شرکت تحقیقاتی مهندسی

افرا صنعت کیمیا


mineral machine website / Eng
AfraSanatKimia.Co

شرکت تحقیقاتی مهندسی

افــرا صنعت کیمیا

مسأله اساسی در فرایندهای شیرین سازی آب، انرژی مصرفی زیاد و پساب شوری است که در حین شیرین سازی تولید می شود. در نگاه بهینه سازی، استفاده از روشی که با مصرف انرژی پایین تر و با کمترین تولید پساب شور، توانایی شیرین سازی آب را داشته باشد؛ مورد توجه است. تجارب مختلف نشان داده است که می توان آب را با روش های گوناگون به نحوی شیرین نمود که با حداقل تولید پساب شور کمترین انرژی را مصرف کند.
در سال های اخیر دستگاه های شیرین سازی آب رشد فزاینده ای داشته است. طراحان کشورهای مختلف، استفاده از روش اسمز معکوس را برای تولید آب شیرین انتخاب نموده اند. علت اصلی این امر نیاز بیش از حد آب شیرین در مناطق ساحلی و کویری که دارای آب شور در سفره های زیرزمینی خود می باشند، بوده است. با توجه به حجم مصرف زیاد آب شیرین در مناطق یاد شده استفاده از روش های صنعتی که با راندمان بالا فرایند شیرین سازی آب را با کمترین مصرف انرژی انجام دهد؛ حائز اهمیت است.
در سده اخیر با رشد همه جانبه جوامع بشری و توسعه شتابان تکنولوژی، استفاده از منابع آب شور در جایگزینی استفاده از منابع آب شیرین محدود بسیار مورد توجه قرار گرفته است. این در حالی است که منابع آبی شیرین عمدتاً با محدودیت ذخائر همراه بوده و شرایط به گونه ای رقم خورده که با تمایل بیشتر به استفاده از منابع شور و بهره گیری از تکنولوژی، نیاز آبی تأمین گردد. یکی از مهمترین روش های استفاده بهینه از آب شور، استفاده از دستگاه های آب شیرین کن با راندمان بالا است. راندمان بالا در سیستم های آب شیرین کن به حالتی اطلاق می شود که میزان نسبی آب ورودی شور در دستگاه به میزان نسبی آب شیرین تولیدی دارای اختلاف کمیتی زیادی نباشد.


با توجه به اینکه در فرایند شیرین سازی آب با دستگاه های اسمز معکوس بیش از نیمی از آب ورودی به عنوان پساب (تلخ آب) با غلظت نمک بیشتر از سیستم خارج می شود، جایگاه بررسی استفاده از روشی به منظور کاهش غلظت نمک در پساب به وجود می آید. این مهم در حالی است که ایران با خشکسالی مواجه بوده و اکثر منابع آب های قابل دسترس شور تلقی می شوند. نکته قابل تأمل این است که دفع تلخ آب در روش اسمز معکوس، خود معضلی بزرگ از دیدگاه زیست محیطی است. دفع تلخ آب موجب شور شدن منابع آب زیر زمینی می شود. با تخلیه و دفع تلخ آب در منابع آبی، غلظت نمک در آب افزایش می یابد و در دراز مدت باعث کاهش راندمان و عمر سیستم آب شیرین می شود. حال مسئله ایجاد شده این است که روشی مورد بررسی قرار گیرد تا بدون تولید تلخ آب، فرایند کاهش غلظت نمک یا همان شیرین سازی آب را انجام دهد. این شیرین سازی می بایست از بعد انرژی هم نیز توجیح پذیر باشد.
با توسعه روز افزون تعداد کارخانه توليد آب شيرين از آب شور، کار برروي ارتقاء سطح کيفي، راندمان توليد، کاهش انرژي مصرفي در فرايند شيرين سازي آب حائز اهميت است. افزايش تعداد واحدهاي آب شيرين کن در کشور، ما را بر آن داشت تا در راستاي بهينه سازي روش، با بهره گيري از علم نوين الکترومغناطيس گامي موثر، ولو کوچک برداريم.

انواع سيستم هاي آب شيرين کن:
فرآیند شیرین سازي آب، فرآیندهایی به منظور خالص سازي آب دریا براي مصارف آشامیدنی است، یک سیستم آب شیرین کن به طورکلی آب شور را به دو جریان تقسیم می کند، یکی جریان آب خالص با درصد بسیارکمی از نمک و املاح و دیگري جریانی که حاوي نمک املاح باقی مانده می باشد.
جداسازي نمک از مخلوط آب نمک، یک فرآیند ترمودینامیکی است که نیاز به انرژي دارد، یک فرآیند ایده آل آب شیرین کن به عنوان یک فرآیند جداسازي برگشت پذیر محسوب می شود.

فناوري هاي آب شيرين کن از لحاظ تغيير فاز به دو دسته تقسيم مي شوند:

1- فرآیندهایی که در آنها تغییر فاز صورت می گیرد:

VCD

Vapor Compression Distillation

MSF

Multi Stage Flash Distillation

MED

Multi Effect Distillation

2- فرآیندهایی که درآنها شیرین سازي آب بدون تغییر فاز انجام می پذیرد:

ECR

Electromagnetism- Electrolyze

ED

Electro Dialysis

RO

Reverse Osmosis

کارایی هرکدام از این فرآیندها بستگی به غلظت نمک در آب تغذیه و همچنین ارزش ریالی آب دارد.
هریک از فناوري هاي آب شیرین کن براي انجام فرآیند جداسازي به انرژي احتیاج دارندکه این انرژي می تواند از طریق انرژي گرمایی، مکانیکی یا الکتریکی تامین شود.




آب هست، ولی کم است!

کلیاتی درمورد روش ها:
شش فناوري عمده به منظور زدودن نمک و دیگر مواد جامد غیر قابل حل از آب وجود داردکه عبارتند از:
تقطیر، اسمزمعکوس، الکترودیالیز، الکتروليز الکترومغناطيسي، تبادل یونی و نمک زدایی انجمادي .
تقطیر و انجماد شامل خارج ساختن آب خالص، به صورت بخارآب و یا یخ ، از آب شور می باشد. درفناوري هاي RO و ED یک غشا بسیار ظریف باعث جداسازي نمک ها و املاح سبک و مطلوب تر در طی عبور آب از یک محفظه شیمیایی می باشد.
بعضی از فناوري هاي آب شیرین کن علاوه بر جداسازي و خارج سازي نمک ها و دیگر مواد جامد غیرقابل حل درآب، مواد معلق، موادآلی، بعضی از باکتري ها و ویروس ها را نیز از آب خارج می سازد.
این فناوري ها به منظوراستفاده در مقیاس هاي بالا پیشرفت کرده و تکامل یافته اند و حجم بسیار بالایی از آب را تصفیه می نمایند. ولی بعضی از آنها در حجم هاي بسیار پایین و درحد مصارف خانگی مورد استفاده قرار می گیرند.

۱ـ شیرین کردن آب دریا به روش تقطیر:
اکثر راه هاي معمول نمک زدایی آب شامل فرآیندهاي جوشش و تبخیر می باشد، در یک دستگاه تقطیر، آب به جوش می آید و بخار تولید می نماید که از چگالش این بخار آب خالص تولید می شود.
تقطیر آب هنوز بهترین و مرسوم ترین روش شیرین سازي آب دریا است. در این فرآیند از تبخیر آب شور و چگالش آب، به آب خالص می رسیم، با این حال تکنولوژي غشا به خاطر اطمینان بیشتر و مصرف انرژي کمتر به طور گسترده اي طی 10 سال اخیر گسترش یافته است. فرآیندهاي خالص سازي آب به روش تقطیر نسبت به فرآیندهاي غشایی داراي کیفیت بالاتري است . البته فرآیندهاي تقطیر هنوز سهم بزرگی در صنعت شیرین کردن آب دریا دارا است.

روش تقطیر هنگامی به صرفه است که بخار با انرژي حرارتی پایین به عنوان منبع اصلی انرژي در دسترس باشد. بنابراین روش هاي حرارتی درکشورهاي که کوپلینگ با ایستگاه هاي قدرت (نیروگاه ها) ممکن نیست، کمتراستفاده می شود. ازطرف دیگر بزرگترین پلنت هاي آب شیرین درکشورهاي شبه جزیره عرب و یا جاهایی که تولید همزمان توان (الکتریسیته) و آب دارند، بر پایه تقطیر است.

انواع فرآیندهای تقطیر
فرآیندهاي مختلف تقطیر آب دریا به شرح زیر است:
تقطیر به کمک چند مرحله انبساط ناگهانی (MSF)
تقطیر چند مرحله اي به همراه لوله افقی و فیلم نازك انبساط (MED)
استفاده ازMED باگردش بخار به وسیله ترموکمپرسور (TVC_MED)
تقطیر یک یا چند مرحله اي به وسیله تراکم بخارمکانیکی (MVC)

2- روش اسمز معکوس:
فرآیند غشایی به شیوه هاي فیزیکي براي جداسازي حلال از نمک هاي محلول درآن با استفاده ازغشاهاي نیمه تراوا اطلاق می شود. این فرآیندها درسال هاي اخیر پیشرفت هاي زیادي داشته است. سابقه استفاده ازغشا براي صاف کردن به اوایل قرن بیستم باز می گردد. دردهه سوم قرن بیستم غشاها براي جداسازي، خالص سازي و یا غلیظ سازي محلول ها به ویژه سیال هاي حاوي میکرواورگانیسم ها مورد استفاده قرار گرفت. سیرتکاملی این پدیده با انجام پژوهش ها برروي ساخت انواع غشاها و شناخت فرآیند در طی زمان به گونه اي ادامه یافت که درحال حاضر این فرآیند یکی از شیوه هاي اصلی شیرین سازي آب محسوب می شود. فرآیندهاي غشایی براساس اندازه کوچکترین ذره که تحت تاثیر نیروي فشاري از غشا عبور می کند به نام هاي زیر نامیده می شوند.
الف) میکروفیلتراسیون (Micro filtration)
ب) اولترافیلتراسیون (Ultra-filtration)
پ) نانو فیلتراسیون (Nano filtration)
ت) اسمز معکوس (Reverse osmosis)

در یک فرآیند غشایی به طور معمول دو فاز بوسیله فاز سوم که غشا می باشد، از یکدیگر جدا می گردند. غشا تعیین کننده پدیده انتقال جرم است.
- نفوذپذیري یا تراوایی (permeability)
- انتخاب گري یا گزینش پذیري (selectivity)

تمام موادي که به عنوان غشاء عمل می نماید داراي ویژگی عبور مواد مختلف به طور انتخابی هستند. فرآیند غشایی داراي مزایاي زیر می باشد:
- صرفه جویی نسبي در مصرف انرژي به دلیل عدم تغییر فاز.
- کاهش فضاي مورد نیاز به علت کم حجم بودن مدول هاي غشایی.
- سریعتر بودن فرآیند به دلیل نازك بودن غشاء و بالا بودن سرعت انتقال جرم در آن.
- توانایی انجام در دماي پایین که مزیت بالایی براي محلولهاي حساس به گرماست.
- پایین بودن هزینه سرمایه گذاري درمقایسه با روش تقطيري، ED، MSF و ...
- سهولت درگسترش دادن سیستم.

3- الکترو دیالیز (ED)
فرآیند الکترودیالیز بصورت تجاري از اوایل دهه 60 یعنی حدود 10 سال قبل از RO به بازار عرضه شد . طراحی و ساخت سیستم الکترودیالیز راه موثري براي کاهش هزینه در فرآیند نمک زدایی آبهاي کم نمک ابداع کرد و در این زمینه موفقیت قابل ملاحظه اي بدست آورد.

فرآیند الکترودیالیز به اصول کلی زیر بستگی دارد:
- اکثر نمک هاي محلول درآب، به شکل یون بوده و بصورت مثبت (کاتیون) یا منفی (آنیون) باردار می گردند.
- آنيون ها بوسیله بارالکتریکی مخالف الکترود، جذب آنان می شود.
- غشا ها را می توان طوري ساخت که بصورت انتخاب شده عبور آنیون ها یا کاتیون ها را امکان پذیرکنند.

اجزاء محلول شده يوني در يک محلول نمکي مثل سديم + ، کلرـ ، کلسيم ++ و کربنات ـ ـ در آب توزيع و بخش مي گردند و بطور موثر بارهاي منفرد خود را خنثي مي کنند. وقتي الکترودها به يک منبع جريان مستقيم مثل باطري متصل گردند و در داخل يک ظرف حاوي محلول آب نمک قرار گیرند، جريان الکتريکي از ميان محلول (الکتروليت) عبور مي کند. در اين حالت يون ها سعي مي کنند به سمت الکترود با بار مخالف حرکت کنند.

4- روش الکترولیز الکترو مغناطیسی (ECR):
الکترولیز الکترو مغناطیسی روشی است که با ایجاد یک جریان زیاد الکتریکی به صورت DC باعث شکست و تجزیه یون ها و کاتیون های موجود در آب می شود. در این روش آب میان دو پلیت از جنس های آلومینیوم که دارای قطب آند و آهن که دارای قطب کاتد است عبور کرده و با اعمال جریان DC ذرات تشکیل دهنده هدایت الکتریکی (نمک های محلول در آب) تجزیه می گردند.
در حالت الکترولیز معمولی با اعمال انرژی الکتریکی DC به پلیت های فلزی، شاهد خوردگی زیاد (تجزیه) پلیت دارای بار الکتریکی مثبت خواهیم بود که آن را در واحد های آزمایشگاهی به اصطلاح "آند فدا شونده" می خوانند. در یک فرایند الکترولیز معمولی، سرعت خوردگی پلیت آند بسیار زیاد است. در حالت الکترولیز آب شور یا نسبتاً شور، جریان الکتریکی بسیار زیادی مصرف می شود. برای کاهش جریان الکتریکی مصرفی و همچنین کاهش چشم گیر سرعت خوردگی قطب آند (پلیت آلومینیومی) می توان از امواج الکترو مغناطیسی کمک گرفت.
امواج الکترو مغناطیسی در صورتی که به آب دارای نمک محلول القاء شود، جنبش ریز مولکولی ایجاد می نماید. این جنبش مولکولی در نمک های محلول در آب، باعث تجزیه راحت تر آنها به وسیله جریان های الکتریکی می گردد.
با اعمال انرژی الکترومغناطیسی به آب، افزایش جنبش مولکولی صورت پذیرفته و با عبور جریان کمتر از قطب های آند و کاتد، فرایند تجزیه املاح صورت می پذیرد و با عبور جریان کمتر از قطب ها، سرعت خوردگی نیز کاهش پیدا می کند.
به صورت کلی در گذشته یکی از روش های مرسوم کاهش شوری در آب، استفاده از الکترولیز بوده است که به علت مصرف انرژی نسبتاً بالا و سرعت زیاد خوردگی قطب ها، استفاده از آن توجیح پذیر نبوده است.
حال با کمک گیری از امواج الکترو مغناطیسی دو مانع فراروی استفاده از این روش برطرف شده و در دهه جاری، واحدهای مختلف صنعتی از این روش جهت کاهش شوری آب استفاده می نمایند.
در روش الکترولیز الکترو مغناطیسی آب نیازی به پیش فیلتراسیون نداشته و با مصرف تقریبی 0.8 تا 1 کیلو وات انرژی به ازای هر متر مکعب آب، با راندمان تصفیه بالای %97 عملیات شیرین سازی آب را انجام می دهد.

5- نمک زدایی انجمادی.
6- آب شیرین کن تبادل یونی.

به علت غیر صنعتی بودن مورد ۵ و خاص بودن شرایط مورد ۶ توضیحی در این خصوص ارایه نمی شود.

7- آب شیرین کن های ترکیبی:

آب شیرین کن ترکیبی MSF_RO

این سیستم از ترکیب آب شیرین کن MSF با RO ساخته شده است. این ترکیب باعث می شود که آب شیرین کن RO با TDS نسبی کمتری کار کند و تعویض ممبران آن دیرتر اتفاق افتد. از این طریق عمر مفید ممبران از 3 به 5 سال افزایش پیدا کند و هزینه تعویض ممبران حدود 40% کاهش می یابد. ویژگی اصلی این شیرین کن ها انعطاف پذیری در عملکرد، مصرف انرژی مخصوص کمتر، کوپلینگ بهتر با نیروگاه های حرارتی جهت تولید همزمان توان و آب شیرین می باشد.
آب شور در ابتدای ورود به سیستم به دو قسمت تقسیم می شود. سهمی وارد RO و مابقی وارد MSF می شود. محصول به دست آمده از MSF دارای خلوص بیشتری است. این دو محصول طوری با هم ترکیب می شوند که آب شیرین نهایی دارای TDS کمتر از 500 باشد. (استاندارد سازمان جهانی سلامت W.H.O).

آب شیرین کن ترکیبی NF-MSF

یک روش مناسب دیگر برای پیش تصفیه آب دریا استفاده از نانو فیلترها (NF) است. مزایای این روش کاهش و خارج کردن سختی های یونی++Ca و++Mg و --4SO و -3HCO از آب تغذیه است که رسوب زدگی در سطوح انتقال حرارت آب شیرین کن را کاهش می دهد. این موضوع باعث می شود که ماکزیمم دمای آب شور در آب شیرین کن های حرارتی و به تبع آن نسبت عملکرد افزایش یابد. آب دریا پس از پیش تصفیه واردNF می شود. در آنجا پس از دفع بسیاری از سختی ها یونی، وارد آب شیرین کن حرارتی MSF می- گردد. نتایج نشان می دهد که با این روش می توان ماکزیمم دمای آب شور را به 130 درجه افزایش داد. زمان مورد نیاز جهت رسوب زدایی از سطوح انتقال حرارت آب شیرین کن به مدت 1200 ساعت افزایش می یابد.

آب شیرین کن ترکیبی NF-MSF-ROBW:

آب دریا پس از پیش تصفیه وارد NF می شود. در آنجا پس از دفع بسیاری از سختی های یونی وارد آب شیرین کن مکانیکی RO می شود. آب شور غلیظ شده (پساب خروجی) از RO وارد آب شیرین کن حرارتی MSF می شود و در نهایت معظل تلخ آب رفع می شود. لازم به توضیح است کاربرد روش MSF با داشتن منبع حرارتی (نیروگاه برق) توجیح پذیر است.

آب شیرین کن ترکیبی Electrolysis Reactor– R.O

این سیستم از ترکیب آب شیرین کن الکترولیز الکترو مغناطیسی با R.OBW ساخته شده است. این ترکیب باعث می شود که آب شیرین کن الکترولیز الکترو مغناطیسی (ECR) حجم عمده مواد جامد محلول در آب را ابتدا گرفته و آب با TDS کمتر را جهت تصفیه نهایی در اختیار آب شیرین کن ROBW قرار دهد.
حذف املاح محلول در آب به روش ECR تا میزان 7 برابر نسبت به کمیت املاح محلول در آب ورودی انجام می پذیرد. سیستم های ECR با حذف قابل توجه املاح، پسابی با TDS بسیار پائین تر از آب شور دریا را تأمین می کنند.
با بکارگیری این روش، مزیت های قابل توجه زیر ایجاد می شود.
1- افزایش راندمان شیرین سازی آب و تولید تلخ آب کمتر.
2- کاهش انرژی مصرفی در فرایند شیرین سازی آب.
3- کاهش استهلاک ناشی از شیرین سازی آب.
4- افزایش عمر ممبران های دستگاه ROBW
5- استفاده از دستگاه های R.O فشار پائین (Brackish water) به جای دستگاه های R.O فشار بالا (Sea water).
6- تولید آب شیرین ارزان قیمت.

دریافت فایل توضیحات عنوان
سیستم های آب شیرین کن ECR