تبلور یخ یوتکتیک به منظور دستیابی به تخلیه مایع صفر در تصفیه آب
فرآیندهای تصفیه آب و آب شیرین کن صنعتی مانند نانوفیلتراسیون (NF) ، اسمز معکوس (RO) و تبادل یونی (IEX) جریانهای زائد آبی را با محتوای نمک بالا تولید می کند. دفع چنین آب نمکی در بسیاری از نقاط جهان نگرانی فزاینده ای دارد.
روشهای دفع سنتی شامل تخلیه به دریا یا سایر آبهای سطحی ، تخلیه به فاضلاب ، تزریق عمیق چاه ، توزیع در خشکی یا ذخیره در حوضچه های تبخیر است. با این حال ، این وسایل دفع اغلب به دلیل در دسترس نبودن ، هزینه های حمل و نقل ، تأثیرات زیست محیطی ، الزامات قانونی در فرایند های آب شیرین کن صنعتی مشکل ساز می شوند. نیازبه یافتن گزینه‌های مدیریت کارآمد، مقرون‌به‌صرفه و پایدار برای جریانهای زباله شوراست. که به سادگی مشکل کیفیت آب را از یک منطقه به منطقه دیگر منتقل نمی کند.
یک راه امیدوارکننده برای مدیریت جریانهای زائد آبی شور حاصل از فرایندهای آب شیرین کن صنعتی، درنظرگرفتن آنها به عنوان منبع نمک و آب است. این رویکرد دو مزیت دارد. اول بازیابی نمک و استفاده بعدی (فروش یا استفاده یکپارچه) ممکن است هزینه های عملیاتی بالایی را که معمولاً با فرآیندهای تخلیه مایع صفر (ZLD) همراه است جبران کند. دوم بازیابی آب خالص جریان زباله‌های مایع دفع شده را کاهش می‌دهد. و در نهایت منجر به صرفه جویی در هزینه می شود.
تبلور یخ زدگی یوتکنیک (EFC) Eutectic Freeze Crystallization
Eutectic Freeze Crystallization (EFC) یک تکنیک آب شیرین کن صنعتی با دمای پایین است. که می تواند نمک و آب را به صورت خالص از جریان زباله های شور ، با تقاضای نسبتاً کم انرژی در مقایسه با فرایندهای معمولی بازیابی کند. اساس EFC وجود نقطه یوتکتیک (EP) برای هر محلول نمک است. EP یک نقطه مشخص در نمودار فاز مخلوط آب نمک است. که در آن تعادل بین یخ ، نمک و محلول با غلظت خاص وجود دارد.
این غلظت خاص را غلظت یوتکتیک (EC) و دمای ایجاد تعادل را دمای یوتکتیک (ET) می نامند. EFC در مقایسه با تبلور تبخیری انرژی کمتری دارد زیرا انرژی مورد نیاز برای جداسازی آب به عنوان یخ به طور قابل توجهی کمتر از انرژی مورد نیاز برای جداسازی آن به عنوان بخار (یعنی با تبخیر) است ، که با این واقعیت نشان می دهد که گرمای همجوشی یخ (۶.۰۱ کیلوژول) /mol) کمتر از گرمای تبخیر آب (۴۰.۶۵ کیلوژول بر مول) است . علاوه بر این،با استفاده از EFC می توان نمک های خالص را از محلول بر اساس تفاوت بینEP های مربوطه از نمک های منفرد بازیابی کرد.
تعریف فرایند EFC
EFC اصل را می توان با استفاده از نمودار فاز یک سیستم آب شور دوتایی توضیح داد. وقتی محلول در منطقه اشباع نشده با غلظت کمتر از غلظت یوتکتیک (A) در زیر نقطه انجماد خود سرد شود. کریستالهای یخ شروع به شکل گیری می کنند (B). سرد شدن بیشتر باعث کاهش دما و افزایش غلظت نمک در محلول با تشکیل بلورهای یخ در امتداد خط یخ (B تا C) می شود. در نقطه C (نقطه یوتکتیک) ، غلظت نمک به اشباع می رسد. و سرد شدن بیشتر منجر به تشکیل همزمان بلورهای یخ و نمک می شود. به طور مشابه ، شروع با محلول با غلظت بیشتر از غلظت یوتکتیک ابتدا منجر به تشکیل نمک می شود و با پیروی از خط حلالیت نمک به نقطه یوتکتیک (C) می رسد .
محصولات (یخ و نمک) را می توان با تکنیک های گرانش (به عنوان مثال ته نشینی) به دلیل تفاوت چگالی از هم جدا کرد. بلورهای نمک سنگین تر هستند ، بنابراین در انتهای ظرف فرو می روند و بلورهای یخ به سطح بالا می آیند. در مخلوط چند جزء ، به عنوان مثال یک سیستم سه تایی متشکل از Na2SO4 ، MgSO4 و آب ، نمک های محلول در نقاط مختلف یوتکتیک در امتداد خطوط یوتکتیک متبلور می شوند.
به زبان ساده تر نمک و یخ به دلیل تراکم چگالی به صورت جامد از هم جدا می شوند
این فرایند باعث می شود یخ به سطح بالا برود و نمک به کف فرو رود.
چشم اندار فرایند آب شیرین کن صنعتی با استفاده از انجماد
بازیابی معمول نمک یا فرآیندهای تصفیه جریان زباله در موارد متعدد مصرف بیش از حد انرژی و تولید ضایعات شیمیایی بیش از حد دارد. آگاهی زیست محیطی دولت ها و جامعه توسعه دهندگان فناوری و کاربران را به سمت فناوری های پایدارتر با کاهش تولید زباله و مصرف انرژی کمتر سوق می دهد. تبلور یخ یوتکتیک به طور بالقوه یک جایگزین جذاب از نظر اقتصادی ، زیست محیطی و اجتماعی برای تکنیک های معمولی جداسازی ارائه می دهد.
طیف گسترده ای از فرآیندها و جریانهای زباله را می توان با EFC تصفیه کرد. که نمک خالص و بلورهای یخ را به طور همزمان از جریان تغذیه با استفاده از انرژی کمتر و تولید زباله کمتر بازیابی می کند. علاوه بر این،مقادیر عظیمی از جریانهای آبی صنعتی ارزشمند که در حال حاضر برای درمان نیاز به انرژی زیادی ندارند. ، هنگام استفاده از فناوری EFC می توانند از نظر تجاری به مواد با ارزش تجزیه شوند. منبع