سیستم‌های تولید آب دمین و تصفیه‌خانه (WTP) چیست؟

با توجه به محدودیت منابع آب مورد نیاز در مصارف مختلف از جمله مصارف صنعتی حساس مانند صنایع داروسازی، آزمایشگاهی، مواد شوینده و سایر مصارف و همچنین تولید آب فوق خالص به عنوان اصلی‌ترین را‌ه برای تامین آب در این مصارف شناخته می‌شوند. آب ورودی به سیستم‌های صنعتی معمولا از منابعی مثل منابع آب شهری و آب چاه تامین شده و دارای درصد بالایی از مواد ناخالصی، آلودگی‌های یونی و غیریونی است که باعث می‌شود تصفیه آب برای این صنایع فوق حساس الزامی باشد. بدین منظور در تصفیه‌خانه (WTP) فرآیندهایی مثل فیلتراسیون و تزریق مواد شیمیایی به آب انجام شده تا با حذف ذرات ناخالصی یا عوامل بیماری‌زا مثل باکتری‌ها، کیفیت آب ورودی به سیستم صنعتی بالا رود.

یکی از اهداف اصلی تولید آب در سیستم (WTP)، فرآیند دمینرالیزاسیون یا دمین (DM) جهت حذف نمک‌های معدنی از آب با استفاده از فرآیند تبادل یونی است. آب تولید شده طی فرآیند دمین، با نام آب غیر معدنی یا دیونیزه شده نیز شناخته می‌شود که یون‌های معدنی محلول در آن حذف شده است. برای حذف یون‌های معدنی از آب، از فرآیند تبادل یونی استفاده می‌کنند که در ادامه به بررسی کامل این فرآیند در سیستم (WTP) می‌پردازیم.

معرفی سیستم تولید آب دمین (DM)

همانطور که پیش از این گفته شد، سیستم تولید آب دمین شامل فرآیندهایی است که جهت حذف املاح معدنی از آب و بالا بردن کیفیت آن مورد استفاده قرار می‌گیرد. فرآیند اصلی مورد استفاده در این سیستم ویژه تولید آب، “تبادل یونی” است. تبادل یونی با هدف حذف موارد زیر مورد استفاده قرار می‌گیرد:

•    کاتیون‌های سدیم، کلسیم، آهن، مس و غیره
•    آنیون‌هایی مانند کلرید، سولفات، نیترات
•    سایر یون‌های رایج موجود در آب 

دیونیزاسیون یک فرآیند فیزیکی است که از رزین تبادل یونی خاصی برای ایجاد یک محل تبادل یونی (بستر تبادل یونی) جهت جایگزینی نمک‌های معدنی آب با یون‌های H+ و OH- استفاده می‌کند. از آن‌جایی که اکثر ناخالصی‌های آب را نمک‌های محلول تشکیل می‌دهند، فرآیند دیونیزاسیون به عنوان یک فرآیند سریع و بدون ایجاد رسوب در سیستم شناخته می‌شود. این فرآیند منجر به تولید آب با درصد خلوص بالا و شبیه به آب مقطر خواهد شد.

از جمله فرآیندهای مورد استفاده در سیستم تولید آب دمین، می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

•    تقطیر (Distillation)
•    دیونیزاسیون (Deionization)
•    فیلتراسیون غشایی (اسمز معکوس یا نانوفیلتراسیون) (Membrane filtration)
•    الکترودیالیز (Electrodyalisis)

سیستم تولید آب دمین به صورت تخصصی جهت انجام فرآیند تبادل یونی و تولید آب با خلوص بالا به منظور کاهش رسوب و عوامل خورندگی در بویلر، توربین، سیستم‌های خنک‌کننده یا کولینگ و سایر مصارف مورد استفاده قرار می‌گیرد.

عملکرد سیستم تولید آب دمین (DM)

در سیستم تولید آب دمین، آب خام از طریق دو بستر کوچک پر از دانه‌های رزین تبادل یونی از جنس پلی استایرن عبور می‌کند. در حالی که کاتیون‌ها با یون‌های هیدروژن در بستر اول مبادله می‌شوند، آنیون‌ها نیز با یون‌های هیدروکسیل در بستر دوم مبادله خواهند شد. تبادل یونی فرآیندی سریع و برگشت‌پذیر است که در آن یون‌های ناخالصی موجود در آب با یون‌های آزاد شده توسط رزین تبادل یونی جایگزین می‌شوند. در این فرآیند، یون‌های ناخالصی توسط رزین جذب می‌شوند اما لازم است آن را به صورت دوره‌ای احیا کرد تا به شکل یونی اولیه بازگردد.

یون‌های فلزات دارای بار مثبت بوده که کاتیون نام دارند و یون‌های غیرفلزی نیز بار منفی دارند و تحت عنوان آنیون شناخته می‌شوند.

•    رزین‌های تبادل کاتیونی، یون‌های هیدروژن (H+) یا دیگر یون‌های دارای بار مثبت را در ازای کاتیون‌های ناخالص موجود در آب آزاد می کنند.
•    رزین‌های تبادل آنیونی یون‌های هیدروکسیل (OH-) یا سایر یون‌های دارای بار منفی را در ازای آنیون‌های ناخالص موجود در آب آزاد می کنند. 

در آب خام ورودی به سیستم تصفیه و تولید آب، یون‌های کاتیون و آنیونی مختلفی وجود دارند که برخی از این یون‌ها شامل موارد زیر می‌شوند:

•    کاتیون ها:
•    کلسیم (Ca2+)
•    منیزیم (Mg2+)
•    سدیم (Na+)
•    پتاسیم (K+)
•    آنیون‌ها:
•    کلرید (Cl-)
•    بی کربنات (HCO3-)
•    نیترات (NO3-)
•    کربنات (CO32-)

تولید آب دمین در تصفیه‌خانه (WTP)

یکی از فرآیندهای اصلی مورد استفاده در سیستم تصفیه‌خانه (WTP)، خالص‌سازی آب و تولید آب دمین است. به حذف ذرات ناخالصی جهت تولید آب دمین، فرآیند سختی‌گیری نیز گفته می‌شود. استفاده از فیلترهای غشایی اسمزمعکوس یا RO یکی از روش‌های تولید آب با درجه سختی پایین است. زمانی که سختی آب بیشتر از 600 ppm باشد، فیلتراسیون غشایی گزینه بسیار خوبی برای بسیاری از کاربردهای آزمایشگاهی و صنعتی است.

در این مصارف، آب با خلوص بالا که اساساً عاری از آلاینده‌های یونی است مورد نیاز خواهد بود. آب با این کیفیت را می توان با دیونیزاسیون تولید کرد که در آن از رزین تبادل یونی استفاده می‌شود. یکی از اصلی‌ترین مواد مورد استفاده در این فرآیند، رزین تبادل یونی کاتیونی، آنیونی و میکس‌بد است.

از جمله مزایای استفاده از رزین تبادل یونی در سیستم تصفیه آب (WTP) می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

•    امکان استفاده مجدد از رزین پس از احیا
•    عملکرد آسان
•    عدم نیاز به نیروی کار انسانی ماهر
•    دارای حداقل هزینه نگهداری و تعمیرات سیستم
•    انجام فرآیند بازسیازی رزین به صورت دستی یا خودکار