تحلیل مهندسی مشخصات فنی آب شیرین کن های صنعتی پیش از انعقاد قرارداد با طراح و تولید کننده، پیش نیاز خرید آگاهانه و متناسب با نیازمندی مشتریان است. تناسب و یکپارچگی میان نتایج شبیه سازی فرایند اسمز معکوس با اجزای مختلف واحد آب شیرین کن، شرط لازم کارایی واحد آب شیرین کن است.
امروزه بکارگیری آب شیرین کن های صنعتی مبتنی بر فرایند اسمز معکوس(RO) بسیار رایج است. عدم وجود دانش فنی در بسیاری از تأمین کنندگان و سازندگان و همچنین آشنایی ناچیز مشتریان، ضرورت تحلیل مشخصات فنی آب شیرین کن صنعتی را پیش از عقد قرارداد یا خرید پکیج، مشخص می کند. با توجه به تعدد و تنوع اجزای تشکیل دهنده واحدهای آب شیرین کن صنعتی، طراحی فرایند اسمز معکوس و فرایندهای مختلف شیرین سازی از قبیل پیش تصفیه، فرایند RO، سیستم کنترل، ابزاردقیق و تصفیه نهایی مستلزم وجود دانش فنی و تخصص در این زمینه است.
مشخصات فنی آب شیرین کن صنعتی
طراحی واحد آب شیرین کن اسمز معکوس براساس آنالیز و کیفیت آب ورودی به تأسیسات و کیفیت آب مورد نیاز برای شیرین سازی انجام می شود. کیفیت آب ورودی نیز با توجه به آنالیز شیمیایی، فیزیکی، بیولوژیکی و میکربی آب ورودی تعیین می شود. کیفیت آب ورودی تعیین کننده فرایند پیش تصفیه، تصفیه میانی و تصفیه نهایی خواهد بود.
پیش تصفیه آب شیرین کن صنعتی
ممبرانها در برابر آلودگیهای آب ورودی نظیر ذرات معلق، آلودگیهای آلی و بیولوژیکی بسیار آسیب پذیر هستند. کیفیت آب ورودی به واحد آب شیرین کن در بخش پیش تصفیه، برای ورود به غشاهای اسمز معکوس مناسب سازی شده و کدورت آن کاهش می باید. رسوب گرفتگی(Scaling)، فولینگ آلی(Organic fouling) و فولینگ بیولوژیکی(Biological fouling) از آثار تجمع آلودگی های آب ورودی بر سطح غشاهای اسمز معکوس است که تعدد و تکرر آن منجر به کاهش طول عمر ممبران می شود. بنابراین بررسی مشخصات فنی تجهیزات پیش تصفیه به عنوان یکی از اجزای اصلی واحدهای آب شیرین کن برای اطمینان از کارایی مجموعه تصفیه آب بسیار حایز اهمیت است. 
مهمترین شاخص جهت سنجش کیفیت آب ورودی به غشاهای اسمز معکوس، SDI (Slit density index) است. شاخص SDI معیاری برای سنجش ذرات معلق نامحلول، ذرات کلوییدی، ذرات آلی و آلودگی های بیولوژیکی موجود در آب ورودی است. روش آزمایش SDI مربوط اندازه گیری زمان فیلتراسیون آب از فیلتر ۴۵/۰ میکرومتری برای حجم مشخص است. حداکثر مقدار مجاز SDI برای جلوگیری از فولینگ ممبران، برابر ۵ بوده و مقدار بهینه SDI برای محافظت از غشاهای اسمز معکوس مقادیر کمتر از ۳ است.
نوع فرایند پیش تصفیه وابسته به کیفیت آب تعیین می شود و هدف آن کاهش SDI آب به مقادیر مجاز ممبرانهای اسمز معکوس است. فیلتراسیون فیزیکی یکی از فرایندهای متداول در بخش پیش تصفیه است. فیلترهای شنی یا کربنی، فیلترهای دیسکی، فیلترهای خود شوینده و میکرو فیلترها از انواع مختلف روشهای فیلتراسیون فیزیکی هستند که در بخش پیش تصفیه به تناسب کیفیت آب ورودی مورد استفاده قرار می گیرند.
اولترافیلتراسیون(Ultrafiltration) یکی دیگر از فرایندهای بسیار کارآمد در بخش پیش تصفیه واحدهای اسمز معکوس است. در این فرایند ذرات معلق نامحلول در آب ورودی تا اندازه صدم میکرومتر با بهره گیری از فناوری غشایی جداسازی شده و آب با کیفیت بسیار بالا و SDI کمتر از ۳ برای ورود به ممبرانهای اسمز معکوس مهیا می شود.
شبیه سازی فرایند اسمز معکوس
ضرورت تعیین دقیق مشخصاتِ فنی ممبرانها به عنوان قلب واحد اسمز معکوس، از منظر مهندسی بدیهی است. شبیه سازی فرایند اسمز معکوس با استفاده از آنالیز شیمیایی آب ورودی و غلظت یونهای کاتیونی و آنیونی آب انجام می شود. نرم افزارهای شبیه سازی توسط تولید کنندگان ممبران توسعه داده شده و با توجه به مشخصات فنی ممبرانهای هر تولید کننده، شبیه سازی انجام می شود. تعداد، نوع، چیدمان و تعداد مراحل فرایند اسمز معکوس از نتایج اصلی شبیه سازی فرایند اسمز معکوس است.
در انواع مختلف فرایندهای اسمز معکوس اعم از تک مرحله ای، دو مرحله ای، تک پاس و دوپاس، تنظیم دقیق فلاکس، میزان ریکاوری، تعداد ممبرانهای هر vessel و انتخاب نوع و سایز ممبران متناسب با نوع کاربری و آنالیز آب در هر یک از مراحل طراحی بسیار با اهمیت است. از اینرو طراحی واحد اسمز معکوس نیازمند تسلط بر معیارهای متنوع طراحی RO و رویکرد یکپارچه طراحی دارد. تزریق مواد شیمیایی، اسید، باز یا مواد ضدرسوب نیز یکی دیگر از جنبه های طراحی فرایند اسمز معکوس است که با هدف بهینه سازی شرایط بهره برداری و با هدف حداکثر کارایی واحد RO در بلند مدت انجام می شود.
سیستم کنترل و ابزاردقیق
پیاده سازی فرایند اسمز معکوس با استفاده از طراحی صحیح و مهندسی، مستلزم به کارگیری سیستم کنترل و ابزاردقیق متناسب با نیازمندیهای فرایندی است. فرایند اسمز معکوس به دلیل وجود برخی از محدودیت های ذاتی که عموماً مربوط به شرایط نگهداری ممبرانها می باشد، نیازمند وجود سیستم کنترل کارآمد و ابزاردقیق مناسب جهت کنترل و پایش موثر فرایند است.
استفاده از ابزار دقیق در واحدهای اسمز معکوس با دو هدف انجام می شود. پایش متغیرهای عملیاتی نظیر فشار، دما، هدایت الکتریکی، PH و پتانسیل اکسیداسیون/احیا با هدف نگهداری سابقه عملیاتی واحد تولید انجام می شود. مدیریت اطلاعات عملیاتی مبتنی بر سابقه اطلاعات بهره برداری است که در پایش مستمر، اندازه گیری می شود. اصلاح، بهینه سازی، نگهداری و تعمیرات پیش گیرانه با استفاده از تحلیل اطلاعات بهره برداری واحد تولید میسر می شود.
کنترل موثر و دقیق فرایند نیز نیازمند اطلاعات مربوط به اندازی گیری متغیرهای عملیاتی توسط ابزاردقیق دارد. محافظت تجهیزات در مقابل تجاوز یا کاهش فشار، دما و پتانسیل اکسیداسیون/احیا(ORP) از مقادیر مجاز، کنترل متغـیرهای عملیاتی با نقاط کنترلی(Set points)، ایجاد اخطار(Alarm) با اهداف حفاظتی و کنترل کیفیت محصول، از نیازمندیهای واحد بهره برداری برای تولید آب شیرین است.
با توجه به اهمیت سیستم کنترل، مشخصات فنی آن از اجزای مهم خصوصیات فنی واحد اسمز معکوس است. شرکت طراح و سازنده واحد آب شیرین کن موظف است که مشخصات فنی سیستم کنترل و ابزار دقیق را به صورت شفاف و تفصیلی در اختیار مشتری قرار دهد. کاهش هزینه های سرمایه گذاری اولیه با استفاده از حذف یا تغییر فرایندهای اصلی اسمز معکوس، نظیر فلاشینگ اتوماتیک، عملیات CIP، سامانه افت فشار ممبران، پایش هدایت الکتریکی و PH در مقاطع فرایندی مهم، کاهش کارایی سیستم در کوتاه مدت و طول عمر پایین تجهیزات را به دنبال خواهد داشت.
پمپ فشار قوی فرایند اسمز معکوس
شیرین سازی آب شور در غشاهای اسمز معکوس نیازمند اعمال فشار بیشتر از فشار اسمزی است که این منظور توسط پمپ فشار قوی برآورده می شود. بنابراین پمپ فشار قوی، مهمترین و معمولاً گران قیمت ترین جزو واحدهای اسمز معکوس است. از اینرو توجه ویژه به مشخصات فنی پمپ فشار قوی و اطمینان از تناسب کامل مشخصات فنی آن با نتایج شبیه سازی فرایند، بسیار با اهمیت است.
نتایج شبیه سازی فرایند اسمز معکوس، دبی و فشار پمپ فشار قوی را تعیین می کند. انتخاب پمپ فشار قوی براساس منحنی مشخصه پمپ(characteristic curve) و با توجه نوع و مشخصات فنی پمپ انجام می شود. گزینه های متعدد و انواع مختلف پمپ، برای تأمین فشار و دبی مورد نیاز وجود دارند. ولی انتخاب پمپ بر مبنای پوشش نقطه کاری در محدوده بهینه عملکرد پمپ انجام می شود. در صورتی که نقطه کاری پمپ خارج از محدوده بهینه کاری پمپ انتخاب گردد، استهلاک پمپ افزایش یافته و از طول عمر آن کاسته می شود.
لیست مشخصات فنی آب شیرین کن صنعتی
مشتریان و مصرف کنندگان نهایی واحدهای اسمز معکوس برای اطمینان از کارایی عملکرد واحد، ضروری است که مشخصات فنی آب شیرین کن صنعتی را پیش از انغقاد قرارداد با دقت بررسی کنند. پیشنهاد فنی طراح و سازنده واحد نیز باید به صورت شفاف حداقل شامل عناوین ذیل باشد:
- مشخصات فنی پیش تصفیه: تعیین نوع پیش تصفیه و مشخصات فنی تجهیزات با ارائه جزییات در پیشنهاد فنی ضروری است. به عنوان مثال سرعت فیلتراسیون، سایز ذرات، خصوصیات لایه بندی، اندازه و تعداد نازلها، نحوه تأمین آب بک واش، فشار و دبی بک واش و ….
- شبیه سازی فرایند اسمز معکوس: ارائه نتایج شبیه سازی با نرم افزارهای معتبر به عنوان بخشی از پیشنهاد فنی ضروری است. نتایج شبیه سازی باید فاقد اخطار بوده و سازنده، کیفیت آب شیرین را مطابق آن تضمین نماید.
- مشخصات فنی پمپ فشار قوی: تعیین مدل پمپ فشار قوی و ارائه منحنی مشخصه منطبق با نتایج شبیه سازی در پیشنهاد فنی بسیار مهم است. تناسب متریال پمپ با سیال ورودی نیز یکی از ملاحظات با اهمیت مربوط به انتخاب پمپ است. تجهیز الکتروموتور به soft starter یا کنترل کننده دور موتور(VFD) برای محافظت از پمپ، ممبران و اتصالات در خروجی پمپ در بسیاری از شرایط الزامی است.
- لوله، اتصالات و شیرآلات: متریال مناسب لوله، شیر و اتصالات با آب ورودی و تناسب متریال با فشار کاری از ضروریات طراحی و ساخت واحد آب شیرین کن است. پیش بینی شیرهای مناسب با فرایند، با تعداد مشخص در مسیرهای ارتباطی نیز ضروری است. انتخاب نوع شیرهای ایزولاسیون، تنظیم دبی، فشار شکن و … از تخصص های مهندسین فرایند برای کارکرد بهینه شرایط عملیاتی است.
- سیستم کنترل و ابزاردقیق: پیش بینی ابزاردقیق های مورد نیاز جهت پایش و کنترل فرایند به تعداد کافی در مسیرهای مختلف، واجب است. در صورت استفاده از PLC برای کنترل فرایند، تنظیم دقیق برنامه PLC مبتنی بر شرایط بهینه عملیاتی فرایند اسمز معکوس، با هدف پاسخگویی به نیازمندیهای مربوط به پایش و کنترل بهینه فرایند، ضروری است.
- سیستم فلاشینگ اتوماتیک و CIP: پیش بینی تمامی تجهیزات و ملزومات مربوط به فلاشینگ اتوماتیک و شستشوی شیمیایی(CIP) برای آب شیرین کن صنعتی یا دستگاه تصفیه آب صنعتی بسیار ضروری است. تجهیزات اختلاط، ابزار دقیق مورد نیاز برای کنترل دما و دبی جریانِ مواد شستشو دهنده ممبران در کنار نصب پمپ مخصوص شستشوی شیمیایی به طور مجزا، از جانب سازندگان ممبرانهای اسمز معکوس، اکیداً ضروری تشخیص داده شده است.