شاخص TDS آب، روش‌های کاهش سختی و اسمز معکوس در صنایع

رسوب های سخت کربنات کلسیم روی کویل های حرارتی، افت شدید انتقال حرارت در مبدل ها، افزایش مصرف سوخت در دیگ های بخار و پیدایش لکه های سفید پس از خشک شدن آب، همگی ریشه در عدم کنترل املاح آب دارند. در مهندسی آب و تاسیسات، غلظت املاح محلول کیفیت کارکرد سیال را مشخص می کند. کارشناسان با پایش، کنترل و تفکیک دقیق این ناخالصی ها، پایداری خطوط تولید را تضمین می نمایند و جلوی خسارت های سنگین به تاسیسات حرارتی و برودتی را می گیرند.

در بسیاری از کارخانجات، اپراتورها به دلیل عدم شناخت ماهیت این املاح، مبالغ بالایی را صرف تعویض لوله ها یا تزریق اشتباه مواد ضد رسوب می کنند. شناخت رفتار ترمودینامیکی یون ها به مهندسان فرصت می دهد تا پیش از خرابی سیستم، آب ورودی را بهسازی کنند.

تعریف مهندسی TDS و اجزای تشکیل دهنده آن

شاخص TDS کل جامدات محلول را اندازه می گیرد و غلظت یون های کانی، نمک های معدنی و مواد آلی در حجم معینی از آب را با واحد میلی گرم در لیتر یا PPM بیان می نماید. این ذرات ابعاد بی نهایت ریزی دارند و از منافذ فیلترهای فیزیکی استاندارد دو میکرونی عبور می کنند.

متخصصان آب این املاح را به دو دسته کاتیون ها و آنیون ها تقسیم می کنند. کاتیون های اصلی شامل کلسیم، منیزیم، سدیم، پتاسیم، آهن و منگنز هستند. در سوی دیگر، آنیون های کلیدی املاحی نظیر کلرید، سولفات، بی کربنات، کربنات، نیترات و فسفات را در بر دارند. جریان آب این یون ها را از لایه های خاک، سفره های زیرزمینی و پساب ها در خود حل می کند و در نتیجه خواص سیال مانند رسانایی و خورندگی تغییر می یابد.

جدول حدود مجاز TDS در تجهیزات صنعتی و آب شرب

مهندسان حدود مجاز املاح محلول را بر پایه پدیده های ترمودینامیکی مانند فشار اسمزی، تشکیل رسوب و سرعت خوردگی محاسبه می نمایند. جدول زیر مقادیر استاندارد این شاخص را در بخش های مختلف نشان می دهد:

تفاوت اساسی TDS و سختی کل

تکنسین ها گاهی مفهوم املاح محلول را با سختی آب اشتباه می گیرند. درک این نکته که سختی آب چیست؟ پایه های طراحی واحدهای تصفیه را شکل می دهد، زیرا سختی کل فقط بخشی از کل املاح آب را در بر دارد.

سختی کل تنها غلظت کاتیون های دوظرفیتی کلسیم و منیزیم را نشان می دهد که در برابر گرما رسوب گچی و آهکی می سازند. اما شاخص کل جامدات محلول، تمامی یون های تک ظرفیتی مثل سدیم و کلرید را همراه با املاح دوظرفیتی در خود جای می دهد. یون های سدیم و کلرید در آب بسیار حل می مانند و لایه های سخت کریستالی روی لوله ها باقی نمی گذارند.

برخی افراد گمان می کنند که دستگاه های تبادل یونی املاح کل آب را کاهش می دهند. در حقیقت، خریداران با خرید سختی گیر کاتیونی، بستر رزینی را وارد مدار می کنند که یون های کلسیم و منیزیم را جذب می نماید و به جای آن ها یون سدیم پس می دهد. این فرآیند سختی کل را صفر می کند، ولی عدد کل املاح را کاهش نمی دهد و حتی به خاطر وزن اتمی سدیم، خروجی TDS اندکی بالا می رود.

طراحان تاسیسات برای انتخاب درست حجم رزین و جلوگیری از اشباع سریع دانه ها، محاسبات را طبق استاندارد محاسبه ظرفیت سختی گیر انجام می دهند.

روش های صنعتی اندازه گیری و پایش TDS

مهندسان برای اندازه گیری املاح محلول در خطوط تولید و چرخه های برودتی، دو روش وزنی آزمایشگاهی و هدایت سنجی الکتریکی را اجرا می کنند. در آزمایشگاه، تکنسین نمونه آب را پس از فیلتراسیون در دمای ۱۸۰ درجه سانتی گراد حرارت می دهد تا با تبخیر آب، وزن رسوبات خشک باقی مانده را تعیین کند.

از آنجا که اپراتورها به اطلاعات فوری نیاز دارند، سنجش الکتریکی را برمی گزینند. مدیران تاسیسات با خرید تی دی اس سنج پرتابل یا اتصال سنسورهای آنلاین، هدایت الکتریکی آب را پیوسته کنترل می کنند و دستور تخلیه زیرآب بویلرها و برج ها را صادر می نمایند.

همچنین کارشناسان برای بررسی عملکرد بستر رزین ها و جلوگیری از فرار یون های کلسیم، کیت سختی سنج تیتراسیونی را در محل آزمایش به کار می گیرند تا زمان احیای مخازن را با دقت تعیین کنند.

راهکارهای مهندسی کاهش TDS در صنایع

پیوند یونی محکم میان املاح و آب اجازه نمی دهد که فیلترهای شنی، کربنی یا کارتریج های الیافی این نمک ها را جدا کنند. مهندسان منحصرا با کمک فناوری های غشایی و رزین های ترکیبی این املاح را از آب بیرون می کشند.

سیستم اسمز معکوس با پمپ های فشار قوی بر فشار اسمزی آب غلبه می کند. این پمپ ها جریان آب را از میان منافذ ریز غشاهای نیمه تراوای پلی آمیدی عبور می دهند. در این فرآیند، غشا بیش از نود و نه درصد نمک های محلول را پس می زند و آبی خالص با شوری بسیار کم تولید می کند.

صنایع حساس مانند نیروگاه های بخار، خطوط داروسازی و تولید قطعات الکترونیکی که آب بدون یون می خواهند، تجهیزات الکترودیونایزاسیون یا رزین های میکس بد را بعد از اسمز معکوس نصب می کنند تا شوری آب را به صفر نزدیک نمایند.

اثرات مخرب TDS بالا در بویلرها و برج های خنک کننده

افزایش نمک های محلول در سیستم های حرارتی و برودتی، توازن فرآیند را بر هم می زند. در دیگ های بخار، تبخیر مداوم آب غلظت املاح درون درام را بالا می برد. این پدیده کشش سطحی آب را دگرگون می کند و کف پایداری می آفریند که ذرات آب را همراه بخار به درون توربین ها و خطوط لوله پرتاب می نماید.

در برج های خنک کننده نیز تبخیر آب چرخه تغلیظ را تشدید می کند. یون های کلرید و سولفات در آب گردشی نرخ خوردگی لوله ها و مبدل ها را بالا می برند و همزمان با ایجاد رسوب روی پکینگ ها، کارایی خنک کاری برج را کاهش می دهند. مهندسان با کنترل منظم زیرآب و تنظیم آب ورودی، این خطرات را مهار می کنند.

سوالات متداول (FAQ)