Tuesday ,17 October 2017 / سه شنبه ,۲۵ مهر ۱۳۹۶
خانه / کارشناسی / با روش های تصفیه و شیرین کردن آب دریا آشنا شوید
نسخه چاپی    کد مطلب : 2935

با روش های تصفیه و شیرین کردن آب دریا آشنا شوید

در این پست ابتدا فناوری های مختلف شیرین کردن آب دریا را برمی شماریم سپس در ادامه روش های مختلف معمول برای شیرین سازی آب دریا را به اختصار توضیح می دهیم بنابراین با ما همراه باشید.

طی سال های اخیر ، هزینه تولید آب بوسیله دستگاه های نمک زدایی تا حد قابل توجهی کاهش یافته ، اما هزینه تولید آب به کمک آنچه تحت عنوان روش های سنتی نامیده می شود، افزایش پیدا کرده است.

این افزایش قیمت به واسطه بهره برداری بیش از حد از منابع زیر زمینی آب ، نفوذ نمک و افزایش آلودگی آنها بوجود آمده است .

منابع آب شیرین حاصل از رودخانه ها و منابع آب زیرزمینی محدود است و با سرعت فزاینده ای درحال تهی شدن است و زنگ خطر را در بسیاری از مناطق جهان به صدا در آورده است.

از این رو از فرآیندهای شیرین سازی آب دریا، جهت تامین آب شیرین مورد نیاز استفاده می شود.

فناوری های شیرین کردن آب

فرآیندهای شیرین سازی، فرآیندهایی به منظور خالص سازی آب دریا برای مصارف آشامیدنی می باشند.

یک سیستم آب شیرین کن به طور کلی آب شور را به دو جریان تقسیم می کند، یکی جریان آب خالص با درصد بسیار کمی از نمک و املاح و دیگری جریانی که حاوی نمک املاح باقیمانده می باشد.

جداسازی نمک از مخلوط آب نمک، یک فرآیند ترمودینامیکی است که نیاز به انرژی دارد، یک فرآیند ایده آل آب شیرین کن به عنوان یک فرآیند جداسازی برگشت پذیر محسوب می شود.

فناوری ھای آب شیرین کن از لحاظ تغییر فاز به دو دسته تقسیم می شوند:

فرآیندهایی که در آنها تغییر فاز صورت می گیرد که عبارتند از :

  • (Multi effect distillation (MED
  • (Multi stage flash distillation (MSF
  • (Vapor compression distillation (VCD

فرآیندهایی که در آنها شیرین سازی آب بدون تغییر فاز انجام می پذیرد که عبارتند از :

  • (Reverse osmosis (RO
  • (Electro dialysis (ED

کارایی هر کدام از این فرآیندها بستگی به غلظت نمک در آب تغذیه و همچنین ارزش هزینه آب دارد.

هر یک از فناوری های آب شیرین کن برای انجام فرآیند جداسازی به انرژی احتیاج دارند که این انرژی می تواند از طریق انرژی گرمایی ، مکانیکی یا الکتریکی تامین شود.

روش های مختلف شیرین کردن آب دریا

پنج فناوری عمده به منظور زدودن نمک و دیگر مواد جامد غیرقابل حل از آب وجود دارد که عبارتنداز:

  • تقطیر
  • اسمز معکوس
  • الکترودیالیز
  • تبادل یونی
  • نمک زدایی انجمادی

شیرین کردن آب دریا با روش تقطیر

اکثر راه های معمول نمک زدایی آب شامل فرآیندهای جوشش و تبخیر م یباشد.

در یک دستگاه تقطیر، آب به جوش می آید و بخار تولید می شود که از چگالش این بخار آب خالص تولید می شود.

تقطیر آب هنوز بهترین و مرسوم ترین روش شیرین سازی آب دریا است.

دراین فرآیند از تبخیر آب شور و چگالش آب به آب خالص میرسیم، با این تکنولوژی به خاطر اطمینان بیشتر و مصرف انرژی کمتر به طور گسترده ای طی ۱۰ سال اخیر گسترش یافته است.

فرآیندهای خالص سازی آب به روش تقطیر نسبت به فرآیندهای غشایی دارای کیفیت بالاتری است.

فرآیندهای تقطیر هنوز سهم بزرگی را در صنعت شیرین کردن آب دریا داراست.

روش تقطیر زمانی به صرفه است که بخار با انرژی حرارتی پایین به عنوان منبع اصلی انرژی در دسترس باشد.

دلایلی که هنوز روش تقطیر بهترین انتخاب برای شیرین سازی آب دریا به خصوص درایستگاه های قدرت می باشد به شرح زیراست:

  • فرآیندهای تقطیر آب با کیفیت بالا تولید می کنند ( با باقیمانده نمک ۱ تا ۲ ppm ) و به شوری آب دریا بستگی ندارند در صورتی که فرآیندهای غشایی، کاملا به ذرات جامد حل شده و ترکیب آب دریا بستگی دارند و آب با کیفیت پایین تر تولید می کنند.
  • انرژی مصرفی در واحدهای تقطیر آب دریا، حرارت ورودی به وسیله بخار با سطح حرارتی پایین است که معمولاً به ارزانی در ایستگاه های توان حرارت و در خروجی توربین های بخار قابل دسترس است.
  • شیرین سازی به روش تقطیر نسبت به نوع غشایی کمتر به کیفیت آب دریا حساسیت دارند درحالی که پیش تصفیه آب دریا درمورد نوع غشایی حتما باید صورت گیرد.
  • هزینه های عملیاتی و تعمیر و نگه داری با وجود یک نیروگاه حرارتی، به طور عمومی برای تقطیر پایین تر از واحدهای غشایی است.

شیرین کردن آب دریا با روش اسمز معکوس

فرآیند غشایی به شیوه های فیزیکی برای جداسازی حلال از نمک های محلول در آن با استفاده از غشاهای نیمه تراوا اطلاق میشود.

این فرآیندها در سالهای اخیر پیشرفت های زیادی داشته است.

سابقه استفاده از غشا برای صاف کردن به اوایل قرن بیستم باز میگردد.

در دهه سوم قرن بیستم غشاها برای جداسازی، خالص سازی و یا غلیظ سازی محلول ها به ویژه سیال های حاوی میکرو اورگانیزم ها مورد استفاده قرارگرفت.

سیر تکاملی این پدیده با انجام پژوهش ها بر روی ساخت انواع غشاها و شناخت فرآیند در طی زمان به گونه ای ادامه یافت که درحال حاضر این فرآیند یکی از شیوه های اصلی شیرین سازی آب محسوب می شود.

فرآیندهای غشایی بر اساس اندازه کوچکترین ذره که تحت تاثیر نیروی فشاری از غشا عبور می کند به نام های زیر نامیده میشوند.

  • میکرو فیلتراسیون
  • اولترا فیلتراسیون
  • نانو فیلتراسیون
  • اسمز معکوس

شناخت پدیده اسمز معکوس نیازمند شناسایی خاصیت اسمزی است.

به طور کلی انتقال جرم از یک محیط به محیط دیگر در اثر اختلاف غلظت یا به عبارت دیگر در اثر اختلاف پتانسیل شیمیایی به وجود می آید.

به عنوان مثال ظرف آبی را درنظر بگیرید که یک قطعه بلور نمک طعام به درون آن انداخته می شود.

در بخشی از ظرف که بلور نمک وجود دارد غلظت نمک زیاد و غلظت آب ناچیز است و در بخش دیگر ظرف غلظت نمک صفر و غلظت آب بسیار زیاد است.

در اثر اختلاف غلظت مولکول های بلور نمک، نفوذ به بخش دیگر را که آب است آغاز می نماید و از سوی دیگر مولکول های آب نیز به بخش بلور نمک نفوذ میکند.

این عمل تا یکسان شدن غلظت آب و نمک در دو بخش ادامه می یابد.

خاصیت اسمزی به عبور یک حلال از بخش محلول رقیق به بخش محلول غلیظ از درون یک غشاء نیمه تراوا گفته میشود.

تئوری اسمز معکوس با یک مثال در زیر آمده است.

در ظرف سمت چپ شکل ۱، یک لوله در آب غوطه ور شده است همان طور که میبینید سطح آب داخل لوله و بیرون آن برابر است.

در شکل میانی لوله دهانه غوطه ور را با یک غشاء نیمه تراوا می پوشانیم و داخل آن را آبشور میریزیم، پس از چند لحظه سطح آب داخل لوله به علت حرکت آب شیرین به سمت آب شور برای ایجاد تعادل بالا می رود.

این عمل را خاصیت اسمزی و ارتفاع آب داخل لوله را برابر فشار اسمز می نامند.

شیرین کردن آب دریا با روش اسمز معکوس

شکل ۱- شماتیک عملکرد روش اسمز معکوس

برخی از کاربردھای روش اسمز معکوس

  • تهیه و تولید آب شرب از آب های شور (مصارف شرب)
  • تهیه و تولید آب مورد نیاز جهت رشد سریع دام و طیور
  • تامین و تولید مناسب جهت مصارف کشاورزی، گلخانه ای
  • تامین و تولید آب کارخانه های داروسازی و لوازم بهداشتی
  • تامین و تولید آب کارخانه های پتروشیمی، نساجی، کاغذسازی و رنگسازی
  • تولید آب مصرفی نیروگاه های بخار و سیکل ترکیبی
  • تامین و تولید آب دستگاه های دیالیز بیمارستان ها
  • بازیافت پسابهای صنعتی

شیرین کردن آب دریا با روش الکترودیالیز

فرآیند الکترودیالیز بصورت تجاری از اوایل دهه ۶۰ به بازار عرضه شد.

طراحی و ساخت سیستم الکترودیالیز راه موثری برای کاهش هزینه در فرآیند نمک زدایی آب های کم نمک ابداع کرد و در این زمینه موفقیت قابل ملاحظه ای بدست آورد.

فرآیند الکترودیالیز به اصول کلی زیر بستگی دارد :

  • اکثر نمک های محلول در آب، به شکل یون بوده و بصورت مثبت ( کاتیون ) یا منفی ( آنیون ) باردار میگردند.
  • آنیونها بوسیله بار الکتریکی مخالف الکترود، جذب آنان می شوند.
  • غشاها را می توان طوری ساخت که بصورت انتخاب شده عبور آنیون ها یا کاتیون ها را امکان پذیر کنند.

اجزاء محلول شده یونی در یک محلول نمکی مثل سدیم + ، کلر – ، کلسیم + و کربنات – در آب توزیع و بخش می گردند و بطور موثر بارهای منفرد خود را خنثی میکنند.

وقتی الکترودها به یک منبع جریان مستقیم مثل باطری متصل میگردند، در داخل یک ظرف حاوی محلول آب نمک قرار گرفته ، جریان الکتریکی از میان محلول ( الکترولیت ) عبور میکند.

در این حالت یون ها سعی می کنند به سمت الکترود با بار مخالف حرکت کنند.

نحوه شیرین سازی آب دریا

شکل ۲- روش الکترودیالیز

درباره‌ی محمد حسن دانشور

دانشجوی کارشناسی ارشد مهندسی عمران گرایش ژئوتکنیک دانشگاه شیراز هستم امیدوارم بتوانم آموخته های 7 سال تحصیل و پژوهش خود را در دانشگاه شیراز با شما دانشجویان و مهندسین عمران به اشتراک بگذارم

جوابی بنویسید

ایمیل شما نشر نخواهد شدخانه های ضروری نشانه گذاری شده است. *

*

*