فناوری آب شیرین کن

کمبود آب شیرین در سطح جهان و به پایان رسیدن منابع آبی باعث روی‌آوردن جهان به سمت استفاده از منابع آب دریاها و شیرین‌سازی با استفاده از فناوری آب شیرین کن شده‌است.

آب ناحیه وسیعی از زمین را پوشش می دهد که به حدود سه چهارم سطح این سیاره می رسد ، اما نمی توانیم بگوییم که همه این آب ها شیرین یا قابل آشامیدن هستند.

طبق بسیاری از آمارها ، درصد آب شیرین به حدود ۱٪ کل آب روی زمین می‌رسد.

اما با نیاز شدید به آب شیرین، چه برای نوشیدن و چه برای اهداف دیگر مانند کشاورزی، جستجوی روش‌های تصفیه آب بسیار بیشتر شده‌است.

یکی از مهمترین این روش‌ها که امروزه بسیار توسعه یافته‌است ، شیرین سازی آب دریا با استفاده از دستگاه‌های آب شیرین کن است.

بنابراین، ما در اینجا به مهمترین روش‌های استفاده‌شده در نمک زدایی و تصفیه آب خواهیم پرداخت.

تصفیه‌ی آب روشی برای از بین بردن مواد شیمیایی نامطلوب، آلاینده‌های طبیعی و همچنین مواد جامد معلق در آب است.

هدف اصلی این است که آب را برای کاربردهای خاص تحویل دهیم.

اهداف استفاده از فناوری آب شیرین کن

آب برای آشامیدن ضد عفونی می‌شود. اما تصفیه آب ممکن است برای اهداف مختلفی از جمله شیمیایی، پزشکی، دارویی یا سایر کاربردهای صنعتی در نظرگرفته‌شود.

این روش‌ها شامل :

• روش‌های فیزیکی مانند رسوبگذاری ، تقطیر و فیلتراسیون است.
• متد های بیولوژیکی به عنوان مثال فیلترهای شن آهسته یا کربن فعال بیولوژیکی
• روش‌های شیمیایی مانند انعقاد ، لخته شدن و کلرزنی علاوه بر استفاده از روش‌های الکترومغناطیسی مانند نور ماوراء بنفش.

نمک زدایی با استفاده از پتانسیل اقیانوس ها ، بزرگترین مخازن جهان ، یک منبع جایگزین آب مدیریتی ایجاد کرده است.

نمک زدایی در بیش از ۱۰۰ کشور جهان از جمله امارات متحده عربی ، عمان ، مالت ، پرتغال ، یونان ، ایتالیا ، هند ، چین ، اسپانیا ، قبرس ، عربستان سعودی ، ژاپن و استرالیا اجرا می شود.

در سراسر جهان ، دستگاه آب شیرین کن بیش از ۳.۵ میلیارد گالن در روز آب آشامیدنی تولید می‌کند. پتانسیل کارخانه‌های آب شیرین کن از سال ۱۹۹۰ تا سال ۲۰۲۰ به مقدار زیادی افزایش یافته‌است.

بازار آب شیرین کن آب در سراسر جهان ۱۵.۰ میلیارد دلار در سال ۲۰۱۷ بوده است و با توجه به افزایش بحران آب در سرتاسر جهان جنبه اصلی برای پیشبرد نیازهای بازار برای آب شیرین کن ها در سالهای آینده بسیار خواهد بود.

---

آشنایی با آب شیرین کن صنعتی

---

فناوری نمک زدایی

تکنیک واحدی برای نمک زدایی وجود ندارد. اولیه ترین روش ها کاملاً بر اساس تقطیر یا تبخیر حرارتی آب دریا در مقیاس وسیع بود.

برخی از کارخانه‌های تقطیر اولیه از آب شیرین کن استفاده‌شده‌است. ، اما هزینه زیاد مانع از اجرای قابل توجه این روش در مناطق مختلف در سراسر جهان می شود.

از فن‌آوری‌های غشایی برای نمک زدایی آب شور استفاده‌شده‌است. ، اما به طور معمول بیشتر برای شیرین سازی آب شور استفاده می شود زیرا هزینه با افزایش نمک آب نسبتاً افزایش می یابد.

فن آوری های مختلف غشایی می تواند میکروارگانیسم ها و بسیاری از آلاینده های طبیعی را از بین ببرد.

انواع مختلف فناوری نمک زدایی شامل موارد زیر است:

• تقطیر
• فلش چند مرحله ای (MSF)
• تقطیر چند اثر (MED)
• فشرده سازی بخار (VC)
• تبادل یونی
• فرآیندهای غشایی
• الکترودیالیز (ED)
• اسمز معکوس
• نانو فیلتراسیون (NF)
• تقطیر غشایی (MD)
• اسمز جلو (FO)

تقطیر فلش چند مرحله ای

تقطیر ثابت ترین فرآیند فناوری آب شیرین کن است که در آن از فناوری MSF به طور منظم برای نمک زدایی آب دریا استفاده می شود.

برنامه های “دو منظوره” (انرژی الکتریکی و تولید آب آشامیدنی) با استفاده از فرآیندهای نمک زدایی حرارتی انجام می شود ، همچنین از فرآیندهای حرارتی برای برنامه هایی استفاده می شود که توسط RO یا معکوس الکترودیالیز (EDR) قابل اجرا نیستند.

 به عنوان مثال ، آب تغذیه با شوری زیاد (بیش از ۵۰۰۰۰ میلی گرم در لیتر TDS) یا شرایط آب تغذیه بر عملکرد و عمر غشا تأثیر منفی می گذارد.

تحولات اخیر در فن آوری های MED و VC منجر به کاهش هزینه های سرمایه و کاهش توان کمکی مصرفی شده است. که این فرآیندها را برای تقطیر MSF مقرون به صرفه می کند

به طور کلی ، فرآیندهای آب شیرین کن چند مرحله ای (MSF) و اسمز معکوس (RO) حدود ۸۰٪ از ظرفیت تولید آب شیرین کن در جهان را تشکیل می دهند.

---

اهمیت آب شیرین کن صنعتی

---

فشرده‌سازی بخار VC

یکی از فناوری های آب شیرین کن صنعتی فشرده سازی بخار (VC) است. در این روش بخار فشرده که توسط یک کمپرسور مکانیکی یا یک اجکتور جت بخار تولید می شود به عنوان منبع گرما به کار می رود . در این سیستم آب تبخیر شده از منبع و بخار به کمپرسور منتقل می شود. سپس بخار را فشرده می‌کنند تا دمای آن به حدی برسد که برای تبخیر آب پاشیده شده روی دسته‌های لوله‌ای که بخار از طریق آن بخار منتقل می‌شود، تبخیر شود. بخار فشرده حرارت خود را با آبی که روی لوله های تبخیر پاشیده می شود مبادله می کند، و بدین صورت به آب خالص تبدیل می شود.

از یک پیش گرم کن آب تغذیه (تبدیل حرارت صفحه ای) برای شروع فرآیند و رسیدن به دمای تبخیر استفاده می شود . VC فشرده‌سازی بخار و MED تقطیربا روش های مشابه کار می‌کنند. منبع

تبادل یونی

تبادل یونی یک روش تصفیه آب است که در آن یک یا چند آلاینده یونی نامطلوب از طریق مبادله با یک ماده یونی غیر قابل اعتراض یا کمتر قابل اعتراض از آب حذف می شود.

تمام آب‌های طبیعی در غلظت‌های متفاوت حاوی نمک‌های محلول هستند. که در آب تجزیه‌شده و یون‌های باردار را تشکیل می‌دهند. یون‌هایی که بار مثبت دارندکاتیون نامیده می‌شوند. یون‌هایی که بارمنفی دارند آنیون نامیده می‌شوند. ناخالصی‌های یونی می توانند بر قابلیت اطمینان و راندمان عملیاتی دیگ بخار یا سیستم فرآیند تأثیر بسزایی بگذارند.

گرمای بیش از حد ناشی از تجمع رسوبات تشکیل‌شده بوسیله این ناخالصی‌ها می‌تواند منجر به خرابی فاجعه‌بار لوله‌ها، تلفات پرهزینه تولید و توقف برنامه‌ریزی نشده شود. یک مثال معمولی از تبادل یونی، فرآیندی به نام «نرم‌سازی آب» است که هدف آن کاهش محتوای کلسیم و منیزیم است.

کلسیم و منیزیم باید قبل از استفاده به عنوان آب تغذیه دیگ از منبع آب حذف شوند. برای سیستم‌های آب تغذیه دیگ بخار فشار بالا و بسیاری از سیستم‌های فرآیندی، حذف تقریباً کامل همه یون ها، از جمله دی اکسیدکربن و سیلیس، ضروری است.از سیستم‌های تبادل یونی برای حذف موثر یون های محلول از آب استفاده می‌شود.

در مورد ساز و کار فرایند تبادل یونی بیشتر بخوانید.

تبادل یونی در آب شیرین کن صنعتی

الکترودیالیز چیست؟

نمک‌زدایی معکوس الکترودیالیز، که به اختصار EDR نامیده می‌شود . یک فرآیند نمک‌زدایی آب است که در آن الکتریسیته به الکترودها انتقال داده می شود تا نمک‌های محلول طبیعی را از طریق غشای تبادل یونی جدا کند . این املاح به غشا چسبیده تا ناخالصی های آن را جدا کند.

الکترودیالیزیک فرآیند غشایی است. که طی آن یون‌ها از طریق غشای نیمه تراوا تحت تأثیر پتانسیل الکتریکی جابه‌جا می‌شوند.غشاها کاتیون یا آنیون انتخاب میشوند، که درواقع به این معنی‌است که یون‌های مثبت یا یون‌های منفی از آن گذر می‌کنند. غشاهای انتخابی کاتیونی، پلی الکترولیت هایی با ماده بار منفی هستند که یون هایی با بار منفی را دفع میکنند و به یون های دارای بار مثبت اجازه می دهند که از آن عبور کنند..

با قرار دادن چندین غشا در یک ردیف که به طور متناوب به یون های بار مثبت یا منفی اجازه عبور می دهند . می توان یون ها را از فاضلاب جدا و سپس حذف کرد.

در برخی از ستون ها غلظت یون ها انجام می شود و در ستون های دیگر یون ها دفع می شوند. جریان غلیظ آب شور تا زمانی که به مقداری برسد که امکان بارش را فراهم می کند به گردش در می آید. در این مرحله جریان خارج می شود.

ازاین فناوری را می توان برای حذف یون ها از آب استفاده کرد. ذراتی که بار الکتریکی ندارند دفع نمی شوند.گاهی اوقات قبل از انجام الکترودیالیز، پیش تصفیه لازم است. جامدات معلق با قطر بیش از ۱۰ میکرومتر باید حذف شوند، در غیر این صورت منافذ غشا را مسدود می کنند. همچنین موادی وجود دارند که میتوانند غشا را خنثی کنند، مانند آنیون‌های آلی بزرگ، کلوئیدها، اکسیدهای آهن و اکسید منگنز. اینها اثر انتخابی غشا را از بین میبرند.

الکترودیالیز چگونه کار می کند؟

عملکرد الکترودیالیز این است که آب ورودی را به جریان های متمرکز و رقیق تقسیم می کند و یون های محلول را توسط نیروی الکتریکی DC منتقل می کند. یون های منفی (مانند Cl-) به سمت آند و یون های مثبت (مانند Na+) به سمت کاتد جذب می شوند. بین دو الکترود، یک سری محفظه توسط غشاهای تبادل یونی تشکیل می شود. غشاها با توجه به بار یونی خود به طور متناوب روی هم چیده می شوند، به طوری که اکثر یون های محلول از طریق جریان های دفع نفوذ می کنند.

برای مطالعه بیشتر به مقاله الکترودیالیز در آب شیرین کن صنعتی مراجعه فرمایید.

اسمز معکوس

غشای اسمز معکوس (RO) به عنوان فیلتراسیون بیش از حد شناخته می‌شود. وعالی‌ترین فیلتراسیون شناخته‌شده‌است.

اسمز معکوس امکان حذف ذرات کوچک و مواد آلی محلول را فراهم می‌کند.

همچنین برای تصفیه مایعات مختلف از جمله گلیکول و اتانول ، رد سایر یونها و آلاینده ها از عبور آنها از غشا استفاده می شود. از اسمز معکوس معمولاً در تصفیه آب استفاده می شود.

غشاء اسمز معکوس غشای نیمه نفوذپذیری است که به مایعات اجازه می دهد تصفیه شود تا از طریق غشاء اجازه رد کند و آلودگی های موجود در جریان رد را رد کند.

اکثر سیستم های اسمز معکوس از مکانیزم جریان متقابل برای کاهش دوره های تمیز کردن غشا استفاده می کنند.

همانطور که مایع از غشاهای اسمز معکوس عبور می کند، پایین دست، پساب را از آب ردشده غلیظ (آب نمک)خارج کنید.

فرآیند اسمز معکوس یک فرآیند فشار محور برای هدایت مایع از طریق غشا با استفاده از پمپ فشار است. فشار با افزایش نیروهای محرک افزایش می یابد. بنابراین ، با افزایش غلظت جریان رد ، نیروی محرکه مورد نیاز افزایش می یابد.

مزایای اسمز معکوس

این روش از روش های دیگر مقرون به صرفه تر است و بسیار مناسب برای زمانی است که وزت مولکولی جامدات بیشتر از ۲۰۰ است.

در این روش مشکلات خوردگی که سیستم های تقطیر را به دلیل دمای عملیاتی بالای آنها تحت تأثیر قرار می دهد، ندارد.

در این روش عملیات نصب و نگه داری آسان تر از سایر روش هاست. و سازگارتر با محیط زیست است.

TDS

در آب شیرین کن های صنعتی به روش اسمز معکوس  TDS آب یک پارامتر ضروری برای به استفاده از دستگاه می باشد. TDS به مجموع یون های موجود در آب گفته می شود.

لازم به ذکر است آب های شور و منابع آب دریاها،  رودخانه ها و چاه های سطح کشور دارای املاح زیادی هستند.

این املاح باعث می شود منابع آبی دارای شوری بسیاری باشند . در حال حاضر از ارزان ترین راه های تصفیه و شیرین سازی این آب ها استفاده از دستگاه هایی است که با روند اسمز معکوس ساخته می شوند .

این دستگاه برای آب چاه ها و دریاها و رودخانه ها مناسب است.

نگهداری و سرویس آب شیرین کن صنعتی RO به روش CIP

هر دستگاه آب شیرین کنی برای جلوگیری از تخریب و حفظ کیفیت عملکرد در بلند مدت, نیاز به برنامه ای برای سرویس و نگهداری مداوم دارد. اساس کارکرد اسمز معکوس ساده میباشد و در صورت کنترل دقیق پارامتر های RO به ندرت دچار آسیب جدی میشود. یکی از آسیب های احتمالی میتواند تشکیل رسوب یا فولینگ در دستگاه باشد. که با بروز اولین علایم ایجاد رسوب میوان راه حلی اتخاذ نمود.

از برنامه های نگهداری آب شیرین کن صنعتی میتوان به CIP (Clean in place) اشاره کرد . در این روش بدون نیاز به جا به جا کردن تجهیزات میتوان اقدام به میز کردن اجزای مختلف کرد. این روش علاوه بر تمیز کردن  تجهیزات, رشد میکرو ارگانیسم ها را هم کنترل میکند. در روش CIP ، با انجام شستشوی اسیدی و شستشوی قلیایی، کلوئیدهای ماکرومولکولی، میکروارگانیسم ها، مواد آلی، مواد معدنی و سایر رسوبات حذف می شوند. انجام CIP عمر دستگاه آب شیرین کن صنعتی و عمر مفید ممبران را افزایش می دهد. به طور کلی هنگامی که میزان تولید آب یا میزان نمک زدایی سیستم RO به مقدار قابل توجهی کاهش می یابد ، لازم است سرویس CIP انجام شود

شیوه ی اعمال سرویس CIP در دستگاه RO

برای انجام سرویس CIP دستگاهRO  در ابتدا باید یک تکنسین کار آزموده ای در هر واحد مشخص شود. به دلیل استفاده از مواد اسیدی و قلیایی رعایت مسائل ایمنی مثل استفاده از عینک محافظ , دستکش و لباس کار امری ضروریست. در روش CIP دستگاه ابتدا باید دستگاه در حالت سرویس قرار گیرد. سپس تکنسین CIP   شستشوی قلیایی ممبران و سپس شستشوی اسیدی ممبران را با محلول های رقیق شده در دمای معین انجام دهد. این شستشو که باعث رسوب زدایی میشود  شامل غشای ممبران و سایر قسمتهایی که رسوب در آنها ایجاد شده می شود. در دستگاه RO مخزنی تعبیه شده است که به آن مخزن CIP میگویند.هنگام اعمال سرویس  CIP  این مخزن از مواد شست و شو ممبران که شامل اسید و قلیا هست پر میشود.

شستشوی ممبران و قطعات دستگاه RO حتما باید با غلظت مناسب اسید و قلیا انجام شود. همچنین دمای مناسب آب باید رعایت شود. عدم رعایت موارد فوق باعث آسیب جدی به دستگاه و قطعات آن میشود. به همین جهت است که میگوییم سرویس CIP دستگاه اسمز معکوس RO باید توسط تکنسین باتجربه RO انجام شود.

در انجام سرویس دستگاه آب شیرین کن  در صورت نیاز تعویض ممبران RO انجام می گردد. همچنین فشار، دما و PH آب کنترل میشود و در صورت لزوم اسید و قلیای مناسب تزریق می گردد. مخازن آنتی اسکالانت ، کلر، رزین تبادل یونی و کربن فعال شارژ می شود. در انتها آب خروجی دستگاه از نظر میزان دبی و TDS خروجی نهایی کنترل و اندازه گیری می گردد.

---

برای آشنایی بیشتر با فرآیند اسمز معکوس کلیک کنید

---

نانو فیلتراسیون

فیلتراسیون نانو با استفاده از غشایی با اندازه منافذ ۰.۵ و ۲ نانومتر و فشارهای عملیاتی بین ۵ تا ۴۰ بار انجام می شود. NF برای درمان محلولهایی استفاده می شود که حاوی مولکولهای آلی ، قندها و نمکهای چند ظرفیتی است.

غشاء نانو فیلتراسیون شارژ‌شده، یون‌های دارای بار منفی مانند فسفات یا سولفات را رد می‌کند.

غشاء نانوفیلتراسیون بدون بار ، متناسب با شکل و اندازه مولکول ، مواد محلول را رد می کند و از آنها بارگیری نمی شود ، در حالی که برای یون های دارای بار مثبت ، رد تحت تأثیر بار غشایی و مطابق با مکانیسم رسوب زدایی غشا است.

اسمز رو به جلو

اسمز رو به جلو یک فرآیند تجاری کاملاً جدید است که برای نمک زدایی آب با استفاده از یک شیب غلظت نمک (فشار اسمزی) به عنوان نیروی محرک در غشاء استفاده می شود.

اگر یا در صورت وجود خوراک (به عنوان مثال ، آب دریا) در یک طرف غشا، ، در طرف دیگر غشا باشد ، محلول “ترسیم” فشار مجدد اسمزی بالاتر (قابل استفاده مجدد) وجود دارد.

به عنوان یک فرآیند طبیعی ، آب از محلول خوراک به محلول کشش محروم از استفاده از فشار خارجی از طریق غشاء مهاجرت می کند.

---

برای آشنایی بیشتر با فرآیند اسمز رو به جلو کلیک کنید

---

اقتباس‌شده از: Intechopen

عوامل تعیین کننده قیمت در آب شیرین کن صنعتی

ظرفیت آب حاصله، سرمایه گذاری اولیه کارخانه شیرین سازی آب دریا را تعیین می کند.

موضوع اصلی در تولید آب شیرین، انتخاب دستگاه است، مانند مشخصات و تعداد پمپ فشار بالا و اسمز معکوس. دستگاه های اصلی ترکیب مهم در سرمایه گذاری اولیه کارخانه آب شیرین کن آب دریا هستند. برای سیستم نمک‌زدایی آب دریا با تناژ کوچک، قیمت پمپ فشار بالا با دبی کم ،کمتر از پمپ‌های بزرگ پروژه نمک‌زدایی است.

استاندارد ها برای آب حاصله، فرآیند فنی و هزینه را تعیین می کند

آب محصول کارخانه آب شیرین کن آب دریا به طور گسترده ای برای اهداف مختلف از جمله برای مصرف آب خانگی، برای آبیاری، برای شرب و غیره استفاده می شود. برای استفاده های مختلف، الزامات فرآیند فنی متفاوت است. در چین، نیاز TDS برای آب مصرفی خانگی کمتر از ۱۰۰۰ ppm است،

طراحی فرآیند معقولنیز بر مخارج سرمایه‌ای تأثیر می‌گذارد

با توجه به نیازهای مختلف به آب حاصله و شرایط آب خوراک، سفارشی‌سازی بارزترین ویژگی سیستم نمک‌زدایی آب دریا است، برای ظرفیت آب محصول مشابه، طراحی فرآیند متفاوتی وجود دارد. با توجه به نرخ بازیابی و عملکرد ثابت سیستم کلی، پیکربندی دستگاه های اصلی باید با پارامترهای طراحی محافظه کارانه طراحی شود. در غیر این صورت، حداکثر پارامترهای طراحی ممکن است منجر به اضافه بار سیستم شود که برای طولانی مدت سیستم نمک‌زدایی مضر است.

سوالات متداول

بزرگترین مشکل آب شیرین کن چیست؟
اگر از منابع تجدیدپذیر برای تولید آب شیرین استفاده نشود. نمک‌زدایی می‌تواند وابستگی به سوخت های فسیلی را افزایش دهد. همچنین میتواند انتشار گازهای گلخانه‌ای را افزایش داده و تغییرات آب و هوایی را تشدید کند. آب شیرین کن آب سطحی تهدید بزرگی برای زندگی دریایی است.

محبوب ترین فناوری نمک زدایی کدام است؟
گسترده ترین فرآیند نمک زدایی ، اسمز فشار بالا ، مواد معدنی را حذف می کند.

چرا شیرین سازی اینقدر گران است؟
یکی از روشهای معمول نمک زدایی ، اسمز معکوس ، گران است زیرا برای عبور آب از طریق فیلتر به مقدار زیادی برق نیاز دارد. همچنین از بین بردن میکروب‌ها، و جایگزینی فیلترها گران است. محققان امیدوارند که بهبود مواد غشایی بتواند این فرآیند را ارزان تر کند

هزینه شیرین سازی چقدر است؟
به ویژه در فرآیند اسمز معکوس. هزینه آب شیرین‌شده دریا به زیر ۰.۵۰ دلار در متر مکعب کاهش یافته‌است. برای کارخانه اسمز معکوس آب دریا در مقیاس بزرگ در مکان و شرایط خاصی در شرایط دیگر. هزینه ها برای تأسیسات مشابه ۵۰٪ بیشتر (۱.۰۰ دلار آمریکا در متر مکعب) است. علاوه بر سرمایه و بهره برداری

چرا از نمک زدایی استفاده نمی شود؟
مشکل این است که نمک زدایی آب به مقدار زیادی انرژی نیاز دارد. نمک به راحتی در آب حل می‌شود. که پیوندهای شیمیایی قوی‌ ایجاد می‌کند .انرژی و فناوری شیرین سازی آب هر دو گران هستند و این بدان معناست که نمک زدایی آب می تواند بسیار پرهزینه باشد.

شرکت کلراب طراح و مجری انواع آب شیرین کن های صنعتی و نیمه صنعتی و همچنین دارنده ی گواهینامه ی معتببر ACI با بهره گیری از مجرب ترین کارشناسان آمادگی همکاری و عقد قرار داد با تمامی صنایع و کارخانه ها را دارد. برای اطلاعات بیشتر با ما تماس بگیرید.