

نگارنده : محمد سرلک - اختصاصی صبح ملت