انواع روش های شیرین سازی آب دریا

بیش از 97 درصد آب روی زمین به دلیل شوری برای مصرف انسان نامناسب است. اکثریت قریب به اتفاق (حدود 99٪) از این آب دریا است، و بیشتر مابقی آن را آب های زیرزمینی شور تشکیل می دهد. تصفیه این آب شور نوید منابع آبی تقریباً نامحدود را برای تمدن های بشری در مناطق ساحلی دارد. با این حال، تصفیه آب دریا گران، انرژی بر است و اغلب اثرات نامطلوب زیادی بر اکوسیستم دارد. با وجود این اشکالات، نمک زدایی می تواند یک انتخاب تکنولوژیکی مناسب در تنظیمات خاص باشد. پیشرفت های تکنولوژیکی همچنان باعث کاهش هزینه های اقتصادی و زیست محیطی نمک زدایی می شود. در این مقاله در ادامه مقالات شرکت مهندسی کاشفان نیلفام به بررسی انواع روش های شیرین سازی آب دریا میپردازیم.

مقدمه

سه روش کلی برای نمک زدایی وجود دارد:

تبخیر: روشی برای به دست آوردن آب شیرین با تراکم بخار حاصل از تبخیر آب دریا.

اسمز معکوس: روشی برای به دست آوردن آب شیرین با فیلتر کردن آب دریا تحت فشار با استفاده از یک غشای نیمه تراوا که آب دریا نمی تواند از آن عبور کند.

الکترودیالیز: روشی برای به دست آوردن آب شیرین با استفاده از غشای مخصوصی که می تواند آب دریا را به ماده رقیق و غلیظ جدا کند و سپس آب شیرین را از ماده رقیق استخراج کند. این در مرحله تحقیقات تجربی است.

کارخانه های نمک زدایی در خاورمیانه و منطقه مدیترانه در حال معرفی هستند و به ویژه روش اسمز معکوس به سرعت در حال گسترش است.

نمک زدایی آب دریا

نمک زدایی آب دریا فرآیندی است که در آن نمک و سایر اجزای تشکیل دهنده برای تولید آب خالص حذف می شود. تقریباً 75 میلیون نفر در سراسر جهان به نمک‌زدایی متکی هستند و انتظار می‌رود که این تعداد افزایش یابد زیرا منابع آب شیرین توسط رشد جمعیت تحت فشار قرار می‌گیرند و میلیون‌ها نفر دیگر به شهرهای ساحلی با منابع آب شیرین ناکافی نقل مکان می‌کنند. نمک زدایی بیشترین کاربرد را در مناطق خشک دارد. بیش از نیمی از ظرفیت (حجم) نمک زدایی جهان در خاورمیانه و شمال آفریقا قرار دارد. آب دریا بیش از 50 درصد از منابع آب شیرین کن در سراسر جهان را تشکیل می دهد. با این حال، تا سال 2005 در ایالات متحده، تنها 7 درصد از کارخانه های نمک زدایی از آب دریا استفاده می کردند. آبهای شور اکثریت آبهای منبع برای نمک زدایی را تشکیل می دادند و بیشتر مابقی آن را آب رودخانه و فاضلاب تشکیل می دادند.

دو جریان آب از نمک زدایی حاصل می شود:

(1) یک آب محصول خالص

(2) یک جریان پسماند یا آب نمک با غلظت بالا.

روش‌های اصلی نمک‌زدایی به دو دسته تقسیم می‌شوند: فرآیندهای حرارتی و فرآیندهای غشایی. عملیات حرارتی از گرما برای تبخیر آب استفاده می‌کند و نمک‌های محلول را پشت سر می‌گذارد و آن را از آب خالص جدا می‌کند. فرآیندهای غشایی از اسمز معکوس و فشار بالا استفاده می کنند تا آب شور را از فیلترهای بسیار ظریف و متخلخل عبور دهند که نمک ها را حفظ می کنند و آب خالص را در یک طرف غشاء و جریان زباله را در طرف دیگر باقی می گذارند. از آنجایی که بخش عمده ای از آب زمین در دریاها و اقیانوس ها یافت می شود، نمک زدایی فرصتی را برای جوامع ساحلی ایجاد می کند تا به منابع آب شیرین تقریبا نامحدود دسترسی داشته باشند. علاوه بر این، می توان از تکنیک های نمک زدایی برای تصفیه آب شور در مناطقی که آب دریا نفوذ می کند، استفاده کرد. با توجه به سازگاری با تغییرات اقلیمی، این یک منبع حیاتی برای مناطقی است که منابع آب شیرین موجود دیگر نمی‌تواند از جمعیت محلی پشتیبانی کند یا برای پاسخگویی به نیازهای آب شیرین بازسازی شود.

فرآیندهای نمک‌زدایی حرارتی

فرآیندهای نمک‌زدایی حرارتی معمولاً از گرما برای تبخیر آب استفاده می‌کنند و اجزای محلول را پشت سر می‌گذارند. سپس بخار آب متراکم شده و به عنوان آب محصول جمع آوری می شود. تقطیر ساده ترین این فرآیندهای حرارتی است و بهره وری انرژی این فرآیند ساده بسیار بهبود یافته است.

رایج ترین فرآیند نمک زدایی حرارتی امروزه تقطیر چند مرحله ای فلاش (MSF) است. در سال 2005، MSF 36 درصد از نمک‌زدایی در سراسر جهان را تشکیل می‌داد. MSF کارایی انرژی تقطیر ساده را با استفاده از یک سری محفظه‌های کم فشار، بازیافت گرمای اتلاف، بهبود می‌بخشد و در برخی موارد، می‌تواند با استفاده از گرمای اتلاف یک نیروگاه مجاور با راندمان بالاتری کار کند. تبخیر با اثر چندگانه (MEE) فرآیند حرارتی دیگری است که از محفظه های کم فشار استفاده می کند. دستیابی به کارایی بسیار بیشتر در MEE نسبت به MSF امکان پذیر است. با این حال، MEE آنچنان محبوب نیست زیرا طرح های اولیه با پوسته پوسته شدن مواد معدنی مواجه بودند. طرح های جدیدتر پوسته پوسته شدن مواد معدنی را کاهش داده اند و MEE در حال افزایش محبوبیت است. برای عملیات های کوچکتر با نیاز به حجم حدود 3000 متر مکعب در روز، تقطیر فشرده سازی بخار (VCD) می تواند یک گزینه تقطیر حرارتی مناسب باشد. VCD از نظر فنی یک فرآیند ساده، قابل اعتماد و کارآمد است که برای استراحتگاه ها، صنایع و مکان های کاری که در آن آب شیرین کافی در دسترس نیست، محبوب است.

فرآیندهای نمک‌زدایی غشایی

فرآیندهای نمک‌زدایی غشایی از فشار بالا استفاده می‌کنند تا مولکول‌های آب را از طریق منافذ بسیار کوچک وادار کنند در حالی که نمک‌ها و سایر مولکول‌های بزرگ‌تر را حفظ می‌کنند. اسمز معکوس (RO) پرکاربردترین فناوری نمک‌زدایی غشایی است و 46 درصد از ظرفیت نمک‌زدایی جهانی را به خود اختصاص داده است. نام این فرآیند از این واقعیت ناشی می شود که از فشار برای هدایت مولکول های آب در سراسر غشاء در جهتی بر خلاف جهت حرکت طبیعی آنها به دلیل فشار اسمزی استفاده می شود. از آنجایی که باید بر فشار اسمزی غلبه کرد، انرژی مورد نیاز برای هدایت مولکول‌های آب در سراسر غشا مستقیماً با غلظت نمک مرتبط است. بنابراین، RO اغلب برای آب های شور استفاده می شود که غلظت نمک کمتری دارند. با این حال، بازده انرژی و اقتصاد RO با توسعه غشاهای پلیمری بادوام تر، بهبود مراحل پیش تصفیه و اجرای دستگاه های بازیابی انرژی به طور قابل توجهی بهبود یافته است. در بسیاری از موارد، RO در حال حاضر مقرون به صرفه تر از روش های حرارتی برای تصفیه آب دریا است.

حدود 90 درصد ظرفیت حجم جهانی برای نمک زدایی توسط چهار فرآیند حرارتی و غشایی که در بالا مورد بحث قرار گرفت نشان داده می شود. سایر فرآیندهای نمک زدایی عبارتند از: الکترودیالیز، انجماد، تقطیر خورشیدی، هیبریدی (حرارتی/غشایی/قدرت)، و سایر فناوری های نوظهور.

الکترودیالیز (ED) از جریان برای حذف یون‌ها از آب استفاده می‌کند. برخلاف فرآیندهای غشایی و حرارتی که در بالا توضیح داده شد، ED نمی تواند برای حذف مولکول های بدون بار از آب منبع استفاده شود.

نمک زدایی آب با انجماد

نمک زدایی آب با انجماد در دمای کمی کمتر از 0 درجه سانتی گراد نیز امکان پذیر است، اما این کار شامل مراحل پیچیده ای برای جداسازی فاز جامد و مایع است و معمولاً انجام نمی شود. با این حال، در آب و هوای سرد، چرخه های طبیعی انجماد-ذوب برای تصفیه آب با هزینه های رقابتی با RO مهار شده است.

نمک زدایی آب با انرژی خورشیدی

علاقه به برداشت انرژی خورشیدی منجر به پیشرفت قابل توجهی در فرآیندهای تقطیر خورشیدی شده است. نمک‌زدایی هیبریدی که فرآیندهای حرارتی و غشایی را ترکیب می‌کند و معمولاً به موازات یک تأسیسات تولید برق عمل می‌کند، یک فناوری نوظهور امیدوارکننده است که با موفقیت اجرا شده است. غشاهای نانوفیلتراسیون (NF) نمی‌توانند شوری آب دریا را تا حد قابل شرب کاهش دهند، اما برای تصفیه آب‌های شور استفاده شده‌اند. غشاهای NF در صورت همراه شدن با RO یک مرحله پیش تصفیه محبوب هستند.

سایر فناوری های نوظهور

پیشرفت در فناوری نمک‌زدایی افزایشی بوده است که منجر به بهبود مداوم در بهره‌وری انرژی، دوام و کاهش بهره‌برداری و نگهداری در بسیاری از فناوری‌ها شده است. با این حال، فن آوری های جدید در تحقیق و توسعه به طور بالقوه می تواند منجر به پیشرفت های بزرگ شود. این فناوری های نوظهور شامل نانولوله ها، غشاهای پیشرفته الکترودیالیز و غشاهای بیومیمتیک هستند.

نمک‌زدایی آب دریا زمانی مؤثر است که در بخش‌های آبی با سیاست‌های قوی آب، منابع آبی مشخص و تقاضا، و تخصص فنی قوی اجرا شود. با توجه به بودجه و تقاضای محلی برای منابع آب شیرین، گزینه‌های متعددی برای نیروگاه‌های نمک‌زدایی، روش‌های تصفیه آب و منابع انرژی بالقوه برای نمک‌زدایی (مانند انرژی جایگزین مانند باد) وجود دارد. ویژگی های آب شور مانند شوری، دما، سطح عمومی آلودگی و غیره در انتخاب تکنولوژی تاثیر زیادی دارد. به عنوان مثال، فرآیندهای غشایی برای آب شور، که معمولاً غلظت نمک کمتری دارد، مناسب‌تر هستند. ممکن است قبل از شروع فرآیندهای نمک زدایی، مانند فرآیندهای رسوب گذاری پیشرفته برای جریان پسماند (از جمله خنک کردن در صورت لزوم) به پیش تصفیه (به عنوان مثال میکروفیلتر کردن جلبک ها از آب دریا) نیاز باشد.

مزایای نمک زدایی آب دریا

نمک زدایی در درجه اول از طریق تنوع بخشیدن به منابع آب و انعطاف پذیری در برابر تخریب کیفیت آب می تواند تا حد زیادی به سازگاری با تغییرات آب و هوایی کمک کند. زمانی که منابع آب فعلی از نظر کمی یا کیفیت ناکافی باشند، تنوع بخشیدن به تامین آب می تواند منابع جایگزین یا مکمل آب را فراهم کند. فن‌آوری‌های نمک‌زدایی همچنین انعطاف‌پذیری را در برابر تخریب کیفیت آب فراهم می‌کنند، زیرا معمولاً می‌توانند آب محصول بسیار خالص را حتی از آب‌های منبع بسیار آلوده تولید کنند.

افزایش تاب آوری در برابر کاهش سرانه آب شیرین یکی از چالش های کلیدی سازگاری با تغییرات آب و هوایی است. هم خشکسالی کوتاه مدت و هم روندهای اقلیمی بلندمدت کاهش بارندگی می تواند منجر به کاهش سرانه آب در دسترس شود. این روندهای اقلیمی به موازات رشد جمعیت، تغییر کاربری اراضی و کاهش آب های زیرزمینی رخ می دهند. بنابراین، کاهش سریع در دسترس بودن سرانه آب شیرین محتمل است.

به دلیل کیفیت بالای آب خروجی آب آشامیدنی سالم را تامین می کند. همچنین می تواند برای سایر بخش ها مانند صنایعی که به منابع آب بسیار خالص مانند داروسازی نیاز دارند، آب تامین کند.

معایب نمک زدایی آب دریا

معایب عمده فرآیندهای نمک‌زدایی فعلی شامل هزینه‌ها، انرژی مورد نیاز و اثرات زیست‌محیطی است. اثرات زیست محیطی شامل دفع جریان زباله متمرکز و اثرات آبگیری و خروجی بر روی اکوسیستم های محلی است. این موارد با جزئیات بیشتری در زیر موانع اجرا پوشش داده شده است.

با وجود این معایب، انتظار می رود که استفاده از نمک زدایی در قرن بیست و یکم به طور گسترده افزایش یابد، در درجه اول به دو دلیل. تحقیق و توسعه ادامه خواهد داد تا نمک‌زدایی انرژی کمتری داشته باشد، از نظر مالی رقابتی‌تر و از نظر زیست‌محیطی بی‌خطرتر شود. افزایش تقاضا: رشد جمعیت، توسعه اقتصادی و شهرنشینی منجر به افزایش سریع تقاضا برای تامین آب در مناطق ساحلی و سایر مناطق با دسترسی به آب های شور می شود.

نیازهای انرژی زیاد فرآیندهای نمک‌زدایی کنونی به انتشار گازهای گلخانه‌ای کمک می‌کند و می‌تواند تلاش‌های کاهش تغییرات آب و هوایی را متوقف کند.

پکیج ‌های تصفیه فاضلاب شرکت مهندسی کاشفان نیلفام با بهترین کیفیت و بازدهی طراحی و ساخت می ‌شوند و با توجه به نیازها و حجم فاضلاب، برای مشتریان و مناطق مختلف طراحی و تولید می ‌گردد. برای کسب اطلاعات بیشتر در زمینه ساخت و طراحی، می‌توانید با مشاورین این شرکت تماس بگیرید تا بهترین اطلاعات را در زمینه تصفیه فاضلاب و خرید پکیج تصفیه فاضلاب مورد نیاز به شما ارائه دهند.