پاورپوینت اصول تصفیه آب و پساب های صنعتی

اصول تصفیه آب و پسابهای صنعتی
رشته شیمی کاربردی

تالیف دکتر محمد چالکش امیری

تهیه کننده طرح درس علی مولوی
دانشگاه پیام نور
مشهد
مرداد ماه 1385

پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

1-فصل اول آب در طبیعت
1-1- مقدمه
در قرآن کریم آمده است: «من الماء کل شیء حی» یعنی:
همه شی ها از آب زنده اند.
آب مهمترین ماده شمیمیایی است
در قرن جاری منابع آب شیرین از چاههای نفت با ارزش تر خواهند بود.
80% سطح زمین از آب پوشیده شده است.
97% از آب های موجود شور هستند.
2% از آب های جهان به صورت یخ های قطبی هستند
1% آب جهان شیرین و قابل استفاده است
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

2-1- منابع آب در طبیعت
آبهای زیر زمینی مثل آب چاهها و چشمه ها
آبهای سطحی مثل رودخانه ها و جویبارها
آبهای شور دریاها و اقیانوس ها
1-2-1 ویژگیهای آب های زیر زمینی
1- مواد معلق، مواد آلی در آن ها معمولاً کم است.
2- Fe2+ و Mn2+ در آن ها کم و CO2نسبتاَ زیاد
3- املاح محلول و سختی آن ها نسبتاً زیاد
4- چاههای کم عمق ممکن است آلوده به میکروب باشند.
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

2-2-1- ویژگی های آبهای سطحی
1- زلال هستند.
2- معمولاً به میکروارگانیسم ها آلوده هستند.
3- مقدار آمونیاک و نیترات آنها ممکن است زیاد باشد.
4- در صورت عبور از نواحی صنعتی، به مواد شیمیایی آلوده هستند.
5- املاح محلول آن ها نسبتاً کم است.
6- PH آنها در حدود 8-7 است.
1-2-3- ویژگیهای آبهای شور
1- مقدار املاح محلول آنها زیاد، 1000 تا PPM 40000
2- میزان یونهای کلر و سدیم آن زیاد ، بیش از PPM 500
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

3-1- ناخالصی های آب
آب خالص در طبیعت وجود ندارد.
ضمن استقرار آب در یک مکان یا جاری شدن در یک منطقه، مواد جامد و گازهای محلول در آب، در آن حل و مواد ریز غیر قابل حل در آن به صورت معلق در می آیند. بنابراین:
ناخالصی های آب سه دسته کلی هستند:
یونها (کاتیونها و آنیون ها)

2. گازهای محلول در آب (اکسیژن، دی اکسید کربن و …)

3. مواد کلوئیدی و معلق (گل و لای، باکتری ها و …)
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

1-3-1- ناخالصی های یونی
1-1-3-1- کاتیون ها
کاتیون هایی که تقریباً در تمام آب های طبیعی وجود دارند:
منیزیم Mg++، باعث سختی می شود ماده غذایی موجودات زنده می شود.

سدیم Na+ ، غلظت زیاد آن سبب شوری، برای گیاهان و ماهیان مضر است.

کلسیم Ca++، باعث سختی می شود، ماده غذایی موجودات زنده است.

پتاسیم K+، مقدار آن کم تر از سدیم ا ست.

آهن Fe2+، مقدار آن به PH و O2 آب بستگی دارد، حدود 2/0 – 5/0 PPM
در آب های سطحی و حدود 1 تا 10 mg/l در آب های عمقی

منگنز Mn++، غلظت آن حدود 1/0 – 1 میلی گرم در لیتر است.
زیاد آن باعث بوی نامطبوع و رشد میکروارگانیسم ها می شود.
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

2-1-3-1- آنیون ها
آنیون هایی که در اثر آب های طبیعی حضور دارند:
بیکربنات و کربنات: منشا آن ها، انحلال کربنات کلسیم و Co2 در آب. خاصیت بافری به آب می دهند.
کلرید Cl-–: غلظت زیاد آن سبب شوری و برای بسیاری از گیاهان مضر است. وسبب خردگی فلزات نیز می شود.
سولفات So42-: منشا آن انحلال نمک های سولفات و تا حدودی از فعالیت باکتری ها، مقدار زیاد سبب اسهال، برای گیاهان مضر خوردگی سازه ها می شود.
سیلیکا: سیلیکا هم به صورت یونی و هم کلوئیدی در آب می تواند وجود داشته باشد. که به PH بستگی دارد. در آب های طبیعی حدود ppm30-1 برای نیروگاهها مشکل ساز است.
نیترات NO3-: در آب طبیعی در حدود ppm 1 است. در آب های زیرزمینی در حضور باکتری ها می توانند تا ppm 50 هم باشد.
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

2-3-1- ناخالصی های گازی
مهمترین ناخالصی های گازی آب:
اکسیژن (O2): منشا آن اکسیژن هوا (طبق قانون هنری) اکسیژن باعث گوارایی آب و در ضمن خورندگی آن می شود.
دی اکسید کربن (CO2): منشا آن تجزیه بی کربنات ها در اثر کاهش PH ، CO2 هوا
آمونیاک (NH3): منشا ترکیبات ازت دار آلی و باکتریها.
هیدروژن سولفوره (H2S): منشا آن تجزیه ترکیبات گوگرد بوسیله باکتری ها، ایجاد طعم وبوی بد.
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

4-1- شیمی آب
فرمول مولکولی آب H2O، با توجه به ایزوتوپهای H(H,2H,3H1) و 16O,17O,18O )O):
برای آب 18 نوع ایزوتوپ وجود دارد.
ولی 7/99% ملکولهای آب H2O16 هستند. 2/0% H2O18
04/0% H2O17 و HDO فقط 03/0%
بعلت وجود پیوندهای هیدروژنی در آب؛ ویژگی های دیل در آب از مواد با وزن 1مولکولی مشابه بیشتر است.
نقطه جوش و نقطه ذوب، ظرفیت حرارتی
دانسیته، ویسکوزیته، کشش سطحی، ثابت دی الکتریک
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

ادامه شیمی آب
مولکول آب قطبی است و بسیاری از مواد یونی را در خود حل می کند.
فشار بخار آب زیاد نیست. (mmHg5/17 در0C20
بنابراین اتلاف آن زیاد نیست.
ظرفیت حرارتی آب زیاد است (cal/g0C? 5/0)
برای انتقال گرما مناسب است.
گرمای نهان جوش آب زیاد است. Cal/g540
محمل ارزان قیمتی برای انتقال انرژی

پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

5-1- مصارف عمده آب
1-5-1- کشاورزی؛ بیشترین مصرف آب در کشاورزی است. PH و میزان Na+ آب مورد مصرف کشاورزی باید کنترل شود. فاقد مواد سمی باشد.
2-5-1- صنعت
فرایند تولید
سیستم های سرمایش و گرمایش
واحدهای تولید بخار
کیفیت آب مورد استفاده در صنعت بستگی به نوع صنعت و نوع مصرف آن دارد.
1-2-5-1- تصفیه آبهای صنعتی
روشهای کلی تصفیه آب ها جهت مصارف صنعتی:
الف – حذف و یا کاهش ناخالصی ها
مثل کاهش یا حذف سختی
ب – افزایش مواد کمکی به آب
مثل تزریق ترکیبات مخصوص ضد خورندگی و یا ضد رسوب
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

3-5-1- آبهای آشامیدنی و مصارف خانگی
ویژگی های لازم این آبها:
الف – فاقد مواد معلق، کلوئیدی و رنگ
ب – فاقد میکروبهای بیماری زا
ج – فاقد مواد سمی
د – مقدار مواد آلی و اکسید کننده نباید از حد مجاز بیشتر باشد.
سازمان بهداشت جهانی WHO یکی از مراجعی است که حدود مجاز میزان ناخالصی های آب شرب را مشخص کرده است.
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

6-1- مشکلات ناشی از ناخالصی های آب

1- تولید رسوب در دستگاههای حرارتی دیگهای بخار که باعث:
کاهش انتقال حرارت
کاهش عمرمفید سرویس دستگاهها
2- تولید بخار با کیفیت پایین
مثلاً وجود سیلیس سبب رسوب آن روی پره های توربین می شود.
3- خوردگی بویلرها و تاسیسات
باعث سوراخ شدن مخازن و لوله ها
4- اتلاف مواد شیمیایی، مثل صابون
5- باقی گذاشتن لکه روی محصولات غذایی و نساجی
ذرات معلق و کلوئیدی → اکسید Mn2+, Fe2+ →
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

7-1- لزوم تصفیه آب
آب طبیعی را باید برای مصارف آشامیدنی و صنعتی تصفیه کرد.
عواملی که سبب ضرورت تصفیه آب می شوند:
وجود باکتری های بیماری زا (پاتوژن) در آب
کمبود و یا زیادی بعضی از یونها
وجود ذرات معلق
بو، مزه و رنگ آب
نکته مهم: برای هر صنعتی مطلوب ترین کیفیت آب آن است که هزینه تصفیه آب کمتر از مخارج رفع عوارض ناشی از حضور ناخالصی ها باشد.
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

8-1- بعضی از موارد مصرف آب در صنعت:
1- به عنوان ماده اولیه
2- به عنوان حلال مواد اولیه
3- به صورت ماده ذخیره کننده انرژی
4- محافظ در برابر گرما و تشعشع (D2O)
5- برای اطفاء حریق
6- در فرایند هایی نظیر تبخیر، تبلور و غیره
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

2-فصل دوم
تعاریف و اصول کلی مربوط به آب و تصفیه آب
2-1- نحوه گزارش مقدار ناخالصی های آب :
معمولاً تمام ناخالصی های آب به جز Co2, Mn2+, Fe2+, SiO2 و O2 را بر حسب ppmکربنات کلسیم گزارش می کنند:
روش محاسبه غلظت یک ناخالصی بر حسب ppm معادل کربناتی:
تعداد میلی اکی والان های ناخالص = تعداد میلی ا کی والان های معادل کربناتی
50× تعداد میلی اکی والان های معادل کربناتی = ppm معادل کربناتی (کربنات کلسیم)
ppm معادل کربناتی معادل یک میلی گرم کربنات کلسیم در یک لیتر نمونه آب است.
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

1-1-2- محاسن بیان غلظت ها بر حسب معادل کربناتی

1- غلظت ها اعداد نسبتاً بزرگی می شوند.
2- یک PPM معادل کربناتی آنیون = یک PPM معادل کربناتی کاتیون
3- غلظت ها با یکدیگر جمع پذیراند.
4- مقایسه و بررسی نتایج آنالیز آسان است.
5- اصل خنثی بودن بسادگی قابل کنترل است.
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

مثال در مورد تبدیل غلظت بر حسب خود ماده به غلظت معادل کربناتی
مثال 1-2- اگر غلظت کلرید (Cl-) در یک نمونه آب 71 میلی گرم در لیتر باشد
غلظت آن بر حسب معادل کربناتی چقدر است؟

16= O 12= C 40= Ca 5/35= Cl
حل:
5/35= اکی والان گرم کلرید
= تعداد اکی والان های کلرید در هر لیتر آب
هر یک اکی والان کربنات کلسیم معادل یک اکی والان کلرید است
2= تعداد میلی اکی والان گرم های کربنات معادل
Mg/l 100== میلی گرم گربنات کلسیم در لیتر معادل
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

مثال در مورد تبدیل غلظت بر حسب خود ماده به معادل کربناتی

مثال 2-2- فاکتور تبدیل غلظت یون آلومینیوم به غلظت به غلظت معادل کربناتی چقدر است؟
27= Al 100= CaCo3
هر یک اکی والان آلومینیوم معادل یک اکی والان گرم کربنات کلسیم است.
گرم 50= = یک اکی والان گرم کربنات کلسیم
گرم 9= یک اکی والان گرم آلومینیوم (Al3+)
میلی گرم 50= یک میلی اکی والان گرم کربنات کلسیم
میلی گرم 9= یک میلی اکی والان گرم آلومینیوم
میلی گرم کربنات میلی گرم آلومینیوم
50 9
x=a×5.5 a
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

مثال درمورد تبدیل غلظت معادل کربناتی به غلظت خود ماده
مثال 3-2- غلظت یون سولفات در آب معادل 250 میلی گرم در لیتر کربنات کلسیم است. غلظت آن بر حسب سولفات کلسیم چقدر است؟
136= CaSo4 100= Ca Co3
5/2= 250/100= تعداد میلی اکی والان گرم های معادل کربناتی
5/2= تعداد میلی اکی والان گرم های سولفات کلسیم
mg/l 170= ×136/2 5/2= مقدار میلی گرم در لیتر سولفات کلسیم
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

مثال در مورد کاربرد غلظت بر حسب معادل کربناتی مثال 4-2-با مشخصات جدول ذیل داریم:
الف – غلظت یون کلر برحسب معادل کربناتی چقدراست ؟
ب- غلظت یون سولفات بر حسب خود سولفات چقدر است ؟
حل الف- مجموع غلظتهای آنیونها برحسب معادل کربناتی = مجموع غلظتهای کاتیونها برحسب معادل کربناتی
حل ب- 120+70+60= 130+80+[Cl-]
[cl-] = 40
So42-= 96 CaCO3= 100
Eq= 96/2=43 سولفات
100/2=50 = Eq کربنات کلسیم
mgSO42-/L?= 80 mg CaCO3×43mgSO42- L 50mgCaCO3
= 68/8
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

مثال 5-2- غلظت یون هیدروکسیل درPH برابر 9 چند PPM معادل کربناتی است:
حل :
5= 9-14 = POH 9= PH
log [OH-]= 5 [OH-]=10-5 mol/L eq/L –
1L ×1eqCaCO3//eqOH- mg/L?=10-5کربنات کلسیم
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

2-2- شاخص های مهم آب پارامترهای اصلی تعیین کننده کیفیت آب
2-2-1- شاخص های املاح محلول آب،
هدایت الکتریکی آب (EC) ، PH، قلیائیت ماده (P)
قلیائیت کل (M)، سختی کل (TH) و کل املاح محلول جامد TDS
2-2-2- شاخص های مواد معلق آب،
کل مواد جامد معلق (TSS)، کدریت (بر حسب NTU یا TTU) و رنگ آب (CU).
2-2-3- شاخص های آلودگیهای آلی آب،
اکسیژن مورد نیاز بیوشیمیایی BOD،
اکسیژن مورد نیاز شیمیایی COD،
کل کربن آلی TOC،
4- شاخص بهداشتی بودن آب،
E. Coliform
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

1-2-2- شاخص های املاح محلول آب
1- هدایت الکتریکی
2- PH
3- TDS کل مواد جامد حل شده در آب
4- سختی کل، سختی موقت و دائم
5- قلیائیت کل و ساده
این شاخص های اطلاعات کلی و مفیدی در مورد میزان املاح محلول آب بما می دهند.
ذیلاً در مورد هر کدام بحث خواهد شد.
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

1-1-2-2- هدایت الکتریکی آب (EC)
EC آب خالص μho/Cm 056/0 است.
در آبهای طبیعی هر چه مقدار یونها بیشتر باشد، EC آن بیشتر است و بالعکس، در مورد آبهای آشامیدنی و کشاورزی به طور کلی:
( برحسب میلی گرم در لیتر )
7/0≥ ≥55/0
(برحسب میکرو برسانتی متر )

در مورد آبهایی که EC آن ها کمتر از μho/Cm30000 است.
نسبت فوق با تقریب خوب 64/0 است.
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

2-1-2-2-PH آب
PH= -log [H+]
PH آب خالص در دمای 25درجه سانتیگرادبرابر 7 است.
PH آب با افزایش دما افزایش می یابد. (شکل 1-2)
PH آبهای طبیعی عموماً در محدوده 8-6 است.
کنترل PH در بسیاری از فرایندهای تصفیه ضرورت دارد.
PH آب را با دستگاه PH متر اندازه گیری می کنند.
PH آب را با استفاده از کاغذهای PH و یا شتاب گرها می توان اندازه گیری کرد که دقت آن کمتر است.
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

تاثیر دما و PH روی Kw
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

3-1-2-2- کل مواد جامد محلول (TDS) یا غلظت املاح محلول
TDS نشان دهنده کل غلظت یونهای موجود در آب است.
TDS را بر حسب میلی گرم در لیتر گزارش می کنند.
TDS شاخص خوبی برای تعیین کیفیت کلی آب است.
محدوده TDS آب های مختلف:

پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

3-1-2-2- روش اندازه گیری TDS آب
1- آب را از صافی مخصوص عبورمی دهند تا مواد معلق و کلوئیدی آن گرفته شود.
2- حجم معینی از آب صاف شده را در بوته چینی وزن شده می ریزند.
3- آب را روی حمام بخار تبخیر می کنند.
4- بوته چینی را در0c 180 در آون 2 ساعت قرار می دهند.
5- پس از سرد کردن بوته در دیسکاتور و توزین آن TDS به صورت زیر محاسبه می شود:
وزن بوته خالی به میلی گرم – وزن بوته محتوی مواد جامد به میلی گرم
×1000 =TDS(ppm)
حجم آب برحسب میلی لیتر

پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

4-1-2-2- سختی آب (H)

سختی آب چیست؟
میزان املاح محلول کلسیم و منیزیم در آب.
انواع سختی:
موقت: ناشی از بی کربنات های کلسیم و منیزیم
دائم: ناشی از سولفات، کلرید و نیترات و … کلسیم و منیزیم
واحد بین المللی بیان سختی آب:
ppm معادل کربنات کلسیم یا میلی گرم در لیتر کربنات کلسیم.
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

4-1-2-2- روش تعیین سختی کل
حجم مشخصی از نمونه آب انتخاب می شود.
با اضافه کردن بافر، PH آن در 10 تنظیم می شود.
در حضور معرف اریوکروم بلاک T با محلول EDTA 01/0 مولار تا تغییر رنگ از قرمز ارغوانی به آبی تیتر می شود.
1000×100 × EDTAحجم مصرفی×مولاریته EDTA
= سختی کل بر حسب ppm کربنات کلسیم
حجم نمونه
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

5-1-2-2- قلیائیت آب
قلیائیت آب برابر مجموع یونهای کربنات، بی کربنات و هیدروکسید آب است.
هر چه قلیائیت آب بیشتر باشد ظرفیت بافری آب بیشتر است.
انواع قلیائیت:
قلیائیت ساده یا قلیائیت نسبت به فنل فتالئین (P)
قلیائیت کل یا قلیائیت نسبت به متیل اورانژ (M)
قلیائیت ساده به علت وجود OH- یا Co3— است.
قلیائیت کل مربوط به OH- ، Co3—و HCo3- است.
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

1-5-1-2-2- اندازه گیری مقدار قلیائیت
قلیائیت ساده (P)
H2O → H+ + OH- HCO3- → Co3–+H+
حجم مشخصی از نمونه آب در ارلن می ریزیم.
2 قطره معرف فنیل فتالئین اضافه می کنیم.
اگر ارغوانی شد، قلیائیت P داریم.
تا بیرنگ شدن محلول ، H2SO4 02/0 نرمال اضافه می شود.
× 50 02 .0 × کل حجم اسید مصرفی
= قلیاییت برحسب ppm معادل کربناتی
حجم نمونه بر حسب میلی لیتر
اگرپس از اضافه کردن فنل فتالیین نمونه ارغوانی رنگ نشد .قلیاییت ساده صفر است.
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

قلیائیت کل (M)
CO2+ H2Co3 H++ HCo3-
به نمونه آب بیرنگ شده پس از افزایش اسید
یا نمونه آب اولیه فاقد قلیائیت موقت،
20 قطره محلول متیل اورانژ اضافه می کنیم.
و قطره قطره H2So4 02/0 نرمال اضافه می کنیم تا نارنجی شود.
50×02/0×کل حجم اسید مصرفی
= قلیائیت Mبرحسب معادل کربناتی
حجم نمونه آب برحسب میلی لیتر

پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

مثال د رمورد محاسبه قلیاییت
مثال 2- نمونه ای از آب به حجم 100 میلی لیتر، در مقابل فنل فتالئین پس از آزمایش 3 میلی لیتر اسید سولفوریک 02/0 نرمال و در مقابل متیل اورانژ پس از افزایش 5 میلی لیتر از همان اسید تغییر رنگ می دهد. P و M آن را حساب کنید.
0.02eq H2SO4×1eq CaCO3×50 g CaCO3
P= 3ml H2SO4×
L 1eq H2SO4 1eq CaCO3
1000mgCaCO3 1L 300ml
× × × =300ppm
1g CaCO3 1000ml
7×N×5000 0.02×3×50000
P= × = 300ppm
W 1000
7×N×50000 5×0/02×50000
M= × =500ppm
W 100
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

2-5-1-2-2-رابطه قلیائیت و PH
هر چه P کمتر و M بیشتر باشد، PH آب کمتر است.
هر چه P بیشتر باشد PH آب بیشتر است.
با داشتن P وM بر حسب معادل کربناتی از روی نمودار می توان PH آب را تعیین کرد. (شکل 2-2)
در 9< PH غلظت OH- در مقایسه با غلظت Co3=یا HCo3- قابل صرفنظر کردن است.
در 5/10> PH غلظت بی کربنات تقریباً صفر است.
در اثر کاهش PH آب، یونهای کربنات و بی کربنات و Co2 تبدیل می شوند.
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

رابطه بین P وM و غلظت یونهای تشکیل دهنده قلیائیت

نکته 1- غلظت Co2 محلول در آب را می توان از رابطه زیر محاسبه کرد:
[Co2] = [HCo3-]/ 10(PH-6/3)
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

رابطه قلیائیت و PH

با کمک شکل فوق با داشتن قلیائیت ساده و قلیائیت کل می توان PH آب را مشخص کرد.
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

مثال 2- قلیائیت محلول 002/0 نرمال کربنات سدیم چقدر است؟
Co3Na2 Co3=+ 2 Na+
0/002 eq CO3Na 1eq CO3Ca 50g CaCO3 1000mg CaCO3
mg CaCO3/L ? = × × × ×
L 1eqCo3Na2 1eqCO3Ca 1g CaCO3

= 0/002 × 50× 1000 = 100 ppm

مثال 2- در 12=PH حداکثر و حداقل غلظت یون بی کربنات در آب چقدر است؟
بر اساس نمودار غلظت یونهای قلیایی بر حسب PH (نمودار )
در 12=PH یون بی کربنات وجود ندارد.
HCo3- + OH- H2 + Co32-
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

نمودار درصد دی اکسید کربن و بی کربنات و کربنات بر حسب PH
HCO3-]]= غلظت یون بی کربنات بر حسب ppm معادل کربناتی
[Co2]= غلظت دی اکسید کربن بر حسب ppm

پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

2-2-2- شاخص های مواى معلق اب
TSSکل مواد جامد معلق
کدریت
رنگ
1-2-2-2-Tss
اگر حجم معینی از آب را از روی فیلتر بسیار ریزی عبور دهیم، مواد جامد معلق روی فیلتر باقی می مانند، اگر:
A1= وزن فیلتر خشک شده قبل از عبور آب
A2= وزن فیلتر خشک شده بعد از صاف کردن نمونه آب باشد:
Tss= (A2-A1)×1000 بر حسب میلی گرم در لیتر
V
) A1 و A2 بر حسب میلی گرم و Vحجم نمونه به میلی لیتر)
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

2-2-2-2- کدریت آب
کدریت و مقداری از رنگ آب ناشی از ذرات کلوئیدی است.
ذرات کلوئیدی:
ابعاد بسیار کوچکتر از میکرون (10-4سانتی متر) دارند.
با کاغذ صافی جدا نمی شوند.
دائماً به صورت معلق هستند.
قسمتی از نوری که با آنها تابیده می شود، متفرق می شود.
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

1-2-2-2-2- روش و واحدهای اندازه گیری کدریت آب

برای اندازه گیری کدریت آب، نور به آب تابیده می شود.
بخشی از آن متفرق می شود.
TTU واحد کدریت جکسون متناسب با نور عبور کرده است.
NTU معرف نور متفرق شده است.
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

3-2-2-2- رنگ آب
آب خالص بی رنگ است.
یونهای فلزی، مواد گیاهی، اجزاء خاک باعث رنگ آب می شوند.
به رنگ باقی مانده پس از حذف کدری آب، رنگ آن گفته می شود.
رنگ ظاهری آب، رنگ آن قبل از فیلتراسیون است.
واحد رنگ (Cu)، رنگ محلولی از کمپلکس پلاتین و کبالت با غلظت مشخص است.
برای اندازه گیری رنگ آب یا پساب، رنگ آن را با محلولهایی با غلظت مشخص از کمپلکس فوق الذکر مقایسه می کنند.
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

3-2-2- شاخص های آلودگی به مواد آلی

آلاینده های آلی آب بسیار متنوع ،اندازه گیری آنها پر هزینه است.
شاخصهای تعیین مواد آلی آب و پساب عبارتند از:
BOD : یا اکسیژن مورد نیاز بیوشیمیایی
این شاخص معیاری از مواد آلی قابل تجزیه بوسیله باکتریهای هوازی است.
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

COD یا اکسیژن مورد نیاز شیمیایی
COD تقریباً معرف همه مواد آلی آب می باشد. مقدار اکسیژن لازم برای اکسید کردن کامل مواد آلی آب است.
TOC کل کربن الی
Co2 حاصل از سوزاندن مواد آلی موجود در آب یا پساب معیار خوبی از مواد آلی است.
نیتروژن آمونیاکی
معیاری از آلودگی آب به فاضلاب شهری است.
TOD یا Th.o.D کل اکسیژن مورد نیاز
TOD مقدار کل اکسیژن مورد نیاز Th.o.o مورد نیاز از نظر تئوری است که برای اکسیداسیون مواد آلی موجود در نمونه لازم است.
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

1-3-2-2- BOD و روش تعیین آن

BOD به دمان و زمان بستگی دارد.
5BOD یعنی مقدار اکسیژن مورد نیاز برای تجزیه مواد آلی توسط باکتریها در مدت 5 روز و در دمای C200 است.
5BOD شاخص ا ستاندارد در سطح جهان پذیرفته شده است.
BODuمعرف مقدار اکسیژن مورد نیاز باکتری برای تجزیه همه مواد آلی تجزیه پذیر است.
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

مراحل تعیین 5BOD
2 نمونه با حجم معین (مثلاً 300 میلی لیتر) از فاضلاب یا فاضلاب رقیق شده را در بطری درب دار می ریزند.
در صورت لزوم باکتری به آن اضافه می کنند.
میزان ا کسیژن محلول یکی از نمونه ها را اندازه گیری می کنند.
نمونه دیگر را به مدت 5 روز در دمای C200 در انکوباتور قرار می دهند.
بعد از 5 روز اکسیژن محلول باقیمانده را اندازه گیری می کنند.
مقدار میلی گرم اکسیژن مصرف شده به ازاء یک لیتر نمونه 5BOD آن فاضلاب است.
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

2-3-2-2- COD و روش تعیین آن

COD ، مقدار اکسیژن مورد نیازی است که باید توسط اسید کرومیک تامین شود تا همه مواد آلی به Co2 اکسید شود.
COD معرف مواد آلی قابل تجزیه و غیر قابل تجزیه بوسیله باکتری می باشد.
COD کم تر از ppm400 معرف فاضلاب رقیق است.
هر چه نسبتBOD/COD به یک نزدیک ترباشد، تصفیه بیولوژیکی موفق تراست.
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

اصول کلی اندازه گیری COD
حجم معینی از نمونه را با کاتالیزور مناسب وبا اسیدسولفوریک و دی کرومات به مدت 2ساعت رفلو می کنند.
سپس دی کرومات باقیمانده را با سولفات آمونیوم آهن (II) تیتر می کنند
از روی دی کرومات مصرف شده، COD محاسبه می شود.
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

4-2-2- شاخص بهداشتی بودن آب
MPN شاخص آماری از تعداد اشرشیاکلی
MPN آب شرب باید صفر باشد.
MPN فاضلاب تصفیه شده نباید از 300 بیشتر باشد
اشرشیاکلیفرم (کلیفرم روده ای)، باکتری بسیار مقاوم، شناسایی آن ساده وارزان، بیماری زا نیست، عدم وجود آن به منزله اطمینان از عدم وجود هر نوع ویروس و باکتری دیگر در آب است.
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

TOD و Th.oD
منظور از TOD کل اکسیژن مورد نیاز و منظور از Th.oD کل اکسیژن مورد نیاز از نظر تئوری است که برای اکسیداسیون مواد آلی موجود در نمونه لازم است.
برای محاسبه Th.oD باید فرمول شیمیایی مواد آلی موجود در آب را بدانیم
مثال 2- به یک نمونه یک لیتری آب مقطر 1/0 گرم بنزن اضافه کرده ایم. Th.oD آن چقدر است؟
C6H6 +15/2 O2 → 6 CO2 + 3 H2O
78 15×16
0.1 x= 0/1×15×16 =0/308 gr
78
Th.o.D = 308 mg/L
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

خو د آزمایی
مثال 3- انتظار دارید که در فاضلاب ها، TOC بیشتر باشد یا COD؟، BOD یا COD؟ BODu یا BOD5
جواب: TOC > COD، زیرا مقدار کربن آلی موجود درنمونه فقط قسمتی از مواد آلی موجود در نمونه را نشان می دهد.
BOD < COD، چون COD نشان دهنده همه مواد آلی است ولی BOD مواد آلی قابل تجزیه بوسیله باکتری ها
BOD5< BODu زیرا BODu مقدار اکسیژن مورد نیاز باکتری ها برای مدت زمان نامحدودی است ولی BOD5، مقدار اکسیژن مورد نیاز برای 5 شبانه روز.
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

3- فصل سوم کاهش املاح محلول آب
روش های کاهش یاخذف املاح محلول آب
افزایش مواد شیمیایی:
که سبب رسوب کردن کاتیونها و آنیونهای مزاحم می شود
استفاده از روشهای پیشرفته (غیر شیمیایی)
اسمز معکوس
رزین های تعویض یونی
الکترودیالیز
در بعضی از صنایع از این روش ها به صورت ترکیبی استفاده می شود.
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

1-3- سختی آب چیست؟
سختی آب به علت املاح محلول کلسیم و منیزیم است.
سختی کل شامل سختی موقت (کربناتی) وسختی دائم است.
سختی موقت به علت وجود بی کربنات های کلسیم و منیزیم که در اثر حرارت دادن آب حذف می شود.
Ca (HCO3)2 H2O + CaCO3+ CO2
Ca (HCO3)2 + 2Mg(HCO3)2 2Mg(OH)2+ CaCO3+2CO2
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

ادامه سختی
زیان ناشی از سختی موقت بیشتر از سختی دائم است.
سختی دائم به علت وجود سایر نمکهای محلول کلسیم و منیزیم غیر از بی کربناتهای آن ها است.
اگر H سختی کل و M قلیائیت کل آب بر حسب معادل کربناتی باشد.
اگر M< H باشد H-M= سختی دائم M= سختی موقت
اگر H=M باشد O= سختی دائم سختی موقت =H=M
اگر M> H باشد M= سختی موقت بی کربنات سدیم =M-H
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

1-1-3- کاهش سختی موقت
افزایش آب آهکCa(OH)2

رسوب CaCO3وMg(OH)2

ته نشینی

فیلتراسیون
آب سبک
رسوب

واکنشهایی که انجام می شود
HCO3- + OH- H2O + CO3=
CO3= + Ca++ CaCO3
CO3= + Mg++ MgCO3
MgCO3 + Ca(OH)2 CaCO3 + Mg(OH)2
واکنشهای کلی
Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 2 CaCO3 + 2H2O
Mg(HCO3)2 + 2 Ca(OH)2 2 CaCO3 + Mg(OH)2 2H2O
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

2-1-3- کاهش سختی دائم آب
برای حذف Ca++از سودا ، Na2CO3، استفاده می شود.
Ca++ + Na2CO3 CaCO3+ 2 Na+
برای حذف Mg++ مواد و آب آهک لازم است.
Mg+++ Na2CO3 MgCO3­ + 2Na+
MgCO3 + Ca(OH)2 Mg(OH)2 + CaCO3
برای حذف یک اکی والان منیزیم، یک اکی والان سودا ویک اکی والان هیدروکسید کلسیم لازم است.

پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

1-2-1-3- ارزیابی فرایند آهک و سودازنی
در فرایند آهک و سودازنی، از نظر تئوری کلسیم می تواند به ppm35 کاهش یابد.
عملاً کلسیم در بهترین حالت به حدود ppm 50 کاهش می یابد.
ذرات کربنات کلسیم و هیدروکسید منیزیم حاصل بسیار ریز است و به سختی ته نشین می شوند.
برای درشت کردن و تسریع ته نشینی آنها مواد منعقد کننده باید اضافه کرد.
آهک و سودازنی گرم باعث کاهش بیشتر سختی می شود.
آهک وسودازنی برای حجم زیاد آب توصیه می شود.
در فرایند سرد، کربنات کلسیم فوق اشباع در آب نرم شده با افزایش ا سید باید تثبیت کرد.
2CaCO3 + H2SO4 Ca(HCO3)2 + CaSO4
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

2-2-1-3-محاسبه مقدار مواد شیمیایی مورد نیاز در فرایند آهک و سودازنی

1- مقدار آهک،Ca(OH)2 ، لازم بر حسب ppm معادل کربناتی، K
برابر مجموع چهار مورد زیر است:
CO2 آزاد بر حسب معادل کربناتی
بی کربناتی که باید به کربنات تبدیل شود.
هیدروکسید اضافی مورد نظر در آب خروجی از سیستم (5 تا 10 ppm)
مقدار سختی منیزیمی که باید حذف شود.
توجه: تمام مقادیر بر حسب ppm معادل کربناتی است.
K 8/0 = مقدار آهک صنعتی لازم
اگر درصد خلوص آهک صنعتی (CaO) 93 درصد باشد.

پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

2- سودای مورد نیاز برای فرایند آهک و سودازنی
سودا (Na2CO3) مورد نیاز برحسب ppm معادل کربناتی برابرمجموع سه مورد زیر است:
مقدار سختی غیر کربناتی که باید حذف شود.
مقدار آهک اضافی که در آهک زنی مصرف می شود.
تمام مقادیر فوق بر حسب ppm معادل کربناتی
ُُS06/1 =53×S = مقدار میلی گرم سودای موردنیاز به ازاء هر لیتر آب
50
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

3-2-1-3- بهبود راندمان آهک زنی
با توجه به اینکه حلالیت هیدروکسید منیزیم و کربنات کلسیم تابعی از دما و PH هستند، باید شرایطی انتخاب نمود که حلالیت آنها کمترین مقدار باشد،
PH باید 10-10.5 باشد،
حلالیت هیدروکسید منیزیم در 10.5= PH حداقل،
حلالیت کربنات کلسیم در 9-10 = PH حداقل است.
مقدار یون کربنات و دما هر چه بیشترباشد، حلالیت کربنات کلسیم کمتر است. (شکل 1-3)
افزایش مواد منعقد کننده و کمک منعقد کننده به حوضچه
آهک زنی و اختلاط آنها جهت تسهیل رسوب کردن آنها.
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

مثال 3- در فرایند آهک و سودازنی، آیا قلیائیت ساده افزایش می یابد یا کاهش؟ مقدار سولفات و کلرید چطور؟
حل – با توجه به واکنشهای آب آهک با سختی موقت:
Ca(HCO3) + Ca(OH)2 2 CaCO3 + 2H2O
Mg(HCO3)2+ 2Ca(OH)2 2CaCO3 + Mg(OH)2+ 2H2O
ملاحظه می شود غلظت بی کربنات کم می شود یعنی قلیائیت کاهش می یابد.
و با توجه به واکنشهای سودابا سختی دائم
MgSO4+ Na2CO3 + Ca(OH)2 Mg(OH)2 +CaCO3+ Na2SO4
CaCl2+ Na2Co3 CaCo3+ 2NaCl
قلیائیت تغییر نمی کند. مقدار سولفات و کلرید نیز تغییر نمی کنند.
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

مثال 3- آب خامی با مشخصات ردیف اول جدول را می خواهیم به آب نرم شده با مشخصات ردیف دوم تبدیل کنیم، چه مقدار آهک لازم است. (مقادیر بر حسب معادل کربناتی)

هیدروکسید آزاد + سختی منیزیم + بی کربناتی که به کربنات
تبدیل شده + Co2 آزاد = مقدار آهک لازم
85=5/25-5/110=بی کربنات تبدیل شده به کربنات
معادل کربناتی 107=5+85+5+12= مقدار آهک لازم
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

به جای آهک و سودا می توان از سود سوزآورجهت کاهش سختی استفاده کرد.
MgSO4 + 2NaOH Mg(OH)2+ 2Na2SO4
Mg(HCO3)2 + 4NaOH Mg(OH)2+ 2Na2CO3 + 2H2O
CaSO4 + Na2CO3 CaCO3+Na2SO4
قیمت هر کیلو سود حدود 5 برابرقیمت آهک ا ست، بنابراین نسبت سختی بیکربناتی به سختی غیر کربناتی باید آنقدر باشد تا کربنات سدیم کافی جهت کاهش سختی غیر کربناتی بدست آید.
4-2-1-3-استفاده از سود سوزآور جهت کاهش سختی آب
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

2-1-3- مزایای استفاده از سود:
کم دردسرتر
سود فاسد نمی شود
حجم لجن رسوب کم است
حذف منیزیم کامل تر
معایب استفاده از سود:
PH تا حدود 11 می رسد که باید اسید اضافه کرد، ناخالصی ها So4=)یاcL-) زیاد می شود.
مزایای آهک زنی
کاهش فلزات سنگین، ترکیبات آلی، باکتری ها، ویروس ها، جلبک ها، سیلیکا
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

3-1-3- آهن و منگنز در آب
آهن و منگنز به صورت Mn++, Fe2+ در آبهای زیرزمینی وجود دارند.
Fe, Mn خوراک بعضی از میکروارگانیسم هستند.
در آبهای محتوی O2،Fe2+ بهFe(OH)3 نامحلول و Mn2+ به MnO2 نامحلول تبدیل می شود.
حلالیت ترکیبات Fe، Mn در 12=PH حداقل و در 7=PH زیاد
آهن روی پارچه لکه های زرد تا قهوه ای قرمز و منگنز سیاه متمایل به ارغوانی ایجاد می کنند.
مقدار مجاز Fe2+ و Mn2+ در آبهای آشامیدنی به ترتیب 3/0 و 005/0 میلی گرم در لیتر است.
مقدار مجاز Fe2+ ، Mn2+ در آبهای صنعتی 3/0 و05/0 میلی گرم در لیتر است.
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

1-3-1-3-انواع روشهای حذف آهن و منگنز در آب
1- اکسیداسیون و ته نشینی
2- استفاده از رزین های تعویض یونی در فصل رزین ها مورد بررسی قرار می گیرند.
3- استفاده از پلی فسفات ها
پلی فسفات ها با آهن کمپلکس های محلول تشکیل می دهند
اکسیداسیون و ته نشینی
با مواد اکسید کننده هایی مثل، هوا، O2، Cl2،KMnO4 می توانMn2+ و Fe2+ را اکسید کرد و به صورت نامحلول درآورد.
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

روش های حذف آهن و منگنز با کلر، اکسیژن و پرمنگنات اکسیژن
H+8+ Fe(OH)34 H2O10+ O2+ Fe2+4
H+4+ MnO2 H2O2+ O2+ Mn2+2
PH بهینه برای اکسیداسیون سریع Fe2+ ، 9-7 و بر Mn2+ 5/10 – 9
کلر
H+6 +Cl- 2+Fe(OH)32 H2O6+ Cl2+ Fe2+
Mn2+ + Cl2 + 2H2O MnO2+ 2Cl-+ 4H+
کلر گران تر از هوادهی و برای از بین بردن میکروب ها موثرتر است.
Fe(OH)3 + MnO2+ K+ Fe+++ KMnO4
گران تر از کلر، بسیار سریع، MnO2 خود اکسید کننده است.
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

مثال 2- برای حذف آهن و منگنز در منابع فنی استفاده از کلر، پرمنگنات و هوادهی توصیه می شود.
الف – یک حسن و یک عیب عمده هر یک از این اکسیدان ها را ذکر کنید.
کلر:
حسن: حتی در PH کم تر از محدوده بهینه اکسیداسیون با اکسیژن، آهن را خیلی سریع تر اکسید می کند.
عیب: نسبتاً گران است.
اکسیژن:
حسن: ارزان و در دسترس
عیب: در پایین تر از محدوده PH بهینه 5/10 – 7 سرعت آن کم است.
پرمنگنات:
عیب: گران و مقدار آن باید کنترل شود.
حسن: مقدار لازم آن کم تر از مقداراستوکیومتری، سرعت آن در 10-6PH= مستقل از PH است.
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

4-1-3- سیلیکا و ویژگیهای آن
سیلیکا = اکسید سیلیسیم = سیلیس = SiO2
سیلیکا: کریستالی مثل کوارتز با حلالیت ppm6 در آب
آمورف با حلالیت ppm140 + 100 در آب
انحلال سیلیکا در آب
انحلال سیلیکا در آب شدیداً به PH وابسته است (جدول 3-3)
SiO4H4 یا Si(OH)4 H2O2 + SiO2
اسید سیلیسیک (یک ظرفیتی) است.
اسید سیلیسیک در 7 ≥ PH یونیزه نمی شود.
اسید سیلیسیک در 5/8 = PH حدود 10% یونیزه میشود.
اسید سیلیسیک در 10~ PH حدود 50% یونیزه می شود.
در 7< PH احتمالاً پلیمریزه می شود و به صورت ذرات کلوئیدی درمی آید.
H3SiO4-در اندازه گیری قلیائیت دخالت می کند.
سیلیکا به سه صورت در آب می تواند حضور داشته باشد.
سیلیکای فعال H3SiO3-، سیلیکای کلوئیدی (سیلیکای پلیمریزه شده) و سیلیکای ذره ای (ذرات ریز شن)
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

جدول 3-3- حلالیت سیلیکا در PH های مختلف در دمای 25
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

1-4-1-3- مشکلات ناشی از حضور سیلیکا در آب
عمده مشکل سیلیکا در بویلرهایی است که در دما و فشار زیاد کار می کنند.
زیرا با افزایش دما و فشار حلالیت آن زیاد می شود. (شکل 4-3)
سیلیکای به یکی از سه روش زیر به پره های توربین می رسد و رسوب می کند
بد کار کردن بویلر (ایجاد کف)
حمل قطرات مایع توسط بخار
تبخیر سیلیکای محلول در بخار
غلظت سیلیکا در بخار به عوامل زیر بستگی دارد:
PH آب تغذیه و فشار دیگ بخار (شکل 5-3 )
فشار دیگ بخار
غلظت سیلیکا در آب تغذیه
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

2-4-1-3- روشهای حذف سیلیکا
حذف سیلیکا از آب مشکل و پر هزینه است. سه روش عمده آن:
جذب سطحی
اسمز معکوس
استفاده از رزین های آنیونی
ذرات سیلیکای کلوئیدی بار منفی دارند، در خوضچه آهک زنی، ذرات مثبت Mg(OH)2 و Fe(OH)3 باعث جذب، انعقاد و ته نشین شدن آنها می شود.
عوامل موثر بر حذف سیلیس با این روش:
زمان (تماس سیلیس با رسوبات جاذب) – هر چه بیشتر باشد حذف سیلیکا بیشتر
دما، هر چه دما بیشتر باشد، میزان حذف سیلیکا بیشتر خواهد بود
نوع ماده جاذب (نوع ترکیب منیزیم و آهک)
غلظت اولیه سیلیکا در آب
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

1-2-4-1-3 عوامل موثر بر حذف سیلیکا بوسیله ترکیبات منیزیم
اثر PH
در حذف ناقص سیلیکا (تا حدود 70%) در یک PH معین حدود 3/10 بهترین عملکرد وجود دارد.
در حذف کامل، نقش PH کم تر است (شکل 6-3)
اثر ترکیبات مختلف منیزیم :
واکنش ترکیبات منیزیم به صورت استوکیومتری نیست و تابع رابطه تجربی فروندلیج1/n Kf Ce= x/m است.
Kf ضریب جذب، Ce غلظت مولی تعادلی ماده قابل جذب، m جرم ماده جاذب. (شکل 7-3)
برای کاهش مقدار معینی در غلظت سیلیکای آب، مقادیر متفاوتی از ترکیبات مختلف لازم است. (شکل 8-3)
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

بقیه عوامل موثر بر حذف سیلیکا به روش جذب سطحی
تماس سیلیکا با لجن
اگر آب ورودی به حوضچه با لجن هیدروکسید منیزیم در تماس قرار گیرد، مقدار بیش تر از سیلیکای آب حذف می شود (شکل 9-3).
در مصرف اکسید منیزیم صرفه جویی می شود.
زمان توقف در حوضچه ته نشینی و دما
با افزایش دما میزان سیلیکای حذف شده زیاد می شود.
با افزایش زمان توقف آب در حوضچه ته نشینی، درصد سیلیکای حذف شده زیاد می شود. (البته رابطه خطی نیست) (شکل 10-3).
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

3-4-1-3 حذف سیلیکا با رزین های آنیونی
سیلیکای کلوئیدی با رزین ها حذف نمی شود، باعث آلودگی آن می شود.
ضریب گزینش سیلیکا یونی کم است.
هزینه حذف با رزین زیاد است.
حذف سیلیکا با روش اسمز معکوس
سیلیکای و بخصوص نوع کلوئیدی به خوبی حذف می شود.
اگر مقدار سیلیکا زیاد باشد، روی غشاء رسوب می کند، که باید دمای آب را افزایش داد (حلالیت کم شود).
اگرPH آب 10 باشد، حلالیت سیلیکا زیاد ولی بازCaCO3 روی غشاء رسوب می کند.
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

4- فصل چهارم روش های حذف ذرات معلق از آب و فاضلاب
مقدمه – ویژگیهای ذرات معلق موجود در آب ها و پساب ها
از نظر تعداددر واحد حجم، اندازه و شکل بسیار متنوع اند
شکل و درجه کروی بودن آن ها، با پارامترهایی نظیر قطر غربالی، قطر معادل با یک کره، قطر استوکس و … توصیف می شود.
تعداد و فراوانی آن ها را با نمودارهای توزیع نشان می دهند.
بعضی از خواص ذرات معلق به اندازه و شکل آنها بستگی دارد.
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

1-4 اساس جداسازی ذرات معلق
با توجه به اندازه، دانسیته، بار الکتریکی و خاصیت مغناطیسی و … ذرات معلق باید روش موثر حذف آن ها را انتخاب کرد
ذرات درشت ذرات ریز
ته نشینی شناورسازی فیلترها سانتریفیوژ کاتریج فیلتر غشاء
به طور کلی با دو مکانیسم می توان ذرات معلق را جدا کرد:
ته نشینی یا شناور سازی
فیلتراسیون
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

1-1-4 ته نشینی یا شناور سازی ذرات معلق
در ته نشینی، آب ساکن، ذرات معلق به سمت پایین می روند.
در شناورسازی، آب ساکن ذرات معلق به سمت بالا حرکت می کنند.
سرعت سقوط درته نشینی یا سرعت صعود در شناورسازی بر اساس قانون استوگس:
(Ps – Pw)d2 g/18μ= V
Ps= دانسیته ذرات Pw= دانسیته آب
G شتاب ثقل ویسکوزیته آب d قطر ذرات
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

مثال
مثال 1-4 سرعت سقوط ذره ای به شعاع 2 میلیمترو چگالی 4 در آب بیش تر است یا سرعت سقوط ذره ای به شعاع 4 میلیمتر و چگالی 2 در همان آب.
حل: سرعت سقوط برابر است با: (Ps – Pw)d2 g/18μ= V
برای ذره اول 4= Ps 2=d و 1= Pw (فرض می کنیم)
برای ذره دوم 2= Ps 4= d و 1= Pw (فرض می کنیم)
22 (4-1)g/18μ =1V
4/3 V1/V2 =
42(2-1)g/18μ = V2

پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

2-1-4- فیلتراسیون (استفاده از صافی های مختلف)
جهت حذف ذرات معلق مانند گل و لای، رنگ، موادآلی، پلانکتون، باکتری ها و …
1-2-1-4- انواع فیلتر (صافی) ها
فیلترهای سطحی، فیلتراسیون درسطح صافی انجام می شود؛ کاغذ صافی، فیلترهای کیسه ای
فیلترهای عمقی، فیلتراسیون در عمق صافی انجام می شود؛ فیلترهای شنی، ذغالی،آنتراسیت و مختلط
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

2-2-1-4- انواع فیلترها بر حسب نوع عامل فیلتراسیون

فیلتر ثقلی ،عامل فیلتراسیون شتاب ثقل
فیلتر خلاء ،عامل فیلتراسیون خلاء
فیلتر فشاری، عامل فیلتراسیون نیروی گریز از مرکز
د بی آب فیلتر شده برابر است با:
AΔp
=Q
µR
A سطح بستر فیلتر P= افت فشار دو سر فیلتر
R مقاومت بستر μ= ویسکوزیته مایع (آب)
برای فیلتر کار کرده به جای R مقدارc R+R ، Rc مقاومت ناشی از کثیف شدن بستر.
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

2-2-1-4- شستشوی فیلترهای عمقی
جمع شدن ذرات معلق در خلل و فرج فیلترهای عمقی باعث افت فشار می گردد. اگرافت فشار از حد معینی تجاوز کند باید فیلتر را شستشو داد.
سرعت آب ورودی جهت شستشوی فیلترها m/h 60-15 (سرعت آب خام ورودی به فیلتر m/h5 است)
سرعت آب جهت شستشو فیلترها باید طوری باشد که باعث انبساط بستر فیلتر به میزان 50% شود.
درمواردی داخل بستر فیلتر لوله هایی مشبک تعبیه می کنند، که آب شستشو از داخل این لوله ها جریان پیدا کند.
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

3-2-1-4- ویژگی های فیلترهای فشاری
عمودی یا افقی هستند.
عمودی، قطر 4-1 متر و ارتفاع یک تا چند متر
بدنه فیلترها استوانه ای از فولاد است.
فشار فیلترها بین 3 تا 7 اتمسفر
بهتراست که بستر آن ها از چند نوع ماده (بستر مختلط) باشد، مثلاً آنتراسیت، ایلمنیت، ماسه و …
در فیلترهای با بستر یکنواخت، ذرات از خلل و فرج ذرات درشت زیر می گذرند
در بسترهای یکنواخت افت فشار زیاد است.
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

4-2-1-4- ویژگیهای بسترهای مختلط فیلترها
دانسیته مواد تشکیل دهنده بستر فیلترهای مختلط متفاوت است.
در بسترمختلط به علت متفاوت بودن اندازه ذرات، قسمت بیشتری از فیلتر مورد استفاده قرار می گیرد.
یک نوع بستر مختلط شامل، آنتراسیت (1.4=ρ)، شن (8.2=ρ) و ایلمنیت (8.3=ρ) است. شستشوی آن ها مشکل تر است.
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

5-2-1-4- محاسبه اندازه ذرات یک بستر مختلط
d(ρ-ρw) = سرعت ته نشینی یک ذره
d= قطره ذره ρ دانسیته ذره ρw دانسیته آب
محاسبه نشان می دهد که قطر ذرات آنتراسیت باید کمتر از 7.2 میلی متر و قطرات ذرات ایلمنیت بیشتر از 0.74 میلی متر باشد.
مزایای فیلترهای با بستر مختلط :
افت فشار کمتر، از قسمت بیشتر بستر استفاده می شود، طول مدت کار آن بیشتر است.
شستشوی فیلترهای مختلط مشکل است.
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

6-2-1-4- پارامترهای تعیین کننده اندازه ذرات بستر فیلترها
شکل و اندازه ذرات مواد تشکیل دهنده بستر فیلترها بسیار متنوع است.
بنابراین جهت تخمین و توصیف آنها پارامترهایی لازم است؛
اندازه موثر: اندازه ای از ذرات که 10% وزنی ذرات از آن کوچکتر باشد.
ضریب یکنواختی ذرات:
اگر اندازه ای از ذرات را که 40 درصد وزنی ذرات بزرگتر از آن و 60 درصد کوچکتر از آن است را a بنامیم.
a
=ضریب یکنواختی
اندازه موثر
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

1-6-2-1-4 بهترین اندازه موثر و ضریب یکنواختی ذرات بستر

بستگی به شرایط کار و کیفیت آب مورد نظر دارد.
فیلترهای ثقلی: اندازه موثر 0.5-0.3 میلیمتر ضریب یکنواختی1.75
فیلترهای فشاری؛ اندازه موثر 0.5-0.6 میلیمترو ضریب یکنواختی حداکثر1.7

راندمان فیلتر و عوامل موثر بر آن
عوامل موثر:
CL
هر چه e –ηL/d = =β کمتر باشد، راندمان فیلتر بیشتر است.
C0
Co , CL به ترتیب غلظت ذرات معلق در آب خروجی و ورودی به بستر
η= عددی ثابت L عمق بستر d اندازه ذرات بستر
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

7-2-1-4- فیلترهای ثقلی
اغلب مکعبی یا مکعب مستطیلی شکل ، گاهی مدور
با فشار محیط کار می کنند
معمولاً از سیمان گاهی از چوب یا فولاد
نوع مکعب مستطیلی به عرض 5. 1 تا 10 متر و طول چندین مترتا چند صد متر و ارتفاع 3 تا 5 متر
ساختن آنها ساده است.
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

8-2-1-4- مقایسه فیلترهای فشاری و ثقلی

فیلترهای ثقلی کم هزینه و کم استهلاک
مزایای فیترهای فشاری
قابل نصب بین لوله های تحت فشار
کم حجم
در افت فشار هم کار می کند
می توان آن را به سیستم تصفیه آب اضافه کرد
معایب فیلترهای فشاری
ذرات بستر قابل رویت نیستند و موثر بودن شستشو را نمی توان دید
عملکرد مواد منعقد کننده قابل کنترل نیست
دِبی خروجی را نمی توان ثابت نگه داشت
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

4-1-2-9- کارتریج فیلترها
کارتریج فیلترها، فیلترهای بسیار ظریفی هستند. (شکل 4-5)
معمولاً استوانه ای متشکل از چندین لایه الیاف هستند (یکبار مصرف هستند)
جنس ا لیاف آنها، پنبه ای، ابریشمی، سلولزی، پشم شیشه ای، پلی پروپیلن، نایلونی و …
کاربرد کارتریج فیلترها
پس از تصفیه مقدماتی آب در موارد زیر:
حذف ذرات بسیار ریز کربن در آب خروجی از بستر کربن
حذف ذرات مواد اکسید شده پس از کلرزنی استخرها
آب ورودی به اسمز معکوس و آب نوشابه سازی
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

10-2-1-4 شاخصهای ارزیابی عملکرد فیلترها
1- کدریت آب فیلتر شده؛
کمتر از NTU 0.50 خوب و NTU 0.2 کمال مطلوب
2- طول زمان سرویس دهی (فاصله زمان دو شستشو)
کمتر از 24 ساعت نباشد. سرعت فیلتراسیون کمتر از m3/h15 نباشد.
3-نسبت آب لازم جهت شستشو به آبی که قبل از شستشو تصفیه شده؛
کمتر از 2 درصد عملکرد بسیار مطلوب
حدود 3 درصد معمولی
بیش از 5 درصد ضعیف
در تابستان 1.5 تا 3 درصد خوب در زمستان 2.5 تا 3 درصد خوب
UFRV-4= حجم آبی که به ازاء هر واحد سطح بسترفیلتر در هر سرویس تصفیه می شود.
L/Cm2 2 >UFRV قابل قبول نیست.
L/Cm24UFRV> عملکرد خوب
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

11-2-1-4- علل عملکرد نامطلوب فیلتر

تجمع ذرات ریز بستر در سطح آن
کوچک بودن اندازه موثر ذرات
غلظت زیاد ذرات معلق در آب ورودی
پوشیده شدن ذرات بستر با گل و لای
وجود مقادیر زیاد جلبک در آب ورودی
حبس هوا مابین ذرات
استفاده بیش از حد از کمک منعقد کننده ها و یا مواد منعقد کننده
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

2-4 انعقاد و لخته گذاری Coagulation @ Flocculation
انعقاد سازی: مجتمع کردن ذرات ریز
لخته گذاری: تشکیل توده ذرات
در تصفیه آب، انعقاد سازی و لخته گذاری معادل هم به کار می روند
انعقاد سازی و سپس فیلتراسیون ذرات ریز از فیلتراسیون آن ها اقتصادی تر است
هر چه ذرات ریزتر باشند هزینه جداسازی آن ها بیشتر است.
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

1-2-4- ویژگی های ذرات ریز معلق
ذرات ریز معلق دارای بار منفی هستند (به علت جذب OH-) و بهم نمی چسبند.
بین ذرات مواد معلق، نیروهای جاذبه و دافعه الکترواستاتیکی و نیروی جاذبه و اندروالسی وجود دارد.
نیروهای دافعه و جاذبه بین ذرات مواد معلق به طور توانی به فاصله مابین آنها بستگی دارد.
با افزایش مواد منعقد کننده بار منفی ذرات خنثی می شود، و ذرات درشت می شوند.
با نزدیک تر کردن ذرات از طریق هم زدن، حرکت براونی و برخورد ناشی از تفاوت سرعت ذرات، نیز می توان ذرات را درشت کرد.
افزایش مواد منعقد کننده مقرون به صرفه تر است.

پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

1-2-4- مواد منعقد کننده متداول و مکانیسم عمل آنها
متداولترین منعقد کننده ها :
آلوم تجارتی Al2(SO4)3 . 14 H2O، مایع
کلرید آهن (III) Fe Cl3 . 6H2O، جامد
سولفات آهن (III) Fe2(SO4)3 . 3H2O
اکسید منیزیم MgO
آلومینات سدیم Na2O Al2O3
سیلیکات سدیم Na2O SiO2
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

2-2-4- مکانیسم عمل منعقد کننده ها:
کاتیون آن ها هیدرولیز می شود و هیدروکسید و یونهای کمپلکس نامحلول ایجاد می کنند که سریع ته نشین می شوند.

ذرات معلق نیز با آنها ته نشین می شوند.

منعقد کننده ها با افزایش قدرت یونی محلول µ=1/2ΣCiZi2)) ،دامنه نفوذ پتانسیل دافعه را کاهش می دهند.
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

3-2-4-عوارض ناشی از افزایش بعضی از منعقد کننده ها
H+ تولید می کنند و قلیائیت آب کاهش می یابد.
H2SO43+ Al(OH)32 H2O6+ Al2(SO4)3
CO2 + H2O H++ HCO3-
CO2 حاصل مزاحم انعقاد سازی است.
نیاز به افزایش آهک، سود یا سودا جهت بالا بردن قلیائیت آب است که خود آهک سختی آب را بالا می برد.
آلوم در مواردی بر حسب خورندگی می شود. برای رفع این مشکل از آلومینات سدیم همزمان نیز استفاده می شود.
Na2SO43+ Al(OH)38 H2O12+ Al2(SO4)3+Na2OAl2O3 3
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

4-2-4- عوامل موثر بر عملکرد منعقد کننده ها
1- PH آب مورد تصفیه باید طوری باشد که رسوب ایجاد شده کمترین حلالیت داشته باشد.
2- غلظت کل مواد معلق در آب
هر چه غلظت مواد معلق بیشتر باشد، انعقاد سازی راحت تر است.
3- قلیائیت آب مورد تصفیه
4- پخش ماده منعقد کننده پس از افزایش به آب
5- TDS زیاد باعث تسریع و کامل بودن انعقاد می شود
6- مواد آلی مانع عملکرد خوب می شود، باید کلر اضافه کرد.
7- محیط را باید خوب بهم زد.
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

5-2-4 قانون شولز – هاردی یا قانون توان شش
بر اساس این قانون هر چه بار کاتیون ماده منقعد کننده بیشتر باشد، قدرت انعقاد سازی آن بیشتر است؟
6(بار آنیون )/1= غلظت لازم مواد منعقد کننده بر ppm معادل کربناتی
در شرایط یکسان، قدرت انعقادسازی ppm1000 یون سدیم
به اندازه ppm16 یون کلسیم و یا ppm1.4 یون آلومینیوم است.
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

6-2-4- ویژگیهای بعضی از منعقد کننده ها
1-6-2-4– آلومینات سدیم Na2OAl2O3؛
Al(OH)33+ Na2CO3 H2O→3+ CO2+ Na2OAl2O32
عملکرد آن به PH و قلیائیت وابسته است.
اگر همراه با آلوم از آن استفاده شود، قدرت کاهش رنگ را افزایش می دهد.
Na2SO43+ Al(OH)38 → H2O12+ Al2(SO4)3+ Na2OAl2O33
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

2-6-2-4- کلرید آهن (III)
لخته های سنگین ایجاد می کند.
در آب سرد قدرت انعقاد سازی دارد.
محدوده PH مناسب برای عملکرد موثر آن وسیع است، 3.5-9
ارزان تر از آلوم است.
قدرت انعقاد سازی آن (3) بیش از آلوم (1.5) است.
3 =تعداد کاتیون / تعداد آنیون = قدرت ا نعقاد سازی
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

2-6-2-4- کمک منعقد کننده ها
کمک منعقد کننده ها، کارآیی مواد منعقد کننده را در حذف مواد رنگی و کدر کننده افزایش می دهند.
کمک منعقد کننده ها:
نوعی پلی الکترولیت، کاتیونی، آنیونی و یا خنثی هستند.
گران هستند و مصرف مواد منعقد کننده را کاهش می دهند.
از طریق تشکیل پل مابین ذرات معلق آن ها را به صورت ذرات درشت درمی آورند.
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

6-2-4- ادامه کمک منعقد کننده ها
محدوده PH مناسب برای متعقد کننده ها را افزایش می دهند.
به عنوان کمک منعقد کننده با آلوم و کلرید آهن (III) از نوع آنیونی استفاده می شود.
به عنوان منعقد کننده از نوع کاتیونی آن استفاده می شود.
در محدوده کوچکی از غلظت پلی الکترولیت که بستگی به نوع مواد معلق و غلظت آن دارد، بیشترین قدرت را دار می باشد.
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

7-2-4- جارتست
چگونه می توان بهترین شرایط و بهترین ماده منعقد کننده را تعیین کرد؟
از جارتست برای آبهایی که غلظت ذرات معلق آنها کمتر از mg/l500 باشد،
جارتست دستگاه مورد استفاده برای این تست است که شامل:
چندین همزن کاملاً یکسان است که با یک موتور می چرخند.
هر همزن در داخل یکی از ظرف هایی که حجم های مساوی از نمونه آب مورد نظر دارند، قرار دارد.
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

1-7-2-4- روش انجام آزمایش جار
با تغییر هر یک از پارامترهای موثر بر انعقاد سازی و ثابت نگه داشتن بقیه عوامل؛
با ارزیابی سرعت ته نشین شدن، زلال بودن محلول نهایی، و نیز حجم لجن تولید شده، می توان پارامتر مورد نظر را بررسی کرد.

شکل دستگاه جار تست
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

8-2-4- دستگاههای مورد نیاز انعقاد سازی
واحد انعقاد سازی و ته نشینی ذرات معلق شامل سه بخش است:
حوضچه ته نشینی حوضچه لخته گذاری واحد اختلاط سریع
در واحد اختلاط سریع؛
آب و مواد منعقد کننده با یک هم زن سریع مخلوط می شوند.
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

ادامه دستگاههای مورد نیاز انعقاد سازی
در حوضچه ته نشینی؛
آب ورودی از واحد اختلاط سریع، در این واحد به مدت 6-20 دقیقه بطور آهسته بهم می خورد و لخته ها ایجاد می شوند.
درحوضچه ته نشینی؛
آب محتوی لخته ها در این واحد به مدت 2 تا 4 ساعت بدون بهم زدن می مانند، تا ته نشین شوند.
سپس لخته ها خارج و آب صاف شده از بالا به صافی هدایت می شود.
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

5-فصل پنجم روش های حذف گازها از آب و فاضلاب
مهمترین گازهایی که ممکن است در آب ها و یا فاضلاب ها وجود داشته باشند:
نام گاز منشاء
O2 هوا، گیاهان سبزینه دار
CO2 جلبک ها در شب – تجزیه هوازی مواد آلی – تجزیه کربناتها
H2S تجزیه غیر هوازی مواد آلی گوگرد دار
NH3 تجزیه غیر هوازی مواد آلی ازت دار
Cl2 کلرزنی
N2 (کم) هوا
N2 و O2 در آب فقط به صورت مولکولی هستند.
مقداری از NH3, H2S, CO2 و Cl2 در آب بصورت یون درمی آیند، ولی فرمهای یونی و مولکولی مربوطه با یکدیگر در حال تعادل هستند.
فرمهای یونی مواد فوق الذکر جزء ناخالصی های گازی محسوب نمی شوند.
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

1-5- قانون حاکم بر ناخالصی های گازی آب قانون هنری Henry's Law
این قانون بر تعادل گازها و مایعات حاکم است.
بیان ریاضی قانون هنری: YA= mXA (A= ماده گازی حل شده در مایع)
XA= کسر مولی A در فاز مایع m= ثابت هنری که به دما و نوع گاز بستگی دارد.
YA= کسر مولی گاز در فاز گازی (هوای بالای مایع).
با توجه به رابط Pt / YA=PA
PA فشار جزیی A در هوای در حال تعادل با مایع
Pt فشار کل هوای در حال تعادل با مایع
PA= PtmXA → mXA = PA/Pt
Ptm، برای یک گاز مایع در دمای معین و فشار ثابت، ثابت است.
اگر Ptm=H فرض کنیم PA=HXA
اگر از نظر تئوری اگر PA=0 XA صفر می شود،
یعنی کسر مولی گاز در مایع صفر است و گاز از مایع حذف می شود.
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

2-5- روشهای حذف گازها
روشهای حذف گازها: روشهای شیمیایی و روشهای فیزیکی
ویژگیهایی روشهای فیزیکی؛
حذف گازها صد در صد نیست
برای حجم زیاد آب و تعداد زیاد گاز توجیه اقتصادی دارند.
سرمایه گذاری اولیه زیاد
ویژگیهای روشهای شیمیایی؛
برای حذف کامل گازها کاربرد دارد.
هزینه روزمره زیاد
برای مقادیر کم آب و مقادیر کم ناخالصی گازی مفید است.
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

1-2-5 روش های فیزیکی حذف گازها
حذف گازها به روش فیزیکی به دو صورت انجام می شود:
هوادهی
هوا زدایی ؛ سرد و گرم
اساس هر دو روش قانون هنری است.
به واحدی که در آن هوادهی انجام می شود در واحدها ی ؛تصفیه آب صنعتی، دی گازاتور گفته می شود.
در واحد های شهری و فاضلاب. واحد هوادهی می گویند.
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

1-1-2-5- دی گازاتور و اصول کار آن
دی گازاتور برجی است که آب در آن از بالا به پایین (بوسیله افشانک) جریان دارد.
همزمان با جریان آب، هوا یا بخار از پایین به سمت بالا حرکت می کند.
حداکثر ممکن تماس باید بین هوا (بخار) و آب برقرار باشد. (شکل 2-5)
چون فشار جزیی CO2 در هوا (بخار) صفر است، طبق قانون هنری، غلظت CO2 در آب نیز از نظر تئوری باید صفر باشد.
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

2-1-2-5- کاربرد دی گازاتور و نحوه افزایش کارایی آن
کار اصلی دی گازاتور کاهش CO2 است.
دی گازاتور غلظت همه گازهای ناخالص آب به جز اکسیژن را کاهش می دهد. برای افزایش کارایی دی گازاتور:
آب ورودی از طریق نازل یا افشانک به صورت قطرات ریز درمی آید.
داخلی برج سینی هایی تعبیه می کنند (برج های سینی دار)
در داخل برج ذرات پلاستیکی یا سرامیکی دارای سطح زیاد موسوم به آکنده قرار می دهند.
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

2-1-2-5- هوازدایی سرد
با کاهش فشار نقطه جوش آب را پایین می آورند، آب به دمای اشباع می رسد
فشار جزئی همه گازها به صفر کاهش می یابد (PA=0) پس XA=0
از برج های سینی دار یا برج های آکنده استفاده می شود
کاهش فشار بوسیله جت بخار یا پمپ مکانیکی انجم می شود (شکل 3-5)
در هوا زدایی سرد، CO2 مشکل تراز O2 حذف می شود.
روش مطلوبی نیست (ایجاد خلاء مشکل است).
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

3-1-2-5- هوازدایی گرم
جهت حذف اکسیژن و سایر ناخالصی های گازی آب است.
آب روی سینی های جدا کننده پاشیده می شوند؛ همزمان در همان جهت بخار آب نیز وارد می شود.
در اثر دمای بخار، فشار بخار گازهای محلول برابر فشار هوای داخل هوازدا می شود.
گازها محلول را ترک می کنند.
اکسیژن در ضمن پاشش آب و بقیه گازها در تماس با بخار حذف می شوند.
در نیروگاهها کاربرد گسترده دارد.
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

2-2-5 – روش های شیمیایی حذف گازها
برای حذف کامل گازها باید به روش شیمیایی اقدام نمود
1-2-2-5حذف هیدروژن سولفوره H2S
H2S در آب در حال تعادل با HS- و S2- است.
H2S را به روش هوادهی نیز می توان در محیط اسیدی تا حدود ppm1 کاهش داد.
حذف باقیمانده H2S با کلر
HCl8+ H2O → SO4 H24+ Cl2+ H2S
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

2-2-2-5- حذف کلر

کلر (Cl2) آب را به چند روش می توان حذف کرد:
استفاده از پودر زغال فعال؛
افزایش زغال فعال به حوضچه انعقاد سازی یا عبور آب از فیلتر محتویزغال فعال
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

ادامه حذف کلر
2- با Na2S2O3 یا NaHSO3 یا CaSO3 (گران)
HCl2+ Na2SO4 H2O+ Cl2+ Na2S2O3
H2SO4+ HCl4+ Na2SO4 H2O+ Cl22+ NaHSO32
کلر صد در صد حذف نمی شود.
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

حذف آمونیاک NH3
آمونیاک در آب های صنعتی کم ودر فاضلابها زیاد است.
آمونیاک در تعادل با NH4+ است.
OH-+ NH4+ → H2O+ NH3
با هوادهی تمام NH3 حذف نمی شود، بنابراین اگر مقدارش زیاد باشد ابتدا با هوادهی و سپس با کلر حذف می شود.
NH2Cl+ HCl2H2O → + NH32+ Cl22
HCl + NHCl2 → Cl2+ NH2Cl
NH2Cl + NH2 Cl → N2 + 3HCl

پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

فصل ششم تصفیه فاضلاب و پساب
مقدمه – باکتری ها درتصفیه آب و فاضلاب مهم هستند.
انواع باکتریها:
هتروتروفیک؛ مواد آلی منبع انرژی و کربن آن ها
اتوتروفیک؛ CO2 منبع کربن و اکسیداسیون مواد معدنی منبع انرژی آن ها
فتوسنتزی؛ CO2 منبع کربن آنها و نور منبع انرژی آن ها
اندازه باکتری ها در حدود میکرومتر یا میکرون است.
باکتریها از نظر تامین اکسیژن مورد نیاز سه دسته هستند؛
هوازی از اکسیژن محلول آب، بی هوازی از اکسیژن موادی مثل NO3- و SO4=و …
و اختیاری در حضور یا عدم حضور اکسیژن قادر به حیات.
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

1-6- فاضلاب شهری
1-1-6- تعریف فاضلاب شهری
مجموعه فاضلاب های بهداشتی، اداری و موسسات مختلف شهری و نیز آب های سطحی مثل باران که جهت حفظ بهداشت عمومی و محیط زیست پس از جمع آوری به تصفیه خانه فاضلاب منتقل می شود. (جدول 1-6)
2-1-6-هدف از تصفیه فاضلاب شهری
از بین بردن عوامل بیماری زا
حذف مواد آلی قابل تجزیه توسط میکروارگانیسم ها
حذف مواد معلق و شناور
کاهش کدریت و رنگ تا حد مجاز
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

جدول 1-6- ویژگی های تقریبی شاخص های فاضلاب شهری
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

جدول 2-6 – شاخص های استاندارد فاضلاب تصفیه شده
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

3-1-6- تفاوت فاضلاب شهری و پساب صنعتی
فاضلاب شهری از نظر کمی و کیفی قابل پیش بینی و جریان آن مداوم است:
معمولاً به ازاء هر نفر 340 لیتر و 0.5 = BOD/COD
فاضلاب شهری محتوی باکتری و مواد مغذی برای آنها ولی پسابها گاهی محتوی مواد سمی برای میکروبها است و مواد آلی آن شاید قابل تجزیه با باکتری نباشد.
پساب صنعتی را قبل ورود به شبکه فاضلاب شهری باید تصفیه مقدماتی کرد.
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

4-1-6- مراحل و واحدهای تصفیه فاضلاب شهری
تصفیه اولیه، تصفیه ثانویه و تصفیه پیشرفته
1-4-1-6- تصفیه اولیه یا تصفیه مکانیکی یا فیزیکی؛
شامل واحدهای؛ (شکل 1-6)
آشغالگیر، درشت و ظریف جهت حذف مواد جامد شناور و درشت
ایستگاه پمپاژ؛ جهت انتقال فاضلاب به قسمتهای مختلف و بی نسج
کانال شن گیر و چربی گیر
تانک یا حوضچه ته نشینی، آخرین بخش، توقف 2- 12 ساعته جهت ته نشین شدن ذرات
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

طی تصفیه اولیه، 40 تا 60% مواد جامد (TSS) و حدود 35 درصد BOD5 حذف می شود.
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

2-4-1-4- تصفیه ثانویه (بیولوژیکی)
تصفیه ثانویه یعنی کاهش مواد آلی قابل تجزیه بوسیله باکتریها (BOD) است.
باکتریها از مواد آلی و مواد معدنی موجود در فاضلاب تغذیه می کنند.
باکتریها به اکسیژن، کربن، ازت و فسفر بیش از سایر مواد نیاز دارند.
عناصر دیگر مورد نیاز باکتریها، Ca , K , S و Mg هستند.
مواد سمی نظیر فنل، فلزات سنگین و … نباید حضور داشته باشد.
مقدار H و P باید متناسب با BOD5 فاضلاب باشد، اگر کمتر باشد، باید اضافه شوند.
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

روشهای مختلف تصفیه بیولوژیکی فاضلاب
سه روش تصفیه بیولوژیکی عبارتند از: سیستم لاگونی یا برکه ای، روش فیلترهای چکنده و سیستم لجن فعال
1-2-4-1-6- سیستم لاگونی (برکه ای) یا تصفیه طبیعی فاضلاب
لاگون یا گودالی به عمق 3 تا 5 متر و عرض چند متر و طول چند صد متر است.
فاضلاب وارد لاگون (برکه) می شود به آرامی خارج می شود.
طی عبور آب از لاگون، مواد آلی بوسیله باکتریهای هوازی تجزیه می شوند.
مواد معلق ته نشین می شوند.
زمان توقف (ماند) V/Q=T و V حجم لاگون و Q دبی جریان فاضلاب و زمان توقف معمولاً 3 تا 8 ماه است).
فاضلاب خروجی برای مصارف کشاورزی قابل استفاده است.

پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

شرایط مناسب جهت عملکرد مناسب سیستم لاگون

کاهش زمان ماند یا توقف فاضلاب در لاگون از طریق کاهش عمق لاگون
رقیق کردن فاضلابهای غلیظ با آب کم تر آلوده.
کمک به رشد جلبک ها (تولید اکسیژن بیشتر) و یا در مواردی جلوگیری از رشد آنها (لاشه آنها مواد آلی است):
هوادهی برکه ها جهت کاهش زمان ماند برکه های تثبیت یا اکسایش سریع.
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

2-2-4-1-6-روش فیلترهای چکنده
در این روش تجزیه مواد الی بوسیله باکتریها در بستر فیلتر چکنده انجام می شود.
فیلترهای چکنده، فیلترهایی با ابعاد خیلی بزرگ هستند. ارتفاع آنها چندین متر است.
آب از بالای فیلتر بوسیله نازل روی بستر فیلتر پاشیده می شود.
ذرات درشت در بالای فیلتر و ذرات ریز در پایین قرار دارند.
از پایین فیلتر هوا وارد می شود.
برای کارایی بهتر، قسمتی از فاضلاب خروجی را به ورودی برگشت می دهند.
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

3-2-4-1-6- سیستم لجن فعال
اجزاء اصلی این سیستم دو استخر هوادهی و ته نشینی می باشند.
در استخر هوادهی؛
توده ای از میکروبها موسوم به لجن فعال با فاضلاب بطور کامل مخلوط می شود.
مخلوط فاضلاب و لجن فعال بوسیله کمپرسورهایی هوادهی می شود (مدت 5 تا 7 ساعت)
لجن حاصل که شناور است به استخر ته نشینی منتقل می شود.
در استخر ته نشینی، لجن شناور 3 تا 5 ساعت می ماند تا ذرات معلق ته نشین شود.
قسمتی از لجن فعال به استخر هوادهی برگشت داده می شود.
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

مقایسه سه روش های مختلف تصفیه بیولوژیکی
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

3-4-1-6- تصفیه پیشرفته
قبل از دفع فاضلاب تصفیه شده (خروجی تصفیه ثانویه) به محیط زیست باید آن را ضد عفونی (کلرزنی) کرد.
فاضلاب تصفیه شده را وارد واحد استخر کلرزنی می کنند.
در استخر کلرزنی، فاضلاب به مدت 15 دقیقه درمجاورت کلر تزریقی قرار می گیرد.
برای حذف کامل میکروارگانیسم ها، فاضلاب ضد عفونی شده را به لاگون های جدادهی، منتقل می کنند.
در این لاگون ها (استخرهای بزرگ) فاضلاب مدتی می ماند، میکروارگانیسم در اثر گرسنگی از بین می روند.
اگر قرار باشد از فاضلاب تصفیه شده در صنعت استفاده شود باید ناخالصی های آن را تا حد مجاز کاهش داد (تصفیه پیشرفته)
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

1-3-4-1-6- شیمی کلرزنی
منظور از کلر در تصفیه آب، گاز کلر، Cl2، یا هیپوکلریت سدیم NaClO (آب ژاول، مایع) و یا هیپو کلریت کلسیم (پرکلرین جامد) می باشد.
بین هیپوکلریت، HClO- و Cl2 در آب تعادل زیر برقرار است:
HCl+ H2O HClO+ Cl2
قدرت باکتری کشی HoCl صد برابر OCl- است.
اگر PH پایین باشد، کلر بیشتر به صورت HOCl خواهد بود.
OCl-+ H+ HOCl
اگر در آب یا فاضلاب آمونیاک باشد، با کلر ترکیب و کلر آمین ها تولید می شود (NCl3 , NHCl2, NH2Cl).
کلر آمین ها خاصیت میکروب کشی ضعیف دارند.

پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

2-3-4-1-6- نکات مهم در کلرزنی
هر چه کمتر باشد HOCl تفکیک نشده بیشتر است
در 7.5= PH (در دمای 0C25 و mg40= TDS) فقط 50% کلر آزاد به صورت HOCl است. در 6.5 = PH ، 90 درصد
با کاهش دما درصد HOCl تفکیک نشده زیاد می شود.
با افزایش TDS ، HOCl تفکیک نشده کاهش می یابد.
بخشی از کل مصرفی، صرف اکسیداسیون موادی از قبیل یونهای نیترو، فرو و مواد آلی می شود.
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

3-3-4-1-6- فرمهای مختلف کلر در آب
مجموع NaClO , Cl2 و Ca(ClO)2، OCl- موجود در آب کلر آزاد باقیمانده نام دارند.
کلر آمین ها، کلر ترکیبی باقیمانده هستند.
کلر کل = کلر ترکیبی + کلر آزاد باقیمانده
آب خروجی از حوضچه آهک زنی نیاز به کلرزنی ندارد.
باکتریها و ویروس ها در PH بیش از 10 قادر به ادامه حیات نیستند.
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

4-3-4-1-6- سیستم جمع آوری و تصفیه لجن
لجن های جمع شده در تصفیه خانه های فاضلاب باید تصفیه و دفع شود.
مخازن هضم لجن
لجن تغلیظ شده
لجن
فیلتر شنی لجن آب تانک تغلیظ
لجن تغلیظ شده
آب

در اثر فعالیت باکتریهای غیر هوازی در مخازن هضم لجن بیوگاز که 50 تا 80 درصد آن متان است تولید می شود.
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

5-1-6- دفع فاضلاب تصفیه شده به دریا و رودخانه
آیا می توان فاضلاب تصفیه شده را به دریا یا رودخانه ریخت؟
بله به شرط رعایت موارد زیر:
سبب آلودگی محیط زیست و به خطر افتادن شناگران نشود
از طریق جزر و مد باعث آلودگی محیط نشود
اکوسیستم موجودات زنده را تخریب نکند.
غلظت آلاینده ها در پایین دست رودخانه از حد مجاز بیشتر نشود (خودپالایی رودخانه دچار مشکل نشود).
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

6-1-6- آیا می توان پساب صنعتی را وارد فاضلاب شهری کرد؟
پساب صنعتی را باید تصفیه و سپس وارد فاضلاب شهری کرد.
با توجه به هزینه بالای تصفیه پسابهای صنعتی تدابیر زیر باید اتخاذ شود؛
کاهش حجم پساب، از طریق؛ جدا کردن پساب فرایند از سایر پساب ها، کاربرد مواد خام با کیفیت بهتر، طراحی و نگهداری بهتر سیستم و …،
کاهش غلظت آلاینده ها، مثلاً مخلوط کردن پساب آلوده با پساب کمتر آلوده
یکنواخت سازی پساب، ممکن است کیفیت پساب متغیر باشد.
خنثی سازی؛ تثبیت PH در محدوده 6-9 از طریق اختلاط فاضلاب اسیدی، قلیایی یا افزایش سود یا آهک و یا اسید.

پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

7 – فصل هفتم رسوب گذاری و خورندگی آب

مقدمه – آبهای طبیعی، در اثر گرم شدن رسوباتی برجای می گذارند، همچنین این آب ها باعث خوردگی فلزات نیز می شوند.
هزینه سالیانه ناشی از رسوب گذاری و خورندگی آب در جهان بیش از صد میلیارد دلار برآورد می شود. رسوبات بسیار سخت که چسبندگی زیادی دارند مشکلی اساسی از صنعت هستند.
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

یک ادعا یا یک واقعیت برای جلوگیری از رسوب گذاری آب
. مراجع متعددی ادعا می کنند، با عبور آب از میدان مغناطیسی تمایل آب به رسوب گذاری از بین می رود.

. مکانیسم عمل تاثیر میدان مغناطیسی در جلوگیری از ایجاد رسوب بخوبی شناخته نیست.

. نظرات محققین مختلف در این باره متنوع است
.
. به هر صورت، تصفیه مغناطیسی واقعیتی است که وجود دارد اگر چه تکرار پذیری آن تضمین نمی شود.
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

1-7-علل تشکیل رسوب (Scale)
منظور از رسوب یا Scale ، رسوبی بسیار متراکم و چسبنده به جدار ظرف است.
شرایط و علل لازم برای ایجاد رسوب:
اشباع شدن محلول
فوق اشباع شدن املاح
تشکیل نخستین هسته های بلور
رشد بلور
تشکی لایه های رسوب
از نظر ترمودینامیکی باید شرایط بریا رشد بلور و تشکیل لایه های رسوب متراکم و چسنده فراهم باشد.
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

2-7- عوامل موثر روی کیفیت و کمیت رسوب

جنس سطح، مقدار رسوب روی سطوح ناصاف خیلی بیشتر و رسوب چسبنده تر است.
PH و قلیانیت آب؛ روی کمیت و کیفیت رسوب تاثیر دارد.
زمان و سرعت رسوب کردن؛ هر چه سرعت رسوب کردن کندتر باشد، رسوب متراکم تر و سفت تر، با گذشت زمان چسبندگی و رسوب بیشتر.
عوامل دینامیکی – تلاطم و جریان آب باعث سفت و سخت تر شدن رسوب می شود.
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

3-7- پیش بینی تشکیل رسوب به روش لانجلیر
-با روش لانجلیر امکان تشکیل رسوب کربنات کلسیم بررسی می شود.
حلالیت CaCo3 بر اساس تعادل های زیر قابل تفسیر است:
H2O + CO2+CaCO3 Ca(HCO 3) 2
2HCO3+ Ca++ Ca(HCO3)2
روش لانجلیر
LSI = PH – PHS
PH مقدار PH واقعی آب، PHS سیستم تعادلی (اشباع) اگر LSI = 0 تعادل LSI>0 تمایل به رسوب گذاری LSI<0 تمایل به انحلال
PHS از روی TDS، اما، غلظت کلسیم و قلیایت کل محاسبه می شود
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

مثال
مثال 7-1- آبی با مشخصات زیر را در نظر بگیرید:
PH = 7.5 TDS = 320 PPM M = 34 PPM
غلظت کلسیم آب ppm150 معادل کربناتی است.
آیا این آب تمایل به رسوب گذاری دارد یا خیر؟ دمای oC25 می باشد.
LSI = PH – PHS
PHS = (9.3 + A + B) – (C+D)
A = 0.1 [logTDS – 1] = 0.15
B = -13/12 log(1+273) + 34.55 = 2/09
0.4 = log 150 – 0.4 = 1/78 -C = log[ca2+]
log34 = 1.53 = (قلیالیت کل D = Log
PHS = (9.3 + A + B) – (C + D) = 8.23
LSI = 7.5 – 8.23 = -0.73
بنابراین این آب تمایل به انحلال رسوب دارد نه رسوب گذاری
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

4-7-اندیس رایزنار
رایزنار با تجزیه و تحلیل نتایج تجربی آب های رسوب گذاری و خورنده اندیس لانجیلر را به صورت زیر اصلاح کرد.
SI = 2PHS – HP
اگر SI>6 آب تمایل به انحلال رسوب کربنات کلسیم دارد.

اگر SI<6 آب تمایل به رسوب گذاری دارد.

برای آب ساکن یا دارای سرعت کم پیش بینی با LSI دقیقتر

برای آب های جاری (با سرعت بیش از 0.6 m/s) پیش بینی با SI بهتر است.
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

5-7-عوامل مزاحم در پیش بینی اندیس ها
املاح زیاد آب؛ برای آب های شور اندیس های جدیدی تعریف شده است.

مواد افزودنی به آب؛ این مواد در چگونگی ایجاد رسوب تاثیر دارند.

بالا بودن قلیاییت سدیمی؛ باعث افزایش حلالیت کلسیم می شود.

آلودگی سطوح به مواد چربی و روغنی

غلظت زیاد فسفات و مواد آلی

جلبک ها
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

6-7- اصلاح مجدد رابطه انجلیر
LSI = PH – PHC
در این رابطه به جای PHS در رابطه لانجلیر PHC (PH بحرانی) قرار داده شده است.
PHC به طور تجربی بدست می آید.
نمونه ای از آب محتوی CaCO3 را با سود تیتر می کنیم و PH را بر حسب حجم سود رسم می کنیم.
در نمودار حاصل ماکزیممی مشاهده می شود، PH مربوط، PHC است.
H2O + CO2 + CaCO3 2HCO3 + Ca++
Ca CO3 + H2O OH + HCO3
Ca+++ CO3= Ca CO3
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

7-7- خورندگی آب و عوامل موثر بر آن
هر چه H+ و O2 بیشتر باشد، خوردگی نیز بیش تر خواهد بود. (شکل 3-7)
Fe +2H+ Fe2+ +H2
واکنش آندی 2e + Fe2+ Fe
واکنش کاتدی 2H+ +2e H2
1/2 O2 + H2O + 2e  2OH
درجه حرارت؛ افزایش دما سرعت واکنش را زیاد می کند (شکل 4-7)
سرعت آب؛ باد و مکانیسم الکتروشیمیایی و انتقال جرم
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

پس مکانیسمی که کندتر باشد، کنترل کننده سرعت کلی خوردگی است.
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

ادامه عوامل موثر بر خورندگی آب

کلر باقیمانده (Clo- , Cl2)؛ اکسیدکننده های قوی هستند.
یون کلرید (Cl-)؛ یون مهاجم سبب تشدید خوردگی می شود.
باکتری ها؛ با افزایش یا کاهش PHخوردگی را تسریع می کنند.
مهمترین این باکتری ها: احیا کننده سولفات، احیا کننده نیترات؛ مواد متان و …
بررسی ها نشان می دهند که آب استرلیزه شده و فاقد باکتری در لوله های آهنی کم تر از آب غیر استرلیزه باعث خوردگی می شود.
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

8 – فصل هشتم اسمز معکوس
مقدمه – تعریف، کاربرد و تاریخچه اسمز معکوس

اسمز معکوس فرایندی فیزیکی است.

با اسمز معکوس می توان از محلول، حلال تقریبا خالص را جدا کرد.

99% مواد معدنی و 97% مواد آلی و کلوئیدی آب را می توان حذف کرد.

اقتصادی ترین روش تهیه آب آشامیدنی از آب شور در مناطق کم آب است.

کل ظرفیت روزانه واحدهای اسمز معکوس در جهان در سال 1998، 11.3 میلیون متر مکعب بوده است که رو به افزایش است.
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

1-8- اساس کار اسمز معکوس
فشار اسمزی
اگر فشار p ((P> π به ستون سمت راست وارد شود، مولکول های آب به سمت چپ رانده می شوند، اسمز معکوس .
فشار اسمزی بستگی دارد به:
0 نوع ناخالص (ماده حلشده) در محلول های نسبتا غلیظ
0 غلظت ناخالص؛
MRT = π
M مولاریته ناخالصی ها T دمای مطلق = R ثابت گازها
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

2-8- تکنولژی اسمز معکوس
آب خام بوسیله پمپ به محفظه دارای غشا نیمه تراوا (مدول) وارد می شود.
در مدول آب روی غشا تحت فشار است.
ناخالصی ها عبور نمی کنند. مولکول های آب عبور می کنند.
فاشر لازم برای آب شور 25 – 12 آتمسفر و آب دریا 80 – 54 اتمسفر
آب ورودی
(خام)

فیلتر

تزریق اسید
تزریق رسوب

آب شیرین

آب شور پمپ
شکل 2-8 اجزاء اصلی یک سیستم اسمز معکوس
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

3-8- مقایسه اسمز معکوس با فیلتراسیون معمولی
در هر دو روش ناخالصی که در اثر فشار از آب جدا می شوند.
در فیلتراسیون جریان آب عمود بر بستر فیلتر است در اسمز معکوس موازی
گرفتگی غشاء در اسمز کمتر از فیلتر است.
در اسمز معکوس دو جریان خروجی وجود دارد، آب تصفیه شده و خوراک تغلیظ شده
تاثیر دما در اسمز معکوس دوگانه است. افزایش π و کاهش ویسکوزیته
در فیلتر سیر حرکت اب منافذ در اسمز معکوس آب از طریق نفوذ (توسط شاخه های پلیمری آبدوست) از غشاء عبور می کند.
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

4-8-اصطلاحات مهم در اسمز معکوس
مدول (module) ؛ مجموعه غشاء و محفظه تحت فشار
پلاریزاسیون غلظتی؛ تفاوت غلظت املاح (یون ها) در دو طرف غشا که باعث کاهش کیفیت آب شیرین می شود و فشار اسمزی را نیز افزایش می دهد. افزایش میزان آب شور خروجی
درصد بازیافت R
100× (دبی خوراک / دبی محصول) R =
درصد عبور نمک
100× (مقدار نمک در خوراک) / مقدار نمک در محصول) = درصد عبور نمک
فاکتور تغلیظ CP
(درصد بازیافت – 100) / 100 = CP
درصد طرد
درصد عبور نمک – 100 = درصد طرد
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

مثال 1-8

اگر مشخصات آب خوراک به صورت زیر باشد، آنالیز آب نشور خروجی از یک واحد اسمز معکوس را تعیین کنید (غلظت ها به معادل کربناتی هستند)
PH = 8.2 Ca2+ = 100 M = 134 TDS = 400
درجه پلاریزاسیون غلظتی از 1.13 و درصد بازیابی را 60% بگیرید.
حل 2.5 = (60 – 100) / 100 = (R/ 100 – 100) = CP
به علت پلاریزاسیون:
2.825 = 1.13 × 2.5 = CP واقعی
به علت پلاریزاسیون:
2.825 = 1.13 × 2.5 = CP واقعی
بنابراین غلظت املاح در آب شور:
2.825 × 400 = TDS
2.825 × 100 = Ca2+
379 = 2.825 × 135 = M
PPM 7/1 = 10/ M = ] [Co2
8.65 = 6.3 + (1.7)/379 log = 3/6 + [Co2]/M log = PH
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

8- 5 – دبی آب تصفیه شده (دبی محصول) Qw در اسمز معکوس
L / (ΔP – Δπ)(kwA = Qw

ΔP = اختلاف فشار دو طرف غشا

Δπ = اختلاف فشار اسمزی دو طرف غشا = فشار اسمزی محصول – فشار اسمزی آب شود.

Kw = ضریب تراوایی غشا برای مولکول های حلال که به جنس و چگونگی طراحی دستگاه اسمز معکوس بستگی دارد.

L = ضخامت دیواره غشا
A = مساحت غشا
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

6-8- دبی نمک عبودی از غشا به داخل محفظه آب تصفیه شده

Qs= KSA (Cb – Cp)
Cb = غلظت نمک در قسمت آب شور
Cp = غلظت نمک در آب تصفیه شده
KS = ضریب تراوایی غشا برای مولکول های ناخالصی
توضیح: از نظر تئوری فقط مولکول های آب می توانند از غشا عبور کنند ولی در عمل نمک ها و ناخالصی های موجود در آب به مقدار کمی از غشا عبور می کنند.
O2 و CO2 صددرصد از غشا عبور می کنند. (جدول 2-8)
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

جدول 2-8- درصد عبور بعضی از نمک ها از غشاء اسمز معکوس (جنس غشاء پلی آمید)
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

8-8- ویژگی های عمومی غشاهای اسمز معکوس
معمولا از جنس استات سلولز. پلی فنیل اکسید و یا پلی آمید هستند.

باید در مقابل عوامل شیمیایی یا بیولوژیکی مقاوم باشند.

قدرت تحمل فشار داشته باشند.

در برابر تغییرات PH مقاوم باشند.

امروز با غشاها را از مخلوط مواد می سازند.
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

7-8- چگونه می توان عملکرد غشاءها را افزایش داد
هر چه A (سطح غشا) و KW (ضریب تراوایی غشا) بیش تر باشد، Qw دبی آب تصفیه شده زیادتر خواهد بود. برای افزایش A تمهیدات زیر بکار می رود؛
استفاده از لوله های باریک (در حدود میکرون) از جنس غشا
استفاده از تعداد بسیار زیادی صفحه
استفاده از صفحات حلزونی
و برای افزایش KW
تکنولوژی ساخت غشاها بهینه می شود.
غشاها را از مخلوط استات سلولز و تری استات سلولز می سازند.
غشاها را از پلی سولفان باردار می سازند.
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

اثر متغیرهای موثر در عملکرد اسمز معکوس

شکل 4-8
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

9-8- نگهداری و مراقبت از غشا
جهت محافظت غشا و تامین اهداف زیر آب ورودی به غشا باید تصفیه مقدماتی شود.
ایجاد سازگاری بین آب و غشا
کاهش میزان رسوب کردن مواد روی غشا
کاهش میزان آلودگی بیولژیکی غشا
حذف بعضی از مواد صدمه زننده به غشا مانند کلر
تنظیم PH
کنترل قدمت اکسیدکنندگی آب ورودی (باید200 < DRP باشد).
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

10-8- روش های کاهش یا جلوگیری از ایجاد رسوب روی غشا

کاهش سختی آب ورودی (آهک زنی – رزین های سدیمی)
افزایش دبی جریان آب شور و کاهش دبی آب تصفیه شده
تزریق اسید CO3= + H+ HCO3
افزایش سدیم هگزا متافسفات؛ باعث تعلیق رسوبات می شود. اشکال آن به فسفات کلسیم تبدیل می شود.
توصیه می شود از ارگانوفسفات ها یا به صورت مخلوط با آن استفاده شود.
افزایش NH4OH یا اسید سیتریک جهت جلوگیری از رسوب های آهن
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

11-8- جنبه های اقتصادی اسمز معکوس
هزینه ها:
سرمایه گذاری اولیه
جایگزینی غشا (تعویض غشا)
هزینه انرژی
مواد شیمیایی
عمر مفید غشا استات سولزی یا پلی آمیدی برای تصفیه آب های با TDS تا حدود ppm5000 در شرایط عبادی کمتر از سه سال نیست.
هر چه غلظت املاح محلول آب بیش تر باشد، نیاز به افزایش بیش تر است.
با پیشرفت تکنولوژی هزینه های تولید آب شیرین کاهش یافته است.
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

12-8- موارد کاربرد اسمز معکوس در تصفیه آب
تهیه آب شیرین از آب دریا (از تقطیر نیز ارزان تر است)
تهیه آب شیرین از آب نیمه شور (الکترودیالیز نیز روش مناسب است).
اگر TDS>400ppm آب باشد، اسمز معکوس روش مناسب برای تصفیه مقدماتی واحد تعویض یون است.
اگر TDS<400 ppm آب باشد، اسمز معکوس اقتصادی تر از تعویض یون است.
اگر مواد آلی بیش از 15g/l و یا سلییکای کلوئیدی زیاد باشد اسمز معکوس، به عنوان تصفیه مقدمایت واحد تعویض یون خوب است.

پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

9 – فصل نهم رزین های تعویض یونی
1-9- تعریف و ویژگی کلی رزین های تعویض یونی
مدار جامدی هستند که یون های قابل تعویض ] با یون های با بار مشابه خود[ دارند.
رزین کاتیونی؛ 2R – Na + Ca2+↔ R2 Ca + 2Na+
کاتونی قابل تعویض، آنیون ثابت
رزین آنیونی؛ Z – OH + Cl- ↔ Z – Cl + OH-
آنیون قابل تعویض، کاتیون ثابت
R و Z یک شبکه پلیمری است. شبکه پلیمری می تواند معرفی (پلی سیلیکات) یا آلی باشد.
رزین ها را می توان متشکل از یک آنیون و کاتیون در نظر گرفت.
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

2- تاریخچه رزین های تعویض یونی
اولین رزنی تعویض یونی، سیلیکات آلومینیوم در 1850 شناخته شد.
زئولیست سدیم، رزین کاتیونی در طبیعت وجود دارد.
اولین رزین کاتیونی هیدروژنی در سال 1930 ساخته شد.
اولین رزین تعویضی یونی آنیونی در 1944 تولید شد.
در حال حاضر رزین های تعویض یونی به طور سنتزی تهیه می شوند
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

3-9- انواع رزین های تعویض یونی
1 – کاتیونی قوی
انواع رزین های در محدوده وسیع PH عمل می کنند، R گروهی مثل HSO3 …
تعویض یونی ضعیف، در محدوده کوچکی از PH عمل می کند.
محیط قلیایی
R مثل COO-…
قوی
در یک محدوده وسیع PH عمل می کند نوع 1 و نوع
2- آنیونی
Z-OH ضعیف
در یک محدوده کوچک PH عمل می کند در محیط اسیدی
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

1-3-9- رزین های کاتیونی
1-رزین های کاتیونی قوی نوع سدیمی، R-Na همه یون های فلزی را با سدیم تعویض می کند، برای کاهش سختی آب بکار می رود.
2R – Na + Ca2+ → R2Ca + 2Na+
Mg2+ → R2Mg + 2Na+
برای احیای آن، آن را با محلول NaCl غلیظ شستشو می دهند.
R2 Ca + NaCl → 2Rna
2ـ رزین های کاتیونی هیدروژنی، R – H؛
قادر به جایگزین کردن یون های فلزی با H+
2R – H + CaSO4 → R2Ca + H2SO3
جهت احیا آن، با HCl شستشو داده می شود.
R2Ca +2 HCl → 2R – H + CaCl2
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

2-3-9-رزین های آنیونی قوی
به صورت Z – OH نشان می دهند.

Z – OH + Cl-→ Z – Cl + OH-

2Z – OH + SO42- → Z2SO4 + 2OH

برای احیای آن از باز قوی استفاده می شود

Z – Cl + NaOH → Z –OH + NaCl
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

3-3-9- رزین های کاتیونی ضعیف
R یا بنیان رزین COO– است.

نوع هیدروژنی آن در محیط خنثی به مقدار کم یونیزه می شود (مثل اسید ضعیف)

در محیط قلیایی براحتی H+ خود را از دست می دهد.

در محیط خنثی واکنش نمی دهد 2Rc – H + CaCl2 →
در 7<PH:
2Rc – H + Ca(HCO3)2 → R2Ca + Co2 + H2O

رزین کاتیونی ضعیف را با هر اسیدی می توان احیا کرد.
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

4-3-9- رزین های آنیونی ضعیف
به صورت RA – OH می توان آن را نشان داد.
مانند یک باز ضعیف به مقدار کم تفکیک می شود.
در محیط کاملا اسید عمل می کند.
بازهای قوی مثل HCl و H2SO4 را حذف می کند ولی قادر به حذف اسیدهای ضعیف مثل H2CO3 و H2SO3 نیست.
بیش تر جاذب اسیدها هستند تا تعویض کننده یون ها
RA – OH + HCL → RA – OH . HCl
در محیط خنثی واکنش نمی دهد RA – OH + H2CO3 →
واکنش نمی دهد RA – OH + HCL →
موقع احیا اسید جذب شده (مثلا HCl) با باز خنثی می شود.
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

5-3-9- ویژگی های شیمیایی و فیزیکی رزین های تعویض یونی

مهمترین ویژگی های تعیین کننده عملکرد رزین های تعویض یوین عبارتند از:
ویژگی های فیزیکی:
اندازه و ضریب یکنواختی دانه های رزین و دانسیته آن ها حالت فیزیکی رزین ها
ویژگی های شیمیایی؛
برگشت پذیری، ظرفیت و ضریب گزینش، تورم پذیری، پایداری شیمیایی و گرمایی و محدوده PH عملکرد آنها
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

6-3-9- برگشت پذیری رزین های تعویض یونی
برگشت پذیری یکی از مهمترین ویژگی های رزین های تعویض یونی است.

سرویس رزین RH + NaCl → RNa + Hcl
احیا رزین RNa + HCl → RH + NaCl
RH + NaCl ↔ RNa + Hcl

بر حسب ضرورت انجام هر مورد (سرویس رزین یا احیا آن) شرایط را باید آماده نمود.

هر چه سرعت واکنش های فوق بیش تر باشد، مطلوب تر است.

اگر رزین ها برگشت پذیر نباشند، تصفیه آب با رزین ها اقتصادی نیست.
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

7-3-9- حالت فیزیکی رزین های تعویض یون
رزین های تعویض یون باید جامد باشند.

جامد ولی نرم و انعطاف پذیر

اگر خشک و تر باشند می شکنند

کمی حالت ژله ای نیز داشته باشد.

دانه های رزین متخلخل باشند

حالت ژله ای رزین باعث می شود که هنگام شستشو به حالت معلق درآید.

با تغییر درصد مواد اولیه هنگام سنتز آن ها، می توان رزین ژله ای مطلوب را تهیه کرد.
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

8-3-9- گروه یونی ثابت در رزین های مختلف
گروه یونی چسبیده به شبکه پلیمری نوع رزین را مشخص می کند.

در رزین اسیدی قوی، معمولا یون سولفات So3- است.

در رزین اسیدی ضعیف ، معمولا یون کربوکسیلات – Coo- است.

در رزین بازی قوی نوع 1، معمولا یون –CH2N+ (CH3)3

در رزین بازی قوی نوع 2، معمولا یون (CH2CH2OH) –CH2 – N+ (CH3)2

در رزین بازی ضعیف معمولا آیتم های نوع اول یا دوم یا سوم هستند.
– N- , -NH , – NH2
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

9-3-9- ضریب گزینش رزین های تعویض یونی
برای تعویض یون BZB یک رزین با یون AZA تعادل زیر را می توان نوشت.
ZABZB (در محلول) + ZBAZA( رزین) → (رزین) ZBAZA (در محلول) + ZABZB (در رزین)
اگر qA و qB به ترتیب نرمالیته A و B در رزین و CA و CB به ترتیب نرمالیته A و B در محلول و
C0 = CA + CB و Q = qA + qB
/Q XA= CA/CO XB= CB/CO qB=Q YB/qA=YA

YAZB / (1-YA)ZA =KBA(Q/C)ZA-ZB×XAZB/(1-XA)ZA
yAZB هر چه بیشتر باشد، میزان تمایل به تعویض A با B زیادتر خواهد بود.
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

10-3-9- ترتیب علاقه مندی رزین ها به تعویض یون ها به صورت زیر است:
در رزین اسیدی قوی؛
Aq+ > CS + > K+ > NH4+ > Na+ > H+ > Li+
> ca2+ > co2+ > Ba2+ > pb 2+ > sb2+ > Sr2+ > Ca2+ > Ne2+ > cd2+
> Mg2+ >CS2
در رزین اسیدی ضعیف؛
> Mg2+ > Na+ > CS+ H+≥ Ca 2+ > pb2+ > Ne2+ > Co2+ > Fe2+ > Ca2+
در رزین بازی قوی؛
SO42+ > No3 > Br > Cl >HCO3 > HSO3 > F > OH
در رزین بازی ضعیف؛
> F- OH-≥ So42+ > Hso4- > I – > NO3- > Br- > CO-
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

مثال در مورد تعویض یون با توجه به رابطه ضریب گزینش
اگر یک رزین اسیدی دارای یون متحرک H+ در محلولی قرار گیرد که کاتیون آن فقط Ca2+ باشد، در این حالت داریم:
ZA = 2 A=Ca2+ ZB = 1 B=H+
YCA/(1-YCA)2= KHCa(Q/C). XCa/(1-XCa)2
غلظت Ca2+ در شبکه رزین، Yca به Q/C بستگی دارد.
Q ظرفیت رزین ثابت، پس هر چه C، غلظت محلول کمتر باشد، YCa بیشتر خواهد بود. در محلول رقیق تر تمایل به تعویض زیادتر است.
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

11-3-9- ظرفیت رزین

ظرفیت رزین معیاری از توانایی رزین برای تعویض یون می باشد؛ ظرفیت رزین به دو صورت بیان می شود؛
ظرفیت جرمی؛
تعداد امیلی اکی والان یونی که هر گرم رزین می تواند، تعویض کند
ظرفیت حجمی؛
تعداد میلی اکی والان یونی که هر میلی لیتر رزین می تواند تعویض کند.
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

12-3-9-روش تعیین ظرفیت جرمی رزین اسیدی قوی
رزین را کاملاً به فرم ئیدروژنی تبدیل می کنیم و پس از شستشوی کامل با آب مقطر، خشک می کنیم.

وزن معینی از رزین خشک را در ارلن ریخته و آب مقطر اضافه می کنیم.

مقداری کلرید سدیم خالص اضافه کرده و خوب هم می زنیم.

در مقابل معرف متیل اورانژ با سود با فرمالیته N تیتر می کنیم، اگر وزن رزین = w ، T = حجم سود مصرف شده
meq/g ظرفیت جرمی

اصول کلی تعیین ظرفیت حجمی، به همین ترتیب است. فقط حجم معینی از رزین را باید برداشت.
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

مثال در مورد کاربرد ظرفیت رزین ها
اگر ظرفیت حجمی رزینی 2 باشد، به ازاء هر لیتر رزین سختی چند لیتر آب دارای سختی کل ppm100 را می توان حذف کرد؟
NV = Nw Vw
0.1/50 = 0.002 =نرمالیته سختی
Ww × 0.002 = 2×1
لیتر 1000 = Vw = حجم آب
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

13-3-9-تورم پذیری رزین ها
در ضمن مبادله یون ها، رزین ها دچار انبساط یا انقباض می شوند.

از هر سیکل رزین متحمل انبساط و انقباض می شود.

طراحی فیلتر رزین با توجه به این تغییر حجم رزین باید انجام شود.

رزین های اسیدی قوی کم تر از 10% متورم می شوند.

رزین های اسیدی ضعیف تا 100% متورم می شوند.

رزین های آنیونی تری و ضعیف 5 تا 20% متورم می شوند.
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

14-3-9-محدوده pH عملکرد رزین ها
هر نوع رزینی در محدوده معینی از pH قادر به مبادله یون است.

به طور کلی:
رزین کاتیونی قوی: در هر pH
رزین کاتیونی ضعیف: در pH بزرگتر از 4
رزین آنیونی قوی: در هر pH
رزین آنیونی ضعیف: در pH کمتر از 9
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

15-3-9- پایداری شیمیایی رزین ها
رزین ها نباید در آب، الکترولیت ها و حلال های آلی قابل حل باشند.
در محدوده دمایی مجاز باید پایدار باشند.
رزین ها در مقابل تشعشات رادیواکتیو و مواد اکسیدکننده قوی از قبیل، اسید نیتریک، کروم 6 ظرفیتی، هالوژن ها آسیب پذیرند.
اکسیژن در حد اشباع نیز می تواند سبب شروع ناپایداری رزین شود.
توجه: تحت هیچ شرایطی رزین های آنیونی در تماس با اسید نیتریک غلیظ قرار گیرد، سبب انفجار می شود.
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

16-3-9- پایداری گرمایی رزین
از هر رزین در یک محدوده دمایی معین که توسط سازندگان آن ها اعلام می شود، باید استفاده شود.

معمولاً حداکثر دمای مجاز رزین های کاتیونی oC120 و برای رزین های آنیونی بسیار متفاوت است و بستگی به نوع ماده رزین دارد.

افزایش دما به بیش از حد مجاز باعث کاهش ظرفیت تبادل یونی آن می شود.
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

17-3-9- ویژگی های فیزیکی مطلوب رزین ها
رزین ها دانه های کروی به قطر 300 تا 1200 میکرون هستند.

اندازه موثر حدود 700 میکرون و ضریب یکنواختی کم تر از 1.7 مطلوب تر است.

دانسیته رزین ها به میزان رطوبت و ساختار آن ها بستگی دارد.

معمولاً دانسیته نوع اسیدی حدود 1.2 و نوع بازی حدود 1.1 است.
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

18-3-9- اقتصاد رزین ها
قیمت هر حجم رزین آنیونی قوی حدود 3 تا 4 برابر کاتیونی قوی است.

قیمت رزین های آنیونی و کاتیونی ضعیف تقریباً برابر است.

قیمت رزین های ضعیف تقریباً سه برابر رزین های قوی است.

هزینه روزانه رزین مربوط به مواد شیمیایی لازم برای احیا آن هاست.

میزان نوع مواد شیمیایی با نوع رزین متفاوت است.
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

19-3-9- مقایسه رزین های ضعیف و قوی از نظر راندمان احیا
در مقایسه با رزین ها تعویض یونی قوی؛ رزین های تعویض یونی ضعیف قادر به تعویض همه یون ها نیستند ولی راندمان احیا بالایی دارند.
کل یون های تعویض شده با رزین
= راندمان احیا
یون های موجود در کل حجم ماده احیاکننده
40% > راندمان احیا رزین های قوی

100%  راندمان احیا رزین های ضعیف

رزین های ضعیف را می توان با اسید یا باز ضعیف و غلظت کم احیا کرد.
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

مثال در مورد حذف یون ها بوسیله رزین های مختلف آنالیز آبی به صورت زیر است؟

مطلوب است، غلظت یون ها که در اثر عبور آب خام از واحدهای زیر حذف می شوند.
الف) سختی گیر (رزین قوی سدیمی)
حل: Ca2+ و Mq2+ موجود در آب با Na* رزین تعویض می شود؛
Ppm 250 = 50 + 20
ب، رزین اسیدی قوی
حل؛ رزین اسیدی قوی همه کاتیون ها را حذف می کند.
mg/l 375 = منیزیم، کلسیم ـ پتاسیم + سدیم
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

ادامه مثال
ج ـ رزین بازی ضعیف
حل؛ رزین بازی قوی فقط بنیان اسیدهای قوی را حذف می کند.
mg/l 175 = نیترات + کلرید + سولفات
د ـ رزین بازی قوی
رزین بازی قوی همه آنیونها و سیلیکا را حذف می کند.
mg/l 400 = سیلیکا + Coc + بی کربنات + نیترات + کلرید + سولفات
ه‍ ـ رزین بازی قوی که بعد از واحد رزین بازی ضعیف قرار گرفته باشد در واحد ضعیف بنیان اسیدهای قوی گرفته شده است.
mg/l 225 = سیلیکا ـ دی اکسید کربن + بی کربنات
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

ادامه مثال
و ـ رزین باز قوی که پس از واحد دی گازاتور قرار دارد.
حل ـ دی گازاتور، CO2 را تا mg/l 5 کاهش می دهد.
رزین باز قوی، مواد زیر را حذف می کند،
دی اکسید کربن + سیلیکا + نیترات + کلرید + سولفات
mg/l 190 = 5 + 10 + 10 + 80 + 85
ی ـ رزین بازی قوی که پس از واحدی دی گازاتور و واحد رزین بازی ضعیف قرار گرفته باشد.
حل, رزین بازی قوی, دی اکسید کربن باقی مانده (ppm5) و سیلیکا را حذف می کند.
mg/L15=5 + سیلیکا
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

2-3-9-نشتی ناخالصی ها از رزین ها
از نظر تئوری رزین های قوی تمام یون ها را جذب (تعویض) می کنند.
عمداً در آب تصفیه شده، یون داریم.
زیرا فرایند تعویض یون برگشت پذیر است.
اگر آب از رزین اسید قوی عبور کند، محتمل ترین نشتی Na+ ،
اگر آب از رزین بازی قوی عبور کند، محتمل ترین نشتی Cl–،
اگر مقدار نشتی Na+ و Cl– برابر باشد، pH تغییر نمی کند
اگر مقدار نشتی Cl– < Na+  < pH 8
اگر مقدار نشتی Na+ < Cl–  > pH 6
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

21-3-9- چگونه می توان پی به نشتی و نوع آن برد؟
مقدار هدایت الکتریکی آب تصفیه شده نشان دهنده میزان نشتی است.

مقدار pH نشان دهنده نسبت نشتی Na+ و Cl– است.

اگر در آب سیلیکای غیریونی باشد، نشتی Cl– را به تاخیر می اندازد.

و با افزایش ماده شیمیایی در ضمن احیا رزین، میزان نشتی را می توان کاهش داد.
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

22-3-9- دستگاه تعویض یونی (ظرف محتوی رزین)
استوانه ای از فولاد ضدزنگ و ترجیحاً دارای پوشش پلاستیکی
عمق رزین 0.5 تا 3 متر
50 تا 100% حجم رزین فضای خالی
در قسمت پایین، چند لایه شن یا آنتراسیت (جلوگیری از خروج رزین)
آب ورودی

آنترانیت پاشن
صفحه محافظ

آب خروجی

پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

23-3-9- انواع بسترها در دستگاه های تعویض یون
دو نوع بستر داریم؟ ثابت یا شناور
1-23-3-9- در نوع ثابت:
رزین انبساط ندارد، آب از بالا وارد می شود، بیشترین تبادل یونی در قسمت بالای ستون انجام می شود.
ظهور یون ها در آب خروجی علامت پایان سرویس است.
آب ورودی باید فاقد ذرات معلق و قابل رسوب باشد.
سرعت عبور آب از بستر باید حدود یک متر در ساعت باشد.
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

2-23-3-9- بستر شناور
ورود آب از پایین به بالا

هزینه بهره برداری بیشتر از نوع ثابت

اتلاف آب در زمان احیا کم تر

راندمان احیا و ظرفیت عملیاتی زیاد

در تصفیه آب از بستر شناور کم تر استفاده می شود.
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

24-3-9- احیای رزین ها
احیای رزین معمولاً شامل 4 مرحله است؛
مرحله 1 ـ شستشوی معکوس
آب از سمت پایین بستر به سمت بالا جریان می یابد تا ذرات رسوب و رزین معلق شوند.
آب

مرحله 2 ـ تزریق مواد شیمیایی احیا کننده
اسید یا سود یا نمک به صورت محلول نسبتاً رقیق
از بالا به پایین، روش جریان هم جهت (نشتی دارد)
از پایین به بالا، روش جریان متقابل (کیفیت و هزینه بالاتر)
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

24-3-9 ادامه احیای رزین ها
مرحله 3ـ شستشوی آهسته جهت:
توزیع ماده شیمیایی با دانه های رزین
تماس بیشتر ماده شیمیایی با دانه های رزین
تسهیل مبادله یون بین رزین و ماده شیمیایی
مرحله 4 ـ شستشوی سریع به خاطر:
حذف ماده شیمیایی (احیا کننده) باقی مانده
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

1-24-3-9- احیای رزین های کاتیونی اسیدی قوی (R–H)
R-H قوی با اسید احیا می شود.

از HCl و 4SO2H استفاده می شود.

HCl ظرفیت رزین را بیش تر می کند.

ولی به علت گرانی HCl ، معمولاً از 4SO2H استفاده می شود.

اسید سولفوریک هنگام رقیق کردن گرمای زیادی تولید می کند و نیاز به دستگاه خاص دارد.
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

1-1-24-3-9- مشکلات احیای رزین با 4SO2H
ایجاد رسوب 4CaSO در بستر رزین و آلودگی رزین و کاهش ظرفیت آن
کم بودن راندمان احیا آن نسبت به HCl به علت یونیزاسیون کم
راه غلبه بر مشکل:
افزایش تدریجی غلظت اسید سولفوریک، در ابتدا غلظت اسید کم و به تدریج زیاد شود.
افزایش پله ای اسید، اگر فرضاً 6 کیلو لازم باشد، به ترتیب 2 کیلو 2% ، 2 کیلو 4% و 2 کیلو 6%
افزایش دبی اسید، با توجه به نسبت غلظت Ca++ به مجموع سایر کاتیون ها
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

2-24-3-9- احیای رزین های آنیونی
یکی از مشکلات رزین های آنیونی قوی حذف سیلیکا جذب شده از آن است.

مراحل احیای رزین آنیونی:
1ـ تزریق محلول سود رقیق گرم ( c50-40)
2ـ تامین زمان تماس 70 تا 100 دقیقه بین سود و رزین
3ـ انجام شستشوی معکوس با آب گرم
هر چه دمای آب بیش تر باشد حذف سیلیکا بهتر انجام می شود. آب 38 درجه نسبت به آب 24 درجه، 50% راندمان حذف سیلیکا را افزایش می دهد.
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

25-3-9- محاسبه حجم رزین لازم برای تصفیه آب
Q×T×L
V=
C
Q = دبی آب ورودی به واحد تعویض یونی به m3/h
T = طول زمان سرویس دهی برحسب h (ساعت)
L = غلظت یون هایی که باید از آب ورودی حذف شود برحسب معادل کربناتی
V = حجم رزین برحسب m3
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

26-3-9- استفاده از چند فیلتر رزین جهت تصفیه آب
برای صنایعی که به آب خیلی خالص و زیاد نیاز دارند، بخصوص اگر غلظت سیلیس زیاد باشد. از سیستم چند فیلتری استفاده می شود. مثلاً سیستمی به صورت زیر:

پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

1-26-3-9- استفاده از دو نوع رزین در یک فیلتر
روش موثرتر و اقتصادی تر استفاده از سیستمی شامل دو فیلتر رزین، در اولی کاتیونی قوی و ضعیف، در فیلتر دوم آنیونی قوی و ضعیف است.
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

2-26-3-9- دستگاه تعویض یونی مختلط
در دستگاه تعویض یون، در بالا از رزین آنیونی و در پایین کاتیونی
آب کاملاً بدون یون تولید می کند.
دانسیته آن ها با یکدیگر بسیار متفاوت است و قابل جدا کردن از یکدیگر
همزمان هر دو را می توان احیا کرد.
رزین های فصل مشترک به خوبی احیا نمی شوند.
برای رفع مشکل فوق از رزین خنثی نیز استفاده می شود.
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

3-27-3-9- سیستم های تهیه آب مطلوب
انتخاب سیستم باید با توجه به موارد زیر انجام شود:
درجه خلوص آب مورد نظر
غلظت سیلیکا
نوع و مقدار ناخالصی های موجود در آب
دبی آب
سیستم های متعددی طراحی شده اند ولی در اغلب سیستم کاتیونی قوی اول آنیونی ضعیف قبل از آنیونی قوی و مختلط در آخر قرار می گیرند.
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

27-3-9- رزین های تعویض یونی خالص
رزین سمتی گیر، یک رزین کاتیونی سدیمی است.
با عبور آب از این رزین، Ca2+ و Mg2+ به جای Na+ قرار می گیرد.
احیا آن با محلول کلرید سدیم 10% است.
مقدار مناسب نمک لازم از روی دو پارامتر زیر تعیین می شود:
ظرفیت تعویض یونی عملی رزین
ظرفیت تعویض یونی تئوری رزین
ظرفیت تعویض یونی عملی رزین
ـــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ = درجه استفاده از برج
ظرفیت تعویض یونی تئوری رزین
مقدار نمک باید طوری انتخاب شود که این دو پارامتر حداکثر ممکن باشند. عملاً هر ft3 رزین 3 تا 10 پوند کلرید سدیم
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

28-3-9- تصفیه مقدماتی آب ورودی به واحد تعویض یونی
بعضی از مواد به رزین ها صدمه می زنند که باید حذف شوند:
کلر آزاد (Ocl– یا Cl2) . نباید بیش از ppm5/0 باشد، روش حذف، ذرات کربن فعال یا بی سولفات سدیم
مواد معلق و رنگ: باعث مسدود شدن حفره های سطح رزین ها راه حذف، عبور آب از فیلتر شنی یا زغال فعال
آهن و ترکیبات آلی آهن: جذب سطح رزین می شوند،
راه حل: شستشو با HCl % ، افزودن دی تیونیت
شستشوی منظم رزین (هفتگی)
آلاینده های آلی ـ نفوذ به داخل رزین ها جدا نمی شوند. راه حل شستشوی منظم. پس از احیا رزین افزایش محلول 10% نمک و 2% سود در دمای c40 به مدت 5 تا 10 ساعت
املاح زیاد آب
اگر 400TDS> باشد، با روشهای دیگر مثل اسمز معکوس ابتدای TDS را کاهش می دهند.
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

29-3-9- عیب یابی واحد تعویض یونی
در صورت کوتاه شدن زمان سرویس دهی یا کاهش کیفیت آب خروجی باید پارامترهای زیر مورد بررسی قرار گیرد:
آنالیز آب ورودی
مقدار رزین ها در هر فیلتر
مقدار و غلظت مواد احیاء کننده
pH و هدایت در تمام مراحل
عملکرد هوازدا، شیرها
کیفیت رزین ها از نظر فرسودگی (عمر رزین اسیدی 10-8 سال و بازی 4-5 سال است)
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

فصل دهم الکترودیالیز و تقطیر
مقدمه: آشنایی کلی با الکترودیالیز و تقطیر
تاریخچه:
تقطیر قدیمی ترین روش تهیه آب خالص
الکترودیالیز کم تر از نیم قرن از زمان مطرح شدن آن می گذرد.
عامل تصفیه در تقطیر انرژی گرمایی در الکترودیالیز جریان برق مستقیم است.
مصرف انرژی درب هر دو روش بالاست.
تقطیر هنوز هم مطمئن ترین روش تهیه آب برای مصارف پزشکی و دارویی است.
تقطیر نیاز به وسایل کنترل کیفیت ندارد.
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

1-10- ساختمان دستگاه الکترولیز
از تعداد زیادی سل تشکیل شده است.

هر سل شامل دو غشای نیمه تراوا (یکی آنیونی، A ، آنیون ها را جذب می کند و دیگری کاتیونی، C ، کاتیون ها را جذب می کند).

جنس غشاها از رزین های یونی است.

تعداد غشاها با هم برابر است.

در دو طرف غشاها آند و کاتد قرار دارند، نقش آن ها تسریع حرکت کاتیون ها و آنیون ها است.
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

2-10- نحوه کار دستگاه الکترودیالیز
آب خام وارد سل ها می شود.
کاتیون ها به سمت کاتر جذب می شوند، از غشاهای C عبور می کنند ولی از غشاهای A عبور نمی کنند.
آنیون ها به سمت آند جذب می شوند، از غشاهای A عبور می کنند ولی از غشاهای C عبور نمی کنند.
در سل های زوج (سل 2) آب شیرین در سل های فرد (سل 1 و3) آب شور می شود.
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

3-10- پارامترهای مهم در الکترودیالیز
1- دانسیته جریان: میلی آمپر بر هر سانتی متر مربع سطح غشا نباید از مقدار حداکثر مجاز بیش تر شود (سبب الکترولیز می شود)

2- فاصله غشاها: هر چه فاصله ها کم تر باشد، مقاومت کم تر و مصرف برق کمتر خواهد شد . تعداد سل ها را خیلی زیاد تا 500 انتخاب می کنند.

3- کیفیت آب ورودی
مواد معلق و رنگ آب خام را باید حذف، باعث کثیف شدن غشاها و الکترودها می شوند.
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

4-10- دانسیته جریان و توان مصرفی در الکترودیالیز
دانسیته جریان 400 تا 700 mA/cm2 توصیه می شود.
توان مصرف P ، از رابطه P=RI2 محاسبه می شود.
R به طور تجربی محاسبه می شود.
شدت جریان از رابطه زیر محاسبه می شود:
FQNEr
I=
nEc

F = عدد فاراده، 96500 کولن
Q = دبی آب ورودی L/S
N = نرمالیته آب n = تعداد سل ها
Er = راندمان حذف املاح، معمولاً 50% (0.5)
Ec = راندمان جریان برق 90% (0.9).
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

5-10- کاربردها و محدودیت الکترودیالیز

1- برای تصفیه آب دریا توجیه اقتصادی ندارد.
در الکترودیالیز هر چه میزان یون ها بیش تر باشد، برق مصرفی بیش تر است.
2- تهیه آب شرب از آب های نیمه شور وجیه اقتصادی دارد.
با هر بار عبور آب از دستگاه 25 تا 50 درصد املاح حذب می شود.
3- محدودیت ها: تهیه آب خالص (بدون) یون نه توجیه اقتصادی دارد عملاً غیرممکن است (برای برقرار جریان نیاز به یون است)
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

6-10- اصول ویژگی ما در تصفیه آب به روش تقطیر
با تبخیر آب ناخالصی ها در فاز مایع می مانند.

با میعان بخار آب تقریباً خالص بدست می آید.

ناخالصی های احتمالی آب حاصل از تقطیر، گازهای محلول، مواد آلی فرار و مقداری املاح و مواد کلوئیدی که توسط قطرات مایع حمل شده با بخار وارد آب تقطیر شده می شدند.

مطمئن ترین روش تهیه آب برای مصارف پزشکی و دارویی است.

روش تقطیر، نیاز به وسایل کنترل کیفیت ندارد.
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

7-10- مصرف انرژی در تقطیر
تهیه آب خالص به روش تقطیر از نظر مصرف انرژی مقام اول را دارد؛ زیرا گرمای ویژه و گرمای نهان تبخیر آب خیلی زیاد است. دانشمندان تلاش می کنند از انرژی خورشیدی برای تقطیر استفاده کنند.
تقطیر مستلزم دستگاههای بزرگ، حجیم و حتی پیچیده است.
از نظر مصرف انرژی و نیز هزینه دستگاهها، تقطیر از مجموعه اسمز معکوس و رزین ها غیراقتصادی تر است.
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

11- فصل یازدهم
کنترل کیفیت آب بویلر (دیگ بخار)
کار اصلی بویلر (دیگ بخار) تولید بخار آب است در انواع مختلف بویلرها، آب در مداری شبیه شکل زیر گردش می کند.
برای تامین بخار با کیفیت مطلوب و کاهش هزینه های نگهداری و سرویس، آب بویلر باید دارای کیفیت مطلوب باشد.
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

1-11-مشکلات ناشی از مطلوب بودن آب بویلر
1- مشکل رسوب گرفتگی
2- مشکل خوردگی
3- شکل حمل قطرات آب بویلر توسط بخار
روش های کنترل این مشکلات:
تصفیه خارجی: کاهش ناخالصی ها (املاح محلول، سیلیکا و گازها) در آب تغذیه (در فصل های قبل به تفصیل در مورد آن ها بحث شده است).
تصفیه داخلی: تزریق مواد شیمیایی به آب بویلر و تغذیه
بلودان: زیر آب زدن، خارج کردن قسمتی از آب تغلیظ شده بویلر
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

2-11- تصفیه داخلی آب بویلر
تصفیه داخلی آب بویلر شامل کنترل پارامترهای ذیل است:
کنترل pH : به طور کلی باید pH>L ولی pH مناسب بستگی به
فشار و دما و میزان اکسیژن محلول آب بویلر دارد.
قلیائیت: قلیائیت عامل مهمی در خوردگی است. قلیائیت مطلوب به فشار و دما بویلر و P و M بستگی دارد.
اکسیژن محلول: عامل خورندگی
سختی آب: سختی مطلوب آب بویلر صفر است.
املاح در بخار: نباید باشد، عوامل ایجاد کننده آن باید کنترل شود
کلرید: Cl– یونی مهاجم است.
سیلیکا: عوارض ناشی از آن از هر ماده دیگر بیش تر است.
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

1-2-11- کنترل pH آب بویلر
pH را معمولاً بالاتر از خنثی تنظیم می کنند.
pH مناسب با توجه به دما، فشار بویلر و میزان اکسیژن محلول تعیین می شود.
در بویلرهای با فشار متوسط و کم و اکسیژن محلول تا ppb5 با فسفات pH را به 11-10 می رسانند.
در بویلرهای با فشار زیاد که TDS باید کم باشد، با آمونیاک pH را در 9-9.5 نگه می دارند.
برای بویلر ما با فشار زیاد، اکسیژن به آب بویلر تزریق می شود، تا غلظت به حدود ppb50-200 برسد تا لایه های محافظ 3O2Fe و FeOOH تشکیل شود، pH مناسب 8 تا 8.5 است.
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

2-2-11- کنترل قلیائیت آب بویلر
قلیائیت عامل مهمی در خورندگی و رسوب گذاری بویلر می باشد.
مقدار مطلوب آن بستگی به دما و فشار بویلر دارد؛
60 تا 80 درصد قلیائیت باید به صورت قلیائیت ساده ، P ، باشد.
اگر P بیش از 80 درصد کل باشد، سود در آب بویلر زیاد است، سبب شکنندگی قلیایی در فولاد بویلر می شود.
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

3-2-11- کنترل اکسیژن
حد مجاز اکسیژن در حدود ppb5-10 است.
برای کنترل 2O مواد ذیل اضافه می شود:
1- سولفیت سدیم:
مقدار سولفیت سدیم لازم 10 برابر 2O ، مقدار باقیمانده باید ppm20-30 باشد.
در بویلرها با فشار زیاد، TDS را بالا می برد و 2SO تولید می کند که مناسب نیست.
2- هیدرازین؛ 4H2N
سمی است، 2 تا 1.5 برابر 2O اضافه می شود.
3- تزریق 2O ، جهت ایجاد لایه های محافظ در بویلرهای با فشار زیاد
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

4-2-11- کنترل سختی آب بویلر
سختی آب بویلر باید در حدود صفر باشد.
سختی آب بویلر با دو مکانیسم زیر کنترل می شود:
1- تبدیل املاح سختی آور به رسوبات چسبنده و لجن مانند:
در بویلرهای با فشار کم تر از 14 آتمسفر با افزایش سودا
در بویلرهای با فشار زیاد، با افزایش فسفات سدیم،
فسفات تری سدیک خیلی قلیایی و فسفات منوسدیک کمی اسیدی است.
2- محلول نگه داشتن عوامل رسوب زا:
با افزایش موادی مثل سدیم هگزا متافسفات و یا EDTA یا NTA (برای سختی کم)
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

5-2-11- کنترل املاح در بخار (آب بویلر)
سه پدیده ذیل سبب حضور املاح در بخار می شوند:
1-ایجاد کف:
هنگام عبور بخار از کف قطرات آب را با خود حمل کند.
2-غلغل کردن آب
باعث پاشیده شدن قطرات آب به داخل بخار
3-حمل قطرات مایع توسط بخار
به علل مکانیکی و شیمیایی
برای کنترل این سه پدیده باید:
TDS و قلیائیت را کنترل کرد.
از حضور مواد روغنی در آب جلوگیری کرد.
در مواردی مواد ضدکف اضافه کرد.
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

6-2-11- کنترل یون کلرید در آب بویلر
وجود Cl– در آب بویلر خطرناک است، Cl– یونی مهاجم است.
در بویلرهایی که با فشار بیش از 50 اتمسفر کار می کنند باید
ادعا می شود که کلرید در دمای زیاد تولید HCl می کند
CaCl2+H2O 2HCl +CaO
فشار مهم کلرید، نشت آب از لوله های کندانسور به آب برگشتی است.
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

7-2-11- کنترل سیلیکا در آب بویلر
عوارض ناشی از حضور سیلیکا در بخار از هر ناخالصی دیگر بیش تر است.
روش های کنترل سیلیکا در بخار
1-بالا نگه داشتن pH آب بویلر
روش زیاد موثری نیست. با افزایش pH آب، نسبت سیلیکا در بخار به سیلیکا در آب تا حدودی کاهش می یابد (شکل 2-11).
2-کاهش غلظت سیلیکا در آب بویلر؛ انجام تصفیه خارجی موثر
3-بلودان: تخلیه قسمتی از آب بویلر
به دو صورت پیوسته و منقطع (در فاصله های زمانی معین)
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

رابطه غلظت سیلیکادر بخار وفشار بویلر
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

7-2-11- محاسبه مقدار آب بلودان بویلر
با توجه به اینکه بلودان مستلزم اتلاف انرژی و آب می شود باید حجم آب بلودان را محاسبه کرد.
تعداد بار تغلیظ را برای همه ناخالصی ها محاسبه می کنیم:
غلظت مجاز ناخالصی در آب بویلر
غلظت ناخالصی در آب ترمیم
غلظت مجاز ناخالصی در آب بویلر
ــــــــــــــــــــــــــــــــــــ = تعداد بار تغلیظ
غلظت ناخالصی در آب ترمیمی
ناخالصی که کمترین مقدار بار ناخالصی دارد ماده کنترل کننده می گوییم.
100
تعداد بار تغلیظ ماده کنترل کننده
100
ــــــــــــــــــــــــــــــــــــ درصد بلودان پیوسته
تعداد بار تغلیظ ماده کنترل کننده
100
1 – تعداد بار تغلیظ ماده کنترل کننده
100 ــــــــــــــــــــــــــــــــــــ درصد بلودان منقطع
1- تعداد بار تغلیظ ماده کنترل کننده
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

2-7-2-11- مثال در مورد محاسبه مقدار بلودان
با توجه باین داده ها:
درصد بلودان پیوسته و منقطع را محاسبه کنید.
تعداد بار تغلیظ برای TDS=2000/200=10
تعداد بار تغلیظ برای 210/2=5=SiO
تعداد بار تغلیظ برای M=150/15=10
2SiO ناخالصی کنترل کننده است.
20%درصد بلودان پیوسته
25% درصد بلودان منقطع
البته این مقدار بلودان توجیه اقتصادی ندارد. باید ناخالصی ها را در آب ترمیمی کاهش داد.
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

8-2-11- چگونگی نگهداری بویلرهای خارج از سرویس
برای جلوگیری از خوردگی بویلر بوسیله اکسیژن در زمان خارج از سرویس به دو روش عمل می شود:
روش خشک، تخلیه کامل بویلر، خشک کردن سطوح بویلر و پر کردن آن با ازت با فشار 0.5 آتمسفر
روش تر
پر کردن بویلر با آب بدون یون
تزریق هیدرازین و آمونیاک تا 9=pH
اگر زمان توقف 2 هفته تا یک ماه باشد، هیدرازین باقیمانده ppm50-100
اگر زمان توقف بیش از یک ماه باشد، هیدرازین باقیمانده ppm100-200
پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب

پارس فاب – مرجع تخصصی مهندسی عمران آب و فاضلاب