غشاءهاي پلي آميد تنها قادر به تحمل میزان بسیار اندک كلر آزاد میباشند. بسته به ساير اجزاي موجود در آب خوراك، كلر حتي با غلظت ناچيز مي‌تواند موجب تجزیه غشاء پلي آميد شود. حضور آهن، مس، منیزیم و سایر فلزات واسطه به عنوان کاتالیزور باعث تشدید و تسریع عمل اکسیداسیون توسط کلر میگردد. این خاصیت کاتالیزوری برای سایر مواد اکسید کننده نظیر ید، برم و ازون نیز وجود دارد.
برخی سازندگان غلظت كلر قابل تحمل برای غشاء پلي آميد ساخت خود را مشخص مینمایند. معمولاً اين غلظت برحسب ppm-hour بيان مي‌شود که عبارت از حاصل ضرب مقدار کلر آزاد موجود در آب خوراک در تعداد ساعاتی است که غشاء با آن جریان در تماس است. به عنوان مثال چنانچه مقدار مجاز يك غشاء پليآَميد در حدودppm-hr 1000 باشد، اين غشاء پیش از آسيب جدي به آن، توانايي عبور آب خوراك با غلظت ppm 1/0 كلر را به مدت ده هزار ساعت دارا مي‌باشد.
امروزه اغلب سیستمهای آب شهری از كلروآمين بجای کلر به عنوان بايوسايد استفاده مي‌كنند. كلروآمين نسبت به كلر آزاد، از فعاليت كمتري برخوردار بوده و پايدارتر میباشد. مزيت كلروآمين نسبت به كلر آزاد، عدم واکنش کلروآمین با مواد ارگانیک موجود در آب و در نتیجه عدم تشکیل مواد سرطانزای تري‌هالومتان (THMS) میباشد.
غلظتهاي پايين كلرآمين با غشاءهای فیلم نازک پلي آَميد سازگارند. واحدهای تصفیه آب شهر کلر آزاد باقیمانده را با تزریق آمونیاک تبدیل به کلروآمینها مینمایند. احتمال حضور کلر آزاد همراه کلروآمین میتواند مخرب غشاء باشد. بنابراین تقریباً همیشه نیاز به از بین بردن کلر از آب خوراک سیستم RO با غشاء پلیآمید میباشد.
با عبور آب از ميان كربن فعال يا توسط تزريق صحيح مواد شيميايي احيا كننده، مي‌توان عامل اكسيد كننده را حذف نمود. مواد احياء كننده معمول در سیستمها شامل سولفيت سديم (Na2So3) ، بيسولفيت سديم(NaHSO3) و متا بي سولفيت سديم (Na2S2O5) میباشد. تزريق اين مواد بايد به اندازه‌اي باشد كه بعد از حذف كامل عامل اكسيد كننده، عامل احيا كننده به اندازه ppm 1 به صورت اضافي در سيستم باقي بماند. بعنوان مثال چنانچه غلظت کلر آزاد ppm 1.2 باشد، ماده احیاء کننده به میزان ppm 2.2 تزریق میشود. واكنش اين مواد با اسيد هيپوكلرو به شرح ذیل می باشد.
بيسولفيت سديم و متابي سولفيت سديم دو عامل احيا كننده هستند كه به طور معمول در سيستمهاي پيش تصفيهRO مورد استفاده قرار مي‌گيرند. بيسولفيت سديم به صورت محلول آبی و متا بيسولفيت سديم به صورت گرانول در دسترس هستند. گازهاي حاصل از مخلوط كردن متابي‌سولفيت سديم با آب، سوزش آور و آزاردهنده است.
به دلیل اهمیت بالای جداسازی مواد اکسید کننده از خوراک سیستمهای غشائی پليآميد، وجود دو سیستم تزریق مواد احیاء کننده بصورت موازی پیشنهاد میشود تا در صورت مشکل برای یک سیستم، تزریق از طریق سرویس دوم صورت گیرد.
يكي ديگر از جمله روشهاي اطمينان از تزريق مناسب عامل احيا كننده و عدم وجود عوامل اكسيدكننده، استفاده از دستگاه ORP متر (Oxidation Reduction Potential meter) میباشد. این اندازهگیری مبین ماهیت اکسیدی یا احیائی آب خوراک RO میباشد. دستگاه ORP متر باید بطور اتومات آلارم داده و در مواقع لزوم واحد RO را از سرویس خارج نماید. برای اطمینان از حذف مواد اکسید کننده در آب خوراک RO باید مقدار ORP کمتر از 175 ميلي‌ولت حفظ شود.
در محيط‌هايي كه آب خاصيت احياء كنندگي دارد، باكتريهاي بي‌هوازي تكثير مي‌شوند. اگر ORP در محدوده mv100- تا mv 200- باشد يون سولفات، احيا شده و به سولفيد هيدروژن (H2S) تبديل مي‌شود. حال چنانچه ماهیت آب اندکی پتانسیل مثبت داشته باشد، بهتر میتوان رشد مواد بیولوژیک را کنترل نمود.
مثال:
چه غلظتي از بيسولفيت سديم بايد به آب خوراك RO تزريق شود تا كلر آزاد با غلظت mg/l 3/0 را خنثي كند؟
كلر آزاد (به صورت گاز است) با اسيد هيپوكلرو به صورت زير در حالت تعادل است.
با توجه به واكنش فوق، يك مول كلر آزاد در آب تجزيه مي‌شود تا يك مول اسيد هيپوكلرو تشكيل شود. براساس استوكيومتري واكنش، يك مول بيسولفيت سديم مصرف مي‌شود تا يك مول اسيد هيپوكلرو را خنثي كند؛ بنابراين ، يك مول بيسولفيت لازم است تا يك مول كلر آزاد (Cl2) را خنثي كند.
جرم مولكولي بيسولفيت سديم برابر با g/mole 1/104 میباشد كه معادل با mg/mole 104100 است. غلظت كلر آزاد را مي‌توان با استفاده از جرم مولكولي كلر آزاد به غلظت مولي تبديل نمود.
براي تبديل غلظت mg/l 3/0 كلر آزاد به غلظت مولي، بايد آن را بر mg/mole 71000 تقسيم نمود. حاصل اين تقسيم، mole/lit 000042/0 خواهد بود. به ازاي يك مول بيسولفيت سديم، يك مول كلر آزاد وجود دارد و غلظت مولي بيسولفيت سديم با غلظت مولي كلر آزاد برابر خواهد بود.
با ضرب كردن mole/lit 0000042/0 درجرم مولكولي بيسولفيت سديم غلظت آن برحسب mg/l بدست مي‌آيد.
اين، تقريباً 5/1 برابر غلظت كلر آزاد (mg/l 3/0) است. براي اطمينان از واكنش كامل كلر آزاد در آب و افزايش سرعت واكنش، معمولاً عامل احيا كننده بيش از ميزان مورد نياز تزريق مي‌شود. اگر mg/l 1 بيسولفيت سديم بيش از ميزان مورد نياز تزريق شود، در مجموع بايد mg/l 44/1 بيسولفيت سديم تزريق شود.
نسبت غلظت وزني براي واكنش كامل با كلر آزاد براي هريك از عوامل احيا كننده قبلي در زير نوشته شده است.
برخی سازندگان غلظت كلر قابل تحمل برای غشاء پلي آميد ساخت خود را مشخص مینمایند. معمولاً اين غلظت برحسب ppm-hour بيان مي‌شود که عبارت از حاصل ضرب مقدار کلر آزاد موجود در آب خوراک در تعداد ساعاتی است که غشاء با آن جریان در تماس است. به عنوان مثال چنانچه مقدار مجاز يك غشاء پليآَميد در حدودppm-hr 1000 باشد، اين غشاء پیش از آسيب جدي به آن، توانايي عبور آب خوراك با غلظت ppm 1/0 كلر را به مدت ده هزار ساعت دارا مي‌باشد.
امروزه اغلب سیستمهای آب شهری از كلروآمين بجای کلر به عنوان بايوسايد استفاده مي‌كنند. كلروآمين نسبت به كلر آزاد، از فعاليت كمتري برخوردار بوده و پايدارتر میباشد. مزيت كلروآمين نسبت به كلر آزاد، عدم واکنش کلروآمین با مواد ارگانیک موجود در آب و در نتیجه عدم تشکیل مواد سرطانزای تري‌هالومتان (THMS) میباشد.
غلظتهاي پايين كلرآمين با غشاءهای فیلم نازک پلي آَميد سازگارند. واحدهای تصفیه آب شهر کلر آزاد باقیمانده را با تزریق آمونیاک تبدیل به کلروآمینها مینمایند. احتمال حضور کلر آزاد همراه کلروآمین میتواند مخرب غشاء باشد. بنابراین تقریباً همیشه نیاز به از بین بردن کلر از آب خوراک سیستم RO با غشاء پلیآمید میباشد.
pH> 5 : HOCl + NH3 → NH2Cl + H2O
با عبور آب از ميان كربن فعال يا توسط تزريق صحيح مواد شيميايي احيا كننده، مي‌توان عامل اكسيد كننده را حذف نمود. مواد احياء كننده معمول در سیستمها شامل سولفيت سديم (Na2So3) ، بيسولفيت سديم(NaHSO3) و متا بي سولفيت سديم (Na2S2O5) میباشد. تزريق اين مواد بايد به اندازه‌اي باشد كه بعد از حذف كامل عامل اكسيد كننده، عامل احيا كننده به اندازه ppm 1 به صورت اضافي در سيستم باقي بماند. بعنوان مثال چنانچه غلظت کلر آزاد ppm 1.2 باشد، ماده احیاء کننده به میزان ppm 2.2 تزریق میشود. واكنش اين مواد با اسيد هيپوكلرو به شرح ذیل می باشد.
سولفيت سديم : HOCL + Na2SO3 → HCL + Na2SO4
بيسولفيت سديم : HOCL + NaHSO3 → Na CL + H2SO4
متابي سولفيت سديم : 2HOCL + Na2S2O5 + H2O → 2 NaCL + 2H2SO4
بيسولفيت سديم : HOCL + NaHSO3 → Na CL + H2SO4
متابي سولفيت سديم : 2HOCL + Na2S2O5 + H2O → 2 NaCL + 2H2SO4
بيسولفيت سديم و متابي سولفيت سديم دو عامل احيا كننده هستند كه به طور معمول در سيستمهاي پيش تصفيهRO مورد استفاده قرار مي‌گيرند. بيسولفيت سديم به صورت محلول آبی و متا بيسولفيت سديم به صورت گرانول در دسترس هستند. گازهاي حاصل از مخلوط كردن متابي‌سولفيت سديم با آب، سوزش آور و آزاردهنده است.
به دلیل اهمیت بالای جداسازی مواد اکسید کننده از خوراک سیستمهای غشائی پليآميد، وجود دو سیستم تزریق مواد احیاء کننده بصورت موازی پیشنهاد میشود تا در صورت مشکل برای یک سیستم، تزریق از طریق سرویس دوم صورت گیرد.
يكي ديگر از جمله روشهاي اطمينان از تزريق مناسب عامل احيا كننده و عدم وجود عوامل اكسيدكننده، استفاده از دستگاه ORP متر (Oxidation Reduction Potential meter) میباشد. این اندازهگیری مبین ماهیت اکسیدی یا احیائی آب خوراک RO میباشد. دستگاه ORP متر باید بطور اتومات آلارم داده و در مواقع لزوم واحد RO را از سرویس خارج نماید. برای اطمینان از حذف مواد اکسید کننده در آب خوراک RO باید مقدار ORP کمتر از 175 ميلي‌ولت حفظ شود.
در محيط‌هايي كه آب خاصيت احياء كنندگي دارد، باكتريهاي بي‌هوازي تكثير مي‌شوند. اگر ORP در محدوده mv100- تا mv 200- باشد يون سولفات، احيا شده و به سولفيد هيدروژن (H2S) تبديل مي‌شود. حال چنانچه ماهیت آب اندکی پتانسیل مثبت داشته باشد، بهتر میتوان رشد مواد بیولوژیک را کنترل نمود.
مثال:
چه غلظتي از بيسولفيت سديم بايد به آب خوراك RO تزريق شود تا كلر آزاد با غلظت mg/l 3/0 را خنثي كند؟
كلر آزاد (به صورت گاز است) با اسيد هيپوكلرو به صورت زير در حالت تعادل است.
Cl2 + H2O ↔ HOCl + HCl
با توجه به واكنش فوق، يك مول كلر آزاد در آب تجزيه مي‌شود تا يك مول اسيد هيپوكلرو تشكيل شود. براساس استوكيومتري واكنش، يك مول بيسولفيت سديم مصرف مي‌شود تا يك مول اسيد هيپوكلرو را خنثي كند؛ بنابراين ، يك مول بيسولفيت لازم است تا يك مول كلر آزاد (Cl2) را خنثي كند.
جرم مولكولي بيسولفيت سديم برابر با g/mole 1/104 میباشد كه معادل با mg/mole 104100 است. غلظت كلر آزاد را مي‌توان با استفاده از جرم مولكولي كلر آزاد به غلظت مولي تبديل نمود.
mg/mole 71000 = g/mole 71 = 2 ×5/35
براي تبديل غلظت mg/l 3/0 كلر آزاد به غلظت مولي، بايد آن را بر mg/mole 71000 تقسيم نمود. حاصل اين تقسيم، mole/lit 000042/0 خواهد بود. به ازاي يك مول بيسولفيت سديم، يك مول كلر آزاد وجود دارد و غلظت مولي بيسولفيت سديم با غلظت مولي كلر آزاد برابر خواهد بود.
با ضرب كردن mole/lit 0000042/0 درجرم مولكولي بيسولفيت سديم غلظت آن برحسب mg/l بدست مي‌آيد.
mg/l 44/0 = mg/mole 104000 ×mole/lit 0000042/0
اين، تقريباً 5/1 برابر غلظت كلر آزاد (mg/l 3/0) است. براي اطمينان از واكنش كامل كلر آزاد در آب و افزايش سرعت واكنش، معمولاً عامل احيا كننده بيش از ميزان مورد نياز تزريق مي‌شود. اگر mg/l 1 بيسولفيت سديم بيش از ميزان مورد نياز تزريق شود، در مجموع بايد mg/l 44/1 بيسولفيت سديم تزريق شود.
نسبت غلظت وزني براي واكنش كامل با كلر آزاد براي هريك از عوامل احيا كننده قبلي در زير نوشته شده است.
عامل احيا كننده | جرم مولكولي | نسبت غلظت وزني |
سولفيت سديم | 1/126 | 8/1 |
بيسولفيت سديم | 1/104 | 5/1 |
متا بيسولفيت سدي | 2/190 | 3/1 |
تيو سولفات سديم | 2/158 | به pH بستگي دارد |
