استفاده از آب شیرین کن صنعتی به علت کمبود آب در ایالات متحده و در سراسر جهان و دسترسی محدود به منابع آب شیرین و هزینه بالای انتقال آب شیرین از منابع دور به مناطق مورد نیاز آب به مورد توجه قرار گرفته است. این وضعیت منجر به تمرکز مجدد بر توسعه آب دریا و آب شور به عنوان منابع جایگزین آب آشامیدنی شده است. علاوه بر این، استفاده از انرژی زیرساخت‌های آب و ردپای کربن مصرف آب، هر دو به‌عنوان مسائل مهم مطرح شده‌اند. بنابراین، مفاهیم رابطه آب و انرژی برای امکان‌سنجی توسعه آب دریا و آب شور ضروری است.
کیفیت آب از نظر شوری به بهترین وجه با غلظت کل جامدات محلول (TDS)، مجموع تمام مواد معدنی، فلزات، کاتیون‌ها و آنیون‌های قابل حل در آب بیان می‌شود. جدول ۱ دسته های مختلف آب و محدوده احتمالی غلظت TDS را نشان می دهد.
مقدار استاندارد TSD
غلظت بالای TDS در آب بر سلامت انسان تأثیر می گذارد. و مشکلات دیگری مانند پوسته پوسته شدن در لوله ها و خوردگی لوله ها و یراق آلات را ایجاد می کند. آژانس حفاظت از محیط زیست ایالات متحده (USEPA) حداکثر سطح آلودگی ثانویه (SMCL) یا استاندارد را برای TDS در آب آشامیدنی زیر ۵۰۰ میلی گرم در لیتر تعیین کرده است. در آب آشامیدنی غلظت TDS کمتر از ۲۰۰ میلی گرم در لیتر مطلوب است. هدف از نمک زدایی تصفیه آب با شوری بالا است. آب تولید شده باید برای مصارف شرب و/یا سایر مصارف مورد نظر قابل قبول باشد. تکنیک‌های مدرن نمک‌زدایی شامل تکنیک‌های حرارتی (تقطیر) و تکنیک‌های فیلتراسیون غشایی است که به طور گسترده مورد استفاده قرار گرفته اند.
مصرف انرژی
مصرف انرژی یک کارخانه آب شیرین کن صنعتی به عوامل متعددی از جمله،روش نمک زدایی، غلظت TDS و دمای آب منبع (آب خوراکی)، ظرفیت کارخانه آب شیرین کن صنعتی ، و محل کارخانه با توجه به آب مصرفی منبع و تخلیه کنسانتره بستگی دارد. از منظر پیوند آب-انرژی، سه رویکرد – نیروگاه های هم محل، نیروگاه های تولید همزمان و نیروگاه های ترکیبی – فرصت هایی را برای بهره وری مصرف انرژی در نیروگاه های نمک زدایی فراهم می کند.
نیروگاه‌های همزمان
در این رویکرد، یک نیروگاه نمک‌زدایی با یک نیروگاه در یک منطقه ساحلی که نیروگاه آب دریا را برای استفاده به عنوان آب خنک‌کننده می‌کشد.همزمان می‌شود. کارخانه آب شیرین کن صنعتی از آب دریای گرم شده از حلقه آب خنک کننده نیروگاه به عنوان آب تغذیه استفاده می کند. که به انرژی کمتری برای نمک زدایی نیاز دارد. کارخانه نمک‌زدایی محصول جانبی کنسانتره با TDS بالا خود را در جریان آب خنک‌کننده نیروگاه تخلیه می‌کند. بنابراین راهی برای رقیق کردن کنسانتره قبل از تخلیه دوباره به اقیانوس فراهم می‌کند.
از آنجایی که کارخانه نمک‌زدایی روی حلقه آب خنک‌کننده نیروگاه قرار می‌گیرد، می‌تواند مصرف انرژی آن را کاهش دهد. به عنوان مثال، تأسیسات نمک‌زدایی دریای خلیج تامپا با نیروگاه Big Bend تامپا الکتریک (TECO) همزمان روزانه ۱.۴ میلیارد گالن آب دریا را از خلیج تامپا خارج و تخلیه می‌کند و از آن به عنوان آب خنک‌کننده نیروگاه استفاده می‌کند. . کارخانه نمک‌زدایی از آب دریا تامپا بی تا ۴۴ میلیون گالن در روز از آن آب گرم دریا را برای نمک‌زدایی می‌گیرد. کنسانتره رقیق شده به خلیج تامپا تخلیه می شود.
روش نیروگاه های تولید همزمان:
در این روش، یک نیروگاه معمولی بخار با فشار/دمای بالا تولید می کند که معمولاً به عنوان زباله از نیروگاه خارج می شود. یک نیروگاه تولید همزمان از این بخار به عنوان منبع انرژی اضافی در طول فرآیند نمک‌زدایی به منظور کاهش مصرف سوخت فسیلی استفاده می‌کند.
نیروگاه با فروش بخار زباله به کارخانه آب شیرین کن صنعتی درآمد اضافی به دست می آورد.، در حالی که نیروگاه آب شیرین کن صنعتی از پرداخت هزینه ساخت و بهره برداری از منبع انرژی خود اجتناب می کند.
نیروگاه های هیبریدی
این نیروگاه ها از فن آوری های تصفیه استفاده می کنند که به کارخانه امکان استفاده مجدد از انرژی و بهینه سازی عملکرد کارخانه را می دهد. به عنوان مثال، کارخانه آب شیرین کن صنعتی کیپ هاتراس در کارولینای شمالی، یک کارخانه تبادل یونی ترکیبی RO/یون را با استفاده از آب شور راه اندازی می کند. این نیروگاه آب را از دو چاه مجزا برداشت می کند. آب با شوری بالا از چاه ۱ توسط فرآیند RO پردازش می شود. و آب با محتوای آلی بالا از چاه ۲ توسط فرآیند تبادل یونی پردازش می شود. آب تصفیه شده از فرآیندهای RO و تبادل یونی به عنوان آب محصول نهایی مخلوط می شود. این کارخانه همچنین یک توربین بازیافت انرژی را در فرآیند تصفیه RO گنجانده است.
استفاده از انرژی های تجدیدپذیر
استفاده بالقوه از انرژی های تجدیدپذیر برای نمک زدایی از اواسط دهه ۱۹۹۰ گزارش شده است. در ایالات متحده، چند تصفیه خانه معمولی آب، مانند چندین تصفیه خانه آب آشامیدنی در ماساچوست، PV خورشیدی یکپارچه برای تصفیه آب دارند.
فناوری‌های جدید انرژی‌های تجدیدپذیر برای کاربردهای نمک‌زدایی نیز در دسترس هستند. به عنوان مثال، یک پروژه آزمایشی با استفاده از فناوری نیروی موج برای نمک‌زدایی آب دریا با استفاده از شناورهای غوطه‌ور در پرث، استرالیا، در سال ۲۰۱۵ شروع به کار کرد.
اثرات زیست محیطی
خطرات مرتبط با ساخت نیروگاه های آب شیرین کن شامل ساخت زیرساخت های ورودی آب و شبکه لوله های انتقال آب تغذیه به نیروگاه است که ممکن است بر مناطق حساس زیست محیطی تأثیر بگذارد. با این حال، کنسانتره همچنان بحرانی ترین مشکل زیست محیطی باقی مانده است، که بر مقرون به صرفه بودن نمک زدایی نیز تأثیر می گذارد. کارخانه‌های RO کنسانتره‌های TDS بالا (بیش از ۶۵۰۰۰ میلی‌گرم در لیتر) تولید می‌کنند. که ممکن است حاوی برخی مواد شیمیایی سمی باشد. که در فرآیندهای پیش تصفیه آب خوراک و فرآیندهای پس از تصفیه (تمیز کردن) استفاده می‌شوند. انتخاب یک گزینه مدیریت کنسانتره به عوامل متعددی بستگی دارد. حجم و کیفیت کنسانتره، محل کارخانه نمک‌زدایی، و مقررات زیست‌محیطی مربوطه (که بعداً مورد بحث قرار خواهد گرفت). منبع