وجود غلظت بالای نمک های معدنی در آب باعث ایجاد شوری می شود. همچنین، نمک های معدنی خاص می توانند مشکلات زیادی از نظر کیفیت آب، جنبه ی گوارایی و مصارف صنعتی ایجاد نماید. اثر مواد معدنی می تواند روی سمیت، بهره برداری فرآیند و کیفیت محصول در فرآیندهای صنعتی باشد. حذف کل جامدات محلول از آب، نمک زدایی یا حذف نمک آب نامیده می شود. شوری آب خام بسته به منبع آب متغییر است. میزان شوری برحسب mg/l کل جامدات محلول TDS، یون کلراید یا نمک معمولی Nacl بیان می شود.

حذف نمک ( معدنی زدایی ) آب به وسیله فرآیندهای مختلفی قابل انجام است. برخی از این فرآیندها :

• تبادل یون
• فرآیندهای غشایی
• تقطیر
• انجماد

هستند. تبادل یون و فرآیندهای غشایی به طور معمول در تصفیه آب استفاده می شود.

تبادل یون برای حذف نمک آب

تبادل یون یک واحد فرآیندی مورد استفاده برای حذف انتخابی یون های نامطلوب و انواع کاتیون ها و کاتیون ها است.تبادل یون برای حذف مواد معدنی آب نیز استفاده می شود. در هر دو حالت بستر تبادل یون متشکل از یک فاز جامد و یک یون متحرک چسبیده به گروه عامل ثابت است. یون های متحرک موجود در رزین با یون های موجود در آب مبادله می شوند. رزین اشباع شده احیا شده و دوباره استفاده می شود. سیستم تبادل یون می تواند به صورت مداوم یا غیرمداوم بهره برداری می شود. در فرآیندهای غیرمداوم، رزین تا تکمیل واکنش با آب مخلوط می شود. رزین اشباع شده، ته نشین، تخلیه و احیا می گردد. در سیستم مداوم، آب از میان یک ستون پر شده با رزین های مورد نظر عبور داده می شود.

رزین های تبادل یون کاتیونی یا آنیونی هستند. رزین های کاتیونی یون های مثبت و رزین های آنیونی یون های منفی را مبادله می کنند. رزین های کاتیونی سدیمی کاتیون های دوظرفیتی مولد سختی را حذف نموده و آن ها را با یون های سدیم موجود روی بستر جایگزین می کنند. بستر با محلول کلرید سدیم احیا می شود. در رزین های کاتیونی هیدروژنی، یون های هیدروژن با یون های مختلف موجود در آب ( کلسیم، منیزیم، سدیم و پتاسیم و غیره ) جابجا می شوند. مبدل های کاتیونی هیدروژنی با اسید معدنی احیا می شوند. پرکاربردترین و ارزانترین ماده ی مورد استفاده برای احیای این رزین ها اسیدسولفوریک است.

کاربرد رزین کاتیونی سدیمی

• سختی گیری
• احیا

سیستم های تبادل یون اغلب به صورت ستون های حاوی بستر آکنده ی دانه ای طراحی می شوند. آب تحت فشار روی بستر چکانده می شود. وقتی همه ی ظرفیت تبادل رزین تمام شد، ستون ابتدا به منظور حذف جامدات به دام افتاده پس شویی می شود و سپس بستر احیا می شود. عملکرد رزین های کاتیونی و آنیونی ساختگی بهتر از زئولیت های طبیعی است. برای معدن زدایی آب ممکن است رزین های کاتیونی و آنیونی به صورت ستون های جداگانه ای سری نصب شوند و یا هر دو نوع رزین با هم مخلوط و در یک راکتور قرار داده شوند.

تجهیزات و بهره برداری تبادل یونی

تجهیزات مورد نیاز برای یک سیستم تبادل یون مورد استفاده برای معدنی زدایی آب شامل سیستم های پیش تصفیه، بستر تبادل یون، رزین ها، پمپ های تزریق، پمپ و مخازن ذخیره محلول احیا، سیستم پس شویی، و یک سیستم آب کشی است. روش های بهره برداری سیستم های تبادل یون به نوع آن بستگی داشته و توسط سازندگان آموزش داده می شود. به طور کلی، مراحل بهره برداری فرآیند تبادل یون معدنی زدایی متشکل از چهار مرحله حذف یون ها، پس شویی، احیا و آب کشی کند و تند بوده که به صورت متوالی بهره برداری می شود.

پارامترهای معمول طراحی شامل متوسط میزان جریان طراحی، کل جامدات محلول آب خام، کل جامدات محلول مورد نیاز در آب نهایی، میزان حذف مواد معدنی مورد نیاز، ظرفیت تبادل یون رزین ها و میزان بارگذاری هیدرولیکی بستر است.

فرآیندهای غشایی برای حذف نمک آب

فرآیندهای غشایی فرآیندهایی هستند که در آن ها از یک غشا برای نفوذ آب با کیفیت بالا و فیلتر جامدات محلول و معلق استفاده می شود. این فرآیندها براساس نیروی عامل به دو گروه تقسیم می شوند:

1. فرآیندهایی که نیروی عامل آن ها فشار بوده شامل اسمزمعکوس، نانوفیلتراسیون، اولترافیلتراسیون و میکروفیلتراسیون هستند
2. فرآیندهایی که نیروی عامل آن ها جریان الکتریسیته است مثل الکترودیالیز و الکترودیالیز معکوس

در صنعت آب از فرآیندهای غشایی برای معدن زدایی و حذف جامدات محلول و معلق استفاده می شود. این فرآیندهای غشایی برمبنای اسمزمعکوس توسعه داده شدند. اسمز، عبور طبیعی آب از میان یک غشا نیمه تراوا از محلول رقیق به غلیظ بوده تا جایی که غلظت محلول در دو طرف غشا برابر شود. فشار اسمزی، نیروی محرک پدیده اسمز است. در اسمز معکوس یک فشار خارجی بیشتر از فشار اسمزی به محلول وارد شده که باعث حرکت آب در خلاف جهت طبیعی در غشا می گردد. لذا آبی بدون مواد معدنی با کیفیت بالا تولید می شود. فرآیند اسمز معکوس RO برای معدنی زدایی آب های صنعتی یا نمک زدایی آب دریا در سیستم تامین آب آشامیدنی استفاده می شوند.

نافیلتراسیون، اولترافیلتراسیون و میکروفیلتراسیون دیگر فرآیندهای غشایی بوده که معمولا برای معدنی زدایی استفاده نمی شوند اما برای حذف ذرات، رنگ و سایر آلایده های آلی و غیرآلی به کار می روند. گستره ی حذف ذرات در این فرآیندها کاملا متفاوت از فرآیند اسمزمعکوس است. در حال حاضر غشاهای استات سلولزی و پلی آمیدی ( نایلون ) بیشترین کاربرد را در سیستم های اسمز معکوس دارند.

طراحی یک سیستم غشایی برای حذف مواد معدنی از آب مستلزم لحاظ کردن متغیرهایی مثل ظرفیت واحد، شوری آب خام، پیش تصفیه ی مورد نیاز، میزان تولید آب، میزان ریجیکت، فشار کاری، دمای آب ورودی و روش دفع شوراب است. روش طراحی یک سیستم غشایی با هدف حذف مواد معدنی از آب شامل مراحل زیر است:

1. تعیین کیفیت آب خام و انتخاب فرآیند پیش تصفیه
2. انتخاب نوع سیستم اسمز معکوس با مشورت سازندگان این سیستم ها
3. انتخاب پارامترهای طراحی
4. محاسبه ی اندازه ی سیستم
5. تعیین انرژی مورد نیاز
6. انتخاب سیستم دفع شوراب
7. برآورد هزینه ی سیستم شامل هزینه ساخت و بهره برداری