هیدروسیکلون

هیدروسیکلون Hydro-cyclone یا ماسه گیر یکی از ارزان ترین تجهیزات در تصفیه آب می باشد که تمرکز اصلی آن بر حذف ماسه و ذرات جامد معدنی معلق در آب می باشد. برخلاف سایر روش های تصفیه آب از قبیل اولترافیلتراسیون و NF، با استفاده از هیدروسیکلون امکان حذف املاح و یون های موجود در آب وجود ندارد. به منظور حذف مواد جامد در آب بدون انرژی الکتریکی و فیلتر، در ساخت و طراحی هیدروسیکلون از یک مخزن استوانه ای و یک مخروط استفاده شده است. مخزن استوانه ای در بالا و مخروط در پایین آن قرار می گیرد و دو شیر به عنوان ورودی و خروجی آب بر روی مخزن استوانه و یک شیر در انتهای مخروط برای تخلیه ذرات جامد ته نشین شده استفاده شده است. نحوه عملکرد هیدروسیکلون به این صورت است که، شیر ورودی Hydro-cyclone مماس با مخزن استوانه ای می باشد و بعد از انتقال آب از آن به داخل مخزن، پمپ های سانتریفیوژ در محیط فشار ایجاد می کنند. فشار وارد شده به آب باعث ایجاد چرخش قطرات آن می گردد. به خاطر چرخش سیال به مرور ذرات جامد که چگالی بیشتری از آب دارند به دیواره های بخش مخروطی منتقل می شوند. چرخش آب در داخل دستگاه و تاثیر نیروی گریز از مرکز باعث می شود تا هوای درون آب تخلیه شده و با افت فشار کمی مواجه گردد. در نهایت بر اثر نیروی گریز از مرکز ذرات باقی مانده در آب به دهانه پایین مخروط منتقل شده و قطرات آب خالص به سمت بالا حرکت نموده و از شیر تخلیه بالای مخزن استوانه ای به بیرون منتقل می گردد.

یکی از نکات مهم در نحوه عملکرد Hydro-cyclone، مدت زمان ماندگاری آب در مخزن و دستگاه ماسه گیر می باشد. این مدت زمان حدود دو تا 5 دقیقه در نظر گرفته می شود تا فرصت کافی برای جدایی ذرات جامد از قطرات آب وجود داشته باشد. یکی از راه های در نظر گرفته شده برای ماندگاری قطرات آب در مدت زمان مناسب داخل دستگاه هیدروسیکلون، کوچک کردن سایز شیر تخلیه به اندازه یک واحد از شیر ورودی می باشد. هیدروسیکلون با بهره گیری از انرژی دینامیکی، جداسازی ذرات جامد از مایع را انجام می دهد. ظرفیت جداسازی به قطر و جرم حجمی ذرات، جرم حجمی و گرانروی مایع بستگی دارد. حرکت چرخشی مایع در هیدروسیکلون باعث اعمال نیروی جانب مرکز بر سیال و ذرات می شود. به این ترتیب ذرات جامد با جرم حجمی بیشتر و قطر بزرگ تر از مایع جدا می گردند. دامنه طراحی و کاربرد هیدروسیکلون ها وسیع می باشد. برحسب شرایط می توان هیدروسیکلون را به صورت موازی و یا سری با یکدیگر قرار داد تا جداسازی مطلوب صورت پذیرد. شما می توانید با نصب دستگاه ماسه گیر یا هیدروسیکلون در مسیر لوله کشی از ورود مواد دانه ای به لوله های شبکه آبرسانی و واحد های تصفیه خانه جلوگیری نمایید. ساختار دستگاه هیدروسیکلون از ورق فولادی بوده و جهت افزایش مقاومت در برابر خوردگی، از داخل توسط رنگ اپوکسی و از خارج با رنگ روغنی به طور کامل پوشش داده می شود. دستگاه هیدروسیکلون دارای فلنچ ها و دریچه های بازدید می باشد.

مهمترین دلیل استفاده از هیدروسیکلون محافظت از الکترو پمپ ها در برابر پدیده خوردگی است. سنگ ریزه، شن، ماسه ریز و ماسه بادی باعث سایش پره های پمپ ها می گردند و خساراتی مالی بر جای می گذارند. هزینه هیدروسیکلون شاید ارزان تر از تعمیرات دوره ای پمپ ها و تعویض آن ها گردد. پس در مواردی که آب ورودی به ایستگاه پمپاژ یا سیستم تصفیه حاوی ذرات ریزی باشد بایستی از هیدروسیکلون استفاده شود. هیدروسیکلون نیازی به عملیات بکواش ندارد ولی برای بهبود شرایط نگهداری هیدروسیکلون بهتر است هر چند وقت یکبار (بستگی به میزان ذرات داخل آب دارد)، مخزن شن گیر تعبیه شده در انتهای هیدروسیکلون را باز کرده و ضمن تخلیه آن کل مخزن هیدروسیکلون را نیز با آب ورودی بشوریم.

ذرات مشکلات زیادی را به وجود می آورند. مانند:

• گرفتگی لوله ها
• فرسایش و آسیب های جدی به پمپ
• آسیب های جدی به سیستم لوله کشی
• افزایش افت فشار فیلتر شنی و گرفتگی آن ها
• مسدود شدن آب پخش کن های سیستم های آبیاری قطره ای

عملکرد هیدروسیکلون

هیدروسیکلون بر اساس فشار آب ورودی می تواند تا ذرات 45 میکرون را جدا نماید. برای تامین فشار آب ورودی معمولا از پمپ سانتریفیوژ استفاده می کنند. حداقل فشار مورد نیاز هیدروسیکلون 3 بار یا 30 متر آب است. زمان ماند هر قطره آب را درون هیدروسیکلون بین 2 تا 5 دقیقه محاسبه می کنند و در نتیجه برای تامین این زمان ماند بهترین روش اختلاف سایز لوله ورودی و خروجی از مخزن هیدروسیکلون است. به بیانی دیگر لوله ورودی به هیدروسیکلون همیشه یک سایز کوچک تر از لوله خروجی از هیدروسیکلون است تا زمان ماندی برای جداسازی دانه ها تامین گردد.

طراحی هیدروسیکلون

در طراحی هیدروسیکلون چند پارامتر مهم در نظر گرفته می شود که مهمترین آن ها دبی وروی به سیکلون می باشد. که میزان حجم و نوع سیکلون را مشخص می کند. در کنار میزان دبی ورودی به دستگاه نوع آب ورودی و میزان املاح جامد درون آب هم یکی دیگر از موارد بسیار مهم در طراحی هیدروسیکلون آب می باشد. بهترین نوع و مقرون به صرفه ترین نوع هیدروسیکلون نوع فلزی آن می باشد ولی در مواردی که آب ورودی دارای خورندگی می باشد از هیدروسیکلون استیل و یا FRP هم طراحی و استفاده می شود.

مزایای تصفیه آب با Hydro-cyclone

با وجود روش های متعددی که در تصفیه آب مانند نانوفیلتراسیون و اسمز معکوس که قادر به حذف ذرات بسیار ریز و حتی یون های موجود در آن هستند، در بسیاری از مواقع هیدروسیکلون می تواند گزینه بهتری باشد. دلیل اصلی آن مزایای این گروه از تجهیزات با توجه به محیط مورد استفاده آن ها می باشد که مهم ترین آن ها عبارتند از:

1. افت فشار ناچیز: بعد از ورود آب به مخزن هیدروسیکلون فشار وارد شده از طریق پمپ سانتریفیوژ زیاد نبوده و در نتیجه از افت زیاد فشار آب جلوگیری می گردد.
2. عدم نیاز به انرژی الکتریکی: این گروه از تجهیزات تصفیه آب تنها با انرژی داینامیک عمل می کنند و انرژی الکتریکی در آن ها هیچ کاربردی نداشته و در نتیجه از نظر مصرف انرژی کاملا مقرون به صرفه می باشد.
3. قیمت ارزان: ساختار و متریال به کار رفته در طراحی هیدروسیکلون نسبت به سایر تجهیزات تصفیه آب بسیار ارزان بوده و در نتیجه نیاز به پرداخت هزینه زیادی برای استفاده از آن در محیط های صنعتی و کشاورزی نمی باشد.
4. راندمان بالا در حذف ذرات: استفاده از نیروی گریز از مرکز در نحوه عملکرد هیدروسیکلون باعث می شود تا 95 درصد از ذرات جامد موجود در آب ته نشین شوند. در نتیجه می توان از آن برای مصارف صنعتی و کشاورزی استفاده نمود.
5. نصب و نگهداری آسان: برخلاف سایر تجهیزات مورد استفاده در تصفیه آب که فیلتر از اصلی ترین اجزای داخلی آن ها به شمار می رود، در Hydro-cyclone هیچگونه فیلتری وجود ندارد. در نتیجه نیاز به روش های شستشو مانند بک واش، تعویض و یا احیای فیلترها وجود ندارد. علاوه بر این، ساختار این تجهیزات پیچیده نمی باشد و در نتیجه طول عمر بالایی داشته و نگهداری از آن کار آسانی است.

کاربرد Hydro-cyclone

هیدروسیکلون چاه آب و چاه عمیق

در زمین های کشاورزی که برای آبیاری نیاز به پمپاژ آب از چاه عمیق دارند و یا در مواردی که از آبیاری قطره ای و بارانی استفاده می شود، به شدت به ماسه گیر نیاز است. ماسه، شن و ذرات جامد موجود در آب چاه باعث می شود تا خیلی زود به موتور و پمپ آب آسیب وارد شود. علاوه بر این، مسیر عبور آب در آبیاری قطره ای و بارانی به مرور مسدود می شود و عملکرد آن ها را با اختلال مواجه خواهد نمود. با نصب هیدروسیکلون در مسیر ورود آب به پمپ می توان تا حد زیادی این مشکلات را برطرف نمود.

Hydro-cyclone در اسمز معکوس

اسمز معکوس یکی از مهم ترین روش های تصفیه آب می باشد که تجهیزات آن از نظر مالی قیمت بالایی دارند. به همین خاطر است که برای جلوگیری از کاهش عمر فیلتر و همچنین بالا بردن راندمان کاری آن ها، مرحله پیش تصفیه در نظر گرفته می شود. در این مرحله ذرات بزرگ تر را با شیوه های مختلف مانند هیدروسیکلون حذف نموده و آب با آلودگی کمتر وارد RO می گردد.

هیدروسیکلون در صنعت

بسیاری از کارخانجات صنعتی و حتی کارگاه های تولید مواد غذایی، آرد و غیره به خاطر ورود ذرات جامد زائد به درون تاسیسات با خسارت زیادی مواجه می گردند. به همین منظور با روش های مختلف از قبیل استفاده از ماسه گیر تا حد زیادی می توان این مشکلات را برطرف کرد. کارخانجات تولید کاشی و سرامیک، نشاسته، آرد و شن شویی از جمله مواردی هستند که از این شیوه برای تصفیه آب استفاده می کنند.

کاربردهای هیدروسیکلون

• تصفیه آب چاه کشاورزی
• در کارخانجات شن و ماسه
• در کارخانجات کاشی و سرامیک
• در کارخانجات تولید نشاسته و آرد
• حذف ذرات شن و ماسه از آب چاه و رودخانه
• به عنوان پیش تصفیه واحدهای اسمز معکوس
• جداسازی ذرات جامد از جریان آب برگشتی کارخانه ها
• جداسازی مواد معلق در مایع برای خط تولید واحدهای صنعتی

مزایای استفاده از هیدروسیکلون

• افت فشار ناچیز
• هزینه نگهداری پایین
• بهره برداری آسان و راحت
• عدم نیاز به انرژی الکتریکی
• قابلیت تحمل فشار تا 8 بار
• راندمان بالای 95% در حذف ذرات
• توانایی حذف بالای ذرات جامد و…
• مقدار TDS آب را شدیدا کاهش می دهد.