مرجع تخصصی آب و فاضلاب

حذف جامدات معلق (TSS - Total Suspended Solids) و جامدات محلول (TDS - Total Dissolved Solids) از آب و فاضلاب، یکی از اهداف اصلی در فرآیندهای تصفیه است. این دو نوع آلاینده به دلیل تأثیرات منفی بر کیفیت آب، سلامت انسان و محیط زیست نیاز به روش‌های متفاوتی برای حذف دارند. در ادامه، روش‌های سنتی و نوین، بهینه‌سازی، فرمول‌ها و ساختارهای اجرایی ارائه می‌شود:

۱. حذف جامدات معلق (TSS):

روش‌های سنتی:

• ته‌نشینی (Sedimentation):

  • مکانیسم: استفاده از گرانش برای جداسازی ذرات سنگین (مانند شن، گل و لای) در مخازن ته‌نشینی.

  • فرمول استوکس (Stokes' Law):

    (9η)/(v=(2r2(ρp​−ρf​)g​

    • v: سرعت ته‌نشینی، r: شعاع ذره، ρp​: چگالی ذره، ρf​: چگالی سیال، g: شتاب گرانش، η: ویسکوزیته سیال.

  • مزایا: کم‌هزینه و ساده.

  • معایب: عدم کارایی برای ذرات ریز و کلوئیدی.

• انعقاد و لخته‌سازی (Coagulation & Flocculation):

  • مواد شیمیایی: آلوم (Al2(SO4)3Al2​(SO4​)3​)، کلرید فریک (FeCl3FeCl3​) یا پلیمرهای کاتیونی.

  • فرمول واکنش آلوم:

    ↑Al3++3HCO3−​→Al(OH)3​↓+3CO2

  • مزایا: کاهش کدورت و ذرات ریز.

  • معایب: تولید لجن شیمیایی.

روش‌های نوین:

• فیلتراسیون غشایی (Membrane Filtration):

  • انواع:

    • میکروفیلتراسیون (MF): حذف ذرات >۰٫۱ میکرون.

    • اولترافیلتراسیون (UF): حذف ذرات >۰٫۰۱ میکرون.

  • مزایا: بازده بالا (~۹۹٪) و عدم نیاز به مواد شیمیایی.

  • معایب: هزینه بالای نگهداری و گرفتگی غشاها.

• الکتروکواگولاسیون (Electrocoagulation):

  • مکانیسم: استفاده از جریان الکتریکی و الکترودهای آهن/آلومینیوم برای تولید هیدروکسیدهای فلزی و جذب ذرات.

  • فرمول واکنش:

    (آند)−Fe→Fe2++2e
  • ↓Fe2++2OH−→Fe(OH)2​

۲. حذف جامدات محلول (TDS):

روش‌های سنتی:

• تبادل یونی (Ion Exchange):

  • مکانیسم: جایگزینی یون‌های محلول (مانند +Ca2+, Na) با یون‌های بی‌خطر روی رزین.

  • فرمول کلی:

    +2R−Na+Ca2+→R2​−Ca+2Na

  • مزایا: مناسب برای حذف سختی آب.

  • معایب: نیاز به احیای دوره‌ای با نمک (NaClNaCl).

• تقطیر (Distillation):

  • مکانیسم: تبخیر آب و تقطیر مجدد برای جداسازی املاح.

  • مزایا: حذف کامل نمک‌ها و فلزات سنگین.

  • معایب: انرژی‌بر و گران.

روش‌های نوین:

• اسمز معکوس (Reverse Osmosis - RO):

  • مکانیسم: استفاده از غشاهای نیمه‌تراوا تحت فشار برای جداسازی یون‌ها و مولکول‌های کوچک.

  • فرمول شار جریان:

    Jw​=A(ΔP−Δπ)

    • Jw​: شار آب، A: نفوذپذیری غشا، ΔP: اختلاف فشار، Δπ: اختلاف فشار اسمزی.

  • بازده: ~۹۵–۹۹٪ حذف TDS.

• الکترودیالیز (Electrodialysis - ED):

  • مکانیسم: استفاده از غشاهای انتخابی و جریان الکتریکی برای انتقال یون‌ها.

  • مزایا: مناسب برای آب‌های شور و صنعتی.

بهینه‌سازی روش‌ها:

پارامتر مقدار بهینه

pH برای انعقاد ۶–۷ (آلوم)، ۴–۵ (کلرید فریک)

دوز مواد شیمیایی ۵۰–۲۰۰ mg/L (بسته به کدورت)

زمان تماس در RO ۱–۴ ساعت

ولتاژ در الکتروشیمیایی ۱۰–۳۰ ولت

دمای تقطیر ۱۰۰°C (با کاهش فشار)

فرمول‌های کلیدی:

• راندمان حذف (η):

  η=(1−Cf/Ci)×100

• ایزوترم جذب لانگمویر (Langmuir):

• Ce/qe=1/(KL*qm)+Ce/qm

• نرخ انتقال جرم در RO:

  N=Kw​⋅A⋅(ΔP−Δπ)

ساخت و اجرا:

۱. طراحی سیستم:

• برای TSS: ترکیب ته‌نشینی + انعقاد + فیلتراسیون غشایی.

• برای TDS: ترکیب تبادل یونی + RO + الکترودیالیز.

۲. مواد و تجهیزات:

• TSS: مخازن ته‌نشینی، پمپ‌های تزریق مواد شیمیایی، غشاهای UF/MF.

• TDS: رزین‌های تبادل یونی، غشاهای RO، الکترودهای گرافیتی.

۳. نصب و راه‌اندازی:

• ساخت مخازن با شیب مناسب برای ته‌نشینی.

• نصب سیستم‌های کنترل خودکار (PLC) برای تنظیم pH و دوز مواد شیمیایی.

• استفاده از پمپ‌های فشار بالا در RO.

۴. نگهداری:

• شستشوی معکوس (Backwash) فیلترها هر ۴۸–۷۲ ساعت.

• تعویض غشاهای RO هر ۳–۵ سال.

• نظارت مداوم بر TDS و TSS با استفاده از سنسورهای آنلاین.

نتیجه‌گیری:

• TSS: روش‌های فیلتراسیون غشایی و الکتروکواگولاسیون به دلیل بازده بالا (~۹۹٪) و کاهش لجن، برای سیستم‌های پیشرفته توصیه می‌شوند.

• TDS: اسمز معکوس و الکترودیالیز بهترین گزینه برای حذف املاح و نمک‌ها هستند.

• ترکیب روش‌ها: در سیستم‌های صنعتی، ترکیب روش‌های فیزیکی، شیمیایی و غشایی بهینه‌ترین راهکار است.

• هزینه و انرژی: بهینه‌سازی پارامترهایی مانند pH، دوز مواد شیمیایی و فشار عملیاتی، نقش کلیدی در کاهش هزینه‌ها دارد.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب