آب مین زدایی شده آبی است که غلظت الکترولیت توسط فرآیندهای فنی به طور قابل توجهی کاهش یافته است. با این حال، تعریف دقیق آب دمین بسته به زمینه و کاربرد متفاوت است. معمولاً چنین تعاریفی شامل مقادیر حدی برای رسانایی الكتریكی به عنوان یك شاخص غیر اختصاصی برای غلظت الكترولیت است. آب ورودی به دیگ بایست عاری از مواد جامد محلول باشد. این نوع آب به آب معدنی نشده معروف است. زیرا مواد جامد محلول مانند املاح سخت و سایر نمک های معدنی منجر به جرم گیری و رسوب در دیگ بخار می شود.

سیستم تصفیه آب مین زدایی در دیگ های بخار برای حذف کل مواد جامد محلول از آب شامل موارد زیر است:
الف) سیستم تبادل یونی که از مبدل های کاتیونی، مبدل آنیون، دگسیفایر، مبدل تخت اختلاطی استفاده می کند
ب) اسمز معکوس و به دنبال آن مبدل تخت مخلوطی
ج) اسمز معکوس و به دنبال الکترو دیونیزاسیون
کیفیت آب دمین شده برای خوراک دیگ بخار بسته به نوع دیگهای بخار باید در محدوده 0.1 تا 0.5 یو اس بر سانتی متر باشد. منبع تغذیه آب برای تولید آب دمین شامل آب دریا، آب رودخانه، آب دریاچه، آب چاه، آب سرویس، آب صنعتی و غیره است.
انواع مختلفی از پیش تصفیه بر آب خوراک در دیگ بخار اعمال می شود. انواع فرایندهای پیش تصفیه شامل موارد زیر است:
• شفاف سازی و رسوب گذاری مانند صاف کننده و بارش شیمیایی
• فیلتراسیون مانند فیلتراسیون شن و ماسه ، فیلتراسیون چند لایه ، فوق تصفیه
شرکتهایی مانند هیتاچی Aqua-Tech در زمینه طراحی، ساخت و راه اندازی یک سیستم تصفیه کامل برای تولید آب دمین تخصص ویژه دارد.

ویژگی های آب دمین برای استفاده در دیگ های بخار

آب معدنی به ویژه برای خوراک دیگ بخار مورد نیاز است. در مواردی که کل مواد جامد محلول (TDS) آب خام بسیار زیاد باشد، از آب دمین (DM) برای آب ورودی برج خنک کننده نیز استفاده می شود. از آب DM به عنوان آب سازنده برج خنک کننده مستقیم واحد اوره (CT) استفاده می شود. دلیل این امر این است که مقدار کمی از آب در گردش در طی فرآیند بازیافت می شود.

شناخت روش های مختلف تصفیه آب دمین برای دیگ های بخار

واحد DM متشکل از واحدهای کاتیونی و تبادل آنیونی و به دنبال آن یک واحد بستر مخلوط است. معمولاً واحدهای تبادل کاتیونی توسط اسید سولفوریک احیا می شوند. واحدهای تبادل آنیونی توسط هیدروکسید سدیم احیا می شوند. در برخی از سیستم ها که مبدلهای آنیون پایه ضعیف نیز نصب شده است، بازسازی توسط هیدروکسید آمونیوم انجام می شود. به طور کلی، بازسازی واحد بستر مخلوط با استفاده از اسید سولفوریک و هیدروکسید سدیم انجام می شود.
در یک تحقیق مقایسه حضور و عدم وجود یک سیستم نرم کننده و سختی گیر به عنوان پیش تصفیه آب که توسط غشاهای اسمز معکوس به فرآیند جداسازی تغذیه می شود، انجام شد. پارامترهای زیر در اسمز معکوس مورد بررسی قرار گرفت: pH آب خوراک. میزان نفوذ ؛ فشار آب تغذیه در غشا در مرحله اول و دوم ؛ و فشار رد، چه در غیاب و چه در حضور سیستم نرم کننده. نتایج نشان داد که گنجاندن یک سیستم نرم کننده به عنوان پیش تصفیه برای تغذیه فرآیند اسمز معکوس از رسوب زودرس سیلیس جلوگیری کرده و در نتیجه عمر مفید غشاها را افزایش می دهد.
نتایج این پژوهش نشان داد آبی که برای روش اسمز معکوس جمع آوری شد حاوی غلظتهای زیادی از سختی و سیلیس بود و با توجه به تغییر چاه تنوع ایجاد شد. غشا در حضور سیستم نرم کننده غلظت سیلیس را از 97٪ به 98٪ کاهش داده و به مقدار متوسط نفوذ 02/0 ± 67/0 میلی گرم در لیتر می رسد. سختی با نصب نرم کننده از بین رفت، در نتیجه به کاهش سیلیس در پساب کمک می کند و موجب ارسال آب خالص و با کیفیت بالاتر به سیستم تولید بخار فشار بالا است. مقادیر SDI زیر 3 باقی ماند، که مقدار لازم برای عملکرد خوب غشا بود، در حالی که بعد از نصب سیستم نرم کننده مقدار کدورت دو برابر شد. با این حال، زیر NTU یک باقی مانده است که حداکثر مقدار آب آشامیدنی قابل قبول است. با ارزیابی تأثیر PH بر غلظت نمک ها، مشاهده شد که سختی، رسانایی و TDS در میزان تغذیه تفاوت معنی داری ندارد، که از سیلیس متفاوت است، که در صورت وجود سختی، کمترین میزان را دارد.

در مطالعه دیگری فرآیند اسمز معکوس برای بازیابی آب در صنعت تولید روغن نخل استفاده شد و از آن به عنوان آب دمین دیگهای بخار استفاده شد. این سیستم در کاهش نیاز به اکسیژن شیمیایی، سختی و TDS موثر بود. این سیستم و به دنبال آن تبادل یونی، می تواند برای به دست آوردن آب بدون مواد معدنی استفاده شود. فرآیند اسمز معکوس و مبادله یونی برای بدست آوردن آب دمین برای دیگهای بخار مقایسه شد و این کار منجر به کاهش در هزینه های عملیاتی و اتوماسیون در فرآیند تصفیه آب شد. این ماده حاوی 124 میلی گرم در لیتر سختی و 5 میلی گرم در لیتر سیلیس بود. در آب جمع آوری شده برای بررسی عوامل هیدرودینامیکی، 140 میلی گرم در لیتر سختی و 8 میلی گرم در لیتر سیلیس به دست آمد. نتیجه فرآیند ثانویه صنعت فولاد تحت درمان قرار گرفت و حاوی مقادیر 271 میلی گرم در لیتر سختی و 664 میلی گرم در لیتر سیلیس بود.
محدودیت جدی غشا پلی آمید اسمز تجاری حساسیت آنها در برابر حمله کلر است. مطالعه تخریب هیپوکلریت سدیم در غشاهای اسمز معکوس ساخته شده از پلی آمید، نشان داد که کلرزنی پیوندهای هیدروژن را در لایه های پلی آمید از بین می برد، و باعث کاهش قابل توجهی در جریان غشایی می شود، به ویژه در مقادیر pH اسید. هزینه بالای غشاهای مورد استفاده در اسمز معکوس، باید حفظ شوند. سیلیس بزرگترین علت رسوب زدایی در آب شیرین کن است و حذف آن دشوار است. بعلاوه ، فرآیند تمیز کردن غشاهای آلوده به بارش سیلیس خطر آسیب رساندن به آن را دارد .
حلالیت سیلیس به شدت تحت تأثیر دما ، PH و وجود نمک ها میباشد. جلوگیری از رسوب کربنات کلسیم در واحدهای کوچک اسمز معکوس را می توان با بازیابی کم نفوذ را کنترل کرد تا غلظت بی کربنات در جریان کنسانتره کاهش یابد. در سیستم های بزرگتر، جایی که از جریانهای بالاتر نفوذ استفاده می شود، باید اقدامات اضافی با افزودن اسید به جریان خوراک (که امکان تبدیل بیکربنات به اسید کربنیک و افزایش حلالیت کربنات کلسیم به دلیل pH پایین را فراهم می کند) انجام شود. علاوه بر این، یک مهار کننده رسوب یا با حذف سختی قبلی، با نصب یک سیستم نرم کننده انجام می پذیرد. استفاده از پیش تصفیه آب در روش اسمز معکوس رسوب گذاری در غشاها را به حداقل می رساند، بنابراین تولید یک جریان پرمیت روان و زلال، با نمک کم و طول عمر بیشتر برای غشا از مزیت های اعمال پیش تصفیه خواهد بود. علاوه بر این، آب باید با معیار SDI (شاخص تراکم سیلت) متناسب باشد تا از گرفتگی جلوگیری کند.

آب خوراک برای دیگ بخار قلب تپنده یک نیروگاه حرارتی است و در این کاربرد به آب با خلوص بالا برای محافظت از تاسیسات در برابر خوردگی و رسوب نیاز است. مناسب بودن روش RO برای چنین کاربردهایی به امکان تأمین نیازهای زیر بستگی دارد:
• شار نفوذ زیاد در فشار متوسط غشای ترانس (TMP).
• قابلیت نگهداری خوب مقاومت مکانیکی غشا و پایداری شیمیایی و حرارتی ؛
• مقاوم در برابر عوامل تمیز کننده و ضد عفونی کننده
• مقاوم در برابر عملکرد میکروبی
• محافظت در برابر رسوب زیاد
• انطباق با الزامات ایمنی
• عمر طولانی و هزینه مقرون به صرفه

RO روندی است که بالاترین کیفیت آب را تضمین می کند، باعث کاهش سطوح بالای نمک های محلول و مواد جامد معلق می شود ، اما RO هنگام استفاده از این روش برای حذف ترکیبات آلی با محدودیت های خاصی روبرو خواهید شد. در تحقیقات گذشته، جنبه های مختلف فنی استفاده از اسمز معکوس برای مین زدایی آب خوراک دیگ بخار برای نیروگاه حرارتی مورد مطالعه و بهینه سازی قرار گرفت ، در این کار ، مطالعه بر روی مین زدایی آب خوراک دیگ بخار انجام شد که در نیروگاه های حرارتی توسط اسمز معکوس بسیار کاربرد دارد. اشکال عمده آب مین زدایی شده ایستگاه رسوب زدایی غشاهای اسمز معکوس است که محدودیت های اقتصادی و زیست محیطی بسیار مهمی ایجاد می کند. استفاده از رویکردهای مختلف چند متغیره (تجزیه خوشه ای (CA)، تجزیه و تحلیل مولفه های اصلی، تخصیص منبع با رگرسیون چندگانه روی مولفه های اصلی برای تفسیر این ماتریس های داده پیچیده درک بهتری از کیفیت آب و وضعیت اکولوژیکی سیستم ها ارائه می دهد و ارزشمندی را ارائه می دهد ابزاری برای مدیریت قابل اعتماد منابع آب و همچنین راه حل های سریع در مورد مشکلات آلودگی میباشد.

فرایندهای تبادل یونی برای تهیه آب دمین

فرآیندهای تبادل یونی برای تصفیه آب در مقیاس فنی برای اولین بار در دهه 1930 تا 1940 توسعه یافت و از دهه 1950 به طور گسترده مورد استفاده قرار گرفت. فرایندهای جریان متقابل برای بازسازی در اوایل دهه 1970 معرفی شده اند و در دهه 1990 با تولید رزین های تبادل یونی تک کره بیشتر بهینه شدند.
در فرآیند سختی زدایی با استفاده از تبادل یونی، کاتیونهای محلول در آب با یونهای هیدروژن مبادله می شوند، در حالی که آنیونهای محلول با یونهای هیدروکسید مبادله می شوند. هر دو با هم با آب واکنش نشان می دهند. مبدل های یونی با اسیدها و مواد سوزاننده احیا می شوند. بر این اساس، کارخانه های تبادل یونی به تجهیزات ذخیره و استفاده از مواد شیمیایی و همچنین تجهیزات برای خنثی سازی پساب نیاز دارد. به این ترتیب با یک طراحی مدون هم مصرف شیمیایی و هم تخلیه پساب با غلظت کل مواد جامد محلول (TDS) آب خام متناسب خواهد شد.
اولین مرحله از مین زدایی تبادل یونی، یونیزاسیون توسط مبدل های کاتیونی و آنیونی است که به صورت سری مرتب شده اند. در کارخانه های مدرن، رسانایی الکتریکی آب یونیزه شده تقریباً 2/2 الی 2 μS / سانتی متر است. برای پرداخت بیشتر آب یونیزه شده، از یک مبدل بستر مخلوط در زیر مبدل آنیونی استفاده می شود. آب زلال شده توسط مبدل بستر مخلوط معمولاً دارای رسانایی الکتریکی 8 0.08 μS / cm و غلظت اسید سیلیسیک μ 10 میکروگرم در لیتر است، که با استانداردهای اروپا برای عملکرد توربین بخار مطابقت دارد.

فرایندهای غشایی برای تهیه آب دمین از آب در دیگ های بخار

اسمز معکوس به عنوان فرآیندی برای خالص سازی آب در مقیاس فنی در دهه 1960 توسعه یافته است ، از دهه 1980 به طور فزاینده ای استفاده می شود و با توسعه ماژول های غشای مارپیچی در اواسط دهه 1980 به عنوان یک فرآیند استاندارد مورد تایید قرار گرفت . الکتروديونيزاسيون بعنوان فرآيندي براي زلال سازی به آب معدنی در مقياس بزرگتر در اوايل دهه 1980 توسعه يافت، از اواخر دهه 1980 به آهستگی در حال افزايش است و از اوايل دهه 2000 بعنوان فرآيند تصفيه جایگزین برقرار شده است.
فرآیندهای جداسازی غشا برای تصفیه آب بر اساس عبور یونهای محلول در آب توسط غشا نیمه نفوذ پذیر کار میکند. یونهای عبورداده شده در یک محلول آبی غلیظ باقی می مانند، که به طور مداوم تخلیه می شود. بنابراین آب پساب باید تخلیه گردد و در نتیجه مصرف آب خام در فرآیندهای غشایی نسبتاً زیاد است، اما با کیفیت آب خام در سایر واحد های طراحی شده به روش های دیگر تغییر قابل توجهی نمی کند.
فرآیندهای غشایی به طور مستقیم مواد شیمیایی را برای تصفیه مصرف نمی کنند. با این حال، نوعی پس تصفیه خوراک آبی شامل بازسازی با مواد شیمیایی، به عنوان مثال در روش تبادل یونی یا نوعی ضدعفونی خوراک شیمیایی تقریباً بدون استثنا، علاوه بر تمیز کردن شیمیایی دوره ای عناصر غشا، مورد نیاز است. این بدان معناست که فرآیندهای جداسازی غشا برای تصفیه آب به طور کلی “بدون مواد شیمیایی” اساساً وجود ندارد. صرف نظر از این، مصرف کلی مواد شیمیایی معمولاً در مقایسه با روش مین زدایی با مبادله یونی به طور قابل توجهی کمتر است، به این معنی که تجهیزات گسترده ای برای ذخیره سازی و جابجایی یا مواد شیمیایی یا خنثی سازی پساب معمولاً مورد نیاز نیست.

اولین مرحله از مین زدایی آب با جداسازی غشا با استفاده از یک سیستم اسمز معکوس حاصل می شود. به این ترتیب آب معدنی شده نفوذ می کند. هدایت الکتریکی نفوذ در مورد یک نیروگاه اسمز معکوس با فشار بالا در حدود 5 الی 30 میکرو ثانیه بر سانتی متر، و دریک کارخانه اسمز معکوس فشار پایین در حدود 30 الی 100 میکروگرم بر سانتی متر و در حدود 0.2 الی 2 میکرو ثانیه در سانتی متر در مورد واحد های اسمز معکوس دو پاس می باشد.
به این ترتیب، برای انجام فرآیند نفوذ اسمز معکوس، از یک واحد EDI استفاده می شود. آب زلال شده تحت شرایط مطلوب دارای هدایت الکتریکی 8 0.08 μS / cm و غلظت اسید سیلیسیک μ 10 میکروگرم / L است، بنابراین مطابق با استانداردهای اروپایی برای عملکرد توربین بخار مناسب است. اثر بخشی سیستم های EDI با توجه به کیفیت خوراک به طور قابل توجهی متفاوت است، نیاز به خوراک با غلظت جامد محلول در کل (TDS) کم و غلظت دی اکسید کربن کم است. مراحل تصفیه بالادست باید بر این اساس طراحی شوند، به عنوان مثال با یک گازگیر غشا در بالادست واحد EDI، یا یک سیستم حاوی هیدروکسید سدیم همراه با یک کارخانه اسمز معکوس دو پاس می توان فرآیند موفقی را طراحی نمود. به منظور حصول اطمینان از کیفیت قابل اطمینان آب دمین حتی در صورت نوسانات کیفیت خوراک، روال معمول این است که یک دستگاه زلال ساز بستر ترکیبی در پایین دست واحد EDI ترتیب دهید. به عنوان یک جایگزین برای موارد فوق، استفاده از روش های تصفیه ترکیبی توصیه می گردد. اسمز معکوس نیز می تواند فقط با یک مبدل بستر مخلوط، یا با ترتیبی از مبدل کاتیونی، مبدل آنیونی در یک بستر ترکیبی مورد بهره برداری قرار گیرد.

آب مین زدایی شده در کارخانه های تولید دیگ های صنعتی

در مورد کارخانه های تولید دیگ بخار پوسته صنعتی، تصفیه آب برای تولید آب از روش هدایت الکتریکی μ 30 μS / cm استفاده می شود. بسته به شرایط عملیاتی خاص و کیفیت آب خام، ممکن است در بعضی موارد فرایندهای تبادل یونی خاصی از نظر اقتصادی مقرون به صرفه تر باشد، به عنوان مثال: غیرآلیکالیزاسیون یا مین زدایی از تبادل یونی. با این حال ، ذخیره سازی مواد مورد نیاز و استفاده از اسیدها و مواد سوزاننده اغلب به عنوان یک نقطه ضعف قابل توجه برای چنین کاربردهایی محسوب نمی شود.

ملاحظات اقتصادی ، هزینه های عملیاتی و سرمایه گذاری
به منظور مقایسه اقتصادی طرح های مختلف تصفیه خانه از بین بردن مایعات ، هر دو هزینه سرمایه گذاری و هزینه های عملیاتی باید بر اساس منبع آب خام، کیفیت آب خام، هزینه آب خام، هزینه تخلیه پساب، هزینه برق و هزینه های مواد مصرفی مورد ارزیابی قرار گیرد.
هزینه های سرمایه گذاری برای سیستم های تبادل یونی وجداسازی غشا معمولاً با طراحی های استاندارد نزدیک به یکدیگر هستند. ارزیابی دقیق تر نیاز به در نظر گرفتن موارد خاص دارد. با در نظر گرفتن تجهیزات مورد نیاز برای ذخیره و جابجایی مواد شیمیایی یا خنثی سازی پساب، هزینه های کلی سرمایه گذاری برای کارخانه های تبادل یونی اغلب کمی بیشتر است. با این حال، این تجهیزات ممکن است به هر حال برای کارخانه پرداخت میعانات تبادل یونی مورد نیاز باشد، بنابراین در نظر گرفتن تنها هزینه های تقسیم شده امکان پذیر است. به دلیل کار متناوب، واحدهای تبادل یونی معمولاً با 100٪ افزونگی طراحی می شوند که برای سیستم های غشایی مورد نیاز نیست. براین اساس، یک سیستم غشایی اسمز معکوس با افزونگی کمتر ممکن است در تئوری هنوز در دسترس بودن بیشتری نسبت به تبادل یونی داشته باشد. از طرف دیگر، یک واحد غشایی با افزونگی یکسان در مقایسه با واحد تبادل یونی حدود 50٪ تا 100٪ گران تر است. بنابراین، مقایسه مستقیم افزونگی و در دسترس بودن در مقابل هزینه های سرمایه گذاری به راحتی امکان پذیر نیست. هزینه های پرسنل برای کار و نگهداری کارخانه های تبادل یونی و جداسازی غشا تقریباً برابر است. با این حال، هزینه های مواد برای تعمیر و نگهداری – به معنی هزینه های رزین های تبادل یونی یا غشا، تقسیم بر طول عمر مربوطه – ممکن است برای سیستم های جداسازی غشا به میزان قابل توجهی بالاتر باشد. این امر عمدتاً به دلیل هزینه های نسبتاً بالای ماژول های EDI است که معمولاً در صورت خرابی نیاز به تعویض کامل دارند.

تفاوت های تهیه آب دمین میان دو روش تبادل یونی و اسمز معکوس

بین فرآورده های تبادل یونی و جداسازی غشا در مورد مواد مصرفی برای انجام فرآیند تصفیه تفاوت های قابل توجهی وجود دارد. برای مین زدایی آب شیرین، مبدل های یونی در مقایسه با فرآیند جداسازی غشا به میزان قابل توجهی آب کمتری مصرف می کنند، اما ممکن است به نوبه خود مواد شیمیایی بیشتری مصرف کند. مصرف مواد شیمیایی و هم تخلیه فاضلاب در واحد های مجهز به سیستم های تبادل یونی تقریباً به طور خطی به غلظت کل جامدات معلق (TDS) آب خام وابسته است، در حالی که در واحد های شامل جداسازی غشایی این رابطه برقرار نیست. در صورت کم بودن TDS (رسانایی الکتریکی <500 μS / cm)، تبادل یونی اغلب مقرون به صرفه تر است، در حالی که فرایندهای جداسازی با غشا، در صورت داشتن TDS بالا، مقرون به صرفه تر هستند (هدایت الکتریکی 1000 ≥ μS / cm).