صنعت جهانی پتروشیمی بیش از 15 سال رشد گسترده ای را تجربه کرده است. سهام شرکتهای پتروشیمیایی در مقایسه با سایر بخشهای شیمیایی و حتی کل بازار در طی این مدت رشد عالی و عملکرد بسیارخوب داشته اند. بازار جهانی پتروشیمی در سال 2019 ارزشی معادل با 3/539 میلیارد دلار داشته است و پیش بینی می شود افزایش رشد 8.5٪ را در طی چند سال آینده داشته باشد. اما پیش بینی می شود با توجه به جو نظارتی دقیق به دلیل نگرانی های زیست محیطی، رشد بازار به میزان قابل توجهی مختل شود. تصفیه پساب در صنایع پتروشیمی فرایندی پیچیده است و از آنجا که فرآورده های جانبی می توانند فرار و سمی باشند، چالش های مدیریتی زیست محیطی را می طلبد.
پسابهای پتروشیمی اغلب به ترکیبی از روشهای تصفیه، برای از بین بردن آلاینده های آلی و معدنی نیاز دارند. مواردی از قبیل آلودگی آبهای زیرزمینی، فلزات سنگین، روغن، گریس، دفع مواد آلی و کنترل ترکیبات آلی فرار باید به منظور رعایت مقررات زیست محیطی مورد بررسی قرار گیرند. همچنین میبایستی کاربران نهایی از نوع زباله هایی که تولید و دفع میکنند، آگاه شوند و برای اطمینان از انطباق قوانین نظارتی، چگونگی روش های تصفیه پساب را تنظیم نمایند.
پساب حاصل از واحدهای تولید PTA و PET
در پساب PTA اکسیژن مورد نیاز شیمیایی (COD) بسیار زیاد است و حاوی اسیدهای مختلفی مانند اسید ترفتالیک (TA) ، اسید بنزوئیک (BA) ، اسید استیک ، بنزآلدئید ، اتیلن گلیکول ، الیگومرهای PET و فلزات سنگین مانند کبالت و منگنز علاوه بر مواد جامد معلق می باشد. مشخصات پساب حاصل از واحدهای PTA و PET در جدول 1 نشان داده شده است.
جدول 1- مشخصات پسابهای واحدهای PTA و PET
فرآیندهای تصفیه پساب و عملکرد آنها
تصفیه پساب PTA و PET از واحدهای فرآیندی زیر تشکیل شده است:
مخازن یکسان سازی جریان
کولر پساب
راکتور لجن بی هوازی
سیستم حذف فلزات سنگین
سیستم بیوراکتور غشایی
سیستم بستر رزین تبادل یونی
فیلترینگ دوگانه
سیستم اولترا فیلتراسیون
اسمز معکوس
نگهدارنده گاز
دو ماژول مشابه برای تصفیه پساب PTA و PET وجود دارد. پساب با سرعت متفاوتی با مشخصات مختلف به تصفیه خانه پساب (ETP) تخلیه می شود. به منظور تعدیل کردن نوسانات جریان و غلظت ، مخازن یکسان سازی جریان، با 2 ساعت زمان اقامت وجود دارند. پساب حاصل از مخزن تصفیه ، از طریق کولر پساب به مخزن تهویه UASB پمپ می شود. دمای پساب در ورودی حداکثر 70 درجه سانتیگراد خواهد بود. از آنجا که درجه حرارت بالا با تصفیه بیولوژیکی تداخل دارد ، پساب توسط یک مبدل حرارتی به دمای 38 درجه سانتیگراد سرد می شود. ترتیب واحدها در شکل 1 نشان داده شده است.
مخازن یکسان سازی جریان
پساب پس از تهویه با موادی از قبیل (ازت ، فسفات ، گوگرد ، کلسیم ، منیزیم ، پتاسیم و غیره) در مخزن تهویه، برای رشد سالم باکتری های بی هوازی در UASB قرار می گیرد. ماده شیمیایی سودا اش و هیدروکسید سدیم در پساب خوراک اضافه می شود تا محیط قلیایی لازم برای کنترل فرآیند در راکتور UASB حفظ شود. سپس جریان درون ریز وارد UASB به سمت بالا حرکت کرده و با لجن بیولوژیک در تماس قرار می گیرد. در این مرحله، COD تخریب پذیر به بیوگاز تبدیل می شود. (شکل 1).
شکل 1- دیاگرام تصفیه پساب
UASB یک راکتور بی هوازی است که برای تبدیل آلاینده های آلی توسط فرایند بیولوژیکی به بیوگاز طراحی شده است.
USABبرای دستیابی به اهداف زیر طراحی و نصب شده است:
پیش تصفیه قبل از تصفیه هوازی
حذف COD
تولید انرژی در قالب بیوگاز
کاهش هزینه عملیاتی
این روش به ویژه برای مواد آلی که تبدیل آن از پساب PTA دشوارتر است، مناسب می باشد. تبدیل بی هوازی COD به متان یک فرایند بیولوژیکی است و می تواند به چندین مرحله فرآیند توسط باکتری های کشت مختلط تقسیم بندی شود. این باکتریها در درون رآکتور بی هوازی به صورت گرانول یا توده رشد می کنند. مراحل فرایند تبدیل COD بی هوازی را می توان به دو مرحله اصلی فرآیند خلاصه کرد:
اسیدی شدن و تشکیل متان.
ابزارهای آنلاین مانند pH ، آنالایزر TOC و کنتور برای اندازه گیری و نظارت بر عملکرد راکتور UASB نصب شده اند. این پارامترها در واحد PLC ضبط می شوند. در راکتور UASB ، COD به بیوگاز تبدیل می شود ، که منجر به کاهش COD با سرعت تقریبی 70 – 80٪ در سراسر راکتور UASB می شود.
سیستم حذف فلزات سنگین
پساب تصفیه شده از راکتور UASB وارد سیستم حذف فلزات سنگین می شود. کبالت و منگنز که از راکتور UASB خارج شده اند با سیستم ته نشینی سولفید حذف می شوند. سپس سولفید سدیم در سیستم برای حذف کبالت و منگنز افزوده می شود. برای واکنش موثر ، pH با استفاده از یک ماده قلیایی در یک فلش تانک از 8 به 9 افزایش می یابد. پلی الکترولیت و FeCl3 به عنوان منعقد کننده وکمک منعقد کننده در میکسر وارد می شوند. پساب منعقد شده همراه با مخلوط کردن آهسته و طولانی، به داخل مخزن منعقد کننده وارد می شوند که در آن لخته های بزرگتر با برخورد پی در پی ذرات کوچک تشکیل می شود. از مخزن لخته سازی ، وارد یک مخزن کلاریفایر با سرعت بالا می شود. واکنش زیر در کلاریفایر صورت می گیرد:
CO++ + Na2S → CoS + 2Na+
Mn++ + Na2S → MnS + 2Na+
لجن همراه با فلزات سنگین سپس به صورت هیدرولیکی برداشته می شود و در مخزن لجن شیمیایی جمع می شود و سپس برای تصفیه و دفع بیشتر به بستر لجن خشک کن پمپ می شود.
بیو راکتور غشایی (MBR)
پساب خنثی شده پس از حذف فلزات سنگین، تحت فرآیند هوازی بیولوژیکی پیشرفته در یک بیوراکتور غشایی وارد می شود. در اینجا، هم تخریب بیولوژیکی مواد آلی صورت گرفته و هم مواد جامد معلق حذف می شوند.
هیدروکسید سدیم (سود سوزآور)، هیدروکسید سدیم (NaOH) یک ماده شیمیایی مناسب، قابل کنترل و معمول است.
هیدروکسید سدیم آسان ، ارزان و بسیار مفید است که برای خنثی سازی اسید های قوی و یا ضعیف است. NaOH در غلظت های تا 50٪ در دسترس است ، که بیشترین میزان غلظت را دارد. هیدروکسید سدیم همچنین برای رسوب هیدروکسید های فلزی و حفظ سطح بالای pH برای کنترل خوردگی در سیستم توزیع استفاده می شود.
هیدروکسید سدیم، NaOH (همچنین به عنوان سود سوزآور) شناخته می شود، جامد سفید و ملایم است. این آب و دی اکسید کربن را از هوا جذب می کند. این مواد شیمیایی به صورت جامد و یا مایع جامد یا مایع (معمولا 30٪ یا 46-50٪) عرضه می شود. وزن آن 1.33 (در 30٪) و 1.48 (در 46٪) است.مواد مصرف برای هیدروکسید سدیم شامل پوشش های لاستیکی و فولاد، فولاد ضد زنگ، پلی وینیل کلراید، پلی پروپیلن، پلاستیک تقویت شده از فایبر گلاس است.
در درمان نوشیدن آب، هیدروکسید سدیم اغلب به جای پودر های قلیایی مانند آهک یا خاکستر سودا استفاده می شود، زیرا سیستم های افزودن هیدروکسید سد کمتر پیچیده هستند و نیاز به نگهداری کمتر دارند. مواد شیمیایی نیز می تواند به جای آهک برای نرم کردن آب با حذف سختی کربنات و غیر کربنات استفاده شود. هیدروکسید سدیم همچنین می تواند بخشی از یا خاکستر سودا را جایگزین کند. هیدروکسید سدیم برای افزایش pH و تبدیل دی اکسید کربن اضافی به گونه های قلیایی استفاده می شود. غلظت های معمولی از 2-100 میلی گرم در لیتر (به عنوان سودا سودا) استفاده می شود اما غلظت های بالاتر ممکن است با آب های کم کیفیت استفاده شود . هیدروکسید سدیم تغییرات 1.55 میلی گرم در لیتر کربنات کلسیم (CaCO3) قلیایی در هر mg / L به عنوان NaOH می دهد. کنترل pH هنگامی که هیدروکسید سدیم به آب ضعیف بافر اضافه می شود دشوار است.
استفاده از سودسوزآور به جای آهک و سودا در کاهش سختی آب می تواند دارای مزایای زیر باشد:
استفاده از آهک معمولا پردردسرتر است.
سود در اثر نگهداری فاسد نمی شود.
حجم لجن تولید شده در کلاریفایر کمتر خواهد بود و در نتیجه آب کمتری همراه لجن هدر خواهد رفت.
حذف منیزیم کامل تر انجام می شود.
کاستیک سودا در مصارف زیادی کاربرد دارد ازجمله مصارف آن کاستیک سودا در تصفیه آب است.همچنین کاستیک سودا یک ماده قلیایی (باز بسیار قوی با PH نزدیک به 14 )که می توان به عنوان خنثی کننده محیط اسیدی بکار برد.آب تصفیه نشده یک محیط اسیدی است که به علت ترکیبات سخت آن خاصیت خوردگی بسیار بالایی دارد .
این خاصیت خورندگی هم بر روی لوله ها هم تاثیر می گذارد.و باعث حل شدن آهن و سرب و مس در آب می شود ، در نتیجه این فاجعه باعث بروز مشکلات بهداشتی و سلامتی می شود.
سدیم هیدروکسید که با نام‌هایی چون کاستیک سودا، سود سوزآور یا سود پرک نیز شناخته می‌شود دارای فرمول شیمیایی NaOH است. کاستیک سودا ماده‌ای جامد و سفید رنگ به عنوان یک باز قوی، یکی از مواد شیمیایی صنعتی بسیار مهم به شمار می‌رود. هیدروکسید سدیم از نظر شکل ظاهری به چهار صورت تقسیم می‌شود:
سود مایع (در اثر انحلال سدیم هیدروکسید جامد در آب تولید می شود)
سود پرک (سود پرک به رنگ سفید و بدون بو بوده و به صورت پرک یا پولک است)
سود گرانول (سود گرانولی با حالت فیزیکی جامد و به رنگ سفید است)
سود پودری (به صورت دانه‌های سفید رنگ نسبتا ریز است)
تولید کاستیک در سال ۱۹۸۰ در آمریکا، ۱۲ میلیون تن بوده‌است. اولین واحد کلرو آلکالی ایران در سال 1342 شمسی در کنار رودخانه کارون در نزدکی آبادان با هدف تولید کلر مایع برای تصفیه آب و کاستیک برای صنایع کاغذ سازی و سایر صنایع کشور و با لیسانس شرکت دنورای ایتالیا راه اندازی گردید. در حال حاضر نیز، تعداد هفت واحد در حال تولید کاستیک در کشور بوده و ظرفیت اسمی نصب شده در حدود 978000 تن کاستیک و 868000 تن کلر است. در حال حاضر سهم ایران از تولید کلر و کاستیک دنیا براساس ظرفیت اسمی نصب شده، سالانه کمتر از یک میلیون تن براساس کاستیک بوده که این رقم در مقایسه با تولید کل دنیا 09/1 درصد و سهم واقعی ایران در تولید این محصولات کمتر از 337/0 درصد است.
در ابتدا به منظور تولید سدیم هیدروکسید از واکنش کربنات سدیم با هیدروکسید کلسیم که به واکنس سوزش آور نیز معروف است به‌دست آورد:
Ca(OH)2(aq) + Na2CO3(s) → CaCO3 + 2 NaOH(aq)
امروزه بیش از 95 درصد ظرفیت تولید کلر و تقریباً 100 درصد ظرفیت تولید کاستیک سود بر اساس فرایند هیدرولیز آب نمک می‌باشد. در این فرآیند محلول سدیم کلرید (آب نمک) به صورت الکترولیزی به کلر عنصری و محلول سدیم هیدروکسید و هیدروژن عنصری، تجزیه می‌شود. روش تولید سود مایع با استفاده از سدیم کلرید به عنوان ماده اولیه یک فرایند چند محصولی است، به صورتی که به ازای تولید هر 1000 کیلوگرم کلر، حدود 1126 کیلوگرم سدیم هیدروکسید و 28 کیلوگرم هیدروژن تولید می شود. امروزه به طور کلی سه روش مرسوم جهت تولید سود سوز آور وجود دارد:
استفاده از فرآیند غشایی
استفاده از فرآِند دیافراگم
استفاده از فرآیند جیوه‌ای
در فرآیند غشایی از بسیاری جهات شبیه به فرآیند دیافراگمی است با این تفاوت که در این فرآیند اطراف هر یک از الکترودهای قرار گرفته در محلول، به جای دیافراگم توسط غشا وجود دارد. بدین ترتیب غشا به صورت انتخابی عمل کرده و مانع از عبور یونهای سدیم از بخش آند به سمت کاتد می‌گردد. در فرآیند دیافراگمی آب نمک اشباع به بخش آند سلول که گاز کلر آزاد می‌شود وارد می‌گردد و محلول آب نمک از سود مایع در قسمت کاتد که گاز هیدروژن در این قسمت آزاد می‌شود، توسط دیافراگم آزاد می‌گردد. در فرآیند جیوه‌ای که با نام مرکوری نیز شناخته می‌شود سود مایع عاری از کلر تولید می شود، اما استفاده از چندین تن جیوه در این فرایند منجر به بروز مشکلات زیست‌محیطی جدی می‌شود. شکل (1) نیز نشان دهنده میزان مصرف کاستیک در صنایع مختلف است.
شکل(1): کاربرد کاستیک در صنایع مختلف
استفاده ی کاستیک سودادر تصفیه آب
بدلیل آنکه کاستیک سودا (سدیم هیدروکسید ) یک ماده قلیایی است و خاصیت خنثی سازی دارد.
درصورتی‌که آب اسیدی باشد، یکی از راه‌هایی که به‌منظور تنظیم pH مورداستفاده قرار می‌گیرد،
استفاده از سود مایع (سدیم هیدروکسید | سوز آور) در فرایند تصفیه آب می‌باشد.
با افزودن سود مایع به آب، pH تا نزدیکی حالت خنثی افزایش پیدا میکند.
به منظور افزایش pH آب در چاه های آب ، سود کاستیک مایع به درون چاه تزریق می شود.
از آنجا که محلول سود مایع نیز خورنده است، یک پمپ خوراک دهنده مقاوم در برابر خوردگی
شیمیایی، سود مایع را برای افزایش pH به ابتدای جریان آب اضافه میکند.
سود مایع باید مستقیماً به چاه آب افزوده شود تا از خوردگی تجهیزات سر چاهی و پمپ مکش
آب نیز جلوگیری شود.
کابردهای عمومی کاستیک سودا در صنعت
کنترل PH، خنثی‌سازی اسید، گاز زدایی، ساخت خمیرسلولز و کاغذ، در صنایع گاز و نفت (برای زدایش آلاینده‌های اسیدی در فرایند گاز و نفت)، ساخت صابون و پاک کننده‌ها، صنایع ابریشم مصنوعی و سلوفان، تصفیه آب، فرایند مواد غذایی، زدایش گاز از دودکش، معدنکاری، ساخت شیشه، فرآیند نساجی، ضدعفونی سبزیجات، احیاء لاستیک، حکاکی و فلزکاری، فرآیند آلومینیوم‌سازی، آماده‌سازی چسب، زدایش رنگ، به عنوان ماده ضدعفونی کننده.
پلی آلومینیوم کلراید (PAC) یک منعقدکننده پلیمری غیرآلی با کارایی بالا می باشد. PAC با بکارگیری تکنولوژی ساخت بالا و با بهره گیری از مواد خام با کیفیت بالا در دهه های اخیر ساخته و تولید شده و به جمع مواد شیمایی افزوده شده است. از مزایای پلی آلومینیوم کلراید (PAC) می توان به خلوص بالای ماده، وزن مولکولی بالا و خاصیت منعقدکنندگی بالا اشاره نمود.
فرمول مولکولی PAC:
ALn(OH)m CL(3^n-m)
که در آن 3n > m > 0 مباشد.
محدوده ی عملکرد PAC در پ هاش 5-9 می باشد، اما بهترین محدوده ی کارایی پلی آلومینیوم کلراید در pH 6.5 الی 7.6 (پ هاش خنثی) می باشد. پلی آلومینیوم کلراید از طریق تولید یونهای هیدروکسیل و پلیمرهای آنیونی چندظرفیتی باعث تشکیل مولکولها و ماکرو مولکولهای غیرآلی الکتریکی بزرگ در آب می گردد.
کاربردهای پلی آلومینیوم کلراید:
1) زلال سازی و ته نشینی آب رودخانه ها، دریاچه ها و منابع آب زیرزمینی
2) زلال سازی آب صنعتی و آب در چرخش (Recycling Water) صنایع
3) زلال سازی و تصفیه فاضلاب های بهداشتی و صنعتی
4) احیای زغال سنگ از پساب شستشوی زغال سنگ
5) احیای کائولینی (Kaolin) از پساب شستشوی شستشوی کارخانجات کاشی و سرامیک
6) ساخت خمیر / سریش صنایع کاغذسازی و محصولات بهداشتی و دستمال کاغذی (صنایع سلولزی)
7) تصفیه و زلال سازی فاضلاب در صنایع رنگرزی و چاپ، صنایع چرم سازی، صنایع نوشیدنی، صنایع فرآوری گوشت، صنایع ریخته گری، معدن، شستشوی زغال سنگ، داروسازی، ساخت کاغذ و صنایع سلولزی
8) جداسازی نفت و روغن و فلزات سنگین در صنایع نفت و گاز و پتروشیمی
9) زلال سازی و تصفیه آب و فاضلاب های حاوی فلوئور (Fluorine)
10) بازگشت و تصفیه آب در کارخانجات کاشی و سرامیک و سنگبری
در شکل زیر تفاوت ظاهری و رنگ ناشی از حل نمودن پودر پک خوراکی (پک آشامیدنی)، پک صنعتی و پک فاضلابی (پک صنعتی درجه 2) در آب نشان داده شده است.
پلی آلومینیوم کلراید (PAC) کاربرد موفقیت آمیزی در فرآیند تهیه آب آشامیدنی و تصفیه پساب و همچنین از اوایل دهه 70، در فرآیند ساخت کاغذ داشته است. جایگزینی PAC بجای آلومینیوم سولفات بعنوان کواگولانت در تصفیه آب آشامیدنی و پساب با لحاظ تکنیکی و اقتصادی کاملا ارجحیت داشته و دارد. به علت عدم شناخت کافی از PAC و امتیازات آن، استفاده از PAC در خارج از کشورهای پیشرفته فراگیر نشده و همچنان استفاده از آلومینیوم سولفات و کلرورفریک همراه آهک مرسوم است.
در ملکولهای PAC آلومینیوم بصورت پلیمری، شامل یونهای ئیدروکسید و کلراید و در بعضی از انواع آن محتوی یونهای سولفات است. برخلاف آلومینیوم سولفات که فقط بخش کوچکی از آلومینیوم بصورت Monomer مونومر ظاهر می شود در مولکول PAC بخش عمده آلومینیوم به شکل ساختمان الیگومری Oligomer ظاهر می شود. این اختلاف در ترکیب دلیل اصلی برتری PAC سبب کاهش ناچیز در PH می شود. ضمنا نسبت به آلومینیوم سولفات، ساختمان الیگومری و پلیمری PAC فلاک های پایدارتری را با ناخالصی های معلق در آب تشکیل می دهد. همچنین عموما فلاکهای بزرگتر باعث حجم کمتر رسوب می شوند. از طرف دیگر، بعلت بهبود فلوکولیشن، مقدار کمتری از آلومینیوم در آب تصفیه شده باقی می ماند. از طرف دیگر، بعلت کاهش کمتر در PH هزینه خنثی سازی بعد از فلوکولاسیون کاهش می یابد.
در عملیات منعقدسازی مقدار مصرف PAC در مقایسه با آلومینیوم سولفات حدودا 30 الی 60 درصد کاهش می یابد و به همین جهت مقدار لجن کمتری تولید می شود. در تصفیه خانه ها، برتری فعالیت رسوبگذاری و حجم کمتر لجن باعث افزایش راندمان در خروجی کل شده و در نتیجه سبب کاهش ابعاد حوضچه های جدید طراحی شده برای عملیات صاف کردن می گردد. لجن های تولیدی از فرآیند PAC نسبت به لجن های آلومینیوم سولفات راحت تر آبگیری شده و این مورد سبب صرفه جویی در استفاده از دستگاه آبگیری لجن می گردد.
فعالیت قویتر PAC باعث تسهیل فلوکولاسیون آب خام در درجه حرارت پایین گردیده به طوری که در دمای 5°C خاصیت فوق العاده ای در کدورت زدائی آب دارد. که برای مثال، عملکرد آلومینیوم سولفات در این دما نامناسب است. با مصرف PAC فلاکها بزرگتر و سنگین تر شده و در نتیجه راندمان شستشوی فیلترها back-Flushing (نظیر فیلترهای شنی e.g. gravel Filters) افزایش می یابد و مصرف آب شستشوی فیلترها را کاهش می دهد.
بعلاوه، مقادیر فلوکولانت ثانویه به کار رفته برای آب شستشوی فیلترها (Back-Flushing) کاهش می یابد. در حالیکه مصرف آلومینیوم سولفات، به دلیل تشکیل متوالی کلوئید آلومینیوم می تواند باعث کاهش کارائی عملیات شستشوی فیلتر Back-Flush و فلوکولانت ثانویه شود. مصرف PAC سبب کاهش ناخالصی های آلی آب شده و در نتیجه طول عمر فیلترهای کربن اکتیو افزایش می یابد.
بازده بالای PAC در فلوکولاسیون تولید آلودگی کمتری در مقایسه با آلومینیوم سولفات می کند. کاهش ناخالصی های آلی و میکروبیولوژیکی عمدتا کار اضافی را نه فقط در سیستم فیلتراسیون، بلکه در مراحل تصفیه نهایی (Down stream) نظیر میکروب زدائی و اکسیداسیون، تخفیف می دهد. با کاهش مقادیر عوامل اکسید کننده گران قیمت بکار رفته در مرحله اکسیداسیون هزینه کاهش می یابد، مخصوصا در میکروب زدائی، که عامل شیمیایی کلربن (Chlorins base chemicals) مورد نیاز کمتر می شود. این مورد از اهمیت بسیار زیادی برخوردار است چون میکروب زداهای آب آشامیدنی سبب تشکیل ترکیبات کلربن آلی می شود که با استفاده از PAC از تشکیل آن جلوگیری می گردد.
خواص PAC و آلومینیوم سولفات
از محاسن بکارگیری ماده منعقدکننده پلی آلومینیوم کلراید (PAC) بجای سولفات آلومینیوم می توان به این نکته اشاره نمود که میزان افزایش کلراید (یون کلر) در آب تصفیه شده بسیار کمتر از افزایش سولفات در زمان استفاده از سولفات آلومینیوم ( 3(SO4)Al2) می باشد و در نتیجه افزایش کل مواد جامد محلول (TDS) در هنگام بکارگیری محلول پلی آلومینیوم کلراید (صنعتی و آشامیدنی) بسیار کمتر خواهد بود.
بطور کلی PAC به شکل مایع، آماده برای مصرف تامین شده و به صورت مستقیم قابل تزریق و مصرف آن آسان است. در حال حاضر تولیدات جامد به شکل گرانول در دسترس است، اما در هر حال شکل جامد نیز باید با عملیات میکس در آب محلول شود.
امتیازات استفاده از PAC در بهسازی آب
باعث افزایش قدرت در حذف کدورت می شود.
کیفیت آب را بطور چشمگیری بهبود می دهد.
به میزان 30 الی 60 درصد نسبت به آلومینیوم سولفات مصرف را کاهش می دهد.
باعث کاهش بقایای آلومینیوم در آب تصفیه شده می شود.
تشکیل فلاکهای بزرگتر و پایدارتر
کاهش زمان ته نشینی
کاهش زمان Back-Flushing فیلتر و نیاز به مصرف آب شستشوی کمتر
افزایش طول عمر فیلتر کربن اکتیو
باعث کاهش کمتر در PH آب می شود.
استفاده از مواد برای خنثی سازی، آب شستشوی فیلتر، آبگیری لجن، اکسیداسیون و میکروب زدائی را کاهش می دهد.
حتی در دمای کم، مصرف آن حتی در دمای پائین نیز کارائی دارد.
حدودا باعث کاهش 30 درصدی لجن می شود.
هزینه لجن زدائی را کاهش می دهد.
همانگونه که در بالا ذکر گردید، از محاسن عمده بکارگیری ماده منعقدکننده پلی آلومینیوم کلراید (PAC) می توان به میزان بسیار پایین آلومینیوم باقی مانده در آب تصفیه شده در زمان بکارگیری پلی آلومینیوم کلراید خوراکی (Drinking PAC) (مقادیر حدود mg/l 0.05 – 0.01) اشاره نمود.
محلول پلی آلومینیوم کلراید 10% خوراکی و صنعتی (Al2O3 10%) در صورتی که در دمای زیر 50 درجه سانتی گراد نگهداری شود، برای 4 الی 5 ماه پایدار می ماند و این خاصیت برای ذخیره سازی مواد شیمیایی در تصفیه خانه های آب و فاضلاب و پکیج های تزریق مواد شیمیایی بسیار مفید می باشد.
شکل فوق، فرآیند جایگزین کردن PAC بجای سولفات آلومینیوم را در فرآیند بهینه سازی آب آشامیدنی نشان می دهد. بعنوان نتیجه کلی، روی هم رفته با مصرف PAC افزایش متنابهی در مقدار آب تصفیه شده نسبت به مصرف آلومینیوم سولفات داریم.
مدل های مناسب و غیرمناسب واکنش های مختلف لخته سازی با مواد منعقدکننده (پلی الکترولیت، PAC و سولفات آلومینیوم)
کاربرد غشا و انواع مختلف آنها به طور جداگانه در مقالاتی تشریح شده‌اند. در این بخش سعی بر این است که طبقه‌بندی انواع غشا را مورد بررسی قرار بدهیم. غشا های نیمه تراوا بر اساس معیارهای مختلف نظیر مکانیسم‌های جداسازی، مورفولوژی فیزیکی و ساختار شیمیایی تقسیم‌بندی می‌شوند:
طبقه بندی غشاها بر اساس مکانیسم جداسازی
مواد غشایی ازنظر ساختار فیزیکی و ترکیب شیمیایی متفاوت می‌باشند اما تمایز اصلی غشا بر اساس مکانیسم جداسازی صورت می‌گیرد . بر اساس خواص موادی که باید حذف شوند سه مکانیسم جداسازی وجود دارد :
جداسازی بر اساس اختلاف زیاد در اندازه (اثر غربال شدن) غشاهای اصلی که با این معیار بهره‌برداری می‌شوند.
جداسازی بر اساس اختلاف انحلال پذیری و پخش شدگی مواد در غشا (مکانیسم پخش – انحلال)؛ از کارکرد این مکانیسم نفوذ گاز و بخیر را میتوان نام برد.
جداسازی بر اساس اختلاف بار موادی که باید جدا شوند (اثر الکتروشیمیایی)؛ از این مکانیسم الکترو دیالیز و دیالیز دونان را میتوان نام برد.
در غشاهای متخلخل اندازه حفره‌ها و توزیع آنها متفاوت می‌باشد و به سه گروه زیر تقسیم می‌گردند:
حفره بزرگ: غشاهایی که اندازه حفره‌ی آنها بیش از 50 نانومتر است
حفره متوسط: غشاهایی که اندازه حفره‌ی آنها بین 2 تا 50 نانومتر است
حفره کوچک: غشاهایی که اندازه حفره‌ی آنها کمتر از 2 نانومتر است
در غشاهای متخلخل مکانیسم جداسازی، مکانیکی می‌باشد و ازنظر مکانیسم به فرایندهای صاف سازی متداول نزدیک هستند؛ اما در غشاهای متراکم جداسازی تا اندازه‌ای به واکنش متقابل فیزیکی – شیمیایی بین اجزا حل‌شده و مواد غشایی بستگی دارد و دارای بیشترین انتخاب پذیری در جداسازی می‌باشد.
با توجه به تعاریف فوق غشاهای موسوم به میکرو فیلتر دارای حفره‌های بزرگ، غشاهای الترا فیلتر دارای حفره متوسط و غشاهای نانو فیلتر دارای حفره‌های کوچک هستند و غشاهای دستگاه اسمز معکوس بدون حفره می‌باشند.
2. طبقه‌بندی بر اساس مرفولوژی
در غشاهای تحت فشار فلاکس جریان تصفیه‌شده با ضخامت غشا نسبت عکس دارد. غشاها شامل یک سمت فوقانی خیلی نازک به نام پوسته بوده که توسط یک‌لایه ضخیم‌تر به نام زیر لایه متخلخل‌تر نگهداری می‌شود. لایه متخلخل زیرین به عنوان یک ماده پشتیبانی‌کننده عمل میکند. پوسته عمل اصلی غشا را انجام می‌دهد. ضخامت پوسته از 1/0 تا 5/0 میکرون متغیر است و تقریباً یک درصد ضخامت زیر لایه متخلخل است. مقاومت لایه نگهدارنده یا پشتیبانی‌کننده در انتقال جرم قابل چشم پوشی است و فقط به عنوان یک نگهدارنده مکانیکی عمل میکند. تفاوت در برابر جریان عمدتاً منحصر به لایه فوقانی است. بر اساس مورفولوژی دو نوع غشا وجود دارد:
غشا مرکب و غشا نامتقارن
غشا مرکب: در این نوع غشاها لایه فوقانی و لایه تحتانی از مواد متفاوتی ساخته می‌شوند. هر لایه می‌تواند مستقلاً عمل کند. این غشاها به علت خواص انتخابی لایه فوقانی و خواص مکانیکی لایه تحتانی، کارایی بهتری را ایجاد میکنند. معمولا لایه متخلخل یک غشا نامتقارن است. در این غشا ضخامت لایه نازک 05/0 تا 5/0 میکرون و ضخامت لایه ضخیم‌تر بین 50 تا 200 میکرومتر است.
غشاهای نامتقارن: در این غشاها لایه‌ی نگهدارنده و لایه فوقانی از یک ماده ساخته می‌شوند و ضخامت لایه نفوذپذیر انتخابی، متناسب با ضخامت لایه غشایی جهت محدود کردن مقاومت در برابر انتقال، به اندازه یک پوسته‌ی نازک کاهش می‌یابد. این لایه روی لایه ضخیم‌تر و سست‌تر دیگر قرار می‌گیرد. لایه دوم جهت ایجاد غشایی با خواص مکانیکی مطلوب، بدون اینکه مانع مهمی در برابر جریان آب باشد بکار می‌رود. لایه فوقانی ضخامتی بین 1/0 تا یک میکرون و لایه متخلخل زیرین ضخامتی بین 50 تا 200 میکرون دارد. این خواص مکانیکی را به طور مصنوعی با دادن یک حرکت مارپیچی به غشا به دور نگه دارنده، بهبود می‌بخشند. با این کار لایه سست‌تر و ضخیم‌تر، محکم و مقاوم می‌گردد. اکثر غشاها میکرو، اولترا و اسمز معکوس از نوع نامتقارن می‌باشند.
غشا های نا متقارن
3. طبقه‌بندی بر اساس شکل هندسی
غشاها به صورت دو شکل هندسی مسطح و استوانه‌ای ساخته می‌شوند. اشکال استوانه‌ای را بر اساس ابعاد میتوان به دو دسته‌ی زیر تقسیم‌بندی کرد:
غشاهای لوله‌ای با قطر داخلی بیش از 3 میلی‌متر
غشاهای الیاف توخالی با قطر کوچک‌تر از 3 میلی‌متر
الیاف توخالی کوچک‌ترین غشای لوله‌ای موجود می‌باشند که قطر خارجی آنها از 80 تا 500 میکرومتر متغیر می‌باشد. این نوع غشا در اسمز معکوس کاربرد دارد. الیاف توخالی با قطر بزرگتر در اولترا و میکرو فیلترها استفاده می‌شوند که در این صورت به آنها غشای کاپی لاری می‌گویند.
4. طبقه‌بندی بر اساس ساختار شیمیایی
غشاها از مواد گوناگون ساخته می‌شوند؛ که هرکدام ویژگی‌ها و کاربردهای خاص خود را خواهند داشت. مواد پلیمری به‌طور گسترده جهت ساخت غشا به کار می‌روند. مواد سازنده‌ی غشا باید بتوانند مواد شیمیایی، شرایط عملیاتی مختلف و حرارت را تحمل کنند و در برابر گرفتی بیولوژیکی مقاومت کافی داشته باشند و قابلیت انتخاب بالایی نیز داشته باشند.
غشاهای مصنوعی را میتوان از مواد آلی (پلیمری) و یا مواد معدنی (فلزات، سرامیک و …) ساخت. معمولاً مواد معدنی نسبت به پلیمری از مقاومت حرارتی، مکانیکی و شیمیایی خوبی برخوردارند و بنابراین عمر مفید بیشتری دارند. در هنگام ساخت این نوع غشاها امکان کنترل مطلوب اندازه حفره‌ها وجود دارد. علاوه بر این، این نوع غشاها تمایل کمتری به انسداد و گرفتگی از خود نشان می‌دهند؛ اما عیب بزرگ این مواد آن است که بسیار شکننده می‌باشند و نیز نسبت به غشاهای آلی گران‌تر هستند. به همین دلیل این نوع غشاها فقط محدود به صنایع شیمیایی، جهت تصفیه سیالات با دمای بالا و خورندگی زیاد، صنایع دارویی و لبنی جهت کاربرد در استریلیزاسیون حرارتی می‌باشند؛ بنابراین غشاها را میتوان در 4 گروه: پلیمری، سرامیکی، فلزی و مایع تقسیم‌بندی کرد.
در مورد غشاهای مایع همچنان مطالعات روی این نوع غشاها در حال انجام است. به‌طور ساده طبق تعریف غشا ماده‌ای است که بین دو فاز ماده قرار می‌گیرد و انتقال مواد بین آنها را کنترل میکند. حال اگر این ماده میانی مایعی غیرقابل امتزاج با سیال‌های مجاور باشد، آن را غشای مایع می‌نامند.
آب یک منبع حیاتی است که معمولا از محدودیت خاصی برخوردار است آب شیرین موجود در محدوده جغرافیایی خاص تقریبا ثابت و جوابگوی جمعیت محدودی است.
منابع آب شرب اجتماعات را میتوان به سه دسته تقسیم نمود:
منابع آب سطحی
منابع آب زیرزمینی
آب های شور
الف) منابع آب سطحی
آب های که در قالب آب باران، آب رودخانه، آب دریاچه‌های طبیعی یا سدهای ذخیره‌ای و قنوات در طبیعت موجود هستند و در صورتی که استحصال و بهسازی، نگهداری و بهره برداری آنها با در نظر گرفتن ملاحظات اقتصادی و فنی مقدور باشد به عنوان منابع آب آشامیدنی انتخاب می شوند
الپیکالا
آب باران
آب باران
اصولاً انتظار می‌رود که آب باران کاملا خالص باشد، ولی به علت تماس آن با گرد و خاک، ذرات معلق گاز های مخلوط در هوا، مقادیر قابل توجهی از آنها را در خود حل کرده و به زمین می‌آورد. گازهایی چون اکسیژن، گاز کربونیکو ازتنیز در آب باران موجود خواهد بود که حلالیت هر یک از آنها در آب باران، علاوه بر ساختمان شیمیایی‌شان به فشار جزئی آنها در اتمسفر مربوط می‌شود.
اصولاً انتظار می‌رود که آب باران کاملا خالص باشد، ولی به علت تماس آن با گرد و خاک، ذرات معلق گاز های مخلوط در هوا، مقادیر قابل توجهی از آنها را در خود حل کرده و به زمین می‌آورد. گازهایی چون اکسیژن، گاز کربونیکو ازتنیز در آب باران موجود خواهد بود که حلالیت هر یک از آنها در آب باران، علاوه بر ساختمان شیمیایی‌شان به فشار جزئی آنها در اتمسفر مربوط می‌شود.
آب رود خانه ها
رودخانه‌ها از زمانهای قدیم یکی از مهم‌ترین منابع تأمین آب اجتماعات بشری بوده است. رودخانه ها از این نظرباز همچنان اهمیت خود را حفظ کرده‌اند، بطوریکه هم‌اکنون در آمریکا و آلمان به ترتیب 80 و 50 درصد از آب آشامیدنی مردم از رودخانه ها تامین می‌شود. یادآور می‌شود هنگام استفاده از آب رودخانه ها باید به مسئله تصفیه و ضدعفونی کردن آنها توجه کافی داشت.
امروزه ایجاد دریاچه های مصنوعی پشت سدها، یکی از بهترین روش ها برای تأمین آب موردنیاز شهرها می‌باشد. قابل توجه است که این دریاچه های مصنوعی علاوه بر تأمین هدف مذکور، در تأمین آب برای کشاورزی منطقه و تهیه و تولید انرژی برق نقش و اهمیت زیادی دارد. سد های کرج و جاجرود در تأمین نیاز های شهر تهران در زمینه های یادشده نقش مهمی دارند.
ذخیره آب رودخانه ها در دریاچه های مصنوعی، علاوه بر اهمیت ذخیره سازی آن، از این نظر که ضمن این عمل،
مواد معلق و گل ولای آب رودخانه‌ها در پشت سدها ته‌نشین می‌شود، در تقلیل هزینه تصفیه اهمیت زیادی دارد. برای تکمیل این نظر، مابین دریاچه مصنوعی و محل تصفیه‌خانه حوض‌های ته نشینی ایجاد می‌نمایند.
ب) منابع آب زیرزمینی
منابعی نظیر چشمه سارها، آب چاه‌های کم‌عمق، چاه‌های عمیق، چاه‌های جاری و آب حاصل از کانال‌های ساخته‌شده منابع آب زیرزمینی را تشکیل می‌دهند.
اکثر اجتماعات شهری و روستایی ایران از منابع آبهای زیرزمینی بهره‌برداری میکنند. در دو دهه اخیر چندین طرح بزرگ و متوسط انتقال آبهای سطحی منابع دوردست نیز تهیه و اجراشده است. منبع اصلی آب آشامیدنی شهرهایی مانند مشهد، شیراز، تبریز، بندرعباس، کرمانشاه، کرمان و بخشی از تهران از منابع آب زیرزمینی است.
آب زیرزمینی
منابعی نظیر چشمه سارها، آب چاه‌های کم‌عمق، چاه‌های عمیق، چاه‌های جاری و آب حاصل از کانال‌های ساخته‌شده منابع آب زیرزمینی را تشکیل می‌دهند.
ویژگی های آب زیرزمینی در مقایسه با آب های سطحی
آبهای زیرزمینی امکان آلودگی کمتری دارند.
میزان تبخیر از آبهای زیرزمینی بسیار ناچیز است.
امکان استفاده از آبهای زیرزمینی معمولا در اغلب مناطق وجود دارد.
آب های زیرزمینی عموما دارای ترکیب شیمیایی ثابتی هستند.
معمولاً آبهای زیرزمینی نیازی به تصفیه فیزیکی برای مصارف مختلف ندارند.
آبهای زیرزمینی غالبا بی‌رنگ و فاقد مواد تیره کننده می‌باشند.
دمای آبهای زیرزمینی در طول سال تغییرات زیادی ندارند.
آبهای زیرزمینی کمتر تحت تاثیر خشکسالی های کوتاه‌مدت قرار می‌گیرند.
آبهای زیرزمینی معمولا عاری از میکرو ارگانیسم بیماری‌زا می‌باشند.
ج) منابع آب شور
بالاخره در شرایطی که هیچ‌کدام از منابع فوق جهت دستیابی به آب شیرین مقدور نباشد سومین منبع عبارت خواهد بود از آب دریاها و دریاچه آبهای شور زیرزمینی.
بالاخره در شرایطی که هیچ‌کدام از منابع فوق جهت دستیابی به آب شیرین مقدور نباشد سومین منبع عبارت خواهد بود از آب دریاها و دریاچه‌های شوری آبهای شور زیرزمینی.امروزه کشورهای حاشیه حوضه خلیج‌فارس به دلیل نبود منبع آب شیرین مجبور به استفاده از آبهای شور مثل آب دریا هستند؛ که در همین راستا از روش اسمز معکوس برای شیرین سازی آب استفاده میکنند.
امروزه کشورهای حاشیه حوضه خلیج‌فارس به دلیل نبود منبع آب شیرین مجبور به استفاده از آب های شور مثل آب دریا هستند؛ که در همین راستا از روش اسمز معکوس برای شیرین سازی آب استفاده میکنند. دستگاه اسمز معکوس که با نام آب شیرین کن و در انواع آب شیرین کن صنعتی و آب شیرین کن کشاورزی شناخته شده است یکی از بهترین دستگاه ها برای شیرین سازی آب شور می باشد.
اسمز معکوس
انتخاب منبع آب آشامیدنی اجتماعات چه شهری و چه روستایی، کوچک یا بزرگ مبتنی است بر هزینه تهیه، تصفیه و توزیع آن. لازم است حداقل امکانات فنی اجرایی در حد معقول، وجود داشته باشد، پس با لحاظ نمودن جنبه اقتصادی و بهداشتی منابع احتمالی آب، شناسایی و از بین آنها منبع مقرون به صرفه و مطمئن انتخاب گردد. در هرحال، منبع آب آشامیدنی بایستی در نهایت آب سالم و پاکیزه ای در اختیار مصرف کننده قرار دهد.
نگاهی به وضع آب موجود در جهان
نگاهی به وضع آب موجود در جهان
کل آب موجود در کره زمین ۱۳۸۶ میلیون کیلومتر مکعب است، که در سه لایه: اتمسفر (بالای زمین)، بیوسفر یا زیست کره (روی زمین)، لیتوسفر یا سنگ کره (زیرزمین)، دیده می‌شود.
طبقه‌بندی کشور ها بر اساس میزان سرانه آب
طبقه بندی کشورها بر اساس میزان سرانه آب
وضعیت آب در ایران
وضعیت آب در ایران
ایران سرزمینی کوهستانی است که دو رشته کوه البرز با جهت‌گیری شرقی –غربی و رشته کوه زاگرس با جهت‌گیری شمال غربی – جنوب شرقی در آن قرار گرفته‌اند. این دو رشته کوه همانند دیوار های مانع رسیدن ابر های باران زا از شمال و غرب کشور می شوند و به همین دلیل نیز بخش اعظم کشور را مناطق خشک و نیمه خشک تشکیل می‌دهد. کمبود منابع آبی همواره به عنوان یک عامل محدود کننده فعالیت در کشور مطرح بوده است.
منابع آب تجدید شونده کشور با توجه به وضعیت بارندگی، پوشش گیاهی و سایر عوامل تأثیرگذار در حجم نزولات جوی، حدود 130 تا 139 میلیارد متر مکعب در سال است که حجم قابل استحصال و با احتساب آبهای برگشتی حدود 126 میلیارد مترمکعب برآورد می‌شود.
از کل آب های تجدید شونده حدود 105 میلیارد مترمکعب را جریان های سطحی و 25 میلیارد مترمکعب را جریان های نفوذی به منابع زیرزمینی تشکیل می‌دهند.
اصطلاحاتی که در صافی سازی غشایی و اسمز معکوس و یا آب شیرین کن به کار می‌روند اغلب مشترک هستند که برای شناخت بیشتر و فهم نظریه‌ها و مقالات مربوط به آنها نیاز به آشنایی با اصطلاحات به‌کار رفته در این قسمت می‌باشد
ردیف
نام فارسی
نام لاتین
تعریف
1
غشای نامتقارن
Asymmetric membrane
غشایی که ساختار آن به گونه‌ای است که با حرکت در عرض غشا از یک طرف به طرف دیگر ضخامت غشا به طور قابل ملاحظه ای تغییر میکند .
2
غشای یکنواخت
Hommogeneous membrane
غشایی است که خواص انتقال و ساختار ( مرفولوژی ) آن در تمام صفحات یکسان است .
3
صاف سازی با جریان جانبی
Lateral filtration
مدلی از صافی سازی است که جریان تغذیه با سرعت زیاد موازی سطح غشا حرکت میکند تا تجمع مواد بر روی سطح غشا را کاهش دهد
4
صافی سازی متقاطع
Transverse filtration
روش صافی سازی که جریان به‌طور مستقیم و عمود بر سطح غشا وارد می‌شود . این روش صافی سازی به صاف سازی بن بستی Dead-end نیز شناخته می‌شود .
5
دالتون
Dalton
واحد وزن مولکولی است و معادل یک دوازدهم جرم اتم کربن 12 می‌باشد . همچنین جرم مولار که بر حسب گرم بر مول می‌باشد .
6
گرفتگی
Fouling
فرایندی که به واسطه رسوب مواد معلق یا محلول بر روی سطح خارجی غشا یا در منافذ باز و یا داخل منافذ غشا ، موجب کاهش عملکرد غشا می‌گردد .
7
تشکیل رسوب
scaling
به رسوب جامدات موجود در جریان تغذیه بر سطح غشا اطلاق می‌گردد .
8
لومن
Lumen
منافذ یا حفره در مرکز یک غشا با الیاف توخالی
9
برش مولکولی
Molecular weight cut off
کمترین جرم مولکولی است که غشا قادر به حذف بیش از 90 درصد مولکولهای با این جرم مولکولی می‌باشد
10
نفوذپذیری یا تراوایی
Permeability
به فلاکس ویژه آب مقطر که از یک غشا نو و تمیز عبور می‌گردد اطلاق می‌گردد .
11
جریان نفوذی
Permeate
آب و اجزای قابل‌نفوذ که از میان غشا عبور نموده‌اند .
12
جریان دفعی
Retentate
محلول حاوی آب و اجزای غیرقابل نفوذ از غشا که در طرف تغذیه غشا نیمه تراوا نگه داشته شده‌اند ، اطلاق می‌گردد . به آن جریان تغلیظ شده یا پساب هم می‌نامند .
13
میزان نگهداشت یا دفع یا پسدهی
Retention Rating
تعیین اندازه موادی که توسط غشا حذف یا نگاه داشته می‌شود . میزان نگهداشت همان اندازه حفره غشا بر حسب میکرومتر برای غشا MF و MWCO بر حسب دالتون برای غشا UF تعریف می‌شود .
14
غشا نیمه تراوا
Semi permeable membrane
غشایی که نسبت به بعضی از اجزا موجود در محلول تغذیه ، نفوذپذیر و برای سایر اجزا غیرقابل نفوذ می‌باشد
15
فلاکس
Flux
به میزان حجم یا جرم عبوری از غشا اطلاق می‌شود . به آن شلر هم گفته می‌شود.
16
فلاکس ویژه
Specific Flux
فلاکس تقسیم بر فشار انتقالی از غشا
17
غربال شدن
Straining or Sieving
فرایندی که ذرات توسط غشا نگه داشته می‌شوند زیرا ذرات ازنظر فیزیکی اندازه‌شان از اندازه منافذ صافی بزرگ تر می‌باشد .
18
فشار انتقالی غشا
Trans membrane pressure
اختلاف فشار بین طرف تغذیه و طرف نفوذی غشا به فشار انتقالی غشا شناخته می‌شود .
19
مدول
Module
یک واحد کامل شامل غشایی که دارای ساختار تحمل‌کننده فشار برای غشا است یا محفظه فشار ، منافذ جریان تغذیه و نفوذی و تغلیظ شده و تمام قسمتهای ساختار نگه دارنده .
20
محفظه فشار
Pressure vessel
یک لوله که دارای چندین المنت غشایی است که به صورت سری قرار دارند .
21
مرحله
Stage or Bank
چندین محفظه فشار که به صورت موازی قرار گرفته است .
امروزه ترکیب آب شیرین کن های حرارتی و مکانیکی خصوصا در سیستم های تولید همزمان توان و حرارت بسیار مورد توجه قرار گرفته است.
آب شیرین کن ترکیبی MSF RO
این سیستم از ترکیب آب شیرین کنRO با MSF ساخته شده است. این ترکیب باعث می شود که آب شیرین کنRO با TDS نسبی بیشتری کار می کند لذا تعویض ممبران آن دیرتر اتفاق می افتد. چنانچه از این طریق عمر مفید ممبران از 3 به 5 سال افزایش پیدا کند هزینه تعویض ممبران حدود 40 % کاهش می یابد. ویژگی اصلی این آب شیرین کن ها انعطاف پذیری در عملکرد، مصرف انرژی مخصوص کمتر، هزینه احداث کمتر و کوپلینگ بهتر با نیروگاه هاي حرارتی جهت تولید همزمان توان و آب شیرین می باشد.
آب شور در ابتدای ورود به سیستم به دو قسمت تقسیم می شود. سهمی وارد RO و مابقی وارد MSF می شود. محصول به دست آمده از MSF دارای خلوص بیشتری است. این دو محصول طوری با هم ترکیب می شوند که آب شیرین نهایی دارای TDS کمتر از 500 باشد.( استاندارد سازمان جهانی سلامت W.H.O)
آب شیرین کن ترکیبی NF-MSF
یک روش مناسب دیگر برای پیش تصفیه آب دریا استفاده از نانو فیلترها (NF) است. مزایای این روش کاهش و خارج کردن سختی هاي یونی Mg2+،Ca2+ از آب تغذیه است که رسوب زدگی در سطوح انتقال حرارت آب شیرین کن را کاهش می دهد. این موضوع باعث می شود که ماکزیمم دمای آب شور در آب شیرین کن های حرارتی و به تبع آن نسبت عملکرد افزایش یابد.
آب دریا پس از تصفیه وارد NF می شود. در آنجا پس از دفع بسیاری از سختی ها یونی وارد آب شیرین کن حرارتی MSF می گردد.
نتایج نشان می دهد که با این روش می توان ماکزیمم دمای آب شور را به 130 درجه افزایش داد و زمان مورد نیاز جهت رسوب زدایی از سطوح انتقال حرارت آب شیرین کن به 1200 ساعت افزایش می یابد.
آب شیرین کن ترکیبی NF-RO-MSF
آب دریا پس از تصفیه وارد NF می شود. در آنجا پس از دفع بسیاری از سختی های یونی وارد آب شیرین کن مکانیکی RO می شود. آب شور غلیظ شده (پساب خروجی) از RO وارد آب شیرین کن حرارتی MSF می شود و در نهایت محصول خروجی از RO و MSF باهم ترکیب شده و آب شیرین با TDS مورد نظر حاصل می گردد.
معرفی چند معیار برای عملکرد آب شیرین کن
جهت پی بردن به مقدار آب شیرین تولیدی و پارامترهای انتخابی چند معیار معرفی می گردد و سپس عملکرد آب شیرین کن ها با یکدیگر توسط این معیارها مقایسه می شود.
1) نسبت عملکرد (PR)
نسبت آب شیرین کن تولیدشده به مقدار بخار مصرفی را نسبت عملکرد آب شیرین کن حرارتی می گویند.
PR=mw/mm
2) سطح انتقال حرارت مخصوص (SA)
سطح حرارتی مورد نیاز آب شیرین کن حرارتی برای تولید 1کیلوگرم آب شیرین را سطح انتقال حرارت مخصوص می گویند. α=A/mD
کل سطح حرارتی موردنیاز که از مجموع سطح موثر و سطح کندانسور حاصل می شود. =A
3) انرژی مصرفی مخصوص
مقدار انرژی مصرفی جهت تولید یک کیلوگرم آب شیرین را انرژی مصرفی مخصوص می نامند.
بر اساس اطلاعاتی که از آژانس انرژی اتمی در سال 2006 منتشر نمود میزان حرارت و برق مصرفی مخصوص برای سه آب شیرین کن
مقایسه برق مصرفی آب شیرین کن ها
مقایسه برق مصرفی آب شیرین کن ها
همانطور که مشاهده می شود آب شیرین کن مکانیکی RO دارای مصرف انرژی الکتریکی بیشتری به ازا تولید یک مقدار مشخص آب شیرین می باشد.
بر اساس آمار ارائه شده توسط اداره اطلاعات عمومی آب در سال 2009 میلادی مشاهده می گردد سهم تولید آب شیرین کن هاي MSF نسبت به MED بیشتر است.
سهم انواع آب شیرین کن ها در تولید آب شیرین جهان بر اساس آمار منتشر شده توسط اتحادیه بین المللی آب شیرین کنها در سال 2006 میلادی در نمودار اول نشان داده شده است
– حداقل عمر تجهیزاتی که تحت این استاندارد طراحی و ساخته می‌شوند (به جز اجزاء سایشی که در جدول 20 استاندارد آمده است.) 20 سال است و این تجهیزات باید بتوانند سه سال بدون توقف کار کنند. باید توجه کرد که تعمیرات معمولی و بازرسی های مشخص شده در دفترچه های نگهداری پمپ موجب عدم رعایت این نیازمندی استاندارد نمی باشد، بلکه هر گونه خرابی ناخواسته، عملکرد نامناسب که موجب شود تا پمپ نیاز به تعمیرات کلی (Overhual) پیدا کند موجب نقض این نیازمندی می گردد. بدیهی این نیازمندی مربوط به طراحی بوده و امکان دارد شرایطی مانند استفاده نامناسب از پمپ و یا شرایط سخت کاری موجب شود تا در عمل پمپ ها نتوانند این نیازمندی را رعایت کنند.
جدول شماره 20 استاندارد API610 11th Ed.
– باید بتوان ارتفاع آبدهی(Head) پمپ را با افزایش قطر چرخ و یا تغییر طراحی هیدرولیکی آن به مقدار 5 درصد افزایش داد.
– پمپها باید بتوانند تا حداکثر سرعت خود کار کنند، حداکثر سرعت شامل موارد ذیل می باشد:
سرعت معادل سرعت سنکرن موتور با توجه به فرکانس شبکه تغذیه. این سرعت از فرمول ذیل محاسبه می گردد:
Sync. Speed= 120 × frequency / Pole Number of El. Motor
105 درصد سرعت کاری برای پمپ های دور متغییر
– منحنی پمپ هایی که لزجت سیال آنها بیشتر از آب است می بایست بر اساس ISO/TR 17766 تصیصح شده و ضرایب تصحیح درمنحنی مشخص گردد.
– پمپهایی که دارای منحنی مشخصه پایدار هستند برای تمامی شرایط کاری ترجیح داده می‌شوند. ولی در حالتی که پمپ قرار است به صورت موازی با پمپ دیگر کار کند منحنی پایدار لازم می باشد. در حالت عملکرد پمپ ها نسبت هد حداکثر به هد کاری می بایست حداقل 10درصد باشد.
– پمپ ها می بایست دارای محدود ترجیحی کاری (Preferred operating region) معادل 70 تا 120 درصد نقطه بهترین راندمان(Best Efficiency Point) پروانه کاری بوده و دبی کاری پمپ باید در محدوده 80 تا 110 درصد بهترین نقطه کاری پمپ باشد.
– نیاز به خنک کاری توسط سازنده پمپ تشخیص داده شده و روش آن می بایست به تایید خریدار برسد. استفاده از فن خنک کننده می بایست انتخاب اول سیستم خنک کاری باشد. درصورتی که استفاده از فن برای خنک کاری جوابگو نباشد می بایست از Plan مشخص شده در Annex B استاندارد API610 11th Ed. استفاده شود.
– تمامی تجهیزات باید به گونه‌ای طراحی و ساخته شوند که امکان تعمیر سریع و اقتصادی فراهم شود. قطعات اصلی مانند اجزاء پوسته پمپ و محفظه یاتاقانها باید به گونه‌ای طراحی و ساخته شوند که امکان همراستایی دقیق و مطمئن هنگام بستن قطعات فراهم شود. سطوح تماس پوسته پمپ و مجموعه محفظه یاتاقان برای بدست آوردن توازی سطوح باید کاملاً ماشینکاری شوند. در صورتی که امکان ماشین کاری کامل سطوح نباشد. چهار ناحیه با حداقل طول قوسی 25mm روی هر سطح ماشینکاری می‌شود. این چهار ناحیه روی هر سطح به گونه‌ای ایجاد می‌شوند تا هنگام نصب هر ناحیه ناحیه‌ای متناظر و روبروی خود در سطح مقابل داشته باشد.
– به غیر از پمپهای Vertically Suspended پوسته پمپها باید طوری طراحی شود که بدون احتیاج به باز کردن اتصالات لوله کشی خط رانش و مکش بتوان اجزاء داخلی پمپ را جابجا کرد.
– پمپ های مشخص شده در جدول 3 استاندارد به دلیل موارد خاص طراحی فقط در صورتی می بایست استفاده گردند که مشتری تقاضا کرده و سازنده هم تجربه ثابت شده در خصوص ساخت این پمپ ها داشته باشد.
این مطلب ادامه دارد. ادامه آن به زودی در اختیار علاقه مندان قرار می گیرد.
واحد پیرولیز در حقیقت یک فرآیند شکست حرارتی کنترل شده که روی ترکیبات آلی در غیاب هوا تحت یک فشار کنترل شده و کاهیده انجام گرفته و موجبات تولید روغن پیرولیز ,دوده و گاز و خاکستر می گردد. چون فرآیند کاملا تخصصی است و مطابق نوع خوراک تجهیزات فرق می کند .البته به طور عموم شامل تجهیزات زیر می باشند:
کوره دوار با سرعت بسیار ملایم بدون نفوذ هوا به محتویات داخل کوره که مقاوم به موادهای خورنده و آتشخوار هستند که زود مستهلک نگردد.
اتاق و یا برج کاتالیست که شامل کاتالیستهای تخصصی بویژه زئولیت نوع ZSM5 و یا کلرید کلسیم و یا اکسید و یا کلرید آلومنیوم و…می باشد.
سرعت شکنهای قبل از ورود به مبدل وبهمراه سپراتورهای گاز – مایع که نقش اساسی در تنظیم سرعت در دماههای بالا دارند.
مبدل دوبل و مبدل تک مرحله ای و استخری برای کندانس کردن هیدروکربنهای گازی به مایع و جمع آوری در دسیلاتورها وسپراتورهای گاز-مایع
کولینگ تاورهای قوی درسه جای مختلف خط پیرولیز به خنک کردن سیالات می پردازد.
تجهیزات سرعت شکنها در سیستمهای سپراتورها
دسیلاتور و پمپ وکیوم برای ایجاد فشار منفی داخل سیستم وجلوگیری از تجمع گازها در داخل فرآیند و همچنین جمع آوری برشهای سبک گازی در مخزن وسپس انتقال به مسیر زیر کوره وسوزاندن آنها برای تامین انرژی موردنیاز
سیکلونهای جمع آوری دوده ها قبل از مکنده بزرگ برای جلوگیری از آلودگی زیست محیطی
دودکش وبرج شستشو با محلول قلیا برای جلوگیری از انتشار گازهای آلاینده در فضا
تجهیزات ایمنی وتخصصی بک فایرها
فرآیند پیرولیز یک روش بازیافت تخصصی است که در نتیجه این فرآیند محصولات نظیر روغن و یا سوخت پیرولیز و گاز سوختی و همچنین دوده پیرولیزی حاصل می گردد.
کلمه پیرولیزازلغت یونانی PYRبه معنی آتش و LYSIS به معنی شل شدن گرفته شده است.
در واقع پیرولیز به معنی گسستگی در آثر گرماست. درحالت کلی برای سوختن ۳شرط لازم است: اکسیژن, گرما و ماده سوختنی. با هذف اکسیژن از محیط این مثلث ناقص می شود و بنابراین سوختن رخ نمی دهد. دمای بالا در محیط بدون وجود اکسیژن باعث شکستن پیوندهای مواد هیدروکربنی, لاستیک و پلاستیک می گردد.
در نتیجه مواد شکسته شده تبخیر شده و از محیط کوره خارج می گردد. اما در انتهای فرآیند پیرولیز ماده ای بنام دوده می ماند که فرار نیست و حالت بخارشدنی ندارد و در ظرف احتراق یا کوره باقی می ماند.
در بعضی از فرآیندهای پیرولیز در محیط پیرولیز از گاز خنثی مثل نیتروژن استفاده می گردد. که مانع سوختنن هیدروکربن می گردد. از این نوع فرآیند برای پیرولیز لاستیکهای حاصل از فرآیند کوپلیمر اتیلن و پروپیلن استفاده می گردد که این گازخنثی مانع سوختن پلیمر می گردد. ضمنا گاز خنثی نیتروژن چون ارزان و در دسترس است استفاده می گردد.
بسته به نوع هیدروکربن و پلیمر و مخلوط پلیمرها و شرایط عملیاتی محصولات تولید حاصل از فرآیند پیرولیز مقدار متفاوتی خواهند داشت.
فرآیند پیرولیز در درجه نسبتا پائین شروع شده و در دماهای حدود ۴۰۰ تا ۸۰۰ درجه سانتیگراد به شدت انجام می شود.
امروزه این فرآین پیشرفت نسبتا خوبی داشته است. به ویژه تولید روغن از پیرولیز مواد ضایعاتی نفتی که بعنوان مواد سوختی مورد توجه قرار گرفته است. فرآیند پیرولیز هنوز هم در صنایع برای تولید زغال ازچوب, کک و گاز از زغال و گاز سوختی و قیر از بخش سنگین نفت بکار می رود.
در اثر پیرولیز مواد زائد با ترکیبات پیچیده فرآورده های روغنی ناشی می شوند که دارای دانسیته انرژی بالایی می باشند و هر واحد وزن آن دارای انرژی بالاتری نسبت به بقیه مواد زائد خام است.روغن یا نفت حاصل از فرآیند پیرولیز مزایایی دارد که از آن می توان در ماشینهای دیزلی و بنزینی استفاده کرد. اگر چه ممکن است خاصیت سوختی نفت و روغن حاصل از پیرولیز با مشخصات سوختهای ناشی از نفت خام منطبق نباشند, ولی با کمی تغییر می توان از آنها بعنوان جایگزین سوخت استفاده کرد. از زغال حاصل از فرآیند پیرولیز می توان همانند یک سوخت جامد استفاده نمود, همچنین زغال می تواند مانند کربن سیاه یا کربن فعال در درجه حرارت بالا باشد.
گازهای حاصل از فرآیند پیرولیز دارای ارزش حرارتی زیادی هستند و حتی می توانند انرژی مورد نیاز سیستم پیرولیز را تامین کنند. ترکیبات گازی پیرولیز ,تابعی از درجه حرارت فرآیند پیرولیز می باشند. بعنوان مثال در درجه حرارتهای پائین پیرولیز گاز دی اکسید کربن غالب است. در صورتیکه در درجه حرارتهای بالا در پیرولیز مونواکسید کربن غالب می باشد.
روشهای مختلف پیرولیز :
پیرولیز در خلا
پیرولیز گاز خنثی (اتمسفریک)
پیرولیز نمک مذاب
پیرولیز اتو-گرمایی در راکتور بستر سیالی با تامین اکسیژن محدود به طوری که گرمای مورد نیاز پیرولیز از احتراق بخشی از هیدروکربنها یا لاستیک و یا پلاستیکها تامین شود.
عملکرد دستگاه پیرولیز:
واحد پیرولیز در حقیقت یک فرآیند شکست حرارتی کنترل شده که روی ترکیبات آلی در غیاب هوا تحت یک فشار کنترل شده و کاهیده انجام گرفته وموجبات تولید روغن پیرولیز ,دوده وگاز وخاکستر می گردد. چون فرآیند کاملا تخصصی است ومطابق نوع خوراک تجهیزات فرق می کند .البته به طور عموم شامل تجهیزات زیر می باشند:
۱- کوره دوار با سرعت بسیار ملایم بدون نفوذ هوا به محتویات داخل کوره که مقاوم به موادهای خورنده وآتشخوار هستند که زود مستهلک نگردد.
۲- اتاق ویا برج کاتالیست که شامل کاتالیستهای تخصصی بویژه زئولیت نوع ZSM5 ویا کلرید کلسیم ویا اکسید ویا کلرید آلومنیوم و…می باشد.
۳- سرعت شکنهای قبل از ورود به مبدل وبهمراه سپراتورهای گاز – مایع که نقش اساسی در تنظیم سرعت در دماههای بالا دارند.
۴- مبدل دوبل ومبدل تک مرحله ای واستخری برای کندانس کردن هیدروکربنهای گازی به مایع وجمع آوری در دسیلاتورها وسپراتورهای گاز-مایع
۵- کولینگ تاورهای قوی درسه جای مختلف خط پیرولیز به خنک کردن سیالات می پردازد.
۶- تجهیزات سرعت شکنها در سیستمهای سپراتورها
۷- دسیلاتور وپمپ وکیوم برای ایجاد فشار منفی داخل سیستم وجلوگیری از تجمع گازها در داخل فرآیند وهمچنین جمع آوری برشهای سبک گازی در مخزن وسپس انتقال به مسیر زیر کوره وسوزاندن آنها برای تامین انرژی موردنیاز
۸- سیکلونهای جمع آوری دوده ها قبل از مکنده بزرگ برای جلوگیری از آلودگی زیست محیطی
۹- دودکش وبرج شستشو با محلول قلیا برای جلوگیری از انتشار گازهای آلاینده درفضا
۱۰- تجهیزات ایمنی وتخصصی بک فایرها
بازدید و تصفیه روغن ترانس و سیرکوله ترانس یکی از عوامل اصلی و مهم در طولانی تر کردن عمر مفید آن می باشد. در صورتیکه بازدیدهای دوره ای قدرت عایقی روغن را ضعیف نشان دهد، تصفیه روغن، لجن زدایی و رطوبت گیری از روغن ضروری خواهد بود. با توجه به اینکه طول عمر بسیاری از ترانسفورماتورهای موجود در نقاط مرکزی و حساس شهرها زیاد بوده و روغن آنها دیگر از مرغوبیت و عایقی لازم واستاندارد برخوردار نمی باشند، خطری پنهان و خزنده در ایجاد خاموشی های پیش بینی نشده و طولانی وجود دارد و در صورتی که به آن توجه لازم نشود شرکتهای توزیع درسال های آتی با مشکلات زیادی از بابت سوختن ترانسفورماتور های خود روبرو خواهند شد.شرکتهای توزیع برق و مشترکین خصوصی با توجه به تبعات اقتصادی یا اجتماعی ناشی از خاموشی های لازم برای این کار همواره نگرانی های جدی از تصفیه روغن ترانس دارند چه بسا طفره رفتن و به تعویق انداختن تصفیه روغن، برای گذشتن از پیک بار تابستانی یا اخذ مجوزهای لازم برای خاموشی و یا فرصت یافتن برای خواباندن خط تولید، منجر به بروز حوادث پیش بینی نشده و بسیار پر هزینه ای بشود. این مقاله راهکاری نو را در انجام عمل تصفیه روغن ترانسفورماتور در محل نصب، بدون خاموشی و قطع نیروی برق و در شرایط باردار بودن کامل آن مطرح می نماید. این روش برتری های چشمگیری از جمله رطوبت گیری هسته و سیم پیچی های ترانسفورماتور در حین انجام تصفیه روغن، لجن زدایی از سطح داخلی مخزن، بوبین ها و هسته ترانسفورماتور، عدم نیاز به خاموشی و بی برق نمودن ترانس در حین انجام تصفیه و … را دارا می باشد.بخش عمده ای از تأسیسات فعلی شرکت های توزیع برق دارای عمر و قدمت قابل توجهی هستند. هر چند دستور العمل های لازم برای بازرسی، سرویس و نگهداری دوره ای این تأسیسات وجود دارد، ولی همواره مشکلات اجرایی، هزینه های نسبتاً بالای تعمیرات و مهمتر از همه مسئله محدودیت در اعمال خاموشی، در انجام صحیح این دستور العمل ها اخلال ایجاد می کند. در بین این تجهیزات، ترانسفورماتور بی شک حاد ترین وضعیت را دارد. ترانسفورماتورها با محدودیت های بیشتری از حیث خاموشی و تعمیر در محل مواجهند. به نحویکه گاهی علیرغم همه هزینه ها شرکت های توزیع ’’ تعویض ‘‘ آنها را بر تعمیرشان ترجیح می دهند.معمولترین بخش از بازرسی های ترانس، بازبینی کیفیت و قدرت عایقی روغن آن است. حیات ترانسفورماتور به شدت به کیفیت روغن آن وابسته است. یک روغن کثیف و ضعیف به سرعت ترانس را به آستانه سوختن هدایت می کند.در یک بررسی آماری مشخص شده است که در نزدیک به ٦٥ % موارد معیوب شدن ترانس ریشه در ضعف روغن آن داشته است.
بطور کلی دلایل اصلی بکار بردن روغنها در ترانسفورماتورها را می توان بصورت زیر خلاصه نمود:
١ – عایق کاری الکتریکی
٢ – کنترل درجه حرارت داخل ترانس و انتقال حرارت
٣ – جلوگیری از خوردگی مواد عایق و قسمتهای فلزی ترانسفورماتور
٤ – طول عمر زیادتر و تضمین پایداری شیمیایی برای ترانسفورماتور
٥ – آب بندی و جمع آوری و حمل مواد ناخالص ناشی از کاربرد به خارج از محیط سیستم
٦ – خاموش کردن جرقه الکتریکی
وظیفه یک روغن خوب به عنوان یک سیال عایق و یک ماده انتقال دهنده حرارت که به نحو احسن انجام وظیفه می کندعبارت است از :
١ – استقامت دی الکتریک ( یا ولتاژ شکست ) بالا
٢ – قابلیت انتقال حرارت خوب
٣ – ویسکوزیته کم
٤ – نقطه ریزش یا سیلان پائین
٥ – نقطه اشتغال بالا
٦ – تمایل به اکسیداسیون و تشکیل لجن کم کم
٧ – ضریب تلفات عایق پائین
٨ – میزان تغییرات خواص در درجه حرارت بالا کم
٩ – مقاومت مخصوص زیاد
عواملی که باعث فساد و خراب شدن روغن ترانس و در نتیجه عدول از خصوصیات استاندارد آن می شود عبارتند از:
١ – نفوذ رطوبت و آب
٢ – درجه حرارت بالا
٣ – اکسیداسیون و اسیدی شدن روغن
٤ – وارد شدن ذرات معلق و ناخالصی در روغن
معمول است که شرکت های توزیع در دوره های شش ماهه با نمونه گیری و تست روغن، در صورت لزوم اقدام به تصفیه روغن می نمایند. در برخی از شرکت های توزیع که دارای دستگاه سیار تصفیه روغن هستند پس از اعمال خاموشی روغن ترانس در محل نصب، تصفیه می شود.
برخی شرکت های دیگر که این امکانات را ندارند اقدام به تعویض ترانس و انتقال آن به محل تعمیرگاه و جایگزینی ترانس جدید می نمایند و یا کل روغن را در محل تعویض می کنند. همة این روشهای سنتی دارای عیوبی هستند. حتی در بهترین حالت که روغن در محل پست تصفیه می شود لزوم ایجاد خاموشی طولانی نقصی اساسی خواهد بود. این روش های تصفیه عیوب دیگری نیز دارند که در ادامه به آنها اشاره خواهد شد.
چنانچه امکان تصفیه در محل نبوده و روغن کلا عوض شود مشکلاتی به شرح زیر وجود خواهد داشت :
١ – لجن زدایی ترانس
لجن زدایی ترانس عملا در داخل ترانس انجام نمی شود. در ترانسفورماتورها درجه آلودگی ناشی از اکسیداسیون باعث ایجاد رسوب و لجن می شود. تشکیل رسوب بعلت کاهش هدایت حرارتی و پائین آوردن استقامت دی الکتریک روغن بسیار زیان بخش می باشد. بطوریکه یک ورق نازک رسوب، گرادیان درجه حرارت مس به روغن را افزایش داده و در شرایط بارداری مشخص، درجه حرارت سیم پیچ بیش از حالت عادی (بدون رسوب ) می گردد.
٢ – رطوبت گیری ترانس
هنگام تخلیه کامل روغن از داخل ترانس، رطوبت همچنان در بین هسته و سیم پیچها بجا می ماند و جدا نمی شود. هنگامی که روغن جدید به داخل ترانس پمپ می شود. رطوبت و گازهای باقی مانده از روغن قبلی با روغن جدید مخلوط شده و خواص روغن جدید را بسیار پائین می آورد و حتی هنگامی که با اتصال کوتاه کردن سیم پیچ های ثانویه اقدام به رطوبت زدایی می نماییم، به دلیل حرارت ایجاد شده در سیم پیچ ها رطوبت از آنها تبخیر شده ولی قسمتی از رطوبت جدا شده دوباره در خود روغن حل می شود و ترانس رطوبت گیری کامل نمی شود .
٣ – خاموشی نسبتاً طولانی ترانس
باید توجه داشت که تعویض روغن ترانس های هوایی ممکن است خیلی مشکل نباشد ولی همین کار در مورد یک ١٢٥٠ که دارای ١١٠٠ لیتر روغن است، آن هم در حال نصب در پست، کاری بسیار مشکل خواهد بود. kVA ترانس تعویض ترانس به دلیل نامناسب بودن روغن آن، احتمالاً آخرین و غیر اقتصادی ترین کاری است که میتوان انجام داد ولی برخی از شرکتهای توزیع که فاقد امکانات لازم هستند. به ناچار و قبل از اینکه در یک نیمه شب ترانس سوختگی غافلگیرشان کند، خاموشی لازم را اعمال کرده و ترانس را تعویض می نمایند!
٤ – اختلاط انواع روغن ترانس
در روش سنتی معمول که روغن های مختلف در مخزن واحدی جمع آوری شده و سپس تصفیه می شوند. اینکار بدلیل اینکه روغن های مختلف با ترکیبات متفاوت و خواص گوناگون با یکدیگر ترکیب می گردند، باعث می شود مخلوط حاصله پس از تصفیه، دیگر کیفیت قبلی را نداشته و بسرعت پیر و فرسوده و غیرقابل استفاده شود. در صورتیکه با استفاده از مکانیسم پیشنهادی توسط این دستگاه، روغن ترانس بدون ترکیب شدن با روغن های دیگر به تنهایی تصفیه شده و خواص خود را پس از تصفیه شدن کاملاً حفظ می کند.
شرح روش پیشنهادی :
دستگاهی که در این قسمت شرح خواهیم داد امکان تصفیه روغن را در حالت بارداری کامل ترانس و بدون هیچگونه خاموشی دارا بوده و مزایای متعددی می توان برای آن بر شمرد.
مزایای این مکانیسم که در عمل مشاهده شده است را بشرح زیر می توان فهرست نمود:
١ – حفاظت ترانسفورماتور در حین انجام عملیات تصفیه روغن
الف) جلوگیری از تخلیه روغن ترانس بیش از حد نرمال
ب) جلوگیری از ورود حباب های هوا ، همراه با روغن به داخل ترانس بواسطة استفاده از دو مخزن خلاء
ج) لجن زدایی به طریق آرام و جلوگیری از شناور شدن یک مرتبه لجن و رسوبات در روغن
٢ – لجن زدایی کامل ترانس
با گرم کردن تدریجی روغن و افزایش زمان تصفیه روغن ترانس ( که بدلیل عدم اعمال خاموشی نگرانی از آن نیست ) و با ایجاد حالتی مشابه با گردش طبیعی روغن که در بارداری عادی ترانس، در مجاورت سیم پیچ های تحت تنش الکتریکی و حرارتی قرار گرفته و مدام در حالت گردش از مرکز به جداره های داخلی ترانس حرکت میکند، برای لجن زدایی کامل استفاده می نمائیم.
لجن های رسوب کرده در بدنه، روی هسته خصوصاً در فضای بین کلاف های فشار ضعیف و فشار متوسط هنگامی که ویسکوزیته روغن با اعمال تدریجی حرارت به پائین ترین سطح ممکن رسیده و قابلیت نفوذ پذیری آن در قسمت های مختلف ترانس بالا برده شود، از جای خود کنده می شوند. پس با گرم کردن تدریجی روغن ترانس توسط هیتر های دستگاه، با فشار کمکی می توان لجن ها را به تدریج بهمراه روغن، از ترانس خارج و توسط فیلتر های دستگاه از روغن جدا کرد. میزان لجن های جدا شده از روغن، به این روش قابل ملاحظه می باشد و روغن پس از پایان عملیات تصفیه، کاملاً شفاف و فاقد هرگونه رسوب و لجن خواهد شد . ضمن آنکه انجام کار بصورت تدریجی مشکلات ناشی از کنده شدن ناگهانی لجنها از بدنه را نیز نخواهد داشت .
٣ – رطوبت گیری و جداسازی گازهای محلول
تصفیه روغن ترانس (سیرکوله ترانس) به این روش به هیچ عنوان نیاز به خشک کردن از طریق اتصال کوتاه سیم پیچ ها و تزریق جریان ندارد و بدین صورت انجام می پذیرد که دستگاه، روغن را پس از مکش از ترانس به آرامی گرم کرده و دوباره به داخل ترانس پمپ می کند. با افزایش تدریجی حرارت و طولانی کردن مدت انجام آن ویسکوزیته روغن به پائین ترین حد ممکن می رسد به گونه ای که قابلیت نفوذ پذیری آن در قسمت های مختلف سیم پیچ ها و هسته ترانس در حد لازم بالا می رود. روغن پس از طی هر بار گردش های کامل و متعدد در داخل ترانس و با نفوذ کامل در بخش های مختلف داخل ترانس رطوبت موجود را جذب کرده و سپس توسط سیستم پاشش و دو مخزن خلاء دستگاه که در یکی از آنها، روغن را بصورت پاششی و قطره ای بوده و در دیگری در حال سکون و آرامش قرار می گیرد، گازهای محلول و رطوبت تبخیر شده را بطور کامل از روغن جدا می کند.
٤ – حجم داخلی بسیار کم دستگاه
حجم روغنی که در قسمت های مختلف این دستگاه بگردش در می آید بسیار کم است. به نحوی که بدون کاهش یافتن سطح روغن ترانس از حد مجاز، می تواند به کار عادی خود ادامه دهد و ترانس با کمبود سطح روغن مواجه نمی شود. این امر تضمینی برای جلوگیری نمودن از سوختن ترانس در حین انجام تصفیه می باشد .
٥ – استفاده از دو مکانیسم فیلتر
فیلتر ورودی دستگاه از ورقه های سلولزی مخصوص و فیلتر خروجی دستگاه از فیلتر های کائوچویی فشرده اسفنجی استفاده می کند که توانایی جداسازی ذرات بسیار ریز معلق در روغن را دارا می باشد.
٦ – مزایای اقتصادی
با توجه به کار دستگاه بصورت خط گرم بارزترین مزیت اقتصادی آن، کاهش انرژی های توزیع نشده است. فرض ١٢٥٠ را با روش سنتی تصفیه کنیم و روغن ترانس کمی کثیف باشد این کار با احتسابkVAکنیم بخواهیم روغن یک ترانس مقدمات و باز و بست لوله ها حدود ٨ ساعت وقت می گیرد. اگر فرض کنیم این ترانس بطور میانگین در ٦٠ % بار نامی کار می کرده است، بهای انرژی توزیع نشدة آن عبارت خواهد بود از :
و بهای هر کیلو وات ساعت انرژی را بطور متوسط ١٦٠ ریال فرض کرده، برای سهولت ضریب قدرت را ثابت و برابر ٩ ترانس را برابر بگیریم، هزینه انرژی توزیع نشده بر جمع هزینه های offline و online ایم. حال اگر هزینه تصفیه روغن ا ضافه می گردد. ضمن آنکه خاموشی های فوق نارضایتی مشترکین و در کارخانه های تولیدی از offline تصفیه شده بصورت مدار خارج شدن خط تولید را در بر دارد. برابر می باشد.
٧ – تبعات خاموشی برای مشترکین
تأمین انرژی مطمئن و ارزان و بدون قطعی همواره یکی از خواسته های مشترکین شرکت های توزیع می باشد. در این راستا یکی از عوامل اصلی در عدم رضایت مشترکین خاموشی های مکرر و طولانی مدت است که پیامدهای اقتصادی و اجتماعی زیادی را در بر دارد. با استفاده نمودن از روش مذکور هم از خاموشی های طولانی مدت جلوگیری بعمل می آید و هم پیشگیری مطمئن برای جلوگیری از خاموشی های بعدی ناشی از سوختن ترانس را به دنبال دارد. ٦٣٠ برابر ٥ ساعت و برای یک ترانس kVA زمان میانگین کارکرد دستگاه تصفیه پس از اتصال برای یک ترانسفورماتور برابر ١٠ ساعت می باشد که بدلیل عدم اعمال خاموشی، نگرانی از بابت آن نیست. سیستم ارت حفاظتی kVA دستگاه نیز بصورت رینگ به سیستم ارت پست متصل می شود.
ابعاد دستگاه با عرض ١٤٠ ( با احتساب گلگیرهای جانبی برابر با ١٨٥ )، طول دستگاه ٢١٠ و ارتفاع آن برابر با ٢١٠ سانتیمتر می باشد. حمل و نقل دستگاه نیز توسط یک دستگاه وانت یدک کش به آسانی انجام پذیر می باشد و با وزن ٩٥٠ قابلیت جابجایی و بهره برداری توسط دو نفر پرسنل را دارد .
مطابق استاندارد IEC60422 (ویرایش سال ۲۰۱۳) تصفیه فیزیکی یا شیمیائی روغن در هنگام راه اندازی و در زمان بهره برداری ترانسفورماتور تنها زمانی لازم است که نتایج آزمونهای کنترل کیفی روغن مطابق جداول ذیل باشد. در صورت انجام عملیات تصفیه زودتر از موارد ذکر شده در این جداول، علاوه بر تحمیل هزینه غیر ضروری، سیستم عایقی ترانسفورماتور (شامل عایق کاغذی و روغن) نیز دچار تنشهای حرارتی و مکانیکی شده که خود سبب کاهش عمر روغن و ترانسفورماتور می شود. در صورت عدم امکان انجام تصفیه شیمیائی در سایت می توان روغن ترانسفورماتور را تعویض نمود. هرچند این گزینه هزینه بیشتری نسبت به تصفیه شیمیائی دارد.
شرایط تصفیه فیزیکی و شیمیائی روغن هنگام راه اندازی ترانسفورماتورهای توزیع
نوع تصفیه
ولتاژ شکست(KV)
آب محلول در روغن(ppm)
اسیدیته(mg KOH/g oil)
ضریب تلفات عایقی(تانژانت دلتا)
کشش سطحی(mN/m)
فیزیکی
کمتر از ۵۵
بیشتراز ۲۰
–
–
–
شیمیائی
–
–
بیشتر از ۰/۰۳
بیشتر از ۰/۰۱۵
کمتر از ۳۵
شرایط تصفیه فیزیکی و شیمیائی روغن هنگام راه اندازی ترانسفورماتورهای قدرت
شرایط تصفیه فیزیکی و شیمیائی روغن ترانسفورماتورهای قدرت در حال بهره برداری
نوع تصفیه
ولتاژ شکست(KV)
آب محلول در روغن(ppm)
اسیدیته(mg KOH/g oil)
ضریب تلفات عایقی(تانژانت دلتا)
کشش سطحی(mN/m)
فیزیکی
کمتر از ۵۰
بیشتراز ۲۰
–
–
–
شیمیائی
–
–
بیشتر از ۰/۱۵
بیشتر از ۰/۲
کمتر از ۲۰
تصفیه روغن ترانسفورماتور
پس از آنکه روغن مورد بهره برداری قرار می گیرد ، بر حسب نوع روغن و شرایط سرویس ، تغییراتی در آن مشاهده می شود که موجب تقلیل کیفیت و کاهش عمر مفید آن می شود . این تغییرات به سبب ورود ناخالصی ها و آلودگی به روغن و یا تغییرات شیمیایی ناشی از اکسیداسیون می باشد . در اثر اکسیداسیون روغن ، ویسکوزیتۀ آن افزایش یافته ، اسیدیتۀ آن بالا رفته ، رنگ روغن کدر و تیره می شود . اگر نتایج آزمایش های روغن نیاز به تصفیۀ روغن را اثبات نماید ، باید به منظور جداسازی ناخالصی ها و احیای خواصّ اصلی مورد نیاز روغن ، در مورد تصفیۀ آن اقدام نمود . روش های مختلفی برای تصفیۀ روغن وجود دارد . این روش ها به دو دستۀ عمدۀ تصفیۀ فیزیکی و تصفیۀ شیمیایی تقسیم بندی می شوند . در روش های تصفیۀ فیزیکی با روش های فیزیکی نظیر عبور روغن از صافی ها یا گرم کردن روغن و غیره ، ناخالصی های روغن را از آن جدا می کنند . در روش های تصفیۀ شیمیایی با افزودن مواد شیمیایی و ترکیب شیمیایی آن ها با روغن ، خواص از دست رفته روغن مجدداً احیا می شود. ● روش های تصفیه فیزیکی در این قسمت به چهار روش تصفیۀ فیزیکی روغن اشاره می شود :
▪ تصفیه از آب :
ساده ترین روش جداسازی آب از روغن این است که روغن را در ظرف بزرگی می ریزند و در ته ظرف ، دریچه ای تعبیه می کنند . پس از مدتی که روغن در ظرف بماند ، چون آب سنگین تر از روغن است ، در ته ظرف جمع می شود و می توان با باز کردن دریچه ، آب را تخلیه نمود . این روش نیاز به وقت زیادی دارد و دقت آن نیز کم است ؛ زیرا اگر دریچه زود بسته شود آب همچنان در روغن باقی خواهد ماند و اگر دریچه کمی دیر بسته شود ، مقداری از روغن به هدر می رود .
روش دیگر برای این کار ، حرارت دادن روغن است ؛ زیرا درجه حرارت تبخیر آب پایین تر از روغن است و در صورت حرارت دادن روغن ، آب به صورت بخار از روغن خارج می شود . حرارت دادن معمولاً در یک ظرف بسته و در خلاء انجام می گیرد تا سرعت عمل آن بیشتر شود . از پمپ های خلاء نیز برای گرفتن رطوبت روغن استفاده می شود .
▪ روش گریز از مرکز برای جداسازی ناخالصی های جامد :
در این روش ، روغن را در ظرف دوّار بزرگی می ریزند و پس از حرارت دادن تا حدّ دمای ۱۵ الی ۴۵ درجۀ سانتیگراد ، آن را به گردش در می آورند . جرم ناخالصی های جامد داخل روغنمعمولاً از جرم روغن بیشتر است ؛ از این رو ، در عمل گردش روغن ، ناخالصی های جامد در اطراف جدارۀ خارجی ظرف قرار گرفته و ته نشین می شوند و روغن خالص در وسط ظرف می ماند . این روش از نظر سرعت عمل و نحوۀ تصفیه مناسب است .
▪ استفاده از فیلترهای کاغذی :
با عبور روغن از فیلترهای کاغذی ، ذرّات جامد غوطه ور در روغن نمی توانند از این فیلترها عبور کنند . همچنین مقداری از آب موجود در روغن نیز ، توسط این فیلترها جذب می شود . هرچه منافذ این فیلترها ریزتر باشد ، کیفیت تصفیه بهتر است . برای سرعت عمل در این روش ، معمولاً روغن را با فشار وارد فیلترها می کنند .
▪ گاز زدایی برای جدا کردن گازهای محلول در روغن :
با استفاده از تکنیک خلاء ، عمل گاز زدایی روغن و جدا کردن گازهای حل شده در روغن انجام می گیرد . با پودر کردن روغن و پاشیدن آن به داخل محفظۀ خلاء ، علاوه بر گرفتن تمام آب غیر محلول در روغن ، مقدار آب محلول در آن نیز به حدّ ppm ۱۰ کاهش می یابد . همچنین با این عمل ، گازهای حل شده در روغن نیز به ۲۵ ۰ درصد حجم ، تقلیل می یابد .
● روش های تصفیه شیمیایی
زمانی که با افزایش میزان اکسیداسیون در روغن ، شرایط تشکیل لجن در آن فراهم گردد ، عمل تصفیۀ فیزیکی به تنهایی قادر به جبران و احیای فساد روغن نبوده و از این رو ، تصفیۀ شیمیایی روغن انجام می گیرد . در تصفیۀ شیمیایی ، از فیلترهای فعّال (اکتیو) استفاده شده و با استفاده از عملیات مختلف ، نظیر تصفیه با حلّال ها و تصفیه با اسید سولفوریک ، پالایش انجام می گیرد . تصفیۀ شیمیایی معمولاً با هزینۀ زیادی انجام می شود ؛ از این رو ، فقط برای مصرف کننده های بزرگ ، کارخانه های ترانسفورماتور سازی و مراکز بزرگ تعمیرترانسفورماتورها مقرون به صرفه می باشد.
عبور روغن از خاک رنگبر (Fullers Earth) ، یکی از مرسوم ترین روش ها در تصفیۀ شیمیایی است . در این روش ، خاک رنگبر در یک منبع قرار می گیرد و روغن گرم توسط پمپ ، با فشار زیاد از این خاک عبور داده می شود . با انجام این عمل ، عدد اسیدی روغن کاهش یافته و به حد مجاز خود می رسد . به علاوه دیگر خواص روغن ، از قبیل ضریب تلفات عایقی و مقاومت مخصوص آن نیز بهبود می یابد . مقدار خاک رنگبر مورد نیاز ، به میزان کهنگی روغن بستگی دارد و معمولاً بین یک تا هفت درصد وزن روغن می باشد . اضافه کردن مواد ضد اکسیداسیون در هنگام تصفیه فیزیکی در موقع گردش روغن نیز ، یکی دیگر از روش های تصفیۀ شیمیایی است .
