مرجع تخصصی آب و فاضلاب

روش‌های سنتی و نوین حذف کدورت در تصفیه آب و فاضلاب:

۱. کدورت و اهمیت حذف آن

کدورت ناشی از ذرات معلق مانند رس، سیلت، مواد آلی و میکروارگانیسم‌هاست که بر کیفیت آب و کارایی فرآیندهای تصفیه (مانند گندزدایی) تأثیر منفی می‌گذارد.

• استانداردهای مجاز: کدورت آب شرب معمولاً باید ≤ ۱ NTU باشد.

۲. روش‌های سنتی حذف کدورت

الف. انعقاد و لخته‌سازی (Coagulation/Flocculation)

• مواد منعقدکننده:

  • آلوم (سولفات آلومینیوم): رایج، دوز ۱۰–۱۰۰ mg/L.

  • کلرید فریک: مناسب برای آب‌های سرد، دوز ۵–۵۰ mg/L.

• مکانیسم: خنثی‌سازی بار سطحی ذرات و تشکیل لخته‌های سنگین.

• طراحی:

  • مخزن اختلاط سریع: زمان ماند ۳۰–۶۰ ثانیه، گرادیان سرعت (G) ≈ ۳۰۰–۱۰۰۰ ثانیه⁻¹.

  • مخزن لخته‌سازی: زمان ماند ۲۰–۴۰ دقیقه، G ≈ ۲۰–۸۰ ثانیه⁻¹.

ب. تهنشینی (Sedimentation)

• انواع:

  • تهنشینی ساده (مخازن مستطیلی یا دایره‌ای).

  • تهنشینی با لوله‌های شیبدار (Tube Settlers).

• پارامترهای طراحی:

  • سرعت سرریز (Overflow Rate): ۰.۵–۳ m³/m²/h (بسته به ذرات).

  • زمان ماند: ۲–۴ ساعت.

ج. فیلتراسیون (Filtration)

• انواع فیلترها:

  • شن سریع: سرعت ۵–۱۵ m/h، ضخامت لایه ۰.۶–۱ m.

  • شن کند: سرعت ۰.۱–۰.۴ m/h.

• مواد فیلتر: شن، آنتراسیت، کربن فعال.

۳. روش‌های نوین حذف کدورت

الف. فیلتراسیون غشایی (Membrane Filtration)

• انواع:

  • میکروفیلتراسیون (MF): حذف ذرات > ۰.۱ μm.

  • اولترافیلتراسیون (UF): حذف ذرات > ۰.۰۱ μm.

• مزایا: راندمان بالا (> ۹۹٪)، نیاز به فضای کمتر.

• چالش‌ها: گرفتگی غشا (Fouling)، هزینه بالای تعمیرات.

ب. شناورسازی با هوای محلول (DAF)

• مکانیسم: تزریق حباب‌های ریز هوا برای شناورسازی ذرات.

• کاربرد: آب‌های با کدورت بسیار بالا یا جلبک‌ها.

• پارامترهای طراحی:

  • فشار تزریق هوا: ۴–۶ bar.

  • زمان تماس: ۱۰–۳۰ دقیقه.

ج. الکتروکوآگولاسیون (Electrocoagulation)

• مکانیسم: استفاده از جریان الکتریکی برای تولید یون‌های فلزی (آلومینیوم/آهن) و تشکیل لخته.

• مزایا: کاهش مصرف مواد شیمیایی، حذف همزمان فلزات سنگین.

۴. محاسبات کلیدی

الف. محاسبه دوز منعقدکننده

• آزمون جارتست (Jar Test):

  • انتخاب دوز بهینه بر اساس کدورت باقیمانده.

• فرمول:

  دوز (kg/day) = (دوز بهینه (mg/L) × دبی (m³/day)) / ۱۰۰۰  

  • مثال: دبی ۱۰۰۰ m³/day و دوز آلوم ۳۰ mg/L → ۳۰ kg/day.

ب. طراحی مخزن ته نشینی

• مساحت سطحی:

  A (m²) = دبی (m³/h) / سرعت سرریز (m/h)  

  • مثال: دبی ۵۰ m³/h و سرعت سرریز ۱ m/h → A = ۵۰ m².

ج. شار غشایی در فیلتراسیون

• فرمول:

  شار (LMH) = دبی (L/h) / سطح غشا (m²)  

  • محدوده معمول: ۵۰–۱۵۰ LMH برای UF.

۵. طراحی سیستم‌ها

الف. سیستم انعقاد-ته نشینی

• اجزا:

  • مخزن اختلاط سریع با میکسر مکانیکی.

  • مخزن ته نشینی با شیب ۱–۲٪ برای جمع‌آوری لجن.

• مصالح: بتن با پوشش اپوکسی یا فایبرگلاس.

ب. سیستم DAF

• تجهیزات:

  • تانک فشار برای اشباع هوا.

  • مخزن شناورسازی با اسکیمر برای جمع‌آوری لجن.

ج. سیستم الکتروکوآگولاسیون

• اجزا:

  • سلول الکترولیتی با الکترودهای آلومینیوم/آهن.

  • منبع تغذیه DC (ولتاژ ۱۰–۵۰ ولت).

۶. مقایسه روش‌های سنتی و نوین

روش مزایا معایب هزینه

انعقاد-ته نشینی هزینه پایین، سادگی اجرا نیاز به فضای زیاد کم

فیلتراسیون غشایی راندمان بالا، فضای کم هزینه بالای نگهداری بالا

DAF مناسب برای کدورت بالا مصرف انرژی بالا متوسط

الکتروکوآگولاسیون کاهش مواد شیمیایی نیاز به برق پیوسته متوسط-بالا

۷. اجرا و چالش‌ها

• روش‌های سنتی:

  • چالش: مدیریت لجن و تغییرات کیفیت آب خام.

  • اجرا: نیاز به پایش مداوم pH و دوز منعقدکننده.

• روش‌های نوین:

  • چالش: هزینه اولیه بالا و نیاز به نیروی متخصص.

  • اجرا: یکپارچه‌سازی با سیستم‌های هوشمند کنترل.

۸. مثال طراحی

شرایط:

• دبی: ۵۰۰ m³/day

• کدورت ورودی: ۵۰ NTU → هدف: ≤ ۱ NTU

• روش انتخابی: انعقاد با آلوم + فیلتر شن سریع.

محاسبات:

• دوز آلوم: ۳۰ mg/L (بر اساس جارتست) → مصرف روزانه: ۱۵ kg/day.

• مخزن ته نشینی:

  • سرعت سرریز: ۱ m/h → سطح مقطع: ۵۰۰/۲۴ ≈ ۲۰.۸ m².

• فیلتر شن:

  • تعداد فیلترها: ۲ واحد با قطر ۳ متر (مساحت هر فیلتر: ۷ m²).

  • سرعت فیلتراسیون: ۵ m/h.

تجهیزات:

• مخزن ۱۰۰۰ لیتری آلوم با پمپ دوزینگ.

• فیلترهای شن با لایه‌های شن و ذغال آنتراسیت.

۹. نتیجه‌گیری

انتخاب روش حذف کدورت به عواملی مانند هزینه، راندمان، و ویژگی‌های آب خام بستگی دارد. روش‌های سنتی مانند انعقاد-تهنشینی برای سیستم‌های بزرگ مقرون‌به‌صرفه هستند، در حالی که فناوری‌های نوین مانند فیلتراسیون غشایی برای آب‌های با کدورت پایین و نیاز به کیفیت بالا مناسب‌اند. ترکیب روش‌ها (مثل DAF + فیلتراسیون) می‌تواند بازدهی را افزایش دهد.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

روش‌های سنتی و نوین حذف جلبک در تصفیه آب و فاضلاب: طراحی، محاسبات و اجرا

۱. مقدمه

جلبک‌ها به دلیل رشد سریع در حضور نور، مواد مغذی (نیتروژن و فسفر)، و آب گرم، چالش بزرگی در سیستم‌های تصفیه آب و فاضلاب ایجاد می‌کنند. حذف آن‌ها برای جلوگیری از گرفتگی فیلترها، کاهش کیفیت آب، و تولید ترکیبات سمی (مثل مایکروسیستین) ضروری است.

۲. روش‌های سنتی حذف جلبک

الف. روش‌های شیمیایی

۱. سولفات مس (CuSO₄):

• مکانیسم: مختل کردن فتوسنتز و نابودی سلول‌های جلبک.

• دوز مصرف: ۰.۲–۰.۵ mg/L (بسته به گونه جلبک).

• محدودیت: سمیت برای آبزیان و تجمع مس در محیط.

۲. کلرزنی:

• مکانیسم: اکسیداسیون دیواره سلولی جلبک.

• دوز مصرف: ۱–۵ mg/L (بسته به کدورت آب).

• محدودیت: تشکیل ترکیبات جانبی سرطان‌زا (THMs).

۳. آلوم (سولفات آلومینیوم):

• مکانیسم: لخته‌سازی و حذف جلبک‌ها همراه با ذرات معلق.

• دوز مصرف: ۱۰–۵۰ mg/L.

ب. روش‌های فیزیکی

۱. فیلتراسیون (شن، کربن فعال):

• کاربرد: حذف جلبک‌های معلق.

• طراحی: استفاده از فیلترهای چندلایه با سرعت جریان ۵–۱۵ m/h.

۲. هوادهی:

• مکانیسم: کاهش مواد مغذی (فسفر) با اکسیداسیون.

• اجرا: هوادهی عمقی با دیفیوزرهای حباب ریز.

۳. روش‌های نوین حذف جلبک

الف. فناوری‌های پیشرفته اکسیداسیون

۱. ازون‌زنی (O₃):

• مکانیسم: تخریب دیواره سلولی جلبک با رادیکال‌های آزاد.

• دوز مصرف: ۱–۳ mg/L.

• مزایا: عدم تشکیل لجن و حذف همزمان ترکیبات آلی.

۲. اولتراسونیک (Ultrasonic Treatment):

• مکانیسم: ایجاد حفره‌های ریز (Cavitation) برای تخریب سلول‌ها.

• انرژی مورد نیاز: ۲۰–۵۰ W/L به مدت ۱۰–۳۰ دقیقه.

ب. روش‌های بیولوژیکی

۱. زیست‌کنترل (Bio-control):

• استفاده از موجودات رقیب: مانند دافنی (کک آبی) یا باکتری‌های جلبک‌خوار.

• محدودیت: نیاز به شرایط زیست‌محیطی خاص.

۲. گیاه‌پالایی (Phytoremediation):

• استفاده از گیاهان آبزی: مانند نی (Phragmites) برای جذب مواد مغذی.

ج. فناوری نانو

۱. نانوذرات اکسید فلزی (مثل TiO₂):

• مکانیسم: تولید رادیکال‌های آزاد تحت نور UV برای تخریب جلبک.

• دوز مصرف: ۰.۱–۰.۵ g/L.

۲. نانوفیلترها:

• کاربرد: حذف انتخابی جلبک‌ها با اندازه منافذ ۱۰–۱۰۰ نانومتر.

۴. محاسبات کلیدی

الف. محاسبه دوز مواد شیمیایی

• فرمول پایه:

  دوز (mg/L) = (غلظت هدف × حجم آب) / خلوص ماده  

  • مثال: برای حذف جلبک با سولفات مس (غلظت هدف ۰.۳ mg/L، حجم آب ۱۰۰۰ m³، خلوص ۹۸%):

    دوز = (۰.۳ × ۱,۰۰۰,۰۰۰) / ۰.۹۸ ≈ ۳۰۶ mg/m³ ≈ ۰.۳۰۶ kg/day  

ب. انرژی مورد نیاز اولتراسونیک

• فرمول:

  انرژی (kWh) = (توان دستگاه (W) × زمان (h)) / ۱۰۰۰  

  • مثال: دستگاه ۵۰۰ W برای ۳۰ دقیقه:

    انرژی = (۵۰۰ × ۰.۵) / ۱۰۰۰ = ۰.۲۵ kWh  

۵. طراحی سیستم‌ها

الف. سیستم شیمیایی

• تجهیزات: مخازن ذخیره مواد شیمیایی، پمپ‌های دوزینگ، میکسرهای سریع.

• اجرا: تزریق ماده شیمیایی در ابتدای فرآیند تصفیه (قبل از لخته‌سازی).

ب. سیستم اولتراسونیک

• پارامترهای طراحی:

  • فرکانس امواج: ۲۰–۴۰ kHz (بهینه برای حفره‌سازی).

  • تعداد مبدل‌ها: بر اساس حجم آب و شدت آلودگی.

• اجرا: نصب مبدل‌ها در کانال‌های ورودی یا مخازن ذخیره.

ج. سیستم نانوذرات

• طراحی:

  • تزریق نانوذرات در مخزن واکنش با زمان ماند ۱–۲ ساعت.

  • استفاده از لامپ UV برای فعال‌سازی نانوذرات TiO₂.

۶. مقایسه روش‌های سنتی و نوین

روش مزایا معایب

سولفات مس ارزان، سریع سمیت زیست‌محیطی

کلرزنی باقیمانده گندزدا تشکیل THMs

ازون‌زنی عدم لجن، حذف ترکیبات آلی هزینه بالا

اولتراسونیک عدم نیاز به مواد شیمیایی مصرف انرژی بالا

نانوذرات راندمان بالا در دوز کم هزینه اولیه بالا

۷. اجرا و چالش‌ها

• روش‌های سنتی:

  • چالش: مدیریت لجن و باقیمانده مواد شیمیایی.

  • اجرا: نیاز به پایش مداوم pH و دوز مواد.

• روش‌های نوین:

  • چالش: هزینه بالای تجهیزات و نیاز به نیروی متخصص.

  • اجرا: یکپارچه‌سازی با سیستم‌های موجود (مثل ترکیب UV و نانوذرات).

۸. نمونه طراحی عملی

شرایط:

• حجم آب: ۵۰۰ m³/day

• روش انتخابی: ترکیبی از آلوم (۲۰ mg/L) و اولتراسونیک (۳۰ دقیقه با ۴۰ kHz).

محاسبات:

• دوز آلوم: m³ ۵۰۰× ۲۰ mg/L = ۱۰ kg/day.

• انرژی اولتراسونیک: W ۵۰۰ × ۰.۵ h = ۲۵۰ Wh/day.

تجهیزات:

• مخزن ۲۰۰ لیتری آلوم با پمپ دوزینگ.

• دستگاه اولتراسونیک با ۱۰ مبدل ۵۰ واتی.

۹. نتیجه‌گیری

انتخاب روش حذف جلبک به عواملی مانند هزینه، راندمان، و ملاحظات محیط‌ زیستی بستگی دارد. روش‌های سنتی مانند سولفات مس و کلرزنی به دلیل هزینه پایین هنوز پرکاربرد هستند، اما روش‌های نوین مانند اولتراسونیک و نانوذرات با وجود هزینه اولیه بالا، سازگاری بیشتری با محیط زیست دارند. ترکیب روش‌ها (مثل استفاده همزمان از آلوم و UV) می‌تواند بازدهی را افزایش دهد.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

گندزدایی در تصفیه آب و فاضلاب: روش‌ها، محاسبات

۱. اهمیت گندزدایی

• حذف پاتوژن‌ها: باکتری‌ها، ویروس‌ها، و انگل‌ها (مانند اشرشیاکلی، کوکسیدیوم).

• پیشگیری از بیماری‌ها: وبا، حصبه، و اسهال‌های عفونی.

• مطابقت با استانداردها: رعایت حد مجاز باقیمانده مواد گندزدا (مثل کلر باقیمانده ≤ ۰.۲–۰.۵ mg/L).

۲. روش‌های گندزدایی

الف. روش‌های شیمیایی

۱. کلرزنی (Cl₂, NaOCl, Ca(OCl)₂):

• مزایا: ارزان، باقیمانده مؤثر، گسترده در سیستم‌های شهری.

• معایب: تشکیل ترکیبات جانبی سرطان‌زا (THMs، HAAs).

• فرمول واکنش:

  Cl₂ + H₂O → HOCl + HCl  
  HOCl → H⁺ + OCl⁻ (گندزدایی مؤثر در pH < ۸)  

۲. ازون (O₃):

• مزایا: قدرت اکسیداسیون بالا، عدم تشکیل باقیمانده شیمیایی.

• معایب: هزینه بالا، نیمه‌عمر کوتاه (نیاز به تزریق در محل).

• فرمول واکنش:

  O₃ → O₂ + O· (رادیکال آزاد اکسیژن)  

۳. کلرآمین‌ها (NH₂Cl):

• مزایا: کاهش تشکیل THMs، باقیمانده پایدار.

• معایب: قدرت گندزدایی کمتر نسبت به کلر آزاد.

۴. دی‌اکسید کلر (ClO₂):

• مزایا: عدم تشکیل THMs، مؤثر در حذف ویروس‌ها.

• معایب: خطر انفجار در غلظت بالا.

ب. روش‌های فیزیکی

۱. پرتو فرابنفش (UV):

• مکانیسم: آسیب به DNA پاتوژن‌ها با طول موج ۲۵۴ نانومتر.

• مزایا: عدم تشکیل ترکیبات جانبی، مناسب برای آب‌های کم کدورت.

• معایب: نیاز به آب شفاف، عدم باقیمانده گندزدا.

۲. گرمایش (پاستوریزاسیون):

• کاربرد: سیستم‌های کوچک یا روستایی.

۳. محاسبات کلیدی

الف. دوز گندزدا

• فرمول پایه (CT Value):

  CT = غلظت گندزدا (mg/L) × زمان تماس (دقیقه)  

  • مثال: برای حذف ۹۹.۹% ویروس‌ها با کلر (CT ≈ ۱۵ mg·min/L).

ب. محاسبه باقیمانده کلر

• فرمول:

  باقیمانده کلر = دوز تزریقشده – مصرفشده در واکنش با آلاینده‌ها  

ج. انرژی UV مورد نیاز

• فرمول:

  انرژی (mJ/cm²) = شدت تابش (μW/cm²) × زمان تماس (ثانیه)  

  • حداقل انرژی برای گندزدایی: ۴۰ mJ/cm² (برای باکتری‌ها).

۴. طراحی سیستم‌های گندزدایی

الف. کلرزنی

• مخزن تماس: زمان ماند ≥ ۳۰ دقیقه برای اطمینان از CT کافی.

• تجهیزات:

  • سیستم تزریق گاز کلر (فشار پایین).

  • مخازن ذخیره هیپوکلریت سدیم.

ب. سیستم UV

• پارامترهای طراحی:

  • شفافیت آب: NTU < ۱ برای عبور مؤثر پرتو.

  • تعداد لامپ‌ها: بر اساس دبی و انرژی مورد نیاز.

• اجزای سیستم:

  • محفظه استیل ضدزنگ با لامپ‌های UV.

  • سیستم تمیزکننده خودکار (برای جلوگیری از رسوب).

ج. ازون‌زنی

• ژنراتور ازون: تولید ازون با تخلیه الکتریکی یا تابش UV.

• مخزن تماس: زمان تماس ≈ ۱۰–۲۰ دقیقه.

۵. مقایسه روش‌های گندزدایی

روش مزایا معایب کاربرد

کلرزنی ارزان ، باقیمانده مؤثرتشکیل THMs، خطر سمیت شبکه‌های آب شهری

UV عدم ترکیبات جانبی نیاز به آب شفاف بیمارستان‌ها، صنایع دارویی

ازون قدرت اکسیداسیون بالا هزینه بالا ، نیمه‌عمر کوتاه استخرهای شنا ، آب بطری

کلرآمین‌ها کاهش THMs قدرت گندزدایی کمتر سیستم‌های توزیع طولانی

۶. اجرا و چالش‌ها

• کلرزنی:

  • خطرات: نشت گاز کلر (نیاز به سیستم‌های ایمنی).

  • مدیریت THMs: استفاده از کربن فعال یا اصلاح pH.

• UV:

  • رسوب بر لامپ‌ها: نیاز به تمیزکاری دوره‌ای.

• ازون:

  • تولید در محل: نیاز به تجهیزات پیچیده.

۷. پیشرفت‌های نوین

• گندزدایی ترکیبی: استفاده همزمان از UV + کلر برای کاهش THMs.

• فناوری پلاسما: تولید رادیکال‌های آزاد برای گندزدایی سریع.

• نانوفتوکاتالیست‌ها: استفاده از TiO₂ تحت UV برای تخریب آلاینده‌ها.

۸. مثال طراحی

شرایط:

• دبی آب: ۵۰۰ m³/day

• روش گندزدایی: کلرزنی با هیپوکلریت سدیم (غلظت ۱۰% کلر).

• CT مورد نیاز: ۱۵ mg·min/L.

محاسبات:

• زمان تماس: ۳۰ دقیقه → غلظت کلر = CT / زمان = ۱۵ / ۳۰ = ۰.۵ mg/L.

• دوز هیپوکلریت سدیم: (۰.۵ mg/L) / (۰.۱) = ۵ mg/L.

• مصرف روزانه: m³/day ۵۰۰ × ۵ mg/L = ۲.۵ kg/day.

تجهیزات:

• مخزن ۱۰۰۰ لیتری هیپوکلریت سدیم.

• پمپ دوزینگ با دقت ±۰.۱ mg/L.

• ۹. نتیجه‌گیری

انتخاب روش گندزدایی به عواملی مانند هزینه، کیفیت آب، و استانداردهای بهداشتی بستگی دارد. کلرزنی هنوز پرکاربردترین روش است، اما فناوری‌هایی مانند UV و ازون به دلیل ایمنی و کاهش ترکیبات جانبی در حال گسترش هستند. پایش مداوم باقیمانده گندزدا و تطابق با استانداردهای جهانی کلید موفقیت است.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

تنظیم pH در تصفیه آب و فاضلاب: روش‌ها

۱. اهمیت تنظیم pH

• بهینه‌سازی فرآیندها:

  • انعقاد و لخته‌سازی (بهینه در pH ۶–۸ برای آلوم).

  • گندزدایی (کلر در pH < ۸ مؤثرتر است).

• جلوگیری از خوردگی: حفظ pH نزدیک خنثی (۷–۸.۵) برای کاهش خوردگی لوله‌ها.

• حذف فلزات سنگین: رسوب‌دهی فلزات (مانند آهن و منگنز) در pH خاص.

۲. روش‌های تنظیم pH

الف. افزایش pH (قلیایی‌سازی)

• مواد شیمیایی:

  • آهک (CaO یا Ca(OH)₂): ارزان، اما تولید لجن زیاد.

  • سود سوزآور (NaOH): گران‌تر، اما محلول‌پذیری بالا.

  • کربنات سدیم (Na₂CO₃): مناسب برای سیستم‌های با قلیاییت کم.

• واکنش شیمیایی:

  CaO + H₂O → Ca(OH)₂  
  Ca(OH)₂ + CO₂ → CaCO₃↓ + H₂O  

ب. کاهش pH (اسیدی‌سازی)

• مواد شیمیایی:

  • اسید سولفوریک (H₂SO₄): رایج، اما خطر خوردگی بالا.

  • اسید هیدروکلریک (HCl): سریع‌العمل، اما انتشار گاز سمی.

  • CO₂ تزریقی: ایمن‌تر، مناسب برای سیستم‌های حساس.

• واکنش شیمیایی:

  H₂SO₄ + 2HCO₃⁻ → 2CO₂ + 2H₂O + SO₄²⁻  

۳. محاسبات و فرمول‌های کلیدی

الف. محاسبه دوز مواد شیمیایی

• فرمول پایه:

  دوز (mg/L) = (ΔpH × قلیاییت (mg/L CaCO₃)) / (وزن معادل ماده × خلوص ماده)  

• مثال:

  • برای کاهش pH از ۹ به ۷ با اسید سولفوریک (H₂SO₄، خلوص ۹۸%):

    • قلیاییت آب = ۱۵۰ mg/L CaCO₃

    • وزن معادل H₂SO₄ = ۴۹ g/mol

    • دوز ≈ (۲ × ۱۵۰) / (۴۹ × ۰.۹۸) ≈ ۶.۲ mg/L

ب. اصلاح قلیاییت

• رابطه قلیاییت و pH:

  قلیاییت = [HCO₃⁻] + 2[CO₃²⁻] + [OH⁻] - [H⁺]  

۴. طراحی سیستم‌های تنظیم pH

• انتخاب ماده شیمیایی:

  • هزینه: آهک ارزان‌تر از سود سوزآور.

  • ایمنی: CO₂ ایمن‌تر از اسیدهای معدنی.

  • لجن: آهک لجن بیشتری تولید می‌کند.

• تجهیزات:

  • مخازن ذخیره: ضد خوردگی (فایبرگلاس یا استیل ضدزنگ).

  • سیستم تزریق: پمپ‌های دوزینگ با کنترلر pH.

  • میکسرها: اختلاط سریع برای جلوگیری از لکه‌گیری (Channeling).

۵. مقایسه مواد شیمیایی

ماده مزایا معایب کاربرد

آهک ارزان ، در دسترس لجن زیاد، رسوب‌گیری فاضلاب‌های صنعتی

NaOH واکنش سریع، لجن کم گران، خطرناک سیستم‌های کوچک

CO₂ایمن، بدون لجن هزینه بالای تجهیزات آب شرب و استخرها

H₂SO₄ مؤثر، ارزان خوردگی، خطر انفجار صنایع شیمیایی

۶. مراحل اجرا

۱. آزمایش آب: اندازه‌گیری pH اولیه، قلیاییت، و دما.
۲. انتخاب ماده: بر اساس هزینه، ایمنی، و کارایی.
۳. محاسبه دوز: با استفاده از آزمون‌های جارتست یا فرمول‌های شیمیایی.
۴. تزریق ماده: استفاده از پمپ‌های دوزینگ با کنترلر اتوماتیک.
۵. میکس و ماند: اطمینان از اختلاط کامل (حداقل ۱–۲ دقیقه).
۶. پایش مداوم: سنسورهای pH آنلاین و تصحیح دوز.

۷. چالش‌های رایج

• تغییرات ناگهانی کیفیت آب: نیاز به سیستم‌های کنترل تطبیقی.

• خوردگی تجهیزات: استفاده از مواد مقاوم در برابر اسید/باز.

• مدیریت لجن: بهینه‌سازی دوز برای کاهش تولید لجن.

۸. پیشرفت‌های نوین

• سیستم‌های هوشمند: کنترلرهای PID با قابلیت یادگیری ماشین.

• نانوذرات: استفاده از نانوذرات اکسید فلزی برای تنظیم pH و حذف آلاینده‌ها.

• مواد دوست دار محیط زیست: جایگزینی CO₂ به جای اسیدهای قوی.

۹. مثال طراحی

شرایط:

• دبی آب: ۱۰۰۰ m³/day

• pH اولیه: ۹ → pH هدف: ۷

• ماده انتخابی: CO₂ (با خلوص ۹۹%)

محاسبات:

• دوز CO₂ ≈ ۲ mg/L (بر اساس آزمون جارتست)

• مقدار کل CO₂ مورد نیاز: m³/day ۱۰۰۰ × ۲ mg/L = ۲ kg/day

تجهیزات:

• مخزن ذخیره CO₂ تحت فشار.

• پمپ دوزینگ با دقت ±۰.۱ pH.

۱۰. نتیجه‌گیری

تنظیم pH یکی از مراحل حیاتی در تصفیه آب و فاضلاب است که به دقت بالا در محاسبات، انتخاب مواد شیمیایی، و طراحی سیستم نیاز دارد. استفاده از کنترلرهای خودکار و مواد سازگار با محیط زیست می‌تواند راندمان و پایداری فرآیند را افزایش دهد.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

زلال‌سازی در تصفیه آب و فاضلاب: مرور جامع

۱. تعریف و مکانیسم‌ها

زلال‌سازی (Coagulation) فرآیندی شیمیایی-فیزیکی برای حذف ذرات کلوئیدی و معلق در آب با استفاده از مواد منعقدکننده است. مکانیسم‌های اصلی عبارتند از:

• خنثی‌سازی بار الکتریکی: کاهش دافعه بین ذرات.

• لخته‌سازی جاروبی (Sweep Flocculation): تشکیل پوشش هیدروکسید فلزی که ذرات را جذب می‌کند.

۲. انواع مواد منعقدکننده

• نمک‌های معدنی:

  • سولفات آلومینیوم (آلوم)؛ رایج، مؤثر در pH ۶–۸.

  • کلرید فریک/سولفات فریک؛ مناسب برای حذف فسفر و رنگ.

• پلیمرهای آلی: پلی‌آکریل آمید (کمک منعقدکننده).

• منعقدکننده‌های طبیعی: مانند مورینگا (پایدار و سازگار با محیط زیست).

۳. طراحی واحدهای زلال‌سازی

• مخزن اختلاط سریع (Rapid Mix):

  • هدف: توزیع یکنواخت منعقدکننده.

  • پارامترها: زمان ماند (۱۰–۶۰ ثانیه)، گرادیان سرعت (G ≈ ۳۰۰–۱۰۰۰ ثانیه⁻¹).

• مخزن لخته‌سازی (Flocculation):

  • هدف: تشکیل لخته‌های بزرگ.

  • پارامترها: زمان ماند (۲۰–۴۰ دقیقه)، G ≈ ۲۰–۸۰ ثانیه⁻¹.

۴. محاسبات کلیدی

• دوز منعقدکننده: بر اساس آزمون جارتست (Jar Test) تعیین می‌شود (محدوده آلوم: ۵–۱۰۰ میلی‌گرم/لیتر).

• اصلاح pH: استفاده از آهک یا سودا اش برای تنظیم pH بهینه (آلوم: pH ≈ ۶–۸، فریک: pH ≈ ۴–۹).

• تولید لجن: محاسبه بر اساس دوز منعقدکننده و TSS آب خام.

۵. شباهت‌ها و تفاوت‌های آب و فاضلاب

• شباهت‌ها: استفاده از مواد منعقدکننده مشابه، هدف حذف ذرات.

• تفاوت‌ها:

  • فاضلاب: غلظت بالای مواد آلی، نیاز به دوز بالاتر یا ترکیب منعقدکننده-پلیمر.

  • آب شرب: حساسیت به باقیمانده فلزات (مثل آلومینیوم).

۶. انتخاب منعقدکننده

• عوامل مؤثر:

  • کیفیت آب (کدورت، pH، مواد آلی).

  • هدف تصفیه (حذف فسفر، رنگ، فلزات سنگین).

  • هزینه و مدیریت لجن.

• روش انتخاب: انجام آزمون جارتست برای تعیین دوز و ترکیب بهینه.

۷. کاربرد مواد منعقدکننده در حذف آلاینده‌ها

منعقدکنندهکاربرد اصلی

آلوم کاهش کدورت، حذف پاتوژن‌ها.

کلرید فریک حذف فسفر، رنگ، و فلزات سنگین.

پلیمرهای کاتیونی بهبود لخته‌سازی در فاضلاب‌های صنعتی.

مورینگا تصفیه پایدار در جوامع محلی.

۸. اجرا و مصالح ساخت

• مصالح: بتن با پوشش اپوکسی، استیل ضدزنگ، یا پلی‌اتیلن.

• تجهیزات: میکسرهای مکانیکی، سیستم‌های دوزینگ خودکار (بر پایه pH/کدورت).

• چالش‌ها: خوردگی، تغییرات سریع کیفیت آب، مدیریت لجن.

۹. ملاحظات محیط زیستی

• باقیمانده منعقدکننده: کنترل آلومینیوم در آب شرب.

• لجن: دفن بهداشتی یا استفاده در کشاورزی (بسته به ترکیب شیمیایی).

۱۰. پیشرفت‌های اخیر

• منعقدکننده‌های هوشمند: پاسخگو به تغییرات آنی کیفیت آب.

• نانو مواد: افزایش راندمان در دوزهای پایین.

نتیجه‌گیری: انتخاب و طراحی سیستم زلال‌سازی نیازمند تحلیل دقیق کیفیت آب، هدف تصفیه، و هزینه‌های عملیاتی است. آزمون‌های آزمایشگاهی و پایش مداوم کلید موفقیت هستند.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

واحد لخته‌سازی در تصفیه آب و فاضلاب: محاسبات، انواع، شیوه ساخت و اجرا، طراحی، شباهت‌ها و تفاوت‌ها

۱. هدف لخته‌سازی

لخته‌سازی (Coagulation & Flocculation) فرآیندی برای حذف ذرات ریز معلق، کلوئیدها، و مواد آلی با خنثی‌سازی بار سطحی آن‌ها و تشکیل لخته‌های بزرگتر است. این فرآیند در مراحل اولیه تصفیه آب و فاضلاب انجام می‌شود.

۲. مواد منعقدکننده و کاربردها

ماده منعقدکننده فرمول شیمیایی میزان مصرف (mg/L) pH بهینه کاربرد اصلی

آلوم (سولفات آلومینیم)Al2(SO4)3Al2​(SO4​)3​ ۱۰–۱۰۰ ۶–۸حذف کدورت، رنگ، و فسفر

کلروفریک (FeCl₃)FeCl3FeCl3​ ۱۰–۱۵۰ ۴–۶حذف فلزات سنگین، فسفر، و رنگ

پلی‌آلومینیوم کلراید (PAC)۵–۵۰ ۶–۹ مناسب برای آب‌های سرد و کم‌کدورت

پلیمرهای آلی (PAM)پلی‌آکریل آمید ۶–۸ ۰.۱–۵ بهبود لخته‌سازی به عنوان کمک منعقدکننده

۳. شیوه انتخاب منعقدکننده

• آنالیز آب/فاضلاب: اندازه‌گیری کدورت، pH، TOC، و غلظت یون‌های مزاحم (مانند سولفات).

• آزمایش جارت (Jar Test):

  • تعیین دوز بهینه و pH مناسب برای هر ماده.

  • ارزیابی راندمان حذف و سرعت تشکیل لخته.

• ملاحظات اقتصادی: هزینه مواد، حجم لجن تولیدی، و نیاز به تنظیم pH.

۴. محاسبات کلیدی

۱. دوز منعقدکننده:

دوز (mg/L)=غلظت آلاینده (mg/L)*راندمان انعقاد

• مثال: برای حذف ۵۰ mg/L فسفر با راندمان ۹۰٪:

  دوز FeCl₃=۵۰۰.۹≈۵۶ mg/L.دوز FeCl₃=۰.۹۵۰​≈۵۶mg/L.

۲. مقدار لجن تولیدی:

لجن (kg/day)=Q*(دوز منعقدکننده TSS ورودی)*۱۰−۳

• Q: دبی (m³/day).

۳. انرژی اختلاط (G Value):

G=P*μ*V​​

• P: توان مصرفی (W)، μ: ویسکوزیته آب (Pa.s)، V: حجم مخزن (m³).

• مقادیر پیشنهادی:

  • اختلاط سریع: G=۳۰۰–۱۰۰۰  s⁻¹، زمان ماند: ۳۰–۶۰ ثانیه.

  • لخته‌سازی: G=۲۰–۸۰  s⁻¹ ، زمان ماند: ۱۵–۴۰ دقیقه.

۵. انواع واحدهای لخته‌سازی

نوع واحد مکانیسم کاربرد مزایا معایب

مخزن اختلاط سریع همزن مکانیکی یا هیدرولیک تزریق مواد منعقدکننده کنترل دقیق انرژی اختلاط هزینه بالای نگهداری

لخته‌سازهای پلکانی جریان آب از روی پله‌ها تصفیه خانه‌های کوچک ساده و کم‌هزینه راندمان پایین در بارهای بالا

لخته‌سازهای لوله‌ای ایجاد تلاطم در لوله‌های پیچان سیستم‌های فشرده صرفه‌جویی در فضانیاز به فشار آب بالا

۶. طراحی و ساخت

۱. مخزن اختلاط سریع:

• مواد ساخت: بتن مسلح با پوشش اپوکسی یا استن لس استیل.

• همزن: پروانه‌های توربینی با سرعت ۱۰۰–۳۰۰ دور بر دقیقه.

• سیستم تزریق: پمپ‌های دوزینگ با دقت ۱٪.

۲. لخته‌سازهای مکانیکی:

• اجزا: پره‌های چرخان، شفت عمودی، و موتور الکتریکی.

• محاسبه توان موتور:

  P=(G^2*μ*V)

۳. لخته‌سازهای هیدرولیک:

• کانال‌های با جریان آهسته: شیب ۰.۱–۰.۳٪ و سرعت ۰.۲–۰.۶ m/s.

• بافل‌ها (Baffles): ایجاد تلاطم کنترل‌شده.

۷. شباهت‌ها و تفاوت‌ها

معیار تصفیه آب تصفیه فاضلاب

هدف اصلی حذف کدورت و رنگ حذف مواد آلی و فسفر

مواد منعقدکننده رایج آلوم ، PAC کلروفریک، پلیمرها

pH عملیاتی۶–۸ ۴–۷ (بسته به نوع فاضلاب)

انرژی اختلاطG = ۳۰۰–۱۰۰۰ s⁻¹ G = ۵۰–۲۰۰ s⁻¹

لجن تولیدیکم‌حجم با رطوبت بالاپرحجم با مواد آلی بیشتر

۸. مثال کاربردی

طراحی واحد لخته‌سازی برای حذف فسفر از فاضلاب شهری:

• دبی: ۵۰۰ m³/day.

• غلظت فسفر ورودی: ۱۰ mg/L.

• انتخاب ماده: کلروفریک با دوز ۴۰ mg/L.

• مقدار لجن:

  لجن=۵۰۰*(۴۰*۲۰۰)*۱۰−۳=۱۲۰ kg/day.

• مخزن اختلاط:

  • حجم: V=۵۰۰*۰.۰۱=۵ m.

  • توان همزن: P=۵۰^۲*۰.۰۰۱*۵=۱۲.۵W.

۹. ملاحظات زیست‌محیطی

• مدیریت لجن: خشک‌کردن، کمپوست، یا دفن بهداشتی.

• کاهش مصرف مواد: استفاده از سیستم‌های بازیابی مواد منعقدکننده.

• پایش مداوم: اندازهگیری pH، کدورت، و باقیمانده مواد شیمیایی.

۱۰. جدول مقایسه مواد منعقدکننده

ماده هزینه راندمان تولید لجن ملاحظات

آلوم پایین متوسط متوسط نیاز به تنظیم pH

کلروفریک متوسط بالا زیاد مناسب برای فاضلاب اسیدی

PAC بالا بالا کم عملکرد بهتر در آب سرد

پلیمرها بسیار بالا بسیار بالا بسیار کم نیاز به دوز دقیق

با انتخاب دقیق مواد منعقدکننده و طراحی بهینه واحد لخته‌سازی، می‌توان راندمان تصفیه را افزایش و هزینه‌های عملیاتی را کاهش داد. آزمایش جارت و پایش مداوم پارامترهای کیفی آب/فاضلاب برای موفقیت این فرآیند ضروری است.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

واحد هوادهی در تصفیه آب و فاضلاب: کاربرد، محاسبات، انواع، شیوه ساخت و اجرا، طراحی، شباهت‌ها و تفاوت‌ها

۱. کاربرد واحد هوادهی

واحد هوادهی در تصفیه آب و فاضلاب به دلایل زیر استفاده می‌شود:

• تأمین اکسیژن: برای فعال‌سازی فرآیندهای بیولوژیکی (مانند لجن فعال) و تجزیه مواد آلی.

• حذف گازهای نامطلوب: مانند دی‌اکسید کربن (CO₂)، سولفید هیدروژن (H₂S) و متان (CH₄).

• اکسیداسیون شیمیایی: تبدیل آهن و منگنز محلول به شکل نامحلول برای حذف توسط فیلتراسیون.

• اختلاط: جلوگیری از رسوب مواد جامد در حوضچه‌های تصفیه.

۲. انواع سیستم‌های هوادهی

۲.۱. هوادهی عمقی (Submerged Aeration)

• دیفیوزرهای حباب ریز (Fine Bubble Diffusers):

  • مکانیسم: تولید حباب‌های ریز (۱–۳ میلیمتر) برای انتقال اکسیژن با راندمان بالا.

  • مواد: EPDM، سیلیکون یا پلی اورتان.

  • کاربرد: فاضلاب شهری و صنعتی با بار آلی بالا.

• دیفیوزرهای حباب درشت (Coarse Bubble Diffusers):

  • مکانیسم: تولید حباب‌های بزرگ (۵–۱۰ میلیمتر) برای اختلاط شدید.

  • کاربرد: حوضچه‌های لجن فعال با نیاز به اختلاط قوی.

۲.۲. هوادهی سطحی (Surface Aeration)

• هواده‌های مکانیکی (Mechanical Aerators):

  • پره‌های چرخان (Rotating Blades): ایجاد تلاطم سطحی برای جذب اکسیژن.

  • جت هوادهی (Jet Aerators): تزریق هوا با فشار بالا به داخل آب.

  • کاربرد: استخرهای اکسیداسیون و لاگون‌های هوازی.

۲.۳. هوادهی با فشار (Pressure Aeration)

• برج‌های هوادهی (Packed Towers):

  • مکانیسم: عبور آب از میان سطوح پرکننده (Packings) در جریان معکوس با هوا.

  • کاربرد: حذف گازهای فرار (CO₂، H₂S) در تصفیه آب.

۳. محاسبات کلیدی

۳.۱. نیاز اکسیژن (Oxygen Requirement, OUR)

OUR=Q×(S0−Se)×1.42 (kg O₂/day)

• Q: دبی فاضلاب (m³/day).

• S0​: BOD ورودی (mg/L).

• Se​: BOD خروجی (mg/L).

۳.۲. انتقال اکسیژن (Oxygen Transfer Rate, OTR)

OTR=SOTR×α×(β×Cs​−C)×θ^(T−20)

• SOTR: انتقال اکسیژن استاندارد (kg O₂/h).

• α: ضریب تصحیح برای فاضلاب (۰.۳–۰.۸).

• β: ضریب تصحیح شوری (معمولاً ≈ ۱).

• Cs​: غلظت اشباع اکسیژن در آب (mg/L).

• C: غلظت اکسیژن محلول (mg/L).

• θ: ضریب دمایی (۱.۰۲۴).

۳.۳. حجم هوای مورد نیاز

Air Flow=(OUR)/(OTE×۰.۲۷۵ )(Nm³/h)

• OTE: راندمان انتقال اکسیژن (معمولاً ۱۵–۳۵٪ برای دیفیوزرهای حباب ریز).

۴. شیوه ساخت و اجرا

۴.۱. هوادهی عمقی (دیفیوزرها)

۱. نصب دیفیوزرها:

• قرارگیری دیفیوزرها در کف حوضچه با فاصله ۰.۵–۱ متر.

• اتصال به لوله‌های اصلی هوا از جنس PVC یا استیل.
  ۲. سیستم هوادهی:

• کمپرسورهای هوا (Blowers) با فشار ۰.۵–۱ بار.

• فیلترهای هوا برای جلوگیری از گرفتگی دیفیوزرها.
  ۳. کنترل:

• استفاده از فلومتر و سنسورهای DO برای تنظیم دبی هوا.

۴.۲. هوادهی سطحی (پره‌های چرخان)

۱. نصب موتور و پره:

• مونتاژ پره‌های فولادی روی شفت عمودی.

• نصب موتور الکتریکی با توان ۵–۵۰ اسب بخار.
  ۲. اجرا:

• تنظیم سرعت چرخش برای ایجاد تلاطم بهینه.

۵. طراحی واحد هوادهی

• انتخاب نوع هواده: بر اساس بار آلی، عمق حوضچه و هزینه عملیاتی.

• محاسبه تعداد دیفیوزرها:

  N=(OTR هر دیفیوزر)/(OTR مورد نیاز)​)

• عمق بهینه حوضچه: ۴–۶ متر برای افزایش راندمان انتقال اکسیژن.

• ملاحظات انرژی: انتخاب کمپرسورهای با راندمان بالا (Turbo Blowers).

۶. شباهت‌ها و تفاوت‌ها

معیارتصفیه آب تصفیه فاضلاب

هدف اصلی حذف گازها و اکسیداسیون مواد معدنیتأمین اکسیژن برای تجزیه مواد آلی

نیاز به اکسیژن کم (معمولاً < ۲ mg/L)بالا (معمولاً ۲–۸ mg/L)

نوع هوادهی غالب برج‌های هوادهی یا جتدیفیوزرهای حباب ریز یا پره‌های چرخان

راندمان انتقال اکسیژن۸۰–۹۰٪ (در برج‌های هوادهی)۱۵–۳۵٪ (در دیفیوزرها)

هزینه عملیاتی پایین (به دلیل نیاز به هوادهی کمتر)بالا (به دلیل مصرف انرژی زیاد)

۷. استانداردها و ملاحظات

• استانداردهای طراحی:

  • ASCE 18-96: استاندارد طراحی سیستم‌های هوادهی.

  • EPA 625/1-74-006: راهنمای انتقال اکسیژن در فاضلاب.

• کاهش مصرف انرژی:

  • استفاده از هواده‌های با راندمان بالا (مثل دیفیوزرهای دیسکی).

  • بازیابی انرژی از کمپرسورها.

واحد هوادهی یکی از مهم‌ترین بخش‌های فرآیندهای بیولوژیکی است که طراحی بهینه آن تأثیر مستقیمی بر راندمان تصفیه و هزینه‌های عملیاتی دارد. انتخاب بین سیستم‌های عمقی و سطحی به عواملی مانند عمق حوضچه، نوع آلاینده و بودجه پروژه بستگی دارد.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

انواع فیلتراسیون در تصفیه آب: واحدها، روش‌ها، محاسبات، ساخت و شیوه اجرا

۱. فیلتراسیون گرانولی (Granular Filtration)

۱.۱. فیلتر شنی سریع (Rapid Sand Filter)

• واحدها:

  • لایه‌های فیلتر: شن با دانه‌بندی ۰.۴–۱.۲ میلیمتر، آنتراسیت یا گارنت.

  • سیستم زیرآب (Underdrain): لوله‌های سوراخدار یا صفحات مشبک.

  • سیستم شستشوی معکوس (Backwash): پمپ آب یا هوا.

• روش کار:

  • آب از لایه‌های شن عبور کرده و ذرات معلق در منافذ رسوب می‌کنند.

  • شستشوی معکوس با آب یا هوا هر ۲۴–۷۲ ساعت برای احیای فیلتر.

• محاسبات:

  • سرعت فیلتراسیون: ۱–۱۵ متر بر ساعت۱–۱۵ متر بر ساعت.

  • افت فشار (Head Loss): با معادله Carmen-Kozeny یا Rose.

    hL=((۱۵۰μ(۱−ϵ)²)/(dp²ϵ³))×(Q/A)×L

    μ: ویسکوزیته آب، ϵ: تخلخل، dp​: قطر ذرات، Q: دبی، A: سطح فیلتر، L: ضخامت لایه.

• ساخت:

  • مخزن بتن مسلح یا فولادی با لایه‌های شن و سیستم زیرآب.

• شیوه اجرا:

  • شستشوی اولیه شن قبل از راه‌اندازی.

  • تنظیم دبی و فشار عملیاتی.

۱.۲. فیلتر شنی کند (Slow Sand Filter)

• واحدها:

  • لایه بیولوژیکی (Schmutzdecke): تشکیل لایه میکروبی روی شن.

  • شن با دانه‌بندی ریز: ۰.۱۵–۰.۳۵ میلیمتر.

• روش کار:

  • آب با سرعت کم (۰.۱–۰.۴ متر بر ساعت) از شن عبور می‌کند.

  • لایه بیولوژیکی، پاتوژن‌ها و مواد آلی را تجزیه می‌کند.

• محاسبات:

  • زمان ماند: ۲–۶ ساعت.

  • سطح مورد نیاز: A=Q/v​.

• ساخت:

  • مخزن بتنی با عمق ۱–۱.۵ متر و زهکش زیرین.

• شیوه اجرا:

  • ایجاد لایه بیولوژیکی طی ۱–۲ هفته.

  • برداشت دوره‌ای لایه سطحی (هرس).

۲. فیلتراسیون غشایی (Membrane Filtration)

۲.۱. اولترافیلتراسیون (UF)

• واحدها:

  • ماژول‌های غشایی: فیبرهای توخالی (Hollow Fiber) یا صفحه‌ای.

  • پمپ فشار پایین: ۱–۵ بار.

• روش کار:

  • جداسازی ذرات ۰.۰۱–۰.۱ میکرون (ویروس‌ها، باکتری‌ها).

  • استفاده از فشار برای عبور آب از غشای نیمهتراوا.

• محاسبات:

  • شار (Flux): J=Q/A (L/m²/h).

  • راندمان: ۹۰–۹۹٪ حذف TSS.

• ساخت:

  • غشاهای پلیمری (PVDF، PES) در محفظه استیل ضدزنگ.

• شیوه اجرا:

  • پیش‌تصفیه آب (شنی و کربنی) برای جلوگیری از گرفتگی.

  • شستشوی شیمیایی (CIP) با NaOH یا HCl.

۲.۲. اسمز معکوس (RO)

• واحدها:

  • ماژول‌های مارپیچی (Spiral Wound): غشای پلیآمیدی.

  • پمپ فشار بالا: ۱۵–۸۰ بار.

  • سیستم بازیابی انرژی (Energy Recovery Device).

• روش کار:

  • حذف یون‌ها (تا ۹۹٪)، نمک‌ها و آلاینده‌های محلول.

• محاسبات:

  • شار اسمزی: Jw=A(ΔP−Δπ).
    A: نفوذپذیری آب، ΔP: فشار اعمالی، Δπ: فشار اسمزی.

  • راندمان بازیابی آب: ۴۵–۸۵٪.

• ساخت:

  • غشاهای پلیمری با پشتیبانی از جنس پلیاستر.

• شیوه اجرا:

  • پیش‌تصفیه شدید (UF، ضدعفونی) برای جلوگیری از Scaling.

  • تنظیم pH و دوز آنتی‌اسکالانت.

۳. فیلتراسیون دیاتومه‌ای (Diatomaceous Earth Filtration)

• واحدها:

  • لایه پیش‌فیلتر: پوشش DE روی صفحات مشبک.

  • سیستم بازیابی DE.

• روش کار:

  • عبور آب از لایه DE که ذرات تا ۱ میکرون را جذب می‌کند.

• محاسبات:

  • مصرف DE: ۰.۱–۰.۵ گرم بر لیتر آب.

• ساخت:

  • مخزن استیل با صفحات پلیمری یا فلزی.

• شیوه اجرا:

  • پوشش‌دهی اولیه صفحات با DE.

  • شستشوی معکوس برای برداشت لجن.

۴. فیلترهای کارتریجی (Cartridge Filters)

• واحدها:

  • کارتریج‌های الیافی یا پلیمری: دقت ۱–۱۰۰ میکرون.

  • محفظه فشار (Housing): استیل یا PVC.

• روش کار:

  • عبور آب از کارتریج برای حذف ذرات معلق.

• محاسبات:

  • ظرفیت: بر اساس سطح فیلتر و دبی (معمولاً ۱–۱۰ m³/h).

• ساخت:

  • الیاف پلیپروپیلن یا سرامیک در محفظه فشرده.

• شیوه اجرا:

  • تعویض کارتریج پس از افزایش افت فشار (ΔP ≥ ۱ بار).

۵. مقایسه روش‌های فیلتراسیون

روش دقت حذف (میکرون)فشار (بار)کاربردهزینه

فیلتر شنی سریع ۱۰–۵۰ ۰.۱–۰.۵تصفیه آب شهریپایین

اولترافیلتراسیون ۰.۰۱– ۰.۱ ۱–۵ حذف ویروس‌هامتوسط

اسمز معکوس ۰.۰۰۱ ۱۵ –۸۰ نمک‌زدایی بسیار بالا

فیلتر کارتریجی ۱–۱۰۰ ۰.۵–۲ پیش‌تصفیه صنعتی پایین

۶. چالش‌ها و راهکارها

• گرفتگی (Fouling):

  • راهکار: پیش‌تصفیه مناسب، شستشوی معکوس، استفاده از آنتی‌اسکالانت.

• خوردگی:

  • راهکار: انتخاب مواد مقاوم (استنلس استیل، پلیمرها).

• هزینه انرژی (RO):

  • راهکار: نصب سیستم‌های بازیابی انرژی (ERD).

۷. مثال کاربردی

• پارامترهای طراحی یک سیستم RO برای آب دریا:

  • دبی: ۱۰ m³/day.

  • شار: ۱۵–۲۰ L/m²/h.

  • ماژول‌ها: ۴ ماژول مارپیچی با قطر ۸ اینچ.

  • پمپ فشار: ۶۰ بار.

  • پیش‌تصفیه: فیلتر شنی + UF.

۸. ملاحظات زیست‌محیطی

• مدیریت پساب: بازیابی آب شستشو یا استفاده از روش‌های کمآب.

• دفع غشاهای فرسوده: بازیافت مواد پلیمری یا سوزاندن کنترل‌شده.

فیلتراسیون قلب فرآیند تصفیه آب است و انتخاب روش مناسب به عواملی مانند کیفیت آب خام، هزینه، و نیازهای خروجی بستگی دارد.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب