۴ دی، ۱۳۹۶

سیستم‌های نوین آب شیرین‌‍‌‌‌کن

نمك‌زدايي از آب دريا (یا شيــرين‌سازی)، فرايندي است كه تـوسط آن نمك از آب دريـا جدا شده تا براي آشاميدن مناسب گردد. مسلم است تبدیل آب‌هاي سطحي يا آب‌هاي زيرزمينـي شور و لب‌شـور به آب شرب به‌مراتـب ساده‌تـر از آب درياست ولــي در برخی نقــاط دنيـا به جـز استفاده از آب درياهـا راه ديگري براي تأمين آب شيرين متصور نيست.

آب دريا داراي تقـريبـاً 35 گـرم در ليتـر نمك بوده که در خليج فارس این مقدار به طور متوسط حدود 42 گرم در ليتــر مي‌باشد.

 عمده ترين كاربردهاي دستگاه آب شيرين كن عبارتند از:

  • توليد آب شرب از آب‌هاي شور
  • توليد آب مورد نياز جهت شرب دام و طيور
  • توليد آب مناسب جهت مصارف كشاورزي و رشد بهتر گياهان
  • توليد آب فرايندي كارخانه‌هاي داروسازي و لوازم آرايشي
  • توليد آب مصرفي نيروگاه‌هاي بخار و سيكل تركيبي
  • تأمين و توليد آب ديگ‌هاي بخار، سيستم‌هاي برودتي و مبدل‌هاي حرارتي
  • تأمين و توليد آب دستگاه‌هاي دياليز بيمارستان
  • بازيافت پساب‌هاي صنعتي

برای شیرین کردن آب 3 راه‌حل متداول موجود است:

1. سیستم اسمــز معکـوس (Reverse Osmosis (RO:

در این روش آب با فشـار از یک سری غشاء نیـمه‌تراوا(Semi Permeable Membrane) عبور داده می‌شود. این فشار خارجی از فشار اسمـزی طبیعـی بیشتـراست در نتیجـه مولکول‌های کوچک از منافـذ غشاء عبـور کرده در حالی که مولکول‌های بزرگتـر قادر به عبور از غشاء نیستند. در سیستم اسمز معکوس آب از غشـاء نیمه تراوا (ممبران) عبور کرده و نمکهای محلول آن حذف می‌گردند.

این تکنولوژی در ایـران مورد استفاده گسترده قرار گرفته است ولی مشکلات عمده آن به غیر از نیاز به ممبران که بـصورت دوره‌ای باید تعـویض گردد، نیاز به استفاده از پیش ‌تصفیـه‌های خاص است. یکی دیـگر از مشکلات این تکنــولـوژی هـــدر دادن بخشــی مهـمــی از آب است که به‌صــورت پسـاب به طبیعـت برگشـت داده‌می‌شود که علاوه بر هــدر رفتن آب باعث مشکلات زیست محیطی می‌شود. میــزان مصرف انـرژی در این سیستــم بدون در نظر گرفتن انـــرژی مصرفی پیش تصفیـه، برای هر متر مکعب آب تولیدی بین 4 تا 5 کیلو وات ساعت است.

2. سیستم تقطیری:

این سیستـم بدون وابستگی به کیفیت آب ورودی می‌تواند آبی با خلـوص بالا تولید نموده و نیازی به غشاء (ممبــران) یا قطعـات مصرفـی ندارد. هم‌چنیـن در حجم های کوچک آزمایشگاهی، خانـگی و صنعتی قابل ساخت و استفاده است، هرچند عمده سامانه‌های ساخته‌شده در دنیا در احجـام بزرگ و همزمان با تولید بـــرق مـی‌باشنـد. دو روش تجــاری شـده ایــن سیستــم ، روش تقـطیــر چـنــد مـرحلــه‌ای (Multi Effect Distillation=MED) و روش تبـخیــــر چـنــد مرحـلــه‌ای (Multi Stage Flash=MSF) می‌باشند. مشکل عمــده این سیستـم مصـرف بالای انرژی است که برای هر متر مکعب آب نزدیک به 15 کیلووات انرژی لازم دارد. هم‌ چنین در این سیستم‌ها نسبت آب ورودی به آب تصفیه‌شده بسیار بیشتر از سامانه‌های غشایی بوده (نسبت 9 به 1) که باعث بزرگتر شدن بخش آبگیر خواهدشد.

3. سیستم الکترولیز:

در این سیستم با عبور جریـان برق DC از آب مولکول کاتیون‌ها به طرف یکی کــاتــد و آنیون‌ها به‌طـرف آنــد جذب شده و آب عـاری از نمـک به مصرف کننده تحویل داده می‌شود. حســاسیت این سیستم به آب ورودی به مراتب بیشتر از روش اسمـــز معکـوس است و در حال حاضر هزینه سرمایه‌گـذاری اولیـه این سیستـم به حدی بالاست که هنوز جایگاه مناسب خود را به عنوان یک سیستـم رایج در صنعـت شیرین کردن آب پیدا نـکرده است و فقـــط برای تولیـد آب با خلوص بسیار بالا، بعد از آب‌شیرین‌‌کن غشایی استفاده می‌شود.

4) سیستم آب‌شیرین‌کن طبیعی (Natural Evaporation Distillation =NED):

استفاده از روش‌هـای بسیار پر هزینـه و تا حدودی پیچیده ذکر شده باعث شده محققیـن و پــژوهشگـران آب به دنبـال روش‌هایی ساد‌ه‌تر (از لحاظ فنــاوری) و کاربردی‌تـر و ارزان‌تــر(از لحاظ میـزان انـرژی) و دارای اثـرات زیسـت محیطی کمتـر باشند. سیستـم منحصـر بفـرد NED از طـراحـی هوشمندانه روش‌های حرارتی حاصل شده است و نتیجه همکاری بین المللی مراکز زیر بوده که دارای تجربه‌های بالا در زمینه آب‌شیرین‌کن می‌باشد:

  • انستیتو ملی علوم و تکنولوژی مواد ایتالیا
  • مرکز تحقیقات تبدیل حرارت فرانسه
  • مرکز ملی تحقیقات علوم فرانسه – شرکت توتال فرانسه
  • مرکز بین‌المللی آب نانسی (فرانسه)
  • آزمایشگاه مهندسی علوم شیمی فرانسه
  • اتحادیه اروپا (بخش مدیریت پایدار و کیفیت آب در قالب برنامه‌های محیط زیست و توسعه پایدار)

نقشه شماتیـک سیستـم آب شیرین کن NED در روبرو نشــان داده شده‌‌است.

این سیستـــم براساس تبخیـر و میعـان آب شـور با کمتـــریــن انــرژی مصرفـــی طراحـی شده است و نقطـه قــوت آن نحــوه چینـش واحد‌های مختـلف جهت بهینـه‌ســازی مصـرف انــرژی در این فرآیند می‌باشد. دمـــای جریـــان در مراحل مختلـف توســط سنســورهـای حـرارتـی مـورد انـدازه گیـــری قـرار می‌گیــرد و مصــرف انــــرژی خــام بـراســـاس ایـن پــارامتـرها کنـتــرل می‌گردد. در ادامــه جریــان بخـــارتولیـــدشده، طی چنــد مرحلــه از مسیـرهای مختلف عبور می‌کند و عملیـات میعان بـا از دست‌دادن حرارت جریــان صورت می‌گیرد. در نهایت جریـان در داخـل دیگ بخـار مــورد هوادهــی و پخش از بالای قسمت تقطیـر برای جذب حداکثری انــرژی جریان خروجی قرار می‌گیرد.

شرکت فنون سبز آردا مفتخر است که اولین و تنها تولید کننده این محصول در داخل کشور می‌باشد. این سیستم مدولار بوده و می‌توان با سری کردن چند مـدول به ظرفیت و تولید مورد نظر دست یافت. با این سیستم مـی‌توان آب برای یک هتـل، یک دهـکده و یا یک شهــر را تـولیـد کرد. هدایـت الکتریـکی آب خروجی این سیستــم می‌تواند تا حد  20cm/µS پاییـن بیاید. این کیفیـت به هیـچ‌وجه ارتبـاط با کیفیـت و شــوری آب ورودی به دستـگاه ندارد در حالیکه آب بسیار شور دریا باعث بسته شدن منافذ ممبران و تخریب و تعویض دائمی آن‌ها می‌گردد. در این سیستم هر نـوع آبـی را می‌توان بعــد از طـوفــان یا بارندگی شدید به سیستم وارد و از آن طرف آب شیرین قابل شرب دریافت کرد.

سیستم ترکیبی که ما در اینجا به بیان آن می‌پردازیم دارای مزایای زیر است‌:

  1. کیفیت بسیار بالای آب خروجی بدون توجه به آب ورودی
  2. فرآیند ساده و مورد اطمینان
  3. قابل ساخت در داخل کشور با حداقل وابستگی به تجهیزات وارداتی
  4. حداقل هزینه بهره‌برداری و نگهداری
  5. سرمایه‌گذاری حداقل نسبت به نمونه‌های خارجی
  6. پساب بسیار ناچیز نسبت به روش اسمز معکوس (قابل رقابت با سیستم‌های ZLD )
  7. قابل استفاده به‌صورت ترکیبی روی پساب سیستم اسمز معکوس(سیستم آب شیرین کن ترکیبی مکمل خوبی برای سیستم RO می‌تواند باشد چرا که می‌تواند با توجه به کمبود آب در کشور پساب حاصل از RO را نیز شیرین نماید.)

در این سیستم:

  • خطر فرسوده‌شدن قسمت‌های فلزی به حداقل می‌ر‌سد.
  • بهره‌برداری از سیستم بسیار ساده و قابل کنترل است.
  • مشکلات فشار و خلاء وجود ندارد.
  • گرفتگی لوله‌ها و پایین آمدن فشار بوجود نمی‌آید.
  • میزان مصرف انرژی معادل سیستم اسمز معکوس و یک سوم سیستم‌های حرارتی معمولی است.
  • می‌توان با استفاده از این سیستم بر روی اسمز معکوس، پساب آن را نیز شیرین نمود.
  • منبع انرژی مورد نیاز سیستم NED می‌تواند از هر منشأ مانند فرایند صنعتی (نیروگاه) یا طبیعی (مثل زمین گرمایی) باشد.
  • عدم نیاز به تعمیرات منظم ماهانه یا سالانه
  • طول عمر دستگاه بالای 20 سال برآورد می‌شود.
  • این دستگاه عمـلاً وابستـگی به واردات را به صفر ‌رسانده، ایجاد اشتغـــال بالایی را در ساخت، در مونتـاژ و راهبـری نصیـب کشــورمـی‌سازد و می‌تواند در دراز مدت ایران را به عنوان یک قطب سازنده آب‌شیرین‌کن در دنیا مطرح سازد.