جداسازی کلر آزاد از آب خوراک غشاء پلی آمید

جداسازی کلر آزاد از آب خوراک غشاء پلی آمید

جداسازی کلر آزاد از آب خوراک غشاء پلی آمید

غشاءهای پلی آمید تنها قادر به تحمل میزان بسیار اندک کلر آزاد می­باشند. بسته به سایر اجزای موجود در آب خوراک، کلر حتی با غلظت ناچیز می‌تواند موجب تجزیه غشاء پلی آمید شود. حضور آهن، مس، منیزیم و سایر فلزات واسطه به عنوان کاتالیزور باعث تشدید و تسریع عمل اکسیداسیون توسط کلر می­گردد. این خاصیت کاتالیزوری برای سایر مواد اکسید کننده نظیر ید، برم و ازون نیز وجود دارد.

برخی سازندگان غلظت کلر قابل تحمل برای غشاء پلی آمید ساخت خود را مشخص می­نمایند. معمولاً این غلظت برحسب ppm-hour بیان می‌شود که عبارت از حاصل ضرب مقدار کلر آزاد موجود در آب خوراک در تعداد ساعاتی است که غشاء با آن جریان در تماس است. به عنوان مثال چنانچه مقدار مجاز یک غشاء پلی­آَمید در حدود ppm-hr 1000 باشد، این غشاء پیش از آسیب جدی به آن، توانایی عبور آب خوراک با غلظت ppm 1/0 کلر را به مدت ده هزار ساعت دارا می‌باشد.

امروزه اغلب سیستمهای آب شهری از کلروآمین بجای کلر به عنوان بایوساید استفاده می‌کنند. کلروآمین نسبت به کلر آزاد، از فعالیت کمتری برخوردار بوده و پایدارتر می­باشد. مزیت کلروآمین نسبت به کلر آزاد، عدم واکنش کلروآمین با مواد ارگانیک موجود در آب و در نتیجه عدم تشکیل مواد سرطانزای تری‌هالومتان (THMS) می­باشد.

غلظتهای پایین کلرآمین با غشاء­های فیلم نازک پلی آمید سازگارند. واحدهای تصفیه آب شهر کلر آزاد باقیمانده را با تزریق آمونیاک تبدیل به کلروآمین­ها می­نمایند. احتمال حضور کلر آزاد همراه کلروآمین می­تواند مخرب غشاء باشد. بنابراین تقریباً همیشه نیاز به از بین بردن کلر از آب خوراک سیستم اسمز معکوس باغشاء پلی­ آمید می­باشد.
pH> 5 : HOCl + NH3 → NH2Cl + H2O

با عبور آب از میان کربن فعال یا توسط تزریق صحیح مواد شیمیایی احیا کننده، می‌توان عامل اکسید کننده را حذف نمود. مواد احیاء کننده معمول در سیستم­ها شامل سولفیت سدیم (Na2So3) ، بی‌سولفیت سدیم (NaHSO3) و متا بی سولفیت سدیم (Na2S2O5) می­باشد. تزریق این مواد باید به اندازه‌ای باشد که بعد از حذف کامل عامل اکسید کننده، عامل احیا کننده به اندازه ppm 1 به صورت اضافی در سیستم باقی بماند. بعنوان مثال چنانچه غلظت کلر آزاد ppm 1.2 باشد، ماده احیاء کننده به میزان ppm 2.2 تزریق می­شود. واکنش این مواد با اسید هیپوکلرو به شرح ذیل می باشد.
سولفیت سدیم : HOCL + Na2SO3 → HCL + Na2SO4
بی‌سولفیت سدیم : HOCL + NaHSO3 → Na CL + H2SO4
متابی سولفیت سدیم : 2HOCL + Na2S2O5 + H2O → 2 NaCL + 2H2SO4

بی‌سولفیت سدیم و متابی سولفیت سدیم دو عامل احیا کننده هستند که به طور معمول در سیستمهای پیش تصفیه اسمز معکوس مورد استفاده قرار می‌گیرند. بی­سولفیت سدیم به صورت محلول آبی و متا بی‌سولفیت سدیم به صورت گرانول در دسترس هستند. گازهای حاصل از مخلوط کردن متابی‌سولفیت سدیم با آب، سوزش آور و آزاردهنده است.
به دلیل اهمیت بالای جداسازی مواد اکسید کننده از خوراک سیستم­های غشائی پلی­آمید، وجود دو سیستم تزریق مواد احیاء کننده بصورت موازی پیشنهاد می­شود تا در صورت مشکل برای یک سیستم، تزریق از طریق سرویس دوم صورت گیرد.
یکی دیگر از جمله روشهای اطمینان از تزریق مناسب عامل احیا کننده و عدم وجود عوامل اکسیدکننده، استفاده از دستگاه ORP متر (Oxidation Reduction Potential meter) می­باشد. این اندازه­گیری مبین ماهیت اکسیدی یا احیائی آب خوراک RO می­باشد. دستگاه ORP متر باید بطور اتومات آلارم داده و در مواقع لزوم واحد RO را از سرویس خارج نماید. برای اطمینان از حذف مواد اکسید کننده در آب خوراک اسمز معکوس باید مقدار ORP کمتر از 175 میلی‌ولت حفظ شود.
در محیط‌هایی که آب خاصیت احیاء کنندگی دارد، باکتریهای بی‌هوازی تکثیر می‌شوند. اگر ORP در محدوده mv 100- تا mv 200- باشد یون سولفات، احیا شده و به سولفید هیدروژن (H2S) تبدیل می‌شود. حال چنانچه ماهیت آب اندکی پتانسیل مثبت داشته باشد، بهتر می­توان رشد مواد بیولوژیک را کنترل نمود.

مثال:
چه غلظتی از بی‌سولفیت سدیم باید به آب خوراک RO تزریق شود تا کلر آزاد با غلظت mg/l 3/0 را خنثی کند؟
کلر آزاد (به صورت گاز است) با اسید هیپوکلرو به صورت زیر در حالت تعادل است.
Cl2 + H2O ↔ HOCl + HCl

با توجه به واکنش فوق، یک مول کلر آزاد در آب تجزیه می‌شود تا یک مول اسید هیپوکلرو تشکیل شود. براساس استوکیومتری واکنش، یک مول بی‌سولفیت سدیم مصرف می‌شود تا یک مول اسید هیپوکلرو را خنثی کند؛ بنابراین ، یک مول بی‌سولفیت لازم است تا یک مول کلر آزاد (Cl2) را خنثی کند.
جرم مولکولی بی‌سولفیت سدیم برابر با g/mole 1/104 می­باشد که معادل با mg/mole 104100 است. غلظت کلر آزاد را می‌توان با استفاده از جرم مولکولی کلر آزاد به غلظت مولی تبدیل نمود.
mg/mole 71000 = g/mole 71 = 2 ×5/35
برای تبدیل غلظت mg/l 3/0 کلر آزاد به غلظت مولی، باید آن را بر mg/mole 71000 تقسیم نمود. حاصل این تقسیم، mole/lit 000042/0 خواهد بود. به ازای یک مول بی‌سولفیت سدیم، یک مول کلر آزاد وجود دارد و غلظت مولی بی‌سولفیت سدیم با غلظت مولی کلر آزاد برابر خواهد بود.
با ضرب کردن mole/lit 0000042/0 درجرم مولکولی بی‌سولفیت سدیم غلظت آن برحسب mg/l بدست می‌آید.
mg/l 44/0 = mg/mole 104000 ×mole/lit 0000042/0

این، تقریباً 5/1 برابر غلظت کلر آزاد (mg/l 3/0) است. برای اطمینان از واکنش کامل کلر آزاد در آب و افزایش سرعت واکنش، معمولاً عامل احیا کننده بیش از میزان مورد نیاز تزریق می‌شود. اگر mg/l 1 بی‌سولفیت سدیم بیش از میزان مورد نیاز تزریق شود، در مجموع باید mg/l 44/1 بی‌سولفیت سدیم تزریق شود.
نسبت غلظت وزنی برای واکنش کامل با کلر آزاد برای هریک از عوامل احیا کننده قبلی در زیر نوشته شده است.

 

عامل احیا کننده

جرم مولکولی

نسبت غلظت وزنی

سولفیت سدیم

1/126

8/1

بی‌سولفیت سدیم

1/104

5/1

متا بی‌سولفیت سدی

2/190

3/1

تیو سولفات سدیم

2/158

به pH بستگی دارد

 

به اشتراک گذاری این مطلب