بخشی از مقاله
چکیده
سختی موجود در آب باعث مشکلاتی درسیستم های تاسیساتی و صنعتی می شود. برای رفع مشکل استفاده از مواد شیمیایی به عنوان یکی از روشهای کاربردی جهت کاهش سختی آب در صنایع بزرگ، مورد استفاده واقع شده است. بدین منظور کاهش سختی آب خام - آب چاه - و پساب اسمز معکوس با استفاده از مواد شیمیایی در واحد گندله سازی گل گهر سیرجان مورد بررسی قرار گرفت. بدین منظور نمونه برداری از آب خام و پساب اسمز معکوس انجام شد و میزان سختی آب ها تعیین گردید. سپس جهت کاهش سختی آب از دو روش آهک - سودا و سود- سودا استفاده گردید.
با توجه به نتایج حاصل از آزمایشات، استفاده از آهک - سودا در آب خام در شرایطی که نسبت به حالت محاسباتی %10 آهک و %20 سودا بیشتر، میزان سختی آب را از655 ppm به 134/3 ppm کاهش داد و به عنوان شرایط بهینه انتخاب گردید. استفاده سود - سودا در آب خام در شرایطی که نسبت به حالت محاسباتی %10 سود و %20 سودا بیشتر، میزان سختی آب را از655 ppm به 34/3 ppm کاهش داد و به عنوان شرایط بهینه انتخاب گردید. همچنین نتایج نشان داد، استفاده از روش افزودن سود و سودا در شرایطی که نسبت به حالت محاسباتی %10 سود و %20 سودا بیشتر، می توان سختی پسآب اسمز معکوس را از1519 ppm به 47/04 ppm کاهش داد بگونه ای که تا محدوده آب های سبک یا نرم پائین آورده شود.
.1 مقدمه
سختی آب اغلب به دلیل حضور کاتیون های دو ظرفیتی از جمله کلسیم و منیزیم بوده که در آبخصوصاً در آب های زیرزمینی فراوان هستند.>1@ سه نوع درجه سختی - دائم، موقت وکل - برای آب تعریف می شود. سختی آب براساس کربنات کلسیم بر حسب میلی گرم بر لیتر - واحد رایج سختی - بیان می شود
معمولاً. جهت کاهش سختی آب در صنایع بزرگ، استفاده از مواد شیمیایی بیشتر مورد استفاده قرار میگیرد. روشهای شیمیایی که با توجه به منابع علمی، برای بهبود کیفیت آب میتوان مورد استفاده قرار داد: استفاده از آهک، استفاده از سود، استفاده از کربنات سدیم و استفاده از آهک و کربنات سدیم در کنار هم و استفاده همزمان از سود و کربنات سدیم میباشند. در تحقیقات قبلی مشخص شده است برای از بین بردن سختی کربناتی از آهک و برای کاهش سختی دایم از کربنات سدیم استفاده گردد
در فرآیند آهک و سودازنی، از نظر تئوری، سختی میتواند به 35 ppm کاهش یابد ولیعملاً سختی در بهترین حالت به حدود 50 ppm کاهش مییابد. آهک و سودازنی گرم باعث کاهش بیشتر سختی میشود اما در تصفیهخانههای بزرگ این فرآیند در دمای پایین انجام میپذیرد. این عمل برای حجم زیاد آب توصیه میشود .>2@ از آنجا که حجم آب مورد نیاز فرایند در کارخانه زیاد میباشد، روش شیمیایی میتواند به عنوان یک روش مناسب و راهگشا در نظر گرفته شود.
آب های خام واحد گندله سازی - آب های زیرزمینی - که از آب های چاه اطراف محدوده معدن تأمین می شوند به دلیل ارتباط هیدروژئولوژی با دیگر منابع آبی همواره در معرض آلودگی با روند تخریبی هستند .>3@ آب های سطحی و زیرزمینی گرچه با هم مرتبطند، اما در مطالعات و دسته بندی ها دو منبع جدا در نظرگرفته می شوند
در فرایند کاهش سختی با استفاده از مواد شیمیایی، آهک با سختی کربناتی - موقت - ترکیب شده و کربنات کلسیم و هیدروکسید منیزیم تقرباًی غیر محلول تولید میکند. روابط یونی در فرآیند کاهش سختی موقت چنین است:
Ca - HCO3 - 2 + Ca - OH - 2 2 &D&23 + 2H2O
Mg - HCO3 - 2+2Ca - OH - 2 2&D&23+Mg - OH - 2+2HO
اگرچه آهک باعث کاهش سختی کربناتی میگردد، اما از آهک برای حذف سختی غیر کربناتی نمیتوان استفاده نمود. بنابراین به نمکی نیاز است که یون کربنات را به محیط وارد کند و آن نمک میتواند سودا - کربنات سدیم - باشد. واکنشهای مربوطه در زیر آورده شده است:
Ca2+ + Na2CO3 &D&23 + 2 Na+
Mg2+ + Na2CO3 0J&23 + 2Na+
MgCO3 + Ca - OH - 2 0J - 2+ - 2 + CaCO3
با توجه به اینکه حلالیت هیدروکسید منیزیم - ksp = 5.61×10-12 - و کربنات کلسیم - ksp = 6.0x10-9 - که رسوبات حاصل از فرآیند تصفیه میباشند، تابعی از دما و pH هستند، باید شرایطی انتخاب نمود که حلالیت آنها کمترین مقدار باشد. با توجه به مستندات علمی، 10 pH تا 10/5 به این منظور پیشنهاد شده است؛ به طوری که حلالیت هیدروکسید منیزیم در pH =10/6 و حلالیت کربنات کلسیم در pH = 9/4 حداقل است .>9@ مقدار دما و یون کربنات هر چه بیشتر باشد، حلالیت کربنات کلسیم کمتر است. افزایش مواد منعقد کننده و کمک منعقد کننده به حوضچه آهکزنی و اختلاط آنها جهت تسهیل رسوب کردن آنها نیز به راندمان سرعت رسوبگذاری کمک میکند. گاهی برای کاهش سختی با استفاده از مواد شیمیایی، بهجای آهک از سدیم هیدروکسید - سود سوزآور - استفاده میکنند .>10@ واکنشهای مربوطه به صورت زیر است:
Mg - OH - 2+Na2Co3+2H2O Mg - HCo3 - +4NaOH
Mg - OH - 2+Na2So4 MgS04+2NaoH
Na2So4+CaCo3 CaSO4+Na2Co3
دیده میشود که کربنات سدیم تولید شده به عنوان محصول جانبی در واکنش اول، برای جذب سختی غیرکربناتی در واکنش سوم مصرف میشود. توجه داشته باشید که قیمت هر کیلو سود حدود پنج برابر آهک است. بنابراین در آب مورد نظر نسبت سختی کربناتی به غیرکربناتی باید بهگونهای باشد که کربنات سدیم تولید شده متناسب با سختی غیرکربناتی باشد تا استفاده از سود سوزآور بجای آهک توجیه اقتصادی داشته باشد.
از آنجا که سود تنها برای حذف سختی منیزیمی به کار می رود و کربنات سدیم تولید شده در این مرحله برای حذف سختی کلسیمی مصرف میشود، همیشه مقدار کربنات سدیم تولید شده برای حذف سختی کلسیمی کافی نمیباشد. بنابراین برای حذف کامل سختی کلسیمی همیشه باید مقداری کربنات سدیم به محلول اضافه شود.یکی از مشکلات اصلی واحد گندلهسازی کارخانه گل گهر سیرجان، رسوب ایجاد شده در تانک فرایند و سیستم انتقال آب پس از آن میباشد.
هدف اصلی پروژه کاهش سختی آب خام جهت استفاده در چرخه فرایند میباشد، به صورتی که از خوردگی و رسوبگذاری در سیستم جلوگیری کرده و از طرفی کیفیت گندله تولید شده نیز تحت تاثیر قرار نگیرد. با توجه به این که یکی از راههای کاهش ایجاد رسوب، کاهش غلظت یونهای رسوب کننده میباشد، به این منظور تصفیه آب خام و پساب اسمز معکوس1مورد مطالعه قرار گرفت.
.2 مواد و روش کار
در مطالعات آزمایشگاهی، برای بررسی روشهای کاهش سختی با استفاده از آهک، سودا و سود، از آهک با خلوص %90 خریداری شده از شرکت Philip Harris، سدیم کربنات - سودا - با خلوص 99/9 درصد خریداری شده از شرکت شیمیایی و دارویی کیان کاوه آزما و همچنین سود 99/9 درصد تهیه شده از کارخانه Merck آلمان، مورد استفاده قرار گرفت.
قسمت اصلی آب خام با انتقال به بخشRO ، مورد تصفیه قرار گرفته و سپس جهت استفاده در قسمت های مختلف انتقال می یابد. قبل از هدایت آب به بخشRO ، یک شیر جهت برداشت مستقیم آب خام تعبیه شده که جهت انجام آنالیزهای مختلف آب خام از این قسمت نمونه برداری انجام گرفته، که میانگین نتایج آن در جدول 1 قابل مشاهده است. جهت بررسی کیفیت آب خام کارخانه، شش نمونه در فواصل زمانی هفت روزه از آب برداشته شد و مورد آنالیز قرار گرفت. برای محاسبه افزودن مقادیر آهک و سودا برای کاهش سختی آب - نرمسازی آب - ، به صورت زیر عمل میشود:
هر کیلوگرم سختی موقت یا سختی کربناتی به 0/74 کیلوگرم آهک نیاز دارد و هر کیلوگرم سختی دایم به 1/06 کیلوگرم کربنات سدیم نیازمند است. این مقادیر توسط فرمول زیر محاسبه میگردد:
- 1 - =[A+C+D+B]*0.74*100/E میزان آهک برای حذف سختی 1000 متر مکعب آب خام - kg -
- 2 - =[B+G+H]*1.06*100/F میزان سودا برای حذف سختی 1000 متر مکعب آب خام - kg -
که در این روابط Aسختی موقت - برحسب ppm کلسیم کربنات - ، Bسختی دایم - برحسب ppm کلسیم کربنات - ، C سختی منیزیم - برحسب ppm کلسیم کربنات - ، D کربن دی اکسید آزاد - برحسب ppm کلسیم کربنات - ، %E درجه خلوص آهک، %F درجه خلوص سدیم کربنات، G کل قلیائیت هیدروکسید - برحسب ppm کلسیم کربنات - و H کل قلیائیت کربنات - برحسب ppm کلسیم کربنات - ، هستند.
برای محاسبه افزودن میزان سود و سودا مورد نیاز برای کاهش سختی آب - نرم سازی آب - ، به صورت زیر عمل میشود.
- 3 - =[A+C+I]*0.8*100/J میزان سود برای حذف سختی 1000 متر مکعب آب خام - kg -
- 4 - =[B-A-C]*1.06*100/F میزان سودا
برای حذف سختی 1000 متر مکعب آب خام - kg -
در این روابط A سختی موقت - برحسب ppm کلسیم کربنات - ، کلسیم کربنات - ، = I قلیائیت کل - برحسب ppm کلسیم کربنات - ، که با توجه به آنالیز آب خام مورد مطالعه مقدار سود و سودای مورد B سختی دایم - برحسب ppm کلسیم کربنات - ، C سختی منیزیم - برحسب ppm = %J درجه خلوص سود و= % F درجه خلوص سدیم کربنات
