اجزای مختلف دستگاه تصفیه آب اسمز معکوس صنعتی - بخش دوم - پمپ

یک دستگاه تصفیه آب اسمز معکوس (RO) دارای اجزای مختلفی است که هر یک، وظیفه و کارکرد مشخص و تعریف شده خود را دارند.

شکل زیر، دیاگرام جریان فرآیندی (Process Flow Diagram) یک سیستم اسمز معکوس و تجهیزات به کار رفته در آن را نمایش می دهد:

در مقاله قبل، در مورد فیلترهای کارتریجی این سیستم مواردی مطرح شد. در این مقاله، بنا داریم تا در مورد پمپ فشار قوی ورودی ممبرانهای RO نیز نکاتی ارائه شود.

پمپ های تغذیه RO

(Reverse Osmosis Feed Pumps)

متداولترین نوع پمپ های تغذیه ممبران ها که در سیستم های تصفیه آب صنعتی اسمز معکوس استفاده می شوند (که گاهی به آنها "بوستر پمپ" هم گفته می شود)، از نوع پمپ های گریز از مرکز (Centrifugal) هستند. هر چند، در بعضی واحدهای تصفیه آب قدیمی از پمپ های جابجایی مثبت (Positive Displacement) هم استفاده شده است.

پمپ های گریز از مرکز، برای سیستم های تصفیه آب با ورودی آب لب شور (Brackish Water) بسیاز مناسب است. چرا که این پمپ ها معمولاً در دبی های متوسط (معمولاً کمتر از 1000 gpm) و در فشارهای نسبتاً کم (حداکثر تا 400 psig) عملکرد قابل قبولی دارند. پمپ های جابجایی مثبت، از راندمان هیدرولیکی بالاتری برخوردار هستند، اما از نظر تعمیرات و نگهداری، مشکلات خاص خود را دارند.

مشخصات اصلی پمپ های RO مانند تعداد طبقات، قطر پره و توان مورد نیاز و نیز راندمان آن، با توجه به دبی و فشار عملیاتی مورد نیاز و بر اساس منحنی عملکرد ارائه شده توسط شرکت سازنده پمپ انتخاب می شوند. در شکل زیر، نمونه یک منحنی عملکرد پمپ طبقاتی نشان داده شده است.

به عنوان مثال فرض کنید که پس از طراحی سیستم RO، پمپی نیاز باشد تا فشار آب ورودی با دبی 200 gpm را بتواند 250 psig (معادل 575 ft) افزایش فشار دهد. با توجه به منحنی فوق، به نظر می رسد پمپ 4 طبقه با قطر 6.69 in و توان موتور 60 اسب بخار گزینه مناسبی باشد. دور موتور در این حالت 3550 rpm خواهد بود. البته باید به این نکته توجه داشت که این پمپ، باعث افزایش 250 psi فشار ورودی است. یعنی اگر فرضاً فشار ورودی پمپ، 10 psig باشد، فشار خروجی 260 psig خواهد شد. ضمناً بر اساس اطلاعات نمودار فوق، مقدار NPSH مورد نیاز برای پیشگیری از بروز پدیده کاویتاسیون در این پمپ حدود 3.4 psi (معادل 8 فوت آب) می باشد. راندمان پمپ در این نقطه، حدود 68% است که نزدیک بالاترین مقدار آن می باشد. لذا با توجه به مقادیر تحلیل شده، به نظر می رسد که این پمپ برای استفاده در سیستم RO طرح شده، گزینه بسیار مناسبی می باشد. در صورتیکه راندمان پمپ پیشنهادی از مقدار بیشینه آن فاصله قابل توجهی می داشت، به سراغ انتخاب پمپ دیگری می رفتیم. معمولاً راندمان الکترموتورها حدود 90% بوده و ترکیب هر پمپ و الکتروموتور آن، یک منحنی عملکرد مخصوص به خود را دارد.

معمولاً خط دهش (Discharge) پمپ های گریز از مرکز، مجهز به یک شیر کنترل فشار (Pressure Control Valve) است که فشار کارکرد پمپ بوسیله آن تنظیم می شود (مگر اینکه در پمپ از VFD استفاده شده باشد).

همانگونه که در شکل زیر نشان داده شده است، معمولاً در سیستم های تصفیه آب اسمز معکوس، شیر کنترل فشار تعبیه شده در خط دهش پمپ RO و شیر کنترل جریان خط آب تغلیظ شده (Concentrate) با یکدیگر تنظیم می شوند تا مقدار تولید (Productivity) و بازیافت (Recovery) مد نظر سیستم را تأمین نمایند.

زمانی که سیستم RO، بصورت دستی روشن می شود، ابتدا شیر کنترل جریان خط آب تغلیظ شده و سپس شیر کنترل فشار خط دهش پمپ را تنظیم نموده و سپس مجدداً همین توالی را انجام داده تا نهایتاً به شرایط کارکردی مد نظر سیستم برسند. در صورتی که دستگا تصفیه آب مجهز به سیستم کنترلی باشد، تنظیم این دو شیر کنترلی بصورت خودکار انجام می گیرد.

نکته مهم در راه اندازی دستگاه تصفیه آب RO، این است که در زمان راه اندازی می بایست شیر کنترل جریان آب تغلیظ شده، کاملاً باز باشد تا از وارد شدن صدمه ناشی از فشار ناگهانی اولیه پمپ به تجهیزات و ممبرانها جلوگیری شود.

به مرور زمان و با ایجاد گرفتگی و رسوب روی ممبرانها و به تبع آن کاهش میزان حجم آب عبوری از سطح ممبران، شیرهای کنترلی فشار و جریان نیاز به تنظیم مجدد خواهند داشت. فرض کنید که میزان حجم آب عبوری از سطح ممبران (Flux) پس از گذشت سه سال، حدود 15% افت کرده باشد. در این شرایط، می بایست پمپ RO با افزایش فشار در خط دهش بتواند این کاهش را جبران نماید. لذا پمپ های RO می بایست از همان ابتدا برای تأمین فشار بالاتر در همان دبی مشخص سیستم، طراحی شده باشند.

با توجه به موارد مطرح شده فوق، طراحی و انتخاب پمپ RO می بایست به نحوی باشد که امکان تأمین فشار 10% بالاتر از فشار طراحی بدست آمده توسط نرم افزار طراحی سیستم RO را داشته باشد تا توان جبران کاهش حجم عبور آب از سطح ممبران را در طول سه سال عمر مفید آن داشته باشد. این نوع انتخاب، باعث ایجاد اطمینان لازم از عملکرد مناسب پمپ و موتور در طول سه سال عمر مفید ممبران و مقابله با اثرات منفی هر گونه گرفتگی و یا رسوبگذاری احتمالی روی ممبرانها خواهد بود.

پمپ های RO می بایست به آرامی شروع به کار کنند تا از ایجاد پدیده "ضربه قوچ" (Water Hammer) جلوگیری شود. ضربه قوچ، به واسطه تغییر ناگهانی در سرعت سیال پمپاژ شده به وجود آمده و می تواند باعث ایجاد مشکلات زیر در سیستم RO شود:

- ایجاد ترک روی سطح خارجی ممبران ها

- ایجاد فشردگی (Compaction) در ممبران ها که باعث کاهش حجم آب عبوری از سطح آنها در یک فشار ثابت می شود.

- جابجایی ممبران ها در پرشر وسل که می تواند باعث صدمه دیدن اورینگ ها و ورود آب خوراک به بخش آب تصفیه شده (Permeate) شود.

با توجه به موارد فوق، توصیه می شود که سرعت افزایش فشار پمپ RO، از 10 psi بر ثانیه بیشتر نباشد.

برخی از ملاحظات دیگری که برای پیشگیری از وقوع ضربه قوچ می توان در نظر داشت، عبارتند از:  

- استفاده از پمپ های گریز از مرکز – در صورت لزوم استفاده از پمپ های جابجایی مثبت، می بایست تجهیزات ضربه گیر و سرج تانک برای آنها در نظر گرفته شوند. لزوم وجود این موارد مخصوصاً برای مسیرهای لوله کشی خیلی کوتاه و یا بلند، از اهمیت بالاتری برخوردار می شود.

- تخلیه هوای داخل سیستم – هوای داخل سیستم RO می بایست یا در فرآیند فلاشینگ و یا بصورت مکانیکی از نقاط مرتفع سیستم خارج شود.

- نحوه کارکردن با شیرها:

• شیرهای جریان می بایست در زمان راه اندازی پمپ ها باز باشند.
• در زمان تغییر وضعیت شیرهای سیستم، ابتدا شیرهای بسته ای که می بایست باز شوند، در اولویت بوده و سپس شیرهای بازی که لازمست تا بسته شوند، بسته می شوند.
• شیرهای کنترل جریان می بایست از نوعی باشند که در صورت خرابی و خارج شدن از مدار، در حالت باز قرار گیرند.
• شیرها می بایست زمان لازم برای باز و بسته شدن داشته باشند. برای آگاهی از اهمیت این موضوع، لازمست بدانید که به عنوان مثال، بسته شدن یک شیر سلونوئیدی در مدت زمان 40 میلی ثانیه در خط با فشار 50 psig، باعث ایجاد یک شوک فشاری معادل 490 psi می شود!

یک پمپ تغذیه RO، نیازمند آب جبرانی (Make Up) در خط ورودی مکش است تا بتواند حجم و فشار مشخصی از آب جبرانی را برای پمپ فراهم نموده و بدین وسیله از بوجود آمدن پدیده "کاویتاسیون" در پمپ جلوگیری نماید. کاهش فشار و دبی در مکش پمپ معمولاً به یکی از دلایل زیر به وجود می آید:

- کاهش بیش از حد فشار در بخش پیش تصفیه سیستم RO

- ایراد طراحی در بخش پیش تصفیه سیستم RO: در صورتیکه طراحی بخش پیش تصفیه به گونه ای باشد که بک واش فیلترهای شنی و کربنی بوسیله آب تغذیه انجام شود، باید برای تأمین دبی و فشار آب ورودی به پمپ در زمان بک واش این فیلترها، پیش بینی و تمهیدات لازم را در نظر گرفت. لذا ضریب اطمینان لازم برای در دسترس بودن آب با دبی و فشار مناسب در مکش پمپ می بایست مورد توجه قرار گرفته باشد.

بر اساس توصیه شرکت Dow Chemical در خصوص ممبرانهای برند Filmtec، حداکثر فشار مجاز برای ممبرانهای تولیدی این شرکت، به شرح زیر می باشد:

- فشار 600 psi معادل 41 bar برای ممبرانهای TW30، BW30 و NF

- فشار 1000 psi معادل 69 bar برای ممبرانهای SW30

- فشار 1200 psi معادل 82 bar برای ممبرانهای SW30HR