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

vapor compression tehnology thermal desalination process system

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.

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.

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


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

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، 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 معکوس نامیده می شود که با جاری شدن آب دریا بر روی غشایی با 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 تصفیه آب برای از بین بردن میکروب‌ها، و جایگزینی فیلترها هزینه بر 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.و شکستن این پیوندها به سختی امکان پذیر است. انرژی و فناوری شیرین سازی آب هر دو گران هستند و این بدان معناست که نمک زدایی آب می تواند بسیار پرهزینه باشد

۸ thoughts on “فناوری آب شیرین کن

  1. از آب شیرین کن خیلی از کشور ها استفاده می کنند خوشحالم که ایران هم از این صنعت استفاده می کند.

  2. تصفیه آب داشتیم ولی بهترین کار همین است که بشود نمک زادیی کرد و آب شور را تبدیل به آب شیرین کنیم .
    پیروز باشید.

  3. مطالب جالبی ارائه شده بود ولی من روشی جالب برای تصفیه آب دریا دارم که شاید هزینه اش خیلی کمتر از روشهای معمول است با تشکر 🙏

Leave a Reply

Your email address will not be published.Required fields are marked *