انواع آب شیرین کن ها | مقایسه، مزایا، معایب
شیرین سازی آب چیست و انواع آب شیرین کن ها کدامند؟
آب شیرین، یک نیاز اصلی برای زندگی است و به همین دلیل فرایند شیرینسازی آب شور یا تصفیه فاضلاب برای کاربردهای مختلف بسیار اهمیت دارد. در حال حاضر بسیاری از مناطق جهان و از جمله ایران با توجه به تغییر شرایط آب و هوایی و کمبود بارشها دچار چالش تامین آب شیرین شدهاند. هر چند، بسیاری از صنایع برای تامین آب مورد نیاز در فرایندهای خود یا آبیاری زمینهای کشاورزی نیاز به آب با حداقل املاح دارند و آب شیرینکنها در این موارد نیز بسیار مورد استفاده قرار میگیرند. در این مطلب بعد از تعریف فرایند شیرینسازی آب، انواع آب شیرین کنها و مزیتها و معایب هر یک را بررسی میکنیم.
همچنین بخوانید:
♣ ضدعفونی کردن آب آشامیدنی و کنترل میکروبی مخازن آب
♣ راهنمای جامع کنترلکردن تصفیهخانههای آب و فاضلاب
آب شیرین کن چیست؟
فرایند شیرینسازی آب (Water Desalination) یا نمکزدایی به فرایند حذف نمکهای محلول در آب زیرزمینی، آب لب شور و آب دریا گفته میشود. با استفاده از تجهیزات مناسب و حذف نمکها و مواد معدنی محلول، آب برای مصرف خوراکی و کاربردهای صنعتی یا کشاورزی قابل استفاده خواهد بود. در حال حاضر با توجه به افزایش جمعیت، کمبود بارشهای جوی و آلودگی بسیاری از منابع آب در دسترس کاربرد انواع آب شیرینکنها در جهان بسیار بیشتر شده است. بهخصوص اینکه با برداشتهای بیرویه از منابع آب زیرزمینی و افزایش شوری آنها نیاز به تجهیزات شیرینسازی آب برای رفع مشکل بسیار اهمیت دارد.
فرآیند نمک زدایی چیست؟
فرآیند نمک زدایی شامل حذف نمک های محلول از آب دریا، فاضلاب های شور، فاضلاب شهری و حتی آب های زیرزمینی با محتوای مواد معدنی بالا است. این فرآیند آب را برای مصارف انسانی، آبیاری، کاربردهای صنعتی و غیره مناسب می کند. فرآیندهای نمکزدایی صنعتی گاهی گران هستند و فقط در مواردی مفید هستند که از نظر اقتصادی بهدست آوردن آب شیرین، از راه دیگری مقرون به صرفه نباشد.
اهمیت شیرین سازی آب
با افزایش روز افزون جمعیت انسان، نیاز به آب شیرین افزایش می یابد. مناطق خشک و بدون دسترسی به آب شیرین متکی به باران و منابع آب زیرزمینی هستند که باز هم محدود هستند. با ادامه استخراج، آب از منابع زیرزمینی به طور فزایندهای شور میشود. با توجه به اینکه مردم به دنبال آب شیرین هستند، نمکزدایی بسیار مهمتر میشود. 30 درصد از مناطق تحت آبیاری جهان، شور هستند و نیاز به شیرین سازی دارند. به همین دلیل، شیرین کردن آب می تواند با تولید آب، مشکلات را حل کند.
انواع آب شیرین کن و تکنولوژیهای شیرینسازی آب
فناوری شیرینسازی آب و حذف املاح معدنی به دو دسته اصلی حرارتی و غشایی تقسیمبندی میشود. هر یک از انواع آب شیرینکنهایی که از این دو دسته فناوری استفاده میکنند، با توجه به سطح املاح موجود در آب، کاربرد و شرایط آب و هوایی منطقه نصب مزایا و چالشهای مخصوص به خود را دارند.
1. فناوری حرارتی شیرین سازی آب
همانطور که از اسم این فرایند مشخص است، شیرین سازی و حذف املاح بر اساس حرارت دهی یا تبخیر و سپس تقطیر آب انجام میگیرد. این فرایند نیز با توجه به تعداد مراحل تبخیر و میعان آب زیرمجموعههای دیگری دارد.
الف) تقطیر چند مرحلهای
در فرایند تقطیر چند مرحلهای (Multi-Effect Distillation) یا به اختصار «MED» شیرینسازی آب در طی چند مرحله تبخیر و تقطیر تحت فشار و درجه حرارتهای مختلف انجام میگیرد. به شکلی که در هر مرحله، گرمای آزاد شده در زمان میعان یا تقطیر آب برای گرم کردن و تبخیر آب در مرحله بعد استفاده میشود.
در فرایند MED مجموعهای از مخازن یا تبخیرکننده به نام «Effect» وجود دارند که آب شور بعد از پیش گرمایش در لولهها وارد مرحله یا افکت اول میشود و درجه حرارت آن به نقطه تبخیر میرسد. سپس بخشی از آب روی سطح لولههای تبخیرکننده اسپری میشود تا سرعت تبخیر بالاتر رود. سپس بخار تولید شده در سمت دیگر لولهها متراکم شده و با از دست دادن انرژی حرارتی خود به آب مقطر تبدیل میشود. در مراحل بعدی آب شور باقیمانده وارد مرحله یا افکت بعدی میشود و فرایند به همین ترتیب انجام میگیرد تا تمام آب ورودی بهصورت قابل مصرف درآید. تنها تفاوت در مراحل بعدی کم بودن فشار و دما برای تبخیر و تقطیر است. به شکلی که از حرارت بخار متراکم شده برای تبخیر آب در هر مرحله استفاده میشود. به این شکل راندمان مصرف انرژی بالاتر میرود.
مزایای روش MED
- کارآمدترین روش برای شیرینسازی آب دریا بهدلیل راندمان بالای حرارتی
- کیفیت بالای آب شیرین تولید شده
- قابل استفاده برای حجم بالای آب
- بازیافت حرارت و کاهش مصرف انرژی به دلیل استفاده از گرمای تولیدی در هر مرحله بهعنوان منبع حرارت در مرحله بعدی
معایب روش MED
- پیچیدگی طراحی و ساخت نسبت به سایر روشهای حرارتی
- هزینه سرمایه گذاری بالاتر
- احتمال تشکیل رسوب روی لولهها
ب) تقطیر ناگهانی چند مرحلهای
آب شور در تقطیر ناگهانی چند مرحلهای (Multi-Stage Flash Distillation) یا «MSF» ابتدا تا درجه حرارت نسبتا بالا و زیر نقطه جوش گرم میشود. بعد از آن با عبور از محفظههای تقطیر بهنام «Flash» که هر کدام فشار کمتری نسبت به قبلی دارد به صورت ناگهانی تبخیر میشود. بخار تولیدی در هر مرحله روی کندانسور و تحت دمای پایین متراکم شده و آب شیرین را بهعنوان خروجی تولید میکند. در هر یک از این مراحل فشار و دما نسبت به مرحله قبلی پایینتر است.
پیشنهاد می کنیم مقالات زیر را مطالعه بفرمایید:
♣ کنترل رشد میکروارگانیسم ها در سیستم RO
مزایای روش MSF
- سادگی طراحی و قابلیت استفاده مطمئن در مقیاس بزرگ
- عمر طولانیتر قطعات و حساسیت کمتر نسبت به میزان املاح آب
معایب روش MSF
- کارآیی انرژی پایینتر نسبت به MED
- اتلاف انرژی به دلیل تکرار زیاد کاهش فشار در هر مرحله
- محدودیت در بازیافت انرژی
ج) تقطیر تراکمی بخار
در فرایند تقطیر تراکمی بخار (Vapour Compression) یا «VC» حرارت لازم برای تبخیر آب دریا از طریق متراکمسازی بخار تامین میشود. به این شکل که ابتدا یک کمپرسور مکانیکی بخار را فشرده میکند تا دمای آن افزایش پیدا کند و بتواند آب بیشتری را تبخیر کند. بعد از آن کمپرسور حرارتی با فشار منفی و مکش، بخار موجود در تبخیرکننده را به سمت خود میکشد. این کار باعث کاهش فشار در تبخیرکننده شده و در نتیجه آن آب دریا در دمای پایینتر شروع به تبخیر میکند.
اما فرایند شیرینسازی آب شور در واحدهای تقطیر تراکمی بخار به این صورت انجام میگیرد. ابتدا آب شور روی قسمت بیرونی لولههای گرم شده اسپری میشود که در اثر آن تبخیر آب اتفاق میافتد. این بخار از طریق کمپرسور حرارتی یا جت بخار به حالت فشرده در میآید. قرارگیری این بخار فشرده روی سطح لولههای دیگر باعث متراکم شدن آن و تبدیل به آب شیرین میشود.
مزایای روش VC
- سادگی و قابلیت اطمینان عملکرد در واحدهای شیرینسازی آب در مقیاس کوچک
- ظرفیت کارکرد حداکثر تا تولید ۳۰۰۰ متر مکعب
- قابل کاربرد در مجتمعهای تفریحی، کارخانههای کوچک و سایتهای کارگاهی که آب شیرین بهراحتی در دسترس قرار ندارد.
- مصرف انرژی پایین
- رسوب و خوردگی کمتر لولهها
معایب روش VC
- برای تولید حجم بسیار بالای آب شیرین محدودیت دارد.
2. فناوریهای غشایی شیرینسازی آب
اساس کار این دسته فناوری، استفاده از غشاهای نیمه تراوا است که در آن مواد محلول در آب شور بعد از عبور با فشار از این غشا جدا میشوند. مهمترین فرایندهای مورد استفاده در این فناوری به شرح زیر هستند:
الف) اسمز معکوس
فرایند اسمز حرکت آب از محلولی با غلظت کمتر به محلولی با غلظت بیشتر از طریق غشا با هدف برابر کردن غلظت محلول در دو طرف غشا است. اما در فرایند اسمز معکوس (Reverse Osmosis) یا «RO» این فرایند به شکل معکوس انجام میگیرد تا نمکها یا آلایندهای احتمالی موجود در آب شور جدا شوند. به این شکل که ابتدا در مرحله پیش تصفیه کلیه ذرات جامد، رسوب و آلایندههای معلق را حذف میکنند تا گرفتگی و آسیب به غشا در فرایند اسمز معکوس به حداقل برسد. سپس آب شور تحت فشار از غشای نیمه تراوا عبور میکند. ویژگی غشاهای نیمه تراوا نگهداری انتخابی یونهای نمک و املاح است و تنها مولکولهای آب اجازه عبور از غشا را دارند. در نتیجه آب شیرین حاصل، در سمت دیگر غشا قابل جمعآوری و مصرف است.
مزایای فرایند RO
- فرایند بسیار پر کاربرد در سیستمهای شیرینسازی آب بویژه در مناطق ساحلی
- کیفیت بالای آب شیرین تولید دشه
- مناسب سیستمهای خانگی کوچک تا واحدهای بزرگ شیرینسازی آب
- کاهش میزان خوردگی قطعات و تجهیزات دستگاه
معایب فرایند RO
- مصرف بالای انرژی
- حجم بالای پساب نیازمند به بازیافت و دفع
- نیاز به تعویض دورهای غشاها بهدلیل گرفتگی
ب) الکترو دیالیز
الکترودیالیز (ED) یکی از روشهای اقتصادی و قدیمی شیرینسازی آب است که از غشاهای تبادیل یونی باردار شده با اختلاف پتانسیل الکتریکی بهعنوان نیروی محرک استفاده میکند. این روش بر این اساس استوار است که بیشتر نمکهای محلول در آب دارای بار مثبت یا منفی هستند و به سمت الکترودهایی با بار مخالف حرکت میکنند. بنابراین با عبور جریان برق مستقیم، یونهای مثبت به سمت الکترود منفی و یونهای منفی به سمت الکترود مثبت حرکت میکنند. این حرکت یونها نمک و سایر املاح را از آب جدا کرده و در یک محفظه جمع میکنند. بنابراین در محفظه دیگر آب با غلظت املاح کمتر و کیفیت بالا برای مصارف مختلف جمعآوری میشود.
مزایای روش ED
- قابلیت تولید بسیار بالای آب شیرین در هر بار کارکرد
- بینیاز از شستشوی دورهای غشا
- کیفیت بالای آب شیرین تولیدی
معایب روش ED
- فقط مناسب آب شور با غلظت مواد محلول کمتر از ۶ گرم در لیتر
- برای آبهای بسیار شور با غلظت مواد محلول بیش از ۳۰ گرم در لیتر مانند آب دریا اقتصادی نیست.
3. آب شیرین کن خورشیدی
آب شیرینکنهای خورشیدی دستهای از تجهیزات شیرینسازی آب هستند که از خورشید بهعنوان منبع اصلی تامین انرژی فرایند جداسازی املاح استفاده میکنند. یک دسته از آب شیرینکنهای خورشیدی مجهز به پنلهای فتوولتاییک هستند و با ترکیب فرایندهای غشایی مانند اسمز معکوس یا الکترودیالیز برق مورد نیاز عملیات شیرینسازی را تامین میکنند. اما دسته دیگر از طریق کلکتورهای صفحه تخت، لوله خلاء یا متمرکز کنندههای خورشیدی حرارت دریافتی از تابش آفتاب را برای تبخیر آب شور و انجام عملیات بعدی در سیستمهایی مانند MED یا MSF تامین میکنند. بهعبارتی در این تجهیزات نیاز به منابع سوختهای فسیلی و برق به حداقل و حتی صفر میرسد.
مزایای آب شیرینکنهای خورشیدی
- استفاده از منبع رایگان انرژی خورشیدی
- سازگار با محیط زیست بدون آلودگی
- مناسب مناطق دورافتاده بدون دسترسی به شبکه برق یا گاز
معایب آب شیرینکنهای خورشیدی
- نیاز به فضای زیاد برای نصب پنل یا کلکتورهای خورشیدی
- نیاز به امکانسنجی دقیق برای انتخاب بهترین نوع کلکتور و پنل فتوولتاییک حسب شرایط منطقه
- نیاز به تمیز کردن مرتب صفحات خورشیدی از گرد و غبار
- هزینه سرمایهگذاری بالا
4. آب شیرین کن هسته ای
استفاده از انرژی نیروگاههای هستهای برای تامین برق یا حرارت فرایندهای شیرینسازی آب روش دیگری است که برخی کشورهای جهان از آن استفاده می کنند. در این نوع آب شیرینکنها، حرارت تولیدی از بخار یا اب داغ خروجی از راکتورهای هستهای برای تبخیر آب کاربرد دارد. به این حالت کوژنراسیون (Cogeneration) یا تولید همزمان برق و آب شیرین از یک نیروگاه گفته میشود. همچنین برق تولیدی از نیروگاههای هستهای برای شیرینسازی آب به روش غشایی یا الکترودیالیز هم مورد استفاده قرار می گیرد. در حال حاضر کشورهایی مانند پاکستان، ژاپن، کرهجنوبی و روسیه مدلهای مختلف آب شیرین کن هسته ای را در مناطق مختلف نصب و راهاندازی کردهاند.
مزایای آب شیرینهای هستهای
- تامین انرژی پایدار و مداوم و غیر وابسته به شرایط آب و هوایی بر خلاف آب شیرین خورشیدی
- بینیاز به سوختهای فسیلی
- کاهش آلاینده دیاکسید کربن در محیط زیست
- مناسب شهرهای ساحلی پر جمعیت
معایب آب شیرین کن هسته ای
- هزینه سرمایهگذاری بسیار بالا
- نیاز به مدیریت بسیار دقیق پسماند هستهای و رعایت مسایل ایمنی
- نیاز به زیرساختهای پیشرفته و نیروی انسانی بسیار متخصص
- مقاومت اجتماعی و سیاسی در راهاندازی
شکل گیری رسوب و روش های رسوب زدایی در سیستم های آب شیرین کن
تشکیل رسوب یا رسوب گذاری یکی از معمول ترین مسائل بهره برداری در سیستم تقطیری است. با تبخیر شدن آب خالص از آب شور، مقدار نمک های با قابلیت انحلال ناچیز افزایش یافته و در نتیجه به صورت رسوب سخت بر سطح های انتقال حرارت ته نشین می شوند. حضور رسوبات باعث کاهش اجتناب ناپذیر میزان راندمان و سطح کارایی سیستم می شوند.
نکات زیر در رسوب زدایی از سیستم های آب شیرین کن باید در نظر گرفته شود:
- تغییرات گسترده و زیادی در قابلیت انحلال نمک های موجود در آب شور موجود است. برخی از نمک ها قابلیت انحلال زیادی دارند و طی فرایند نمک زدایی از آب، به ندرت به کمترین میزان حلالیت خود می رسند و در نتیجه عمل رسوب اتفاق نمی افتد.
- برخی دیگر از نمک ها قابلیت انحلال پایینی دارند و با در نظر گرفتن ضریب تغلیظ سازی آنها در طی مراحل تغلیظ سازی و دماهای بالا در واحدهای تقطیری تمایل به رسوب گذاری دارند.
- از نمک های با قابلیت انحلال کم می توان به کربنات کلسیم (CaCO3)، هیدروکسید منیزیم (MgOH) و سولفات کلسیم (CaSO4) اشاره کرد.
- همه واحدهای تقطیری با در نظر گرفتن قابلیت تشکیل رسوب در آنها باید به صورتی طراحی شوند که دارای سطح انتقال حرارت اضافی در سیستم باشند، تا واحد تقطیر پس از یک دوره زمانی کارکرد و تشکیل رسوب، همچنان در سطح مورد تائید بهره برداری باشد.
- حتی اگر محاسبات طرح نشان دهد که مقادیر قابلیت انحلال از حد مجاز زیاد نیست، اما باز هم در سطوحی که دارای مقادیر غلظت کمی بیشتر یا دمای کمی بالاتر می باشند، خطر احتمال رسوب گذاری وجود دارد. با ته نشین شدن رسوب در این سطوح، هسته ای برای تشکیل بیشتر رسوب شکل می گیرد.
کنترل تشکیل رسوب در سیستم های آب شیرین کن
کنترل تشکیل رسوب در سیستم ها بیشتر به وسیله کارکرد سیستم با میزان بازیافت کمتر برای دستیابی به میزان غلظت کمتر نمک ها در پساب شور یا با استفاده از به کارگیری روش های مکانیکی کنترل و حذف رسوب و یا با افزودن مواد شیمیایی بازدارنده، انجام می گیرد.
- از بین بردن رسوبات سخت پس از خاموش کردن سیستم و به صورت دستی امکان پذیر می باشد.
- از بین بردن رسوبات از سطوح با اسپری کردن آب با فشار زیاد، شستشو با برس های مخصوص، عبور فنر از لوله ها، وارد کردن تراشه یا سنگریزه به درون لوله ها، یا توسط مته می تواند انجام بپزیرد. ولی متاسفانه این روش ها به نیروی کارگر و زمان زیادی نیاز داشته و همچنین ممکن است در موارد شدید موثر نباشد.
- در سیستم هایMED، گسترش رسوب در سطوح خارجی لوله ها صورت می گیرد.
- با افزایش رسوب گذاری، حذف آنها بسیار مشکل می شود حتی در مواردی، بعضی از لوله ها در اثر رسوب گذاری باید تعویض شوند.
- در واحدهای CIP، جهت جلوگیری از ته نشین شدن رسوبات نرم، از گوی های اسفنجی سیستم MSF استفاده می شود. با در نظر گرفتن ته نشینی رسوبات در دیواره داخلی لوله ها، این گوی های اسفنجی جهت پاکسازی رسوبات، از داخل لوله ها عبور داده می شوند.
کلام آخر:
انتخاب نوع آب شیرین مناسب و فناوری مربوط به عوامل مختلفی مانند کیفیت و سطح املاح آب ورودی به دستگاه، حجم تولید آب شیرین، نوع کاربری و منابع انرزی در دسترس بستگی دارد. انواع غشایی مانند اسمز معکوس هم با توجه به راندمان بالای خود و هزینه کمتر در مصارف صنعتی بیشتر مورد استفاده قرار میگیرند. صنایع آرال شیمی در راستای فعالیتهای خود محصول گندزدای بایوساید پی بر پایه پراستیک اسید ۱۵٪ را برای از بین بردن پاتوژنهای غشاهای نیمه تراوا در دستگاههای اسمز معکوس تولید کرده است. همچنین، محصول دسکالین، برای از بین بردن رسوبات ممبران ها بکار می رود. دسکالین، علاوه بر جلوگیری از گرفتگی غشا و افزایش سطح سلامت آب تولیدی، طول عمر سیستم را نیز افزایش می دهد.
⇐ بروز رسانی شده در مهر 1404
-
اگوسیب | ضدعفونی کننده فاضلاب صنعتی
920000تومان – 1725000تومان انتخاب گزینهها این محصول دارای انواع مختلفی می باشد. گزینه ها ممکن است در صفحه محصول انتخاب شوند -
بایوساید پی | ضدعفونی سیستم های RO
1150000تومان – 4370000تومان انتخاب گزینهها این محصول دارای انواع مختلفی می باشد. گزینه ها ممکن است در صفحه محصول انتخاب شوند -
دسکالین | رسوب زدای بویلرهای صنعتی
565000تومان – 1990000تومان انتخاب گزینهها این محصول دارای انواع مختلفی می باشد. گزینه ها ممکن است در صفحه محصول انتخاب شوند -
دسکالین 201 | رسوب زدای سطوح بیرونی
3350000تومان – 6600000تومان انتخاب گزینهها این محصول دارای انواع مختلفی می باشد. گزینه ها ممکن است در صفحه محصول انتخاب شوند
سلام و عرض ادب، برای رسوب زدایی ممبران دستگاه های تصفیه آب صنعتی چیزی رو پیشنهاد دارید؟
سلام به شما دوست عزیز، برای احیا و رسوب زدایی ممبران دستگاه های تصفیه از محصول شوینده اسیدی بدون کف و محلول سرفوسیب استفاده نمایید.
سلام با توجه به کمبود اب در بیشتر مناطق کاهش یا حذف پساب میتواند در ترویج و بکارگیری دستگاههای تصفیه اب موثر باشند پیشنهادی در این مورد دارید
با سلام به شما دوست عزیز از طریق محصولات صنایع آرال شیمی (اگوسیب) می توانید بار آلودگی پساب را کاهش و کیفیت آن را افزایش دهید، که در این صورت نیز می توان مصرف آب را بهینه کرد. در صورت مشاوره بیشتر با کارشناسان ما در ارتباط باشید.