فرآیند – IranWT

کاربرد کیتوزان در حذف فلزات سنگین از فاضلاب – Chitosan

فرآیند C6H11NO4٬ Chitosan٬ micro-coagulative٬ N-استیل-دی گلوکز آمین٬ بیوپلیمر٬ پلیمر تجزیه پذیر بیولوژیکی٬ کیتوزان٬ کیتوسان٬ کیتین

قبل از آن که کاربرد کیتوزان در چگونگی حذف فلزات سنگین از آب را مطرح نماییم ، بهتر است بدانید که کیتوزان چیست و چگونه مورد توجه تصفیه خانه ها قرار گرفت؟

کیتوزان چیست؟

کیتوزان یا کیتوسان یک پلیمر کاتیونی است که مشتق دی استیله کیتین می باشد. این پلیمر کاتیونی از زمانی در پروسه تصفیه آب استفاده شد که به عنوان یک پلیمر تجزیه پذیر بیولوژیکی مطرح گردید.
کیتین در یونان به معنای زره و پوششی است که از بی مهرگان حفاظت می کند.
این ماده یک پلیمر خطی می باشد. (N-استیل-دی گلوکز آمین)
وزن مولکولی آن بسیار بالا است و همچون سلولز یکی از فراوان ترین پلیمرها در طبیعت می باشد. کیتین برای نخستین بار از قارچ جداسازی گردید و فونجین نامیده شد. (سال 1811)
این ماده به دلیل ساختار سلولی سخت ، در آب نامحلول است. از این رو واکنش شیمیایی بسیار ضعیفی تشکیل می دهد.

کاربرد کیتوزان در تصفیه خانه

بیوپلیمر کیتوزان حدود چند دهه است که در تصفیه آب و فاضلاب کاربرد دارد. دارای قابلیت های منحصر به فرد و قابل قبولی در انعقاد و لخته سازی ذرات معلق و کلوئیدی ، یون های فلزی محلول ، فلزات سنگین و جذب روغن ها (یا گریس) می باشد.

اگر بخواهیم که یک جایگزین مناسب برای نمک های آلومینیوم در تصفیه آب و فاضلاب معرفی کنیم ، می توان از کیتوزان نام برد.

نحوه تهیه کیتین برای استفاده تصفیه خانه ها

همان طور که قبلا به معنای نام کیتین اشاره گردید ، این ماده به سادگی از پوسته های سخت پوستانی چون خرچنگ ، لابستر ، میگو و میسلیای قارچ به دست می آید. از آن جایی که صید سخت پوستان ضایعات زیادی را به همراه دارد ، کارخانجات به عمل آوری کیتین از این مواد اضافی دست زدند تا به فرآیند تصفیه ، کمک قابل توجهی نمایند.

اساس کار کیتوزان

کیتوزان بر مبنای عملکرد خود ، خروجی قابل قبولی را در تصفیه و پاکسازی آب از فلزات سنگین ارائه می دهد. بدین گونه که توانایی خوبی در سنگین نمودن ذرات معلق و کلوئیدی آب کدر و آلوده دارد تا در پروسه های بعدی بتوان این مواد ته نشین شده را فیلتر و جداسازی نمود.
این امر با استفاده از فیلترهای شنی میسر خواهد شد.

افزایش راندمان فیلتر شنی با استفاده از کیتوزان در ته نشین سازی ذرات ، به شدت محسوس و قابل ملاحظه می باشد.
کیتوزان با ایجاد اثر micro-coagulative بر روی ذرات معلق ، باعث افزایش میانگین اندازه ذرات شده و این موضوع به فیلتر شنی اجازه می دهد تا ذرات لخته شده تجمع یافته را در چرخه بکواش به خوبی حذف نماید.

مزایای استفاده از کیتوزان در تصفیه فاضلاب

تولید لجن قابل تجزیه بیولوژیکی
جداسازی یون های فلزی محلول و فلزات سنگین
عدم استفاده یا بعضاً استفاده بسیار اندک از مواد شیمیایی تنظیم کننده PH
جایگزین مناسبی برای کاهش اثرات نامطلوب آلومینیوم و پلیمرهای مصنوعی و سینتتیک می باشد.
امکان احیا و بازیابی مجدد
غیر سمی است.

طبق تحقیقات انجام شده از بررسی کاربرد کیتوزان ، میزان مرگ و میر ماهیان و آبزیان دریایی درون آب های سطحی در هنگام تخلیه پسابی که با استفاده از کیتوزان و فیلتر شنی عاری از کدورت شده است ، بسیار ناچیز است. از این رو می توان گفت که برای جانداران دریایی بی ضرر و غیر سمی می باشد.

معایب استفاده از کیتوزان

تنها عیبی که می توان بر روی این روش از تصفیه گذاشت ، لخته سازی ذرات معلق و کلوئیدی در محدوده PH بین 6/5 تا 8/5 می باشد.

در صورتی که شرایط آب در این محدوده PH نباشد ، عملکرد کیتوزان دچار اختلال شده و حتما باید PH چک شده و تنظیم گردد تا شرایط لازم برای این ماده در لخته سازی ذرات کلوئیدی فراهم گردد.

همچنین باید دمای آب بالاتر از 38 درجه فارنهایت باشد ، تا ته نشینی به صورت ثقلی انجام پذیرد.

کاربرد کیتوزان در تصفیه پساب صنایع نساجی

کیتوزان به دلیل ساختار مولکولی فوق العاده ایده آلی که دارد ، تمایل بسیاری نسبت به اکثر رنگ های مورد استفاده شده در فرآیند رنگرزی ، واکنش دهنده های اسیدی ، سولفوره و … دارد. به همین علت در حذف رنگ از پساب های نساجی به شدت مورد استقبال صاحبان صنایع قرار گرفت.
می توان گفت تنها گروهی که کیتوزان تمایل اندکی به آن دارد ، رنگ های قلیایی می باشد و این به همان دلیل فوق الذکر می باشد. (ظرفیت پیوند رنگ با کیتوزان در PH بیشتر از 7 کاهش می یابد.)

کیتوسان دومین پلیمر زیستیِ فراوان در طبیعت است که از ترکیب کیتین با روشهای شیمیایی، الکتروشیمیایی یا آنزیمی به دست می‌ آید و در پوسته همه سخت پوستان مانند خرچنگ، میگو، ماهی مرکب و کریل و نیز در دیواره سلولی حشرات، کرمها و قارچها یافت می‌ شود. بنابراین کیتوسان را به عنوان یک پلی ساکارید زیست تخریب پذیر در نظر می گیریم. این پلی ساکارید از فرآیند استیل زدایی کیتین به دست می‌ آید که عنصر تشکیل دهنده‌ اسکلت بیرونی سخت پوستان، حشرات و دیواره ‌های قارچی آنهاست.

کیتوسان در میان خواص بی شمارش، زیست تخریب پذیر، زیست سازگار و غیر سمی است. کاربردهای مهمی در طیف گسترده‌ ای از بخشهای صنعتی دارد. ما آن را در پزشکی به عنوان یک عامل پیش انعقاد و هموستاتیک می ‌بینیم. در غذا و تغذیه نیز شاهد استفاده از آن به عنوان قوام دهنده، امولسیفایر و نگهدارنده مواد غذایی و همچنین یک عامل سیر کننده و چسبنده چربی هستیم. در صنایع شیمیایی، خواص لخته سازی آن می‌ تواند جامدات را به صورت سوسپانسیون جذب کند که برای فرآیندهای آگلوتیناسیون و رسوب گذاری استفاده می‌ شود. این پلی آمید علاوه بر داشتن خواص کیلیت، در ساخت نسل جدید پلاستیکهای زیست تخریب پذیر و فوق مقاوم به کار می ‌رود.

کیتوسان چگونه تولید می شود؟

کیتوسان به صورت تجاری از طریق استیل زدایی جزئی کیتین تولید می ‌شود که یک عنصر ساختاری در اسکلت بیرونی سخت پوستان و حشرات است. همچنین در دیواره‌ های سلولی قارچها، مانند قارچهای متعلق به جنس قارچهای زیگومیکوتا، در جلبکهای سبز، مانند جلبک کلرلا و همچنین در برخی از مخمرها و تک یاخته‌ ها وجود دارد. روش ساخت کیتوسان سه مرحله اصلی دارد: پروتئین زدایی، دمینرالیزاسیون و استیل زدایی. هدف فرآیند پروتئین زدایی، کم کردن محتوای پروتئین با استفاده از محلول قلیایی رقیق و حرارت دادن کافی است. فرآیند دمینرالیزاسیون برای کاهش محتوای معدنی (CaCO3) با استفاده از غلظت کمِ اسید، برای به دست آوردن کیتین در نظر گرفته شده است.

تولید کیتوسان از استیل زدایی کیتین با محلول غلیظ هیدروکسید سدیم در دماهای بالا انجام می‌ شود. این فرآیند با هدف حذف استیل از کیتین از طریق حرارت دادن در غلظت بالایی از محلول قلیایی قوی به دست می ‌آید. فرآیند استیل زدایی با استفاده از محلول قلیایی در دماهای بالا، باعث آزاد شدن استیل (CH3CHO-) از مولکول کیتین می ‌شود. محلولهای کیتوسان، مانند سایر پلیمرها، با وابستگی قابل توجهی مشخص می ‌شوند. این باعث می شود کیتوسان در آب محلول و چسبنده باشد که به راحتی به سطوح دارای بار منفی می ‌چسبد.

کاربرد و اهمیت کیتوسان در صنایع شیمیایی

کیتوسان به دلیل خواصی که دارد به تقویت سیستم دفاعی گیاهان در برابر عفونتهای ناشی از قارچها کمک می کند. این پلیمر به عنوان عنصر کمکی در رشد گیاهان استفاده می ‌شود. کیتوسان با توجه به شاخص سمیت پایین و فراوانی آن در محیط، به ارگانیسم یا حیوانات خانگی آسیب نمی ‌رساند، مشروط بر اینکه مطابق با استانداردهای مقرر استفاده شود. کیتوسان برای انعقاد کازئینهای شیر، تولید پنیرهای کم کالری و ساخت مواد با خواص فیزیکی و شیمیایی مختلف کاربرد دارد. همچنین در ترکیب با بنتونیت، ژلاتین، سیلیکا ژل، آیزینگلاس، چسب ماهی یا سایر عوامل اتصال دهنده استفاده می ‌شود. در ادامه به دو کاربرد مهم کیتوسان در صنعت کشاورزی و همچنین تصفیه آب و فاضلاب آشنا خواهید شد.

کاربرد کیتوسان در کشاورزی

کیتوسان در کشاورزی در دسته محرکهای زیستی قرار می گیرد؛ یعنی موادی از فرآیندهای گیاهی را تغییر می دهد و عملکرد آنها را بهبود می ‌بخشند. این پلیمر ضد قارچ، ضد میکروب و ضد ویروس و همچنین از محرکهای دفاعی و محرکهای رشد است. کیتوسان به عنوان یک تقویت کننده رشد طبیعی و یک آفت کش زیستی ارگانیک که توانایی گیاهان را برای دفاع در برابر قارچها بهبود می بخشد، استفاده می‌ شود. خاک و آب حاوی مقدار زیادی کیتین و محصولات تجزیه مولکولهای کیتوسان هستند.

کیتوسان بیشتر به دلیل توانایی خود در ایجاد سیستم دفاعی شناخته شده است. مولکولهای کیتوسان قادر به فعال کردن سیستمهای SAR (مقاومت به دست آمده از سیستم) و HR (پاسخ با حساسیت بالا) گیاهان هستند. این سیستمها با تحریک سیستم دفاعی و تولید فیتوالکسینها و پروتئینهای مرتبط با بیماری زایی کار می کنند و گیاهان را برای رویارویی با بدترین دشمن خود آماده، ساختار آنها را تقویت و رشد آنها را تسریع می بخشند. کیتوسان باعث افزایش فتوسنتز در گیاهان، افزایش رشد گیاه، تحریک جذب مواد مغذی و افزایش جوانه زنی می ‌شود. کیتوسان کیفیت بذر را بهبود می بخشد و رشد سبزیجات و میوه‌ ها را افزایش می‌ دهد. همچنین توانایی ذاتی گیاهان را برای محافظت از خود در برابر عفونت قارچی تا حد زیادی بهبود می ‌بخشد.

کاربرد کیتوسان در تصفیه آب و فاضلاب

کیتوسان به طور گسترده در صنعت فاضلاب و تصفیه آب استفاده می ‌شود؛ جایی که لازم است ذرات معلق از مایعات حذف شود. همچنین به عنوان جاذبِ آلاینده‌ های موجود در فاضلاب کاربرد دارد. کیتوسان ظرفیت جذبِ زیستی بسیار بالایی دارد. این پلیمر می تواند بسیاری از آلاینده‌ ها، مواد مصنوعی و مواد سمی مانند یونهای فلزات سنگین، آفت کشهای ارگانیک، مواد جامد معلق، عوامل اکسید کننده آلی، ناخالصیهای چربی و روغن یا رنگهای نساجی، BOD، COD، چربیها، فلزات سنگین، فنلها را از پسابها جذب کند. علاوه بر این، کیتوسانها حاوی آکریل آمید نیستند و 100% از طریق فعالیت آنزیمی، تجزیه پذیر هستند.

علاوه بر این، کیتوسان، بسیاری از فلزات کمیاب و ضایعات رادیواکتیو را نیز بازیابی می‌ کند. بنابراین به دلیل ارزش اقتصادی بالا، به طور گسترده ای مورد استفاده قرار می‌ گیرد. کیتوسان همچنین توانایی تنظیم لجن و تجزیه زیستی در محیط و کاهش هزینه جداسازی آب با سانتریفیوژ را دارد. کیتوسان، فسفر، مواد معدنی سنگین و روغنها را از آب حذف می‌ کند، بنابراین برای تصفیه آب استفاده می ‌شود. همچنین می‌ توان آن را در سیستمهای تصفیه آب برای حذف ذرات مضر رسوبی، استفاده کرد، چرا که با استفاده از کیتوسان در تصفیه آب، تا 99 درصد رسوبات حذف می‌ شوند.

مزایا و معایب کیتوسان

کیتوسان پلیمری است که از کیتین استخراج می ‌شود که یک ماده‌ طبیعی محسوب می ‌شود، بنابراین زیست سازگار است. همچنین به عنوان یک نگهدارنده غذایی، امکان استفاده به عنوان روکش خوراکی بر روی غذاهای فاسد شدنی تازه یا فرآوری شده را به منظور افزایش عمر مفید آنها، فراهم می‌ کند. چرا که کیتوسان دارای خواص ضد میکروبیولوژیکی است که به آن اجازه می ‌دهد تا از مواد غذایی محافظت کند. در بیشتر غذاها، آلودگیهای میکروبی عمدتاً در سطح آن ایجاد می‌ شود. به این معنی که استفاده از مواد خوراکی مانند کیتوسان، فضایی سالم را بین سطح غذا و محیط آن فراهم می‌ کند. اما کیتوسان خواص پوششی ضعیفی داشته و در برابر گاز و بخار آب نفوذ پذیر است.

با کیتوسان می‌ توانید کلسترول خون را کاهش دهید. کیتوسان به عنوان یک درمان برای کم خونی عمل کرده و به تقویت سیستم ایمنی کمک می‌ کند. این ماده برای جلوگیری از عفونت در دندانها و لثه‌ ها بسیار مفید است. حتی در بهبود بافتها پس از مداخله جراحی پلاستیک همکاری می‌ کند. با تمام این مزایا، هنوز در مورد اثربخشی آن در درمانهای فوق الذکر و موثر و ایمن بودن آن برای یک برنامه رژیم غذایی تردید وجود دارد.

کیتوسان محلول در آب - لنترن

سوالات متداول کیتوسان چیست؟

1- مضرات کیتو‌سان برای بدن چیست؟

کیتو‌سان در جذب ویتامینهای محلول در چربی، ویتامینهای A، D، E K، و برخی مواد معدنی مانند روی و موادی مانند فلاونوئیدها اختلال ایجاد کرده و جذب بسیاری از داروها را مختل کند. همچنین عوارض جانبی احتمالی آن حالت تهوع و اسهال است.

2- آیا کیتو‌سان باعث کاهش وزن می شود؟

کیتو‌سان که از کیتین به دست می‌ آید یک فیبر طبیعی با خواص لاغری شناخته می شود. این فیبر دریایی از پوسته سخت پوستان به دست می آید، می‌ تواند تا 12 برابر وزن خود چربی را ثابت کرده و یک ژل غیر قابل هضم را تشکیل دهد که به طور طبیعی چربی را از بین می ‌برد.

3- کیتو‌سان در چه چیزی حل می‌شود؟

گروه آمینه موجود در کیتو‌سان دارای مقدار pKa ~ 6.5 است و برخلاف کیتین، در محلولهای رقیق هیدروژن کلرید و اسیدهای آلی مختلف مانند محلول اسید استیک، حل می ‌شود.

4- چه میکروارگانیسمهایی به عملکرد کیتو‌سان کمک می‌ کنند؟

کیتو‌سان یک پلی ساکارید است که به عنوان یک مولکول پاک کننده زیستی عمل می‌ کند. فعالیت میکروارگانیسمهای مفید در خاک مانند باسیل، فلورسنت، سودوموناس، اکتینومیست، میکوریزا و ریزوباکتریها را تحریک می‌ کند که این باعث تعادل میکروبی در ریزوسفر می‌ شود.

5- چگونه کیتو‌سان را حل کنیم؟

کیتو‌سان از نظر ساختار شبیه به سلولز است و در حضور آب متورم می شود و موسیلاژ یا ژل تشکیل می‌ دهد. برای حل شدن آن در آب، PH باید کمتر از 6 باشد و اسید استیک، اسید لاکتیک یا اسید کلریدریک را به آن اضافه و به مدت چند ساعت در آن حل می‌ کنیم.

کیتوسان (به انگلیسی: Chitosan) مشتقی از گلوکان با واحدهای تکرار شونده کیتین است که توسط روگت در سال ۱۸۵۹ با عامل شناخته شده‌ای بروز نموده و بسیار شایع تر از نوع ثانویه می‌باشد. جوشاندن کیتین در محلول پتاس با غلظت مشخص به دست آمد.

کیتین یک موکو پلی ساکارید طبیعی با فرمول شیمیایی (C₈H₁₃NO₅) بوده که به وفور در اسکلت خارجی بندپایان مانند میگو، خرچنگ و همچنین گیاهان پست از قبیل مخمرها و کوتیکول حشرات یافت می‌شود.

کیتین، از واژه یونانی کیتون، به معنای پوشش سخت گرفته شده‌است. این ترکیب برای اولین بار توسط براکونوت در سال ۱۸۱۱ تشریح شد.

کیتوسان تجاری از اسکلت خارجی بندپایانی مانند میگو استخراج می‌شود.

اهمیت کیتین در تهیه کیتوسان از آن جا است که کیتوسان در فراورده‌های بالینی به دلیل سازگاری زیست‌شناسی با بقیه مواد، قابلیت هضم آسان، غیر سمی بودن، قدرت جذب بالا، و در دسترس بودن به عنوان یک حامل داروئی به کار می‌رود.

کیتین از لحاظ ساختاری با سلولز تنها در یک گروه استامید تفاوت دارد.

معنی کیتوسان

کیتوسان با فرمول شیمیایی (C₆H₁₁NO₄) از استیل زدایی کیتین بدست می‌آید که به دلیل غیر سمی بودن، خاصیت جذب بالا، امکان تجزیه در طبیعت، سازگاری با محیط زیست، مقرون به صرفه بودن از نظر اقتصادی، توانایی حذف محدودهٔ وسیعی از رنگ‌ها و فلزات، سینتیک سریع و در نهایت امکان تهیه مشتقات فراوان از آن، بسیار مورد توجه است. خصوصیات کیتوسان اغلب به طبیعت شیمیایی آن بستگی دارد. از جمله:

درجه استیل زدایی
جرم مولکولی
کریستالیته
بار یونی گروه‌های عاملی

تهیه کیتوسان

در واکنش استیل‌زدایی، با اضافه کردن محلول سدیم هیدروکسید غلیظ و گرما، گروه‌های استیل آمین در کیتین به عامل‌های آمین تبدیل می‌شود.

تعداد گروه‌های استیل موجود روی زنجیر پلیمر، تفاوت بین این دو پلیمر را مشخص می‌کند. به‌طور قراردادی وجود ۵۰ درصد گروه‌های آمیدی به عنوان مرز بین کیتین و کیتوسان در نظر گرفته می‌شود؛ یعنی پلیمر با درجه استیل زدایی کمتر از ۵۰ درصد را کیتین و بیش از ۵۰ درصد را کیتوسان می‌نامند.

اهمیت درجه استیل زدایی متفاوت

در نمونه‌های تجاری کیتوسان، درجه استیل زدایی آن همیشه کمتر از %۹۵ است، زیرا افزایش بیشتر از این مقدار، موجب افزایش هزینه تولید و در نتیجه افزایش قیمت آن می‌شود. کیتوسان با درجه استیل زدایی بالا در پزشکی مورد استفاده قرار می‌گیرد.

کاربردها

تصفیه فاضلاب و مهندسی آب

کیتوسان به دلیل ماهیت پلی کاتیونی، می‌تواند به عنوان یک عامل لخته‌کننده عمل کند و همچنین می‌تواند به عنوان یک عامل کی‌لیت کننده، یونهای فلزات سنگین را به دام بیندازد.

صنایع کاغذ سازی و بسته‌بندی

زیست تخریب پذیری و سازگاری بالای آن با محیط زیست باعث شده‌است که از کیتین و کیتوسان در صنایع بسته‌بندی و همچنین کاغذهای قابل بازیافت استفاده شود. کیتوسان به دلیل شباهت زیاد ساختاری با سلولز می‌تواند به راحتی در کارخانه‌های کاغذسازی استفاده شود. کاغذهای تولیدی از کیتوسان دارای سطح صاف و مقاومت بالا در برابر رطوبت هستند که بسیار برای چاپ و نقاشی مناسب می‌باشند. همچنین به دلیل پیوندهای هیدروژنی بین زنجیرهای پلیمر، کاغذ قابل انعطاف و محکم بوده و در مقابل پارگی مقاومت می‌کند. علاوه بر این، کیتوسان به دلیل خاصیت ضدمیکروبی، در صنایع بسته‌بندی مواد غذایی استفاده می‌شود.

صنایع نساجی

کیتوسان به عنوان یک بیوپلیمر طبیعی غیرسمی، زیست تخریب پذیر و سازگار با محیط زیست گزینه مناسبی برای استفاده در صنایع نساجی است و علاوه بر این، خاصیت ضد باکتری این نمونه از الیافها موجب شده که امروزه از آن‌ها در لباسهای ورزشی، البسه خانم‌ها، کودکان و لباسهای ظریف، زیبا، ضد بو و ضدحساسیت استفاده شود.

صنایع غذایی

به دلیل ویژگیهایی چون خواص ضد میکروبی و آنتی‌اکسیدانی و نیز جلوگیری از تغییر طعم و مزه و افزایش ماندگاری، از کیتوسان به عنوان یک افزودنی در فراورده‌های گوشتی و لبنی استفاده می‌شود. همچنین در بسته‌بندی مواد غذایی، فیلم‌های تولید شده از کیتوسان بی خطرند و به‌طور وسیعی برای بسته‌بندی غذاها استفاده می‌شوند. این بسته بندیها علاوه بر اینکه دارای خاصیت ضد میکروبی هستند از ویژگی مکانیکی خوبی نیز برخوردار می‌باشند.

کشاورزی

در جهت ایجاد یک پوشش نازک روی خوراکی‌هایی نظیر میوه و سبزیجات که به صورت یک فیلم محافظ ضدباکتری و ضدقارچ مانع از فساد محصولات کشاورزی می‌شود.

پزشکی و بیو پزشکی

کیتوسان با درجه خلوص مناسب در سیستم‌های آزادسازی و رهایش دارویی، همودیالیز، پوست مصنوعی، مشمع‌های دارو یی، بی حرکتی آنزیمی، لنزهای تماسی، بانداژ چشم، ارتوپدی، نخ جراحی، دندان پزشکی و کشاورزی به کار رفته و علاوه بر آن اثراتی چون توانایی جذب چربی، کاهش گلوکز، کلسترول و تری گلیسرید و ضد میکروبی نیز آن گزارش شده‌است، از حلالیت اندک کیتوسان، باعث محدودیت‌هایی در کاربرد این ماده ارزشمند شده‌است.

کیتوسان در بخش‌های مختلف صنعت داروسازی به اندازه‌ای اهمیت دارد که پیش‌بینی شده بود در سال ۲۰۰۵ میلادی یکی از پرفروش‌ترین و مطرح‌ترین مواد اولیه تولید شده در جهان بوده و بازار جهانی را تحت‌الشعاع خود قرار دهد. ۷۵ درصد کیتوسان تهیه شده کاربرد دارویی و بهداشتی خواهد داشت. از کیتوسان به عنوان یک حامل دارویی قرن بیست و یکم نام برده شده‌است.

کاربرد در مهندسی پزشکی

از کاربردهای در حال گسترش پلیمر کیتوسان در مهندسی پزشکی می‌توان به موارد ذیل اشاره کرد:

کاربرد در بهبود زخم، کاربرد در مهندسی بافت، کاربرد در ساخت حامل‌های دارویی در رهایش دارو، ساخت نانوحامل‌های کیتوسان در رهایش داروهای ضد سرطان و رهایش واکسن‌ها، ژن تراپی و زیست تصویر نگاری از ارگانهای حیاتی.

در دهه‌های اخیر، کیتین و کیتوزان به خاطر زیست تخریب پذیری در داخل بدن و زیست سازگاری آن‌ها توجه زیادی را به خود معطوف کرده‌اند. کیتوزان، فعالیت ضدمیکروبی متوسطی نشان می‌دهد که از مازاد کاتیونی آن ناشی می شودو یک خاصیت مهم از نقطه نظر استفاده آن به عنوان یک ماده پزشکی است.

شباهت طبیعی این پلیمر با گلیکوزآمین گلیکان که از مهم‌ترین بخش‌های ماتریس خارج سلولی است، سبب گشته که کیتوزان در چند سال اخیر به عنوان داربست مهندسی بافت استفاده وسیعی داشته باشد. همچنین فرایند پذیری این پلیمر به مراتب آسان‌تر بوده و باعث می‌شود محصول نهایی دارای حاشیه سود بالاتری شود.

گلوکوزامین و استیلگلوکوزآمین از جمله مواد حاصله از تخریب کیتوزان است که یا در گلیکوپروتئینهای بدن مورد استفاده قرار می‌گیرد یا به صوت دی اکسیدکربن دفع می‌گردد. اگرچه کمبود استحکام مکانیکی جزء محدودیتهای استفاده از این پلیمر زیست تخریب پذیر زیست سازگار به حساب می‌آید، کامپوزیتهای حاصله از آن به سرعت در حال رشد و توسعه هستند. کیتوزان با وزن مولکولی بسیار بالا یا با درجه استیلاسیون بالا، به هیچ وجه در کاربردهای مهندسی بافت قابل استفاده نیست، زیرا مشاهدات بسیاری مبنی بر سمی بودن آن گزارش شده‌است، از طرفی زیست تخریب پذیری این پلیمر نیز قابل کنترل نیست. ژلهای کیتوزان پس از مرحله ایجاد پیوندهای عرضی، استحکام مکانیکی مناسبی را بدست می‌آورند و در محیطهای آبی مقاوم می‌گردند. با این وجود در محیط مهاجم بدن که امکان تغییر PH در آن بالاست کیتوزان همچنان آسیب‌پذیر است.

حذف فلزات سنگین به روش های مختلف در تصفیه آب و فاضلاب

فرآیند آب٬ تصفیه٬ فاضلاب٬ فلزات سنگین

استاندارد فلزات سنگین در آب اشامیدنی

ورود به انقلاب صنعتی و رشد چشمگیر صنایع مختلف مواجه شد با افزایش مقدار فلزات سنگین در آب های زیر زمینی که در نهایت به یک چالش بزرگ تبدیل گردید. چون ورود یون های فلزات سنگین از قبیل آرسنیک، جیوه، سرب، نیکل، مس و کروم و کادمیوم به بدن منجر به بیماری های متعددی در انسان و حیوانات و آبزیان میشود. بر اساس استانداردهای ارائه شده از سازمان های متعدد از قبیل who، حداکثر مقدار مجاز فلزات سنگین در آب آشامیدنی برابر است با:

جیوه: 0.00003 میلی گرم بر لیتر
سرب: 0.006 میلی گرم بر لیتر
آرسنیک: 0.5 میلی گرم بر لیتر
کادمیوم: 0.01 میلی گرم بر لیتر
کروم: 0.05 میلی گرم بر لیتر
مس: 0.25 میلی گرم بر لیتر
نیکل: 0.2 میلی گرم بر لیتر
روی: 0.8 میلی گرم بر لیتر

متاسفانه پساب های صنایع مختلف از جمله کارخانجات فراوری و آبکاری فلزات، نساجی، کشاورزی، رنگرزی، پالایشگاه ها و پتروشیمی، کارخانجات دار وسازی و تولید مواد غذایی، خوردگی فلزات و زنگ زدگی و همچنین معادن حاوی مقدار زیادی از فلزات سنگین می باشد. به طوریکه آب استخراج شده از سفره های آب ز یرزمینی ممکن است بیش از اندازه استاندارد حاوی یون های فلز باشند. در نتیجه تنها راهکار استفاده از روش های حذف فلزات سنگین از آب و فاضلاب در مراحل تصفیه آب خواهد بود.

خطرات وجود فلزات سنگین در فاضلاب و آب

عدم توجه به کاهش و حذف فلزات سنگین از آب و فاضلاب نه تنها آسیب جدی به محیط زیست و حیوانات، پرندگان و آبزیان می زند، بلکه تهدید بزرگی برای سلامتی انسان نیز به شمار می رود. از مهم ترین خطرات وجود فلزات سنگین در فاضلاب و آب عبارتند از:
بیماری های پوستی، سرطان، حالت تهوع و استفراغ، آسیب های جدی به کب د، افسردگی، ضعف و بی حالی، سرطان، بیماری های کلیوی، بروز بیماری خود ایمنی، سرفه، کم خوابی و بیماری ویلسون و موارد مشابه.
هر یک از فلزات موجود در آب بدن را مستعد بیماری های خاصی می کند. به عنوان مثال، افزایش بیش از اندازه مقدار آرسنیک در آب منجر به بیماری های عروقی و سرطان خواهد شد. کروم بسیار خطرناک و سرطان زا بوده و اسهال و سدرد و حالت تهوع را به همراه دارد. افزایش بیش از اندازه سرب منجر به آسیب های جدی به مغز جنین و بیماری های عصبی و کلیوی می گردد.

نحوه حذف فلزات سنگین از آب و فاضلاب

زیست پالایی برای حذف فلزات سنگین از فاضلاب:
از زیست پالایی می توان در بازیافت و حذف فلزات از آب های آلوده استفاده کرد. از آنجایی که میکروارگانیسم ها استراتژی های متفاوتی برای زنده ماندن در محیط های آلوده به فلزات دارند، بنابراین مکانیسم های سمیت زدایی آنها متفاوت است. برخی از این استراتژی ها عبارتند از:
تجمیع زیستی Bioaccumulation، Biosorption
جذب زیستی Bioleaching
فروشویی زیستی تبدیل زیستی Biotransformation
معدنی سازی زیستی Biomineralization
از این استراتژی ها می توان در محل آلودگی و یا خارج از محل آلودگی برای آلودگی زدایی استفاده نمود. میکروارگانیسم ها در تجمیع زیستی، فلزات سنگین را بصورت فعال جذب می نمایند.

حذف فلزات سنگین از آب و فاضلاب با اسمز معکوس

یکی از کاربردی ترین روش ها برای حذف یون های فلزی موجود در آب، استفاده از آب شیرین کن صنعتی می باشد. این تجهیزات که با روش اسمز معکوس عمل می کنند، قدرت بالایی در استانداردسازی مقدار فلزات موجود در آب دارند. غشای نیمه تراوای موجود در دستگاه اسمز معکوس مانع بزرگی برای جلوگیری از یون های فلزی می باشد و روند کار آن کاملا عکس رفتار طبیعت و کلیه انسان است. آب حاوی فلزات سنگین با فشار پمپ به سمت آب با غلظت و فلزات کم هدایت شده و یون های فلزی امکان عبور از منافذ کوچک غشای نیمه تراوا را پیدا نمی کنند.

حذف فلزات سنگین از پساب های صنعتی با تبادل یون

از دیگر روش های مناسب برای حذف فلزات سنگین از پساب های صنعتی و آب، تبادل یونی است. دانه های پلیمری رزین آنیونی و کاتیونی تمایل زیادی به تباد ل یون داشته و یون های مختلف با سدیم موجود در رزین جایگزین میشود.

روش های جذب فلزات سنگین توسط جاذب ها

از اصلی ترین روش های حذف فلزات سنگین از آب و فاضلاب می توان به استفاده از جاذب های مختلف اشاره کرد . برخی از مواد طبیعی و شیمیایی قدرت جذب بالایی داشته و از این پتانسیل می توان برای تصفیه آب و فاضلاب و کاهش مقدار فلزات سنگین موجود در آنها استفاده کرد. جاذب های مورد استفاده برای حذف یون های فلزی تنوع بالایی دارند و کاربردی ترین آنها عبارتند از:

جذب سطحی مواد طبیعی

با در نظر گرفتن ph استاندارد، می توان از برخی مواد طبیعی مانند زئولیت ها برای جذب یون های فلزی مختلف از قبیل کادمیوم و کلسیم و روی استفاده کرد. زئولیت در آب فلزات مختلف را جذب خود نموده و از این طریق فرآیند جداسازی آنها و افزایش کیفیت آب تسهیل میشود.

جذب زیستی فلزات سنگین

به منظور کاهش مواد شیمیایی جانبی در فرآیند حذف یون های فلزی می توان از پسماندهای زیستی استفاده کرد. به عنوان مثال، پوست گردو و فندوق و استخوان و پوسته برنج و غیره می توانند به کربن فعال تبدیل شوند. حرارت دهی و قرار گرفتن در شرایط تحت فشار همراه با بخار این مواد را به کربن فعال تبدیل می کند که جاذب بسیار قوی خواهد بود. این نوع جاذب در فیلتر کربنی کاربرد گسترده ای داشته و بدون مواد جانبی مضر تصفیه را انجام داده و فلزات را کاهش می دهد.

جذب توسط کیتوزان ها

کیتوزان ها در واقع بیوپلیمرهای طبیعی هستند که کاملا غیر سمی بوده و به محیط زیست نیز آسیب وارد نمی کنند. این جاذب ها قدرت زیادی در حذف فلزات سنگین با غلظت بالا نداشته و بیشتر برای آب و فاضلاب با مقدار کم یون فلزی استفاده میشوند.
علاوه بر موارد فوق، جاذب های مغناطیسی، فلزی آلی و جاذب های معدنی نیز در این زمینه نقش بسیار مهمی را ایفا می کنند.

حذف فلزات سنگین در فاضلاب با ته نشینی شیمیایی

استفاده از مواد شیمیایی منعقد کننده در حذف فلزات از فاضلاب و آب در محیط های صنعتی کاربرد گسترده ای دارد. در این روش مواد شیمیایی به آب یا فاضلاب تزریق شده و یون های فلزی نامحلول با آنها ایجاد پیوند نموده و به شکل لایه های سنگین در کف حوضچه تصفیه انباشته میشوند. در این روش باید به صورت مرتبط لجن کف حوضچه ها تخلیه شود یا در فرایندهای لجن فعال مورد استفاده قرار گیرند.

حذف فلزات سنگین از آب و فاضلاب با الکترولیز

الکترولیز یکی از گران ترین و در عین حال آسان ترین روش ها برای حذف فلزات سنگین از آب و فاضلاب می باشد. در این روش با انتخاب کاتد و آند و استفاده از جریان الکتریکی جداسازی یون های فعال انجام میشود. از مهم ترین ویژگی های این روش می توان به راه اندازی آسان آن اشاره کرد. به دلیل مصرف انرژی زیاد روش الکترولیز بیشتر در محیط های آزمایشگاهی کاربرد دارد. در این روش به صورت انتخابی می توان فلزات را حذف کرد.

حذف فلزات سنگین از آب با فیلتراسیون غشایی

به جرات می توان گفت، یکی از بهترین روش های حذف فلزات سنگین از آب استفاده از فیلتراسیون غشایی می باشد. در این روش از ممبران هایی با منافذ بسیار کوچک استفاده شده و از عبور یون های فلزی جلوگیری می کنند. در حالت کلی روش فیلتراسیون غشایی مجموعه ای از روش های اولترافیلتراسیون، نانوفیلتراسیون و اسمز معکوس می باشد.
ابتدا یون های فلزی با عبور از اولترافیلتراسیون تا حد زیادی حذف میشوند. سپس وارد نانوفیلتراسیون و اسمزمعکوس میشوند تا یون های نمکی نیز حذف شده و آب با کیفیت بالا از دستگاه خارج گردد.

حذف فلزات سنگین با فتوکاتالیز

فتوکاتالیز از روش های جدید حذف فلزات سنگین می باشد که با رابط های نیمه هادی الکترولیتی و نور خورشید این کار را انجام می دهد. در اکسید تیتانیوم در این روش کار برد زیادی دارد و تاثیر زیادی بر حذف مواد آلی نیز دارد. البته لازم به ذکر است که فاضلاب و آب برای تصفیه با این روش برای مدت طولانی باید در حوضچه نگهداری شوند و اصطلاحا زمان ماند بالا است.

چگونه میتوان با انرژی خورشیدی آب را تصفیه کرد؟

تجهیزات برقی٬ تجهیزات_مکانیکی٬ فرآیند Cellular٬ solar water treatment systems٬ انرژی خورشیدی٬ تصفیه٬ سلولار

استفاده از انرژی خورشیدی در تصفیه آب می‌تواند به عنوان یک روش پایدار و صرفه جویی در مصرف انرژی در تصفیه آب مورد استفاده قرار گیرد. برای تصفیه آب با استفاده از انرژی خورشیدی، می‌توان از سیستم‌های تصفیه آب خورشیدی (solar water treatment systems) استفاده کرد که عمدتاً به سه روش زیر عمل می‌کنند:

استفاده از سلول‌های خورشیدی: در این روش انرژی خورشیدی توسط سلول‌های خورشیدی جذب می‌شود و سپس به باتری‌ها منتقل می‌شود. باتری‌ها برای تامین انرژی لازم برای سیستم تصفیه آب و سایر تجهیزات مورد نیاز به کار می‌روند.
استفاده از تصفیه آب با انرژی خورشیدی: در این روش از پنل‌های خورشیدی برای تولید بخار استفاده می‌شود. بخار به عنوان یک عامل ضد عفونی کننده برای تصفیه آب استفاده می‌شود.
استفاده از تصفیه آب با استفاده از گرمای خورشید: در این روش از یک کالکتور خورشیدی استفاده می‌شود که گرمای مستقیم خورشید را تبدیل به انرژی حرارتی می‌کند. این گرما برای تصفیه آب استفاده می‌شود.

برای استفاده از انرژی خورشیدی در تصفیه آب، معمولاً از سیستم‌های خورشیدی مستقر بر روی سطح زمین یا روی سقف‌ها استفاده می‌شود. این سیستم‌ها برای تولید انرژی الکتریکی و یا گرمای حرارتی مورد استفاده قرار می‌گیرند که این انرژی برای تصفیه آب مورد استفاده قرار میگیرد.

در روش‌های تصفیه آب با استفاده از انرژی خورشیدی، پنل‌های خورشیدی معمولاً بر روی دستگاه‌های تصفیه قرار می‌گیرند تا برق مورد نیاز دستگاه تامین شود. سپس با استفاده از تکنولوژی‌های مختلفی مانند نانوفیلتراسیون، اسمز معکوس، متود‌های فیلتراسیون، و غیره آب تصفیه شده می‌تواند به دست آید.

یکی از مثال‌های روش‌های تصفیه آب با استفاده از انرژی خورشیدی، سیستم تصفیه آب سلولار (Cellular Water Treatment System) است که به وسیله‌ی شرکت بریتیش پاور اینترنشنال (British Power International) توسعه یافته است. در این سیستم، از پنل‌های خورشیدی به عنوان منبع تغذیه استفاده می‌شود و با استفاده از فرایند اسمز معکوس آب در مراحل مختلف تصفیه شده و قابل استفاده می‌شود. همچنین، شرکت‌های دیگری نیز مانند شرکت SunSpring America از تکنولوژی‌های تصفیه آب با استفاده از انرژی خورشیدی استفاده می‌کنند.

در حوزه استفاده از انرژی خورشیدی در تصفیه آب، چندین پروژه موفق در جهان اجرا شده‌اند که می‌توان به برخی از آنها اشاره کرد:

پروژه تصفیه آب با استفاده از انرژی خورشیدی در روستای Togodo در کشور بنین: در این پروژه، سیستم تصفیه آب از طریق استفاده از پنل‌های خورشیدی و باتری‌های ذخیره‌سازی، به طور کامل با انرژی خورشیدی اداره می‌شود.
پروژه تصفیه آب با استفاده از انرژی خورشیدی در روستای Khaiko در کشور زیمبابوه: در این پروژه، یک سیستم تصفیه آب خورشیدی با ظرفیت ۲۰۰۰ لیتر در ساعت در روستا نصب شده است که برای تامین نیازهای آبی مردم محلی و کاهش بیماری‌های مرتبط با آب، به کار گرفته می‌شود.
پروژه تصفیه آب با استفاده از انرژی خورشیدی در شهرستان واردا در استرالیا: در این پروژه، سیستم تصفیه آب خورشیدی با ظرفیت ۳۰۰۰ لیتر در ساعت نصب شده است که برای تصفیه آب شهرستان واردا استفاده می‌شود.

KarmSolar launches water solutions division in Egypt

موضوعات روز در زمینه تصفیه آب و فاضلاب

بهره برداری٬ فرآیند آب٬ انرژی خورشیدی٬ تغییرات اقلیمی٬ تکنولوژی٬ صفیه آب پایدار٬ فاضلاب٬ کمبود آب٬ مدیریت پساب‌٬ مدیریت کنترل کیفیت آب٬ مدیریت هوشمند٬ هوش مصنوعی

Western Sydney's new high-tech water plant - Utility Magazine

بسیار سوال می شود که مسایل روز در زمینه تحقیقات و تکنولوژیهای آب و فاضلاب کدامند. موضوعات روز در زمینه تصفیه آب و فاضلاب شامل موارد زیر می‌باشد:

استفاده از تکنولوژی‌های نوین در تصفیه آب و فاضلاب: از جمله استفاده از نانوفیلتراسیون، تصفیه آب با استفاده از ممبران‌های جدید، سیستم‌های اسکرابر هوا، استفاده از سامانه‌های هوشمند و IoT در تصفیه‌خانه‌ها و …
توسعه تکنولوژی‌های تصفیه آب پایدار: بهبود کارایی سیستم‌های تصفیه، کاهش مصرف انرژی و مواد شیمیایی، بازیابی مواد مفید و بازیافت آب و مواد شیمیایی، کاهش تولید پسماند و …
مدیریت هوشمند آب و فاضلاب: استفاده از فناوری‌های هوشمند جهت بهبود کارایی سیستم‌های تصفیه، کاهش اتلاف آب، پیشگیری از آلودگی محیط زیست و توسعه اقتصاد سبز.
مسائل مربوط به کمبود آب: به دلیل کمبود آب در بسیاری از مناطق جهان، راهکارهای جدید برای بهبود تامین آب شامل استفاده از منابع آب شور، تصفیه آب فاضلاب، استفاده از سیستم‌های بازیابی و بازیافت آب و …
تاثیر تغییرات اقلیمی بر تولید و تصفیه آب: تغییرات اقلیمی باعث تحولاتی در تامین آب و تصفیه آن می‌شود، بنابراین لازم است که تحقیقات جدید در این زمینه صورت گیرد و راهکارهای جدیدی برای مقابله با این تغییرات ارائه شود.
مدیریت پساب‌ها: مدیریت صحیح پساب‌ها از جمله موضوعات مهم در زمینه تصفیه فاضلاب است. در این زمینه، اهمیت استفاده از فناوری‌های پیشرفته برای جلوگیری از آلودگی و آسیب به محیط زیست بسیار مهم است. همچنین، به دلیل افزایش جمعیت و صنعت در سراسر جهان، مدیریت پساب‌ها نیز به عنوان یک چالش مهم برای محیط زیست در نظر گرفته می‌شود.
توسعه فناوری‌های نوین: به دلیل رشد روز افزون جمعیت و نیاز به تأمین آب شرب و تصفیه فاضلاب، توسعه فناوری‌های نوین در زمینه تصفیه آب و فاضلاب امری ضروری است. در این راستا، تحقیقات بر روی فناوری‌های پیشرفته مانند فرایندهای غشایی، اکسیداسیون پیشرفته، فناوری‌های نانو و استفاده از انرژی‌های تجدیدپذیر ادامه دارد.
تصفیه آب با استفاده از انرژی خورشیدی: در این روش، از پنل‌های خورشیدی برای تأمین انرژی برای پمپاژ آب و فرآیندهای تصفیه آب استفاده می‌شود. این روش، علاوه بر کاهش مصرف انرژی، به حفظ محیط زیست و کاهش گازهای گلخانه‌ای کمک می‌کند.
تصفیه آب با استفاده از هوش مصنوعی: در این روش، از الگوریتم‌های هوش مصنوعی مانند یادگیری عمیق و شبکه‌های عصبی برای بهبود راندمان فرایندهای تصفیه آب استفاده می‌شود. این روش، با بهبود کارایی فرایندهای تصفیه آب و کاهش هزینه‌ها، بهبود مدیریت و بهره‌وری منابع آب کمک می‌کند.
مدیریت کنترل کیفیت آب: در این زمینه، بررسی و کنترل کیفیت آب‌های تصفیه شده و همچنین کیفیت آب‌های خروجی از کارخانه‌های تصفیه آب، بسیار حائز اهمیت است. این امر در کنار مدیریت پساب‌ها و کنترل آلودگی منابع آبی، به بهبود و حفاظت از محیط زیست و منابع آبی کمک می‌کند. همچنین، پژوهش‌های جدید در زمینه تصفیه آب و ایجاد فناوری‌های نوین، موضوعی داغ و پرطرفدار در این زمینه به شمار می‌آید.

نازل فیلتر – filter nozzle

تجهیزات_مکانیکی٬ فرآیند nozzle٬ نازل٬ نازل فیلتر

در فرآیند صاف سازی آب در مخازن تحت فشار مثل فیلتر شنی، فیلتر کربنی و مخازن سختی گیر رزینی و همچنین مخازن ثقلی تصفیه آب(صافی شنی کند و صافی شنی تند) جهت جلوگیری از فرار سیلیس، کربن فعال و رزین های تصفیه آب و رزین های کاتیونی و آنیونی و همچنین جداسازی آب تصفیه شده، ضروریست از قطعاتی که عموما از جنس PP (نازل پلاستیکی)،برنج(نازل برنجی) و استنلس استیل( نازل استیل) می باشد استفاده شود.

نکته مهم در مورد نازل ها این است که فاصله شیار ها و قطر منافذ نازل های فیلتر بایستی کمتر از قطر سیلیس،کربن و رزین انتخاب گردد. برای نیل به این هدف قطعاتی به نام نازل فیلتر(نازل تصفیه آب) در بالا و پایین فیلترهای شنی و کربن فعال روی صفحه نازل نصب می گردند.

استحکام قطعات نازل سبب افزایش طول عمر و کارایی کلی تجهیز می شود.

نازل ها با توجه به نوع کاربری آنها انواع و مدلهای مختلفی دارند از جمله: نازل مدل P، نازل مدل PKO، نازل مدل DDR، نازل مدل M، نازل مدل C1، نازل مدل D

نازل ها در تصفیه آب در 4 مدل فیلتر پرکاربردترند:

– نازل فیلتر شنی(نازل صافی شنی)

– نازل فیلتر کربنی( نازل صافی کربن فعال)

– نازل فیلتر سختی گیر(نازل ستون سختی گیر)

– نازل فیلتر میکسبد(نازل Mixed Bed)

در فیلتر ها یا صافی های شنی و کربنی فاصله شیارهای نازلها معمولا بدلیل سایز بزرگتر ذرات سیلیس و کربن بزرگتر و بیشتر است و در فیلتر ها یا ستونهای سختی گیر رزینی و ستونهای رزینی میکس بد بدلیل سایز کوچک رزینهای کاتیونی و رزینهای آنیونی فاصله شیارهای نازلها کوچکتر انتخاب می شود. در تصفیه آب استخر ها نیز این نازل ها در صافی های شنی و کربنی کاربرد وسیعی دارند.

نازل های صافی شنی(ماسه ای) و نازل های صافی کربن اکتیو،نازل های مخازن سختی گیر و نازل های ستون میکسبد همگی وظیفه هدایت و توزیع یکنواخت آب داخل فیلتر را برعهده دارد بنابراین انتخاب صحیح نازل نقش مهمی در عملکرد صحیح ستونهای فیلتر شنی و ستونهای کربن فعال دارند.

نازل ها معمولا با فواصل شیار 0.15 میلی متر تا 2 میلی متر تولید می شوند. در مورد صافی های شنی با توجه به قطر سیلیس ها می توان فاصله شیار ها را بزرگتر در نظر گرفت. در مورد صافی های کربنی(فیلتر های کربن فعال) می بایست فاصله شیارهای نازل کوچکتر انتخاب گردد.همچنین در مورد مخازن سختی گیر با توجه به ریز بودن انداره رزین های کاتیونی فاصله شیار های نازل به مراتب کوچکتر خواهد بود.

عمدتا” در نازل فیلتر شنی به صورت سوراخ کاری شده گرفتگی نازل بالاتر به نسبت نازل به صورت شیاری می باشد.

یکنواخت بودن جریان در تمام فیلتر شنی یکی از اصلی تر کارها در طراحی و .ساخت فیلتر شنی می باشد. رعایت نکردن فاصله مناسب بین نازل ها باعث گرفتگی زود فیلتر شنی و کارایی پایین آن می شود. وجود این نازل های پلاستیکی(نازل PP) سبب عدم تخلیه و فرار سیلیس، کربن فعال و رزین های آنیونی و کاتیونی می شود.

این نازل های پلاستیکی و برنجی به دلیل داشتن منافذ بسیار ریز و جاگذاری مناسب برای صافی شنی و صافی کربنی سبب سهولت کار می شوند

کنترلر PID

ابزار دقیق٬ تجهیزات برقی٬ تجهیزات_مکانیکی٬ فرآیند Derivative٬ Integral٬ PID٬ Proportional٬ انتگرال‌گیر٬ تناسبی٬ کنترلر٬ مشتق‌گیر

کنترل‌کننده پی‌آی‌دی یا Proportional–Integral–Derivative یک سیستم کنترلی بر پایه فیدبک (بازخورد) می‌باشد که هدف اصلی آن نزدیک کردن نتیجه نهایی فرآیند به مقدار مدنظر ما می‌باشد. به زبان ساده‌تر، تمام دغدغه یک کنترل‌کننده PID، هدایت سیستم به‌طرف یک سطح، موقعیت و یا هر مقداری که ما مشخص می‌کنیم، می‌باشد.

PID کنترلرها در صنعت جزء دقیق‌ترین و پایدارترین کنترل‌کننده‌ها به‌حساب می‌آیند و عمدتاً از آنها در راستای خودکارسازی (یا بخشی از یک اتوماسیون) کارها برای نزدیک شدن (تا جای ممکن) به خروجی از پیش تنظیم شده یا هدفی مشخص استفاده می‌کنیم.

بیش از ۹۰% سیستم‌های کنترلی از PID به‌عنوان کنترل‌کننده بازخوردی استفاده می‌کنند.

علت محبوبیت کنترلر پی آی دی

به‌خاطر عملکرد قوی و سادگی عملکردی، این روش توسط عمده شرکت‌های مطرح دنیا در زمینه ساخت کنترلر پذیرفته شده است و از آن در محصولات خود استفاده می‌کنند.

در کنترل‌کننده PID دو تعریف “خطا” و “SetPoint” از اهمیت بالایی برخوردار هستند. ست‌پوینت در اینجا به معنای نقطه مدنظر (سطح، موقعیت، کمیت و یا هر چیزی که ما می‌خواهیم در سیستم کنترلی به آن برسیم) می‌باشد و از طرف دیگر خطا به میزان انحراف (اختلاف) میان نقطه مدنظر و مقدار نهایی خروجی گفته می‌شود. نگفته پیداست که هرچه خطا کمتر باشد بهتر بوده و بدین معناست که ما توانسته‌ایم مقدار نهایی سیستم را با مقدار مدنظر خودمان دقیقاً یکی نماییم.

برای رسیدن به این نقطه مطلوب (خطا = صفر، مقدار خروجی سیستم = SetPoint) سیستم کنترلی PID از سه عملگر به نام‌های؛ تناسبی (Proportional)، انتگرال‌گیر (Integral) و مشتق‌گیر (Derivative) استفاده می‌کند. این سه ضریب پایه در هر کنترلر پی آی دی برای کاربردهای خاص به‌منظور رسیدن به واکنش بهینه متغیر هستند. در ادامۀ بحث به شکلی مفصل به این ضرایب و نحوه عملکرد آنها خواهیم پرداخت.

ضریب تناسبی باعث ایجاد یک کنترل صاف و بدون تغییرات شدید می‌گردد، ضریب انتگرالی به طور خودکار خطای سیستم را اصلاح می‌کند و درنهایت کنترل مشتق به‌سرعت به اختلالات پاسخ می‌دهد

برای اینکه با معادلات PID هم آشنا شویم دو فرمول استاندارد و تابع تبدیل آن را در زیر آورده‌ایم.

فرمول استاندارد PID به شکل زیر است:

باتوجه‌به فرمول بالا به‌راحتی می‌توان تابع تبدیل زیر را به دست آورد:

درنهایت اگر سه بخش را به‌صورت موازی در کنار هم قرار دهیم به دیاگرام کلی کنترلر PID، طبق شکل زیر خواهیم رسید.

قاعده اساسی پشت عملکرد یک کنترل‌کننده PID این است که عبارت‌های تناسبی، انتگرالی و مشتقی باید به طور جداگانه تنظیم یا «کوک» شوند.

جدول مزایا و معایب کنترل‌کننده‌‌های P، I و D

ضریب مزایا معایب

P سریع ساده و ارزان می‌باشد. نمی‌تواند خروجی را به مقدار نهایی مطلوب برساند. تصمیمات بر اساس خطای لحظه‌ای است.

I می‌تواند خروجی را به مقدار مطلوب برساند. به نویز یا تغییرات ناگهانی حساس نیست. بر اساس تاریخچه خطا عمل می‌‌کند. خیلی کند است. پایداری سیستم را کاهش می‌دهد. ساده و ارزان نیست.

D خیلی سریع است. سیستم را پایدار می‌کند. نمی‌تواند خروجی را به مقدار نهایی برساند. به نویز حساس است. ساده و ارزان نیست.

ضریب	مزایا	معایب
P	سریع ساده و ارزان می‌باشد.	نمی‌تواند خروجی را به مقدار نهایی مطلوب برساند. تصمیمات بر اساس خطای لحظه‌ای است.
I	می‌تواند خروجی را به مقدار مطلوب برساند. به نویز یا تغییرات ناگهانی حساس نیست. بر اساس تاریخچه خطا عمل می‌‌کند.	خیلی کند است. پایداری سیستم را کاهش می‌دهد. ساده و ارزان نیست.
D	خیلی سریع است. سیستم را پایدار می‌کند.	نمی‌تواند خروجی را به مقدار نهایی برساند. به نویز حساس است. ساده و ارزان نیست.

مقایسه تصفیه آب به روش سنتی اسمز معکوس RO با اسمز معکوس مدار بسته CCRO

تجهیزات_مکانیکی٬ فرآیند CCRO٬ ro٬ آب٬ اسمز٬ اسمز معکوس٬ تصفیه٬ تصفیه آب٬ ممبران

اصلی ترین تفاوت در سیستم های تصفیه آب صنعتی RO با CCRO مربوط به عملکرد آنها می باشد که باعث کاهش هزینه های عملیاتی می شود.

عملکرد CCRO، به صورتی است که چرخش آب تحت فشار تا رسیدن به سطح بازیابی مطلوب ادامه پیدا می کند. آب خوراک تازه در سیستم هم بدون توقف جریان آب تحت فشار به سیستم وارد می شود. در ساختار سیستم های تصفیه آب صنعتی CCRO، عملکرد دستگاه با چرخش مجدد آب در سیستم انجام می شود و ناشی از داشتن چند مرحله فیلتراسیون با ممبران ها نیست.

نرخ ریکاوری در CCRO، به اندازه 95 درصد می باشد و با توجه به این موضوع بهترین عملکرد را برای فیلتراسیون آب نسبت به سایر روش ها دارند. در این سیستم ها از مواد شیمیایی هم به صورتی استفاده می شود که باعث جلوگیری از ایجاد رسوب در ممبران ها و افزایش حداکثری تولید عمر ممبران می شوند.

روند کار CCRO، به صورتی است که فشار کمتری را به آب ورودی به سیستم وارد می کنند که این موضوع باعث کاهش مصرف انرژی می شود. این سیستم ها با استفاده برای فیلتراسیون آب دریا، می توانند مصرف انرژی را تا 1.45 kWh/m3 کاهش دهند.

ویژگی های برتر که روش CCRO را از روش اسمز متداول متمایز ساخته چیست؟

– استفاده کردن و طراحی فرآیند یک مرحله ای صرف نظر از درصد ریکاوری سیستم

– استفاده از سیستم فرآیندی نیمه پیوسته (100% recovery followed bu dumps of concentrate)

– استفاده از 3-4 المان غشایی در هر یک از تجهیزات فشاری

– کنترل دبی جریان متقاطع

– کنترل سرعت ریکاوری

– انعطاف پذیری فرآیندی در حد بالا

– کاهش رسوب گذاری و اسکالینگ

– کاهش تقریبی 35 درصد از مصرف انرژی به نسبت اسمز معکوس متداول

– بیش از 95 درصد ریکاوری و 75 درصد کاهش در هدر رفت آب

Kinetics and energetics trade-off in reverse osmosis desalination with different configurations - ScienceDirect

تفاوت بین شیرهای بی بار کننده، اطمینان و تخلیه اضطراری valves: unloading, safety, relief

ابزار دقیق٬ بهره برداری٬ تجهیزات_مکانیکی٬ فرآیند relief٬ safety٬ unloading٬ Valve٬ شیر٬ شیر اطمینان٬ شیر بی بار کننده٬ شیر تحلیه اضطراری٬ شیر کاهنده فشار٬ ولو

عملکرد شیر اطمینان در مقابل شیر تخلیه اضطراری

در ریلیف ولو باز شدن شیر متناسب با افزایش فشار سیال است. بنابراین شیر عمدتاً به تدریج باز می شود نه ناگهانی!

ریلیف ولو در سطح فشار بیشتر از نقطه تنظیم باز شده و مایعات را تخلیه می کند. سپس فشار به مقدار مورد نظر کاهش می یابد.

در شیر اطمینان، با رسیدن فشار به نقطه تنظیم، شیر سریعا باز میشود و از آسیب به سیستم جلوگیری می کند.

ولوهای تخلیه ایمنی خصوصیات ولوهای ایمنی و ولوهای تخلیه را با هم دارا می باشند. این شیر ها قادر به باز و بسته شدن سریع یا تدریجی هستند و معمولاً متناسب با تغییر فشار پاسخ می‌دهند. این شیر ها را می‌توان با سیال یا ماده تراکم‌ پذیر یا تراکم‌ ناپذیر استفاده کرد.

شیر های بی بار کننده

شیر کنترل فشار بی بار کننده (Unloading valve)، نوع دیگری از شیر های کنترل فشار است که در مواقعی که به پمپ در مدار نیازی نیست جریان ارسالی از پمپ را در فشار ناچیز به مخزن تخلیه می کند. در نتیجه بی بار شدن پمپ، از مصرف توان و اتلاف حرارتی (ناشی از تخلیه سیال در فشار بالا از شیر اطمینان) کاسته می شود. با افزایش فشار در خط فرمان تا حد لازم جهت غلبه بر نیروی فنر، پیستون به سمت بالا حرکت کرده و موجبات تخلیه پمپ به مخزن را فراهم می آورد. مقدار فشار فرمان مورد نیاز به نیروی تنظیمی فنر بستگی دارد.

عملکرد شیر بی بار کننده در مقابل شیر تخلیه اضطراری

شیر تخلیه اضطراری از پمپ کم حجم/ فشار بالا در برابر فشار بالا محافظت می کند.

شیر بی بار کننده روی فشار مشخصی تنظیم شده است تا زمانی که فشار سیستم از این تنظیم بالاتر می رود، جریان را از پمپ پرحجم/ فشار کم به مخزن منحرف کند.

Relief valve و unloading valve هر دو در صنعت هیدرولیک و پنوماتیک استفاده می‌شوند و هدف آن‌ها جلوگیری از بیش از حد فشار در سیستم است. با این حال، تفاوت‌هایی بین این دو نوع شیر وجود دارد:

Relief valve: این نوع شیر در صورتی باز می‌شود که فشار در سیستم به بیشترین مقدار مجاز رسیده باشد. هدف این شیر جلوگیری از صدمه‌هایی به سیستم، مانند انفجار خطوط و تجهیزات، و کاهش خطرات ایمنی است. وقتی فشار در سیستم بیش از حد مجاز می‌شود، relief valve باز شده و فشار را کاهش می‌دهد.
Unloading valve: در این نوع شیر، هدف اصلی کنترل فشار در یک سیستم و تامین فشار مناسب برای اجرای عملیات است. وقتی فشار در سیستم بیش از مقدار مجاز می‌شود، unloading valve فشار را به طور موقت کاهش می‌دهد تا فشار مناسب برای اجرای عملیات فراهم شود. به عبارت دیگر، unloading valve به جای تخلیه کامل فشار، فشار را به مقدار مناسبی کاهش می‌دهد تا کاربردی دیگر برای فشار در سیستم وجود داشته باشد.

به عنوان مثال، unloading valve معمولا در کامپرسورها به‌کار می‌رود تا در صورت بریدن سوییچ، فشار را به مقدار مناسبی کاهش دهد تا کامپرسور در حالت خاموش قرار گیرد. در مقابل، relief valve معمولا در سیستم‌های هیدرولیکی برای جلوگیری از انفجار خطوط و تجهیزات به‌کار می‌رود.

در مواردی که فشار درون یک سیستم بیشتر از حداکثر فشار مجاز طراحی شده برای آن سیستم شود، روش‌های مختلفی برای کنترل فشار و از بین بردن این اضافه فشار وجود دارد. Relief valve و Unloading valve دو روش برای کنترل فشار در سیستم‌های هیدرولیکی و پنوماتیکی هستند.

Relief valve، یک سوپاپ ایمنی است که به طور خودکار باز شده و به فضا متصل می‌شود تا از بین بردن اضافه فشار در سیستم بپردازد. یعنی در صورتی که فشار در سیستم بیش از حد مجاز بالا برود، سوپاپ relief valve به صورت خودکار باز می‌شود و فشار اضافی در سیستم به طور ایمنی تخلیه می‌شود.

اما در مورد Unloading valve، این سوپاپ به طور خودکار در صورت کاهش فشار در سیستم از حداکثر فشار مجاز پایین‌تر باشد، باز می‌شود. به این صورت که در حالت عادی فشار سیستم از طریق این سوپاپ به سمت عناصر هیدرولیکی یا پنوماتیکی تحویل داده می‌شود و آن‌ها کار خود را انجام می‌دهند. اما در صورتی که فشار سیستم کاهش پیدا کند، این سوپاپ به صورت خودکار بسته می‌شود تا فشار سیستم حفظ شود و ممکن است در برخی موارد باعث کاهش مصرف سوخت و کاهش خرابی موتور و سیستم های هیدرولیکی یا پنوماتیکی شود.

به عبارت دیگر، اگر فشار سیستم بیش از حداکثر مجاز شود، در حالت Relief valve، فشار تخلیه می‌شود، در حالی که در حالت Unloading valve، اگر فشار سیستم بیش از حداکثر مجاز شود، فشار به سمت خط برگشت داده می‌شود

هر دو relief valve و unloading valve در سیستم های هیدرولیک و پنوماتیک برای کنترل فشار استفاده می شوند، اما تفاوت‌هایی نیز دارند.

Relief valve یک ولویی است که فشار درون یک سیستم را محافظت می کند. در صورتی که فشار درون سیستم به حداکثر مجاز برسد، relief valve باز می شود و اجازه می دهد که مایع یا گاز از سیستم خارج شود و به این ترتیب فشار درون سیستم کاهش می یابد. در حالتی که فشار کمتر از مقدار تعیین شده توسط relief valve باشد، valve بسته است و فشار درون سیستم تحت کنترل خواهد بود.

از unloading valve ها برای کنترل فشار درون یک سیستم استفاده می شود، اما عملکرد آنها کاملاً متفاوت است. unloading valve در زمانی که فشار در سیستم به یک حد مشخص (معمولاً در حالت استراحت) برسد، وظیفه دارد که فشار را به طور خودکار کاهش دهد. به عبارت دیگر، unloading valve به صورت خودکار یا با دستور از راه دور مانع از ایجاد فشار اضافی در سیستم می شود.

به عنوان مثال، یک پمپ هیدرولیکی که به صورت مداوم در حال کار است، ممکن است برای یک دوره از زمان در حالت استراحت قرار گیرد. در این حالت، فشار درون سیستم هنوز باقی می ماند، اما ممکن است نیاز به فشار اضافی در این حالت نباشد. در این موارد، unloading valve به صورت خودکار باز می شود و اجازه می دهد که فشار از سیستم خارج شود تا ایجاد فشار اضافی درون سیستم را پیشگیری کند. در حالی که relief valve هنگامی که فشار در سیستم به حداکثر مجاز برسد، باز می شود و فشاررا از سیستم خارج می کند تا از تخریب و خرابی سیستم جلوگیری کند. به عبارت دیگر، unloading valve به صورت خودکار و در شرایط خاصی باز می شود تا فشار اضافی درون سیستم جلوگیری شود، در حالی که relief valve هنگامی که فشار به حداکثر مجاز می رسد، به صورت دستی یا خودکار باز می شود تا از تخریب سیستم جلوگیری شود.

شیر بی بار کننده در چه شرایطی باز می شود؟

شیر بی بارکننده (unloading valve) به طور خودکار باز می‌شود زمانی که در یک سیستم هیدرولیکی، فشار از مقدار تعیین شده بیشتر شود. در واقع، وظیفه شیر بی بارکننده برقرار کردن فشار مورد نظر در سیستم هیدرولیکی است، به این صورت که وقتی فشار سیستم به حد مشخصی می‌رسد، شیر باز شده و فشار اضافی در خطوط سیستم به برگشت دادن روغن به مخزن یا تخلیه آن در خط برمی‌گرداند. با این کار، از کاهش مصرف انرژی و گرمای اضافی ناشی از فشار بیش از حد در سیستم هیدرولیکی جلوگیری می‌شود.

وظیفه شیر بی بار کننده در دمنده چیست؟

شیر بی بار کننده در دمنده وظیفه کنترل فشار هوا در سیستم را دارد. هنگامی که فشار هوا در سیستم به حد مطلوب رسید، شیر بی بار کننده باز شده و اجازه می دهد که هوای اضافی به محیط بیرون دفع شود، به این ترتیب فشار سیستم را در حد مطلوب نگه می دارد. همچنین در صورتی که فشار هوا در سیستم افزایش یابد، شیر بی بار کننده بسته می شود و جلوی بیشتر شدن فشار هوا در سیستم را می گیرد. به این صورت، شیر بی بار کننده برای حفاظت از سیستم و کنترل فشار در دمنده بسیار حیاتی است.

شیر بی بارکننده (unloading valve) در دمنده، وظیفه کاهش فشار در سیستم هیدرولیکی را دارد. این شیر باعث تخلیه فشار اضافی در سیستم هیدرولیکی می‌شود تا جلوی افزایش فشار و خرابی قطعات سیستم هیدرولیکی را بگیرد. در واقع، وظیفه شیر بی بار کننده در دمنده، جلوگیری از افزایش فشار در سیستم هیدرولیکی در صورتی که از دمنده استفاده نشود است. وقتی که دمنده در حالت استراحت قرار می‌گیرد، شیر بی بار کننده باز می‌شود و فشار اضافی در سیستم هیدرولیکی تخلیه می‌شود. این کار باعث کاهش فشار در سیستم و همچنین صرفه جویی در مصرف سوخت دمنده می‌شود. در غیر این صورت، فشار اضافی در سیستم هیدرولیکی ممکن است سبب شود که مصرف سوخت دمنده افزایش یابد و همچنین قطعات سیستم هیدرولیکی خراب شوند.

شیر بی بار کننده در شرایط مختلف ممکن است باز یا بسته باشد.

زمانی که سیستم در حال کار است و فشار درون سیستم بالاتر از حد مجاز می‌شود، شیر بی بار کننده باز می‌شود تا اجازه دهد که فشار اضافی از سیستم خارج شود و فشار درون سیستم کنترل شود.
در شرایطی که سیستم در حال استراحت است و فشار درون سیستم هنوز باقی مانده، شیر بی بار کننده باز می‌شود تا اجازه دهد که فشار از سیستم خارج شود تا ایجاد فشار اضافی درون سیستم را پیشگیری کند. به عنوان مثال، در دمنده هوا، شیر بی بار کننده هنگامی که فشار درون مخزن بیش از حد مجاز می‌شود، باز می‌شود تا اجازه دهد که هوای اضافی از مخزن خارج شود و فشار درون مخزن کنترل شود. این قسمت دوم فرق اساسی با relief valve می باشد. شیر بی بارکننده باز می‌شود تا فشار موجود در سیستم را تخلیه کند و فشار اضافی درون سیستم را کاهش دهد. زمانی که سیستم در حال استراحت است، مصرف فشار صفر است ولی فشار هنوز درون خطوط سیستم وجود دارد. در این شرایط، شیر بی بار کننده به صورت خودکار باز می‌شود تا اجازه دهد فشار درون خطوط تخلیه شود و سیستم آماده به کار شدن باشد. اگر شیر بی بارکننده باز نشود، فشار داخل سیستم به حداکثر مجاز برسد و ریلیف ولو باز شود که این ممکن است باعث ایجاد صدای بلند و همچنین خرابی و آسیب به سیستم شود.

شیر بی بارکننده هنگامی که در حالت استراحت و فشار درون سیستم هنوز باقی مانده، باز می‌شود تا فشار اضافی در سیستم جلوگیری شود. یعنی در این حالت، برای جلوگیری از افزایش فشار درون سیستم، شیر بی بارکننده باز می‌شود تا به فشار صفر برساند. در واقع وظیفه شیر بی بارکننده در سیستم، جلوگیری از افزایش فشار درون سیستم و حفظ فشار مناسب در سیستم است.

Common uses of water pressure regulator valves include applications where low flow is required. Some examples include ultra-fine misters for greenhouses, evaporative cooling, and dust suppression. Pressure regulator valves are also used where a precise application is required, as with disinfection sprayers and carpet extractors.

If you choose an unloader instead of a regulator valve, a build-up of pressure can occur between stops and starts and result in a burst of excess fluid at a higher PSI when the trigger is engaged. In the case of disinfection sprayers, it could result in inconsistent spray coverage, and a carpet extractor that uses an unloader instead of a regulator could end up with a puddle of excess water and cleaning solution on the floor.

الکترو دیانیزاسیون (EDI)

تجهیزات_مکانیکی٬ فرآیند EDI٬ الکترو دیانیزاسیون

EDI Water Treatment System, EDI System, EDI Machine, EDI Equipment - Guangzhou Qingqing Water Treatment Equipment Co., Ltd

EDI یک فرایند الکترو شیمیایی پیوسته برای تصفیه آب است که در آن یون ها از میان غشاء ها و بسترهای رزینی مختلط و نیز با استفاده از برق DC در ولتاژهای خاص عبور می کنند، این فرآیند جایگزینی برای عملیات احیای استاندارد با استفاده از مواد شیمیایی اسیدی و بازی است.

دستگاه تصفیه آب ممبران الکترو دیانیزاسیون (EDI)

دستگاه EDI شرکت Cal Water ، دارای 2 مدول با ظرفیت 20 GPM

در این شکل تصویری از یک دستگاه EDI ساده نشان داده شده است که دارای دو مدول بوده و در آن از سمت راست به ترتیب شیرهای ورودی و خروجی، دستگاه های فشارسنج، جریان سنج، شیرهای نمونه گیری و نیز یک عدد دستگاه اندازه گیری برای سنجش کیفیت آب نمایان است. این واحد EDI ، دستگاه ساده ای است که در قیاس با سیستم های بدون یون کننده (دمین) با بسترهای رزینی مختلط و اتوماتیک مشابه، فضای کمتری را اشغال می کند. با استفاده از این دستگاه، دیگر نیازی به استفاده از مواد شیمیایی قوی و مراحل خنثی سازی وجود ندارد.
Edi Electrodeionization Pure Water Purification System | Onelynn

Edi Electrodeionization Pure Water Purification System | Onelynn

فرآیند EDI

یک واحد از دستگاه EDI ، دارای تعدادی محفظه باریک است که برای انجام فرآیند تصفیه آب، متناوباً از رزین پر می شوند و آب غلیظ که دارای ناخالصی هست از میان آنها عبور می کند. غشاهای مخصوص یونی که در آنها کاتیون ها در یک طرف و آنیون ها در طرف دیگر قرار گرفته اند، این محفظه ها را از یکدیگر جدا می کنند.
یک غشاء کاتیونی مخصوص، فقط اجازه می دهد که یون های دارای بار مثبت عبور کنند و از عبور یون هایی که دارای بار الکتریکی منفی هستند جلوگیری می نماید. غشای مخصوص آنیونی به صورت معکوس عمل می کند. هیچ کدام از این غشاها به آب اجازه عبور نمی دهند.
الکترودهایی که دارای برق DC با ولتاژ بالا هستند در هر دو طرف محفظه هایی که حاوی رزین و آب غلیظ هستند، قرار دارند. بر حسب سلیقه هر شرکت سازنده، در یک سلول EDI، بین 4 تا 10 محفظه ی رزین می تواند قرار بگیرد.
همچنانکه آب شروع به گذشتن از میان سلول می کند، یونهای باردار موجود در آب در داخل محفظه رزینی، توسط رزین تبادل کننده یونی به دام می افتند. زمانی که از برق با ولتاژ 200 تا 400 VDC در درون سلول استفاده می شود، ناخالصی های آنیونی (با بار منفی) و کاتیونی (با بار مثبت) که بدام افتاده اند، در سرتاسر بستر یونی به سمت الکترود مناسب شروع به حرکت می کنند. این یونها سپس از میان غشاهای مخصوص یونی عبور کرده و به سمت محفظه ی آب غلیظ حرکت می کنند. در محفظه آب غلیظ، این یونها بوسیله غشاهایی که دارای بار الکتریکی مخالف هستند و بر روی محفظه رزینی مجاور قرار دارند، نگه داشته می شوند و در نتیجه در جریان مربوط به آب غلیظ به دام می افتند.

استانداردهای لازم برای آب خوراک دستگاه EDI

•   کیفیت آب خوراک RO : 30 ppm یا بهتر
•   سختی آب : 0.1 ppm
•   آهن (Fe+++) : 0.05 ppm
•   کلر / کلرآمین آزاد :‌0.01 ppm
•   حداکثر فشار ورودی :‌80 psi
•   حداکثر دمای ورودی : 90°F

کیفیت آب تولید شده توسط دستگاه EDI معمولی

دستگاه های EDI آبی با کیفیت بالا، معمولاً بین 16 تا 18 Megohms/cm³ ، تولید می کنند.
توجه: مقدار سیلیس و کربنات موجود در آب خوراک، تعیین کننده کیفیت آب تولید شده می باشد.

پس تصفیه EDI

اگر از آبی با کیفیت 18.3 megohms بخواهیم آب با کیفیت بسیار بالا تولید کنیم، باید از سیستم میکس بد با توان خالص سازی زیاد، بالغ بر 500000 گالن در هر فوت مکعب رزین، قبل از مرحله تبادل استفاده کنیم.

خلاصه
استفاده از مبدلهای بدون یون کننده و قابل حمل که عملیات احیای آنها در خارج از محل انجام می شود، بهمراه دستگاه EDI بسیار جالب می باشد. مهم نیست که آب با چه کیفیتی منظور نظر باشد، و درصورت لزوم همراه با RO/EDI و PEDI ، استفاده کننده مجبور نخواهد بود که با مواد شیمیایی خطرناک سر و کار داشته باشد و با مشکل دورریز پساب حاصل از عملیات احیا مواجه نمی شود. ترکیب این فن آوری ها، روشی مطمئن و مقرون بصرفه می باشد.

کاربردهای EDI

•   نیروگاه / تاسیسات
•   بیوتکنولوژی / داروسازی
•   نیمه هادی ها / الکترونیک
•   پرداخت کردن سطوح ( صنایع خودرو سازی و غیره)
•   کالاهای مصرفی / وسایل تزئینی
•   صنایع معمولی

سلول شرکت Electropure

سلول شرکت General Electric

گزینه های مربوط به طراحی سیستم
EDI یک جایگزین بسیار خوب برای دستگاه های بدون یون کننده ای است که در محل احیا می شوند، این دستگاه بدون استفاده از مواد شیمیایی، مواد جامد حل شده موجود در آب تصفیه شده توسط سیستم اسمز معکوس را جدا می کند. EDI هم دارای ایمنی بیشتر بوده و هم مصرف کننده ها رغبت بیشتری در استفاده از آن بجای دستگاه بدون یون کننده دارند، زیرا در این دستگاه ها برای انجام عملیات احیا باید مواد شیمیایی احیا کننده ی قوی همچون اسید سولفوریک و سود سوزآور را ذخیره کرده و مورد استفاده قرار داد.
در دستگاه EDI مقدار بازیابی معمولی 90 درصد است و کیفیت متوسط آب از 17 megohms فراتر است، که این هر دو برای یک دستگاه تصفیه آب بسیار عالی می باشد. اما در مورد کاربردهای خاص و معین، تلاش می شود که طرح اصلی بگونه ای تغییر کند که هر دوی این موارد بهبود یابند.
در ادامه فهرستی از طرح های موجود و طرح های اصلاح شده ای که با موفقیت اجرا شده اند، آورده شده است:
A.   سیستم اصلی
B.   تزریق آب نمک
C.   برگرداندن آب غلیظ
D.   بازیابی آب غلیظ
E.   ترکیب RO/EDI

سیستم اصلی

پایین بودن هزینه و سادگی از ویژگی های طرح اصلی است. اتصالات آب، سیم کشی الکتریکی و بهره برداری از سیستم ساده می باشد. زمانی که اصول بهره برداری از EDI به کاربر تفهیم شود، عملکرد درست و طول عمر طولانی تجهیزات در EDI و اجزای آن تضمین می گردد.

تزریق آب نمک

از محلول آب نمک رقیق بعنوان حلال انتقال دهنده آب غلیظ، برای جدا کردن یونها استفاده می شود. در این ایده از آب نمک کمک گرفته می شود تا به جدا شدن الکترولیتهای ضعیف تر کمک گردیده و کیفیت آب ارتقا یابد.

برگرداندن آب غلیظ

برگرداندن آب غلیظ همانند تزریق آب نمک، موجب زیادتر شدن TDS محلولی می شود که بعنوان حلال انتقال دهنده آب غلیظ برای جدا شدن یونهای جابجا شده مورد استفاده قرار می گیرد. همچنین این ایده ای است که در آن با افزایش TDS به حذف الکترولیت های ضعیف تر کمک کرده و کیفیت آب را بهتر می کند.

بازیابی آب غلیظ

از بازیابی آب غلیظ برای اصلاح آبی استفاده می شود که یونهای حذف شده در دستگاه EDI را حمل می کند. این آب غلیظ متناوباً از آبی که وارد دستگاه RO می شود و قبل از واحد EDI قرار دارد، بهتر می شود. بازیابی آب غلیظ برای دستگاه EDI این امکان را فراهم می کند که پساب تولید نکند و جریان الکترولیت خارج شده معمولاً 1 درصد آب خوراک یا کمتر از آن باشد.

ترکیب RO/EDI

ترکیب سیستم RO و EDI بر روی یک پایه امری عادی است. در مواردی که آب تصفیه شده توسط سیستم RO کیفیت چندان مناسبی ندارد و نیز استفاده از سیستم دمین ضروری است، از این ترتیب قرار گیری بطور گسترده ای استفاده می شود.
ویژگی های استاندارد اخذ شده از بیشتر تولیدکنندگان به قرار زیر می باشد:
•   ظرفیتهای جریانی سلول EDI از 1 تا 20 GPM برای هر مدول
•   یکسو کننده های جریان برق 400 VDC با قابلیت تنظیم
•   اتصالات جوشی سیستم لوله کشی، جریان خوراک، آب تولید شده و حسگرها همگی از نوع Schedule 80 PVC می باشند، گزینه های دیگری نیز برای جنس آنها وجود دارد.
•   فشارسنج های SS آکنده از مایع
•   نمایشگر هدایت الکتریکی برای نشان دادن کیفیت آب خروجی
•   شیرهای کنترل کننده، فشارسنج ها و روتامتر برای نشان دادن شدت جریان برای مسیر مربوط به پساب و الکترولیت، برای هر سلول بصورت مجزا
•   قاب از جنس کربن استیل با پوشش اپوکسی
•   صفحه کنترل
گزینه های موجود اخذ شده از بیشتر تولیدکنندگان:
•   انتخاب هایی برای دستگاه های EDI به تعداد زیاد: سلول های صنعتی استاندارد، سلول هایی مناسب برای صنایع دارویی
•   یکسو کننده های هوشمند جریان برق 400 VDC
•   نمایشگرهای هدایت الکتریکی دو کاناله برای نشان دادن کیفیت آب ورودی و خروجی
•   کنترل PLC ، برنامه ریزی شده برای بهره برداری خودکار / w / اتصال Ethernet (یکی از فناوریهای مبتنی بر Frame در شبکه‌های رایانه برای شبکه‌های محلی (LAN) می‌باشد)
•   کنترل کننده ها با صفحات نمایشی لمسی
•   قاب و پایه از جنس استیل ضد زنگ یا کربن استیل با پوشش پودری
•   صفحه کنترل با پوشش اپوکسی سفید
•   نمایشگر الکترولیت با صفحه ای که از پشت به آن نور تابانده می شود و قابل روئیت می باشد.
•   جریان سنج های توربینی و پارویی (paddle wheel)
•   حسگرهای دما و فشار
•   چرخش جریان آب غلیظ با حسگرهایی برای هدایت الکتریکی و شدت جریان
•   اتصالات جوشی سیستم لوله کشی، جریان خوراک، آب تولید شده و حسگرها از جنس پلی پروپیلن یا PVDF هستند.
•   اتصالات بهداشتی از جنس استیل TriClover
•   فشارسنج های SS پر شده با مایع w/ محافظ اندازه گیرها

مزیت های دستگاه EDI

•   اگر دستگاه EDI پس از دستگاه RO قرار بگیرد، بطور مؤثری جایگزین سیستم های بدون یون کننده ای می شود که با استفاده از مواد شیمیایی احیا می شوند و اقدامات مرتبط با مواد شیمیایی و عملیات احیا و همچنین زحمت ناشی از اجرای آنها حذف می گردد.
•   غشاها و جریان الکتریسته جایگزینی برای استفاده از مواد شیمیایی و عملیات تکراری احیا می باشند.
•   در مقایسه با سیستم های معمولی تبادل کننده یونی با قابلیت احیا، دستگاه های EDI از نظر مکانیکی ساده تر هستند.
•   دستگاه های EDI می توانند بطور پیوسته هفت روز در هفته و 24 ساعته و بدون وقفه برای انجام عملیات احیا در سیستم بدون یون کننده، مورد استفاده قرار گیرند.
•   تمامی عملیات مربوط به خنثی سازی پساب اسیدی و قلیایی خطرناک که در اثر انجام مراحل احیای شیمایی سیستم بدون یون کننده تولید می شوند، توسط سیستم EDI حذف می گردد زیرا مقدار بسیار زیادی از نمک ها از سیستم تخلیه می گردند.
•   به عنوان یک نتیجه، بکارگیری قوانین مربوط به محل کار و ایمنی از طرف کارفرما، و نیز تقاضای بیشتر برای قوانین دقیقتر مرتبط با سلامت، امنیت و انجام کار، هزینه بهره برداری از دستگاه های بدون یون کننده مبتنی بر استفاده از مواد شیمیایی را بیشتر می کند. استفاده از دستگاه EDI این مشکل را مرتفع می سازد.

Nut Shell Filter – فیلتر پوست گردو جهت جداسازی روغن از آب

تجهیزات_مکانیکی٬ فرآیند Nut Shell٬ پوست گردو٬ جداسازی نفت خام از آب٬ سیستم شستشوی معکوس

Nutshell فیلترها اغلب بعنوان تصفیه ثالثیه مورد استفاده قرار می گیرند (یا برایWater Polishing یا Condensate Deoiling) و به همین علت در پایین دست جریان بعد از سایر تجهیزات از قبیل هیدروسیکلون های روغن زدا یا واحدهای فلوتاسیون گاز (IGF) قرار می گیرند.از فیلترهای Nut Shell برای جداسازی نفت خام از آب استفاده می‌کنند. این فیلترها به صورت امروزی در دهه 1970 طراحی شدند و همچنان نیز مورد استفاده قرار می‌گیرند. آن‌ها قادر هستند که بخش عمده‌ای از روغن و مواد جامد معلق را از آب حذف کنند و در فرآیند‌های تصفیه اولیه و ثانویه بکار برده می‌شوند. آب تصفیه شده خروجی از این فیلترها می‌تواند مجدداً استفاده شود و یا در داخل منابع آب‌های سطحی تخلیه گردد. از آن‌جا که کاربرد این فیلترها بیشتر مربوط به مناطق نفت‌خیز است، این فیلترها را می‌توانند هم در مناطق ساحلی و هم دور از ساحل نصب کنند.

بستری از مواد پوست خشکبار در ستون فیلتر قرافر داده می‌شود. فیلترها معمولاً عمودی هستند ، اما ممکن است افقی نیز باشند. با عبور جریان از بستر فیلتر، ذرات معلق گرفتار می‌شوند. اگرچه استفاده از بسترهای دیگر نیز برای این منظور امکان پذیر است، اما معمولاً از پوست گردو استفاده می‌کنند چون برای حذف روغن مناسب است. اگرچه این فیلترها را برای حذف مواد جامد معلق طراحی نکرده‌اند اما آن‌ها قادرند که ذرات جامد را نیز حذف کنند. با جمع شدن مواد جامد در بستر، فشار دیفرانسیلی در سرتاسر بستر افزایش پیدا می‌کند. بستر این فیلترها باید بصورت دوره‌ای تحت عملیات شستشوی معکوس قرار گیرند. اگر شستشوی معکوس به اندازه کافی انجام نشود، روغن جمع شده در بستر، باعث جمع شدن ذرات بستر به دور یکدیگر و تشکیل شدن گلوله‌هایی از جنس گل و لای در آن می‌شود.

توضیح فرآیند
آب حاوی روغن وارد وسل شده و توسط پخش کننده ها بگونه ای پخش می شود که مایع ورودی در تمام سطح وسل جریان یابد. در حین عبور مایع ورودی از میان محیط داخلی این فیلتر، روغن موجود جذب محیط داخلی فیلتر شده و آب تصفیه شده از فیلتر خارج می شود. این فیلترها همچنین این توانایی را دارند که ذرات جامد تا زیر 3 میکرون را حذف نمایند. با گذر زمان ذرات روغن و ذرات جامد ریز در داخل محیط فیلتر تجمع یافته و نیاز به شستشوی معکوس این فیلتر برای تخلیه محتوای روغن و ذرات جامد می باشد.

عملکرد

به طور معمول این فیلترها را برای بارآلودگی زیر 100 میلی گرم در لیتر روغن و مواد جامد معلق 100 میلی گرم بر لیتر طراحی می‌کنند و می‌توانند با راندمان حذف 90 تا 95 درصد کار کنند. بار آلودگی زیاد روغن و مواد جامد باعث کاهش زمان بین دو شستشوی معکوس متوالی و همچنین کاهش کیفیت جریان خروجی شود.

شار معمولی این فیلترها بین 7 تا 27 gpm/ft² است. نرخ شدت جریان آب در انواع تجاری این فیلترها اصلاح شده است و قطر آن‌ها گاهی به 14 فوت نیز می‌رسد. برای بهره‌برداری مداوم‌، از ستون‌های متعدد استفاده می‌شود، بنابراین جریان می‌تواند در حالی که یک ستون در حال شستشوی معکوس است، باز هم ادامه داشته باشد. برای شدت جریان‌های زیاد هم می‌توانند از چندین ستون استفاده کنند. برخلاف برخی از جداکننده‌های روغن / آب ، در این فیلترها از هیچ ماده شیمیایی برای حذف روغن استفاده نمی‌شود. اندازه معمولی ذرات بستر با مش 20/12 (0.8 تا 1.7 میلی‌متر) و 16/12 (1.2 تا 1.7 میلی‌متر) است.

تجهیزات

ستون فیلتر – پوست گردو با مش مناسب – سیستم شستشوی معکوس

مزایا

عدم نیاز به استفاده از مواد شیمیایی

کیفیت بالای جریان خروجی

بهره‌برداری آسان

به این نکته توجه شود که در زمان احیای فیلتر، فیلتر از شرایط عملیاتی خارج شده و در این حالت برای داشتن سیکل کاری پیوسته توصیه می شود که یک بستر جانشین (Standby) برای فیلتر در نظر گرفته شود. طراحی بهینه کاملاً وابسته به نیازهای کارفرما و سایت مربوطه می باشد.

الف) فیلتراسیون
در طول سیکل فیلتراسیون، خوراک ورودی از شیر A وارد شده و وارد قسمت بالایی وسل می گردد. جریان ورودی از میان محیط داخل فیلتر عبور کرده و روغن وذرات جامد آن حذف می گردند. آب تصفیه شده از طریق شیر E خارج می گردد. شیر مجرایی به اتمسفر (F) در طول عملیات فیلتراسیون باز می ماند تا هرگونه گاز یا بخارات روغن را از بالای وسل خارج کند.

ب) تمیز کردن محیط فیلتر

**********************************************

1.سیال سازی بستر (Fluidization)
در گام اول شیرهای E و F باید بسته شوند. بعد از 10 ثانیه شیر A بسته شده و شیر B باز می شود. و Power Head بالای وسل روشن می گردد. مایع داخل وسل از میان سیال ساز Power Head عبور کرده و پس از عبور از Scrubber از طریق نازل به داخل وسل باز می گردد. سیال از میان نازل تزریق شده و داخل بستر محیط شده و یک مخلوط یکنواختی از آب، جامدات و هیدروکربن ها و محیط می سازد. این مخلوط سپس از میان سیال ساز Power Head عبور کرده و در اثر تنش برشی ایجاد شده ذرات جامد و روغن از محیط فیلتر جدا می شوند.

2.تخلیه (Discharge):
زمانیکه بستر به حالت سیال در می آید، شیر C باز می شود و اجازه می دهد تا آب آلوده از میان غربال اسکرابر عبور کرده و وارد خط تخلیه گردد. این آب به وسیله آب ورودی از میان شیر B جایگزین شده و از پایین وسل (بخش Bottom Screens) بالا می رود. مخلوط آب-محیط بستر در ادامه از میان سیال ساز عبور کرده و به داخل وسل باز می گردد و آب آلوده پس از گذر از غربال از طریق خط تخلیه و شیر C خارج می شود.
این فرآیند مقدار زمانی بطول می انجامد (بطور معمول 10 دقیقه) که این مدت زمان بر روی PLC تعبیه شده در جعبه کنترل سِت می شود. پس از اینکه سطح آلودگی در داخل وسل تا میزان تقریبی 75% کاهش یافت، عملیات تخلیه تکمیل شده و شیر C بسته می شود. در گام بعدی Power Head خاموش می شود.

3.ته نشینی (Settling):
گام بعدی در احیای بستر فیلتر، سیکل ته نشینی می باشد که اجازه می دهد تا ذرات بستر ته نشین شوند. پس از خاموش شدن سیال ساز Power Head، محیط بستر به وسیله نیروی ثقلی ته نشین می شود. این امر تقریباً 1 دقیقه بطول می انجامد.

4.پاکسازی (Purge):
آخرین گام در سیکل تمیز سازی، پاکسازی خطوط و مستقر نمودن بستر در جای خود می باشد. لازم می باشد تا بستر به حالت فشرده در آمده و با پیکربندی مناسبی برای عملیات فیلتراسیون آماده گردد و سایر آلودگی های باقیمانده نیز از پایین وسل خارج گردند.

5.سیکل دوم فیلتراسیون:
پس از تکمیل عملیات احیاء، واحد برای قرارگیری در سیکل کاری آماده می گردد. و این امر با باز کردن شیر E و F و بستن شیر D صورت می گیرد.

→ قبلی