رزین و کاربرد آن در صنعت تصفیه آب

پردیس فناوری کیش_طرح مشاوره متخصصین صنعت و مدیریت_گروه مهندسی شیمی

آب های مورد استفاده درصنایع و خصوصا شرب در کشور ایران دارای ناخالصی و املاح فراوان و همچنین نمک های محلول در آب فراوانی می باشند.از این میان یون های کلسیم و منیزیم از جمله عمده ناخالصی های آب های کشور ایران هستند.

مقدار فراوان و بیش از حد این یون های کاتیونی برای مصارف صنعتی و بهداشتی و همچنین خوراکی مناسب نمی باشند. لذا باید برای بهره گیری بیشتر از منابع آب خصوصا منابع آب زیرزمینی این سختی را برطرف نمود که از این میان متداول ترین و اقتصادی ترین روش برای حذف سختی کل آب و سختی گیری استفاده از سختی گیر رزینی می باشد .

در ذیل به بررسی اینکه رزین چیست و دارای چه انواعی می باشد و همچنین به کاربرد آن در صنعت تصفیه آب پرداخته می شود.

رزین (Resin):

رزین ها موادی هستند که دارای مولکول های بزرگی می‌ باشند که دو سر آنها قطبی بوده و دارای بارهای مخالف می‌ باشند، درنتییجه رزین‌ ها چسبندگی خوبی را ایجاد می‌ کنند. رزین ها در ساختن پلاستیک ها، چسب ها و … کاربرد دارند. 

رزین‌ های موازنه کننده یون، ذرات جامدی هستند که می‌ توانند یون های نامطلوب در محلول را با همان مقدار اکی والان از یون مطلوب با بار الکتریکی مشابه جایگزین کنند. رزین‌های تعویض یونی شامل بار مثبت کاتیونی و بار منفی آنیونی می‌ باشد به گونه‌ ای که از نظر الکتریکی خنثی هستند.

موازنه کننده ها:

موازنه کننده‌ ها با محلول‌ های الکترولیت این تفاوت را دارند که فقط یکی از دو یون ، متحرک و قابل تعویض است. به عنوان مثال، یک تعویض کننده کاتیونی سولفونیک دارای نقاط آنیونی غیر متحرکی است که شامل رادیکال های آنیونی –(SO2) می‌ باشد که کاتیون متحرکی مثل () یا (Na ) به آن متصل هستند.
این کاتیون های متحرک می‌ توانند در یک واکنش تعویض یونی شرکت کنند. به همین صورت یک تعویض کننده آنیونی دارای نقاط کاتیونی غیر متحرکی است که آنیون‌ های متحرکی مثل (CL-) یا  (OH-) به آن متصل می‌ باشد. در اثر تعویض یون ، کاتیون‌ ها یا آنیون‌ های موجود در محلول با کاتیون‌ ها و آنیون‌ های موجود در رزین تعویض می‌شود . به گونه‌ ای که هم محلول و هم رزین از نظر الکتریکی خنثی باقی می‌ ماند.

در اینجا با تعادل جامد مایع سروکار داریم بدون آنکه جامد در محلول حل شود. برای آنکه یک تعویض کننده یونی جامد مفید باشد باید دارای شرایط زیر باشد:
– خود دارای یون باشد.
– در آب غیر محلول باشد.
– فضای کافی در شبکه تعویض یونی داشته باشد، به طوریکه یون ها بتوانند به سهولت در شبکه جامد رزین وارد و یا از آن خارج شوند.
در مورد رزین‌ های کاتیونی هر دانه رزین با آنیون غیر متحرک و یون متحرک () را می‌ توان همچون یک قطره اسید سولفوریک با غلظت 25% فرض نمود. این قطره در غشایی قرار دارد که فقط کاتیون می‌تواند از آن عبور نماید.

طبقه بندی رزین‌ها :

رزین‌ ها بر حسب گروه عامل تعویض متصل به پایه پلیمری رزین به چهار دسته تقسیم می‌شوند:

– رزین‌ های کاتیونی قوی( SAC) Strong  acidis Cation 

– رزین‌ های کاتیونی ضعیف( WAC) Weak acidis Cation  

– رزین‌ های آنیونی قوی SBA) Strong  basic anion  )

– رزین‌ های آنیونی ضعیف ( WBA) Weak basic anion

محدوده کارکرد رزین ها:

بطور کلی رزین‌ های نوع قوی در یک محدوده وسیع pH و رزین‌ های نوع ضعیف در یک محدوده کوچک از pH مناسب هستند. ولیکن با استفاده از رزین‌ های نوع ضعیف ، صرفه جویی قابل توجهی در مصرف مواد شیمیایی برای احیاء رزین را سبب می‌ شود. رزین‌ های کاتیونی قوی قادر به جذب کلیه کاتیون های موجود در آب می‌باشد ولی نوع ضعیف قادر به جذب کاتیون های هستند که به قلیائیت آب مرتبط است.

مزیت رزین‌ های کاتیونی ضعیف بازدهی بالای آنها در مقایسه با رزین های کاتیونی قوی می‌باشد ، در نتیجه باعث تولید پساب کمتر در احیاء مکرر می‌ گردد. اصولا زمانی که هدف جداسازی کلیه کاتیون های آب است به کارگیری توام رزین کاتیونی قوی و ضعیف اقتصادی تر از به کارگیری رزین های کاتیونی قوی می‌باشد.

رزین های آنیونی :

رزین‌ های آنیونی قوی قادر به جذب کلیه آنیون های موجود در آب بوده ولی رزین‌ های آنیونی قادر به جذب آنیون اسیدهای قوی نظیر اسید سولفوریک ، اسید کلریدریک و اسید نیتریک می‌باشد. رزین‌ های آنیونی ضعیف مقاوم تر از رزین های آنیونی قوی بوده و به همین جهت در سیستم ‌های تصفیه آب ، رزین‌های آنیونی قوی در پایین دست رزین های آنیونی ضعیف قرار می‌ گیرند.

سختی گیرهای رزینی:

سختی گیرهای رزینی بر اساس جایگزینی یون های سخت منفی در آب سخت با اتم های سدیم مثبت، که در رزین موجود در سختی گیر، موجود هستند، کار می کنداین رزین ها باید بطور متناوب احیاء بک واش (back wash) گردند تا از رسوب مواد معدنی سخت در آنها جلوگیری گردد. این کار با عبور دادن آب نمک، از رزین صورت می گیرد.

در طی فرآیند احیاء (بک واش)، آب سختی گیر به دور ریخته می شود، و در نتیجه فقط آب سخت در دسترس خواهد بود. این کار معمولا در طی مدت زمان شب انجام می گیرد. یک راه حل دیگر، استفاده از دو منبع رزین می باشد  به طوریکه وقتی یکی از آنها در حال احیاء می باشد، دیگری سرویس می دهد.

مزایا :

سختی گیر های تبادل یونی، تمامی نیاز های آب نرم واقعی را برای مصارف خانگی و صنعتی، برآورده  می کنند.

معایب:

 اشکالات اصلی سختی گیر های تبادل یونی عبارتند از :

گران بودن آنها، بالا بودن هزینه راه اندازی و نگهداری آنها، و جاگیر بودن سختی گیر.
اشکال دیگر، این است که آب سختی گیری شده حاوی سدیم بوده که برای آشامیدن مناسب نیست. البته این مشکل را می توان با درنظر گرفتن یک خروجی که آب سختی گیری نشده از آن بیرون می آید، حل نمود. یک راه حل دیگر برای از بین بردن محتویات سدیم، استفاده از دستگاه تقطیر کننده آب می باشد.

پرمصرف ترین رزین تبادل یونی در ایران چیست؟

جدال آب و آتش

پردیس فناوری کیش_طرح مشاوره تخصصی صنعت_گروه خدمات اجتماعی:

یکسال از غرق شدن نفتکش سانچی گذشت.

یک سال از حادثۀ غرق شدن نفتکش ایرانی سانچی در آبهای دریای چین و در نزدیکی منطقۀ انحصاری-اقتصادی ژاپن گذشت.

سانچی، نفتکش ۲۷۴ متریِ متعلق به شرکت ملی نفتکش ایران، در پاناما به ثبت رسیده بود و با پرچم این کشور آمریکای مرکزی در دریا رفت و آمد می‌کرد.

این کشتی ژانویۀ سال گذشته میلادی از بندر عسلویه با محموله‌ ۱۳۶ هزار تنی از میعانات سبک نفتی به ارزش حدود ۶۰ میلیون دلار رهسپار کرۀ جنوبی شد اما هرگز به مقصد نرسید و در پی حادثه‌ای مرگبار و تلخ پس از ۹ روز سوختن در آتشی که به گفته کارشناسان دمای آن در آخرین دقایق به ۹۰۰ درجه سانتیگراد رسیده بود، در آبها دریای چین غرق شد.

۹ روزی که بر سانچی گذشت

۶ ژانویه، برخورد دو کشتی: حادثه روز شنبه ۶ ژانویه سال ۲۰۱۸ میلادی (۱۶ دی‌ ۱۳۹۶) حدود ساعت ۸ شب به وقت محلی (۱۴ به وقت ایران) در آبهای شرقی دریای چین روی داد.

نفتکش سانچی با ۳۲ خدمه (۳۰ ایرانی و ۲ بنگلادشی) در حدود ۳۰۰ کیلومتری ساحل شانگهای با یک کشتی فله‌بر چینی به نام «کریستال» حاوی ۶۴ هزار تن غله از مبدا آمریکا به مقصد استان «گوانگ دونگ» در جنوب چین برخورد کرد. در پی این برخورد، آتش عرشۀ نفتکش را دربرگرفت و انفجار روی داد.

این نفتکش به سه رادار و یک سیستم ایمنی مضاعف مجهز بوده است اما پس از برخورد، هیچ علامت و تقاضایی دریافت نشده است که کارشناسان احتمال می‌دهند علت آن انفجار مهیب اولیه‌ای باشد که در کشتی سانچی روی داده و فرصت عکس‌العمل را از خدمۀ نفتکش گرفته است.

برخلاف حریق در سانچی، کشتی کریستال که موتور، عرشه و دیگر بخش‌هایش آسیبی ندیده بود، توانست به راه خود را ادامه دهد و در یکی از بنادر چین پهلو بگیرد. در میان سرنشینان سانچی چهار نفر دانشجو و یک خانواده نیز حضور داشتند.

۸ ژانویه، پیدا شدن اولین جسد: مدیرعامل سازمان بنادر و دریانوردی ایران از کشف جسد یکی از ناپدید شدگان کشتی سانچی خبر داد و اعلام کرد که جسد پیدا شده برای شناسایی هویت به شانگهای منتقل شده است.

۱۰ ژانویه، آغاز عملیات بین‌المللی اطفاء حریق: شرکت ملی نفت چهار روز پس از آتش گرفتن سانچی از آغاز عملیات اطفاء حریق این نفتکش خبر داد. ایسنا به نقل از محسن بهرامی، سخنگوی این شرکت نوشت: «از ساعت ۵ صبح به وقت ایران عملیات اطفاء حریق آغاز شده است. دو کشتی آتش‌خوار درگیر شده و اطفاء حریق را انجام می‌دهند.»

آقای بهرامی همچنین از امیدواری به زنده بودن شماری از سرنشینان نفتکش خبر داد و گفت: «از آنجا که اتاق موتور کشتی بطور مستقیم تحت تاثیر آتش قرار نگرفته و حدود ۱۴ متر زیر آب است، هنوز این امیدواری وجود دارد که سرنشینان این نفتکش زنده باشند.»

مقامات چین در مجموع هشت کشتی و گارد ساحلی کرۀ جنوبی نیز یک کشتی و یک بالگرد برای کمک به عملیات جست‌وجو به محل حادثه فرستادند. آمریکا نیز یک فروند هواپیما را از جزیره اوکیناوای ژاپن رهسپار محل کرد تا به همراه دیگر نیروهای امداد در این عملیات شرکت کند.

شرایط نامناسب دریا عملیات جستجو و نجات را با اختلال مواجه کرده‌ بود و بر این اساس خبرگزاری رویترز به نقل از مقامات وزارت اقیانوس‌ها و شیلات کرۀ جنوبی اعلام کرد که با توجه به تجربۀ حریق در دیگر نفتکش‌ها، احتمالا این نفتکش تا یک ماه آینده همچنان در آتش خواهد سوخت.

۱۲ ژانویه، ورود سانچی به آبهای ژاپن، فرستادن نیروی کمک از ایران به چین: وزش بادهای شدید سانچی را که همچنان در آتش می‌سوخت به سمت ژاپن حرکت داد و به نزدیکی جزیرۀ «آمامی اوشیما» برد. شماری از اعضای گارد ساحلی ژاپن پس از اطلاع از این موضوع با هواپیما و قایق‌های گشت‌زنی به این منطقه رفتند.

اگرچه مقامات ایران پیشتر از آغاز مذاکرات با ژاپن برای کمک به اطفاء حریق خبر داده بودند اما سخنگوی گارد ساحلی ژاپن اعلام کرد که چین پیشنهاد کمک ژاپن برای مهار آتش و نجات دریانوردان را رد کرده و گفته‌ است که در صورت نیاز از آنان کمک خواهند خواست.

مقامات ایران همچنین اعلام کردند که به زودی یک گروه امداد و نجات وابسته به ارتش ایران متشکل از ۱۲ تکاور برای کمک به عملیات جستجو و شناسایی دریانوردان ایرانی، وارد چین خواهند شد.

ایران همچنین از دیدار نماینده ایران در سازمان جهانی دریانوردی با دبیرکل آیمو و درخواست استفاده از امکانات امداد و نجات کشورهای اطراف محل وقوع حادثه یعنی ژاپن و کرۀ جنوبی برای اطفاء حریق و نجات جان سرنشینان سانچی خبر داد.

۱۳ ژانویه، کشف دو جسد دیگر و جعبه سیاه: یک هفته پس از وقوع حادثه چهار تن از اعضای تیم نجات چین که با لباس‌های مخصوص وارد نفتکش سانچی شده بودند، علاوه بر دستگاه ثبت‌کنندۀ داده‌های دریایی موسوم به جعبه سیاه نفتکش، جسد دو دریانورد را نیز روی عرشه پیدا کردند.

جعبه سیاه مطابق با کنوانسیون‌های بین‌المللی به کشور «صاحب پرچم» نفتکش یعنی پاناما منتقل شد و همزمان، مقامات ایران نیز از آغاز روند دریافت نمونه ژنتیکی (DNA) خانواده‌های خدمۀ کشتی سانچی خبر دادند.

اعضای تیم نجات چینی قصد رفتن به بخش سالم کشتی را نیز داشتند که به دلیل حرارت بالا مجبور به ترک نفتکش شدند.

درمجموع تنها پیکر سه تن از سرنشینان سانچی به نام‌های میلاد آروی، مجید نقیان و محمد کاووسی پیدا شد.

۱۴ ژانویه، غرق شدن کشتی: سانچی روز یکشنبه ۱۴ ژانویه ساعت ۸:۴۶ به وقت گرینویچ، بطور کامل در دل دریا فرو رفت و آخرین نشانه‌های آن محو شد. آخرین مکان تایید شدۀ نفتکش، حدود ۳۱۵ کیلومتری غرب سوکوزاکی در جزیره «آمامی اوشیما» بود.

سانچی در حالی غرق شد که تیم ۱۲ نفرۀ تکاوران ایران به محل حادثه رسیده بودند اما انفجارهای شديد، گسترش آتش و انتشار گازهای سمی امكان نزديك شدن آنها به سانچی را نداد.

دو هفته پس از غرق کشتی، کار بررسی جعبه سیاه و همچنین استفاده از رباتهای ارزیاب برای بررسی بخش‌های مختلف کشتی که در عمق ۱۱۰ متری دریا بود، آغاز شد. این رباتها حفره‌ای ۳۵ متری را در محل برخورد کشتی چینی با سانچی پیدا کردند.

۵ مه، علت حادثه اعلام شد: روند رسیدگی به پروندۀ غرق شدن نفتکش سانچی با حضور نمایندگان کشورهای پاناما (کشور صاحب پرچم)، هنگ کنگ (کشور صاحب پرچم کشتی فله‌بر کریستال)، کشور چین (کشور محل وقوع حادثه) و درنهایت ایران و بنگلادش آغاز و نتیجۀ بررسی‌ها روز شنبه ۱۵ اردیبهشت اعلام شد.

نادر پسندیده، مدیرکل امور دریایی سازمان بنادر و دریانوردی ایران هنگام گزارش نتیجۀ کار این کمیته اعلام کرد که سه کشور ایران، پاناما و بنگلادش علت اصلی حادثه را «تغییر مسیر کشتی فله‌بر کریستال ۱۵ دقیقه قبل از حادثه» دانسته‌اند اما چین و هنگ کنگ معتقدند که «کشتی سانچی در این اتفاق به عنوان کشتی راه دهنده حضور داشته که باید پیش از برخورد با کشتی چینی تغییر مسیر می‌داده و در این زمینه کشتی کریستال مقصر نیست.» به گفتۀ او هر دو کشتی سانچی و کریستال بخش‌هایی از مقررات ایمنی دریانوردی را نادیده گرفته‌اند.

با این وجود بسیاری از کارشناسان منتقد می‌گویند که نمی‌توان این موضوع را نادیده گرفت که منطقۀ حادثه منطقه‌ای پرتردد و مملو از صدها کشتی‌ ماهیگیری بوده و به همین دلیل قدرت مانور نفتکش سانچی بسیار کم بوده است. بنابراین نفتکش برای هر تغییر مسیر نیاز به زمان زیادی داشته است.

دیگر اینکه سانچی به سیستمی مشابه با ترمز مجهز نبوده و به همین دلیل در این کشتی‌ها درنهایت تنها می‌توان موتور نفتکش را متوقف کرد که توقف کشتی بعد از خاموش کردن موتور نیز به زمان زیادی نیاز دارد. درمورد چرخاندن سکان کشتی و تغییر مسیر نیز باید گفت که این کار در مسیرهای پرتردد خطر بالایی دارد.

فاجعۀ زیست محیطی

انفجار و غرق شدن سانچی، بدترین فاجعۀ زیست محیطی دریایی طی ۲۵ سال گذشته محسوب می‌شد. در پی این حادثه یک لکۀ نفتی به وسعتی بیش از ۱۸ کیلومتر در سطح دریا بوجود آمد و بسرعت گسترش یافت و به ادعای چینی‌ها به اندازه‌ای نزدیک به مساحت شهر پاریس رسید.

به گفتۀ کارشناسان، سوخت کشتی به دلیل سنگین بودن روی دریا قابل رویت نیست اما به شدت سمی است و موجب آلوده شدن آب و نابودی آبزیان می‌شود. همین موضوع نگرانی‌های بسیاری را دربارۀ تاثیرات منفی حادثه سانچی بر اکوسیستم و گونه‌های مختلف نهنگ‌ها، ماهیان و دیگر آبزیان و پرندگان بوجود آورد.

این گمان نیز مطرح است که مقامات چینی با یقین به مرگ سرنشینان سانچی در همان لحظات اول حادثه، در تلاش برای جلوگیری از گسترش یک فاجعه زیست محیطی بوده‌اند و استفاده نکردن از فوم برای خاموش کردن آتش سانچی نیز به این دلیل بوده که مایع مخازن سانچی در‌‌ همان نقطه بسوزد و از انتشار آن در دریا جلوگیری شود.

انتقادات وارد شده به چین

در طی این حادثه خانواده‌های خدمه سانچی درخواست داشتند تا ایران به چین فشار بیاورد تا کشور جمهوری خلق چین برای اطفای حریق و نجات خدمه سانچی کمک کند.خانواده‌های نگران و داغدار خدمه سانچی از تمامی کشورها تقاضای کمک نمودند. شکوفه عبدالله‌زاده همسر احسان ابولی قاسم‌آبادی گفت: «چرا چین کم‌کاری می‌کند و جان خدمه ایرانی برایشان اهمیتی ندارد ».منصوره یحیایی همسر محمد کاوسی گفت: «اگر روز اول طوفان و دود بود چرا در روزهای بعد که مشکلی نبود چینی‌ها هیچ کاری نکردند» ابراهیم فیاض جامعه‌شناس بیان کرد: «چین نه خودش به سانچی کمک کرد و نه به کشور دیگری اجازه کمک داد». وی افزود: «ایران از ترس غرب بیشتر به شرق نزدیک شده اما این اتفاق برای چین بی‌اهمیت بود و اگر این اتفاق در نزدیکی کشورهای اروپایی یا آمریکا اتفاق می‌افتاد چنین وضعیتی پدید نمی‌آمد اما چین که می‌توانست کاری کند هیچ کاری انجام نداد». فیاض افزود «آنقدر که غرب قابل اعتماد است چین قابل اعتماد نیست و ایران در آینده بیشتر از چین ضربه می‌خورد». محمد راستاد مدیرعامل سازمان بنادر و دریانوردی گفت: «هم ایران چون اکثر خدمه سانچی ایرانی بودند و هم پاناما چون سانچی تحت پرچم پاناما بود و همچنین ذینفعان دیگر که در این ماجرا دخیل بودند می‌توانند از چین شکایت کنند، و مسئله شکایت از چین حقوقی است و با جدیت در سازمان بین‌المللی دریانوردی پیگیری می‌شود».