بخشی از مقاله
چکیده
نمکزدایی آبهای شور یا لب شور یکی از روشهای تأمین تقاضای جهانی آب است که در حال افزایش میباشد. دو طبقهبندی کلی برای فناوریهای نمکزدایی وجود دارد. نمکزدایی گرمایی و نمکزدایی دیوارهای یا غشایی. اسمز معکوس از جمله فرآیندهای مدرن غشایی است که آب را برای مصارف متعددی از جمله صنایع غذایی، داروها، نمک زدایی از آب دریا و آب آشامیدنی، تصفیه مینماید. اساس کار این دستگاهها بر عبور مولکولهای غیریونی مثل آب از یک غشاء با روزنههای بسیار ریز بنا شده است. از انواع سیستمهای اسمز معکوس میتوان به سامانههای با مدول تک مرحلهای و مدول دو مرحلهای اشاره کرد.
از پارامترهای کلیدی در فرآیند اسمز معکوس میتوان به بازیافت، مقدار دفع، مقدار عبور، آب تصفیه شده، جریان و شدت جریان نفوذ اشاره کرد. تحت شرایط خاص، شدت جریان نفوذ و مقدار دفع جزو خواص ذاتی عملکرد ممبرین میباشند. اصولا این دو خاصیت تحت تاثیر عواملی همچون فشار، دما، بازیافت و غلظت نمک در آب خوراک قرار میگیرند. با افزایش فشار موثر خوراک، شدت جریان نفوذ آب تصفیه شده زیاد میشود و TDS آب خالص هم کاهش می یابد. اگر دما زیاد شود و سایر پارامترها ثابت باشند، شدت جریان نفوذ آب تصفیه شده خالص و عبور نمک زیاد میشود. در عمل، با تنظیم فشار عملیاتی، تغییرات دما را میتوان تنظیم نمود.
واژههای کلیدی: اسمز معکوس، دما، فشار، غلظت نمک، تصفیه آب.
مقدمه
تقاضای جهانی آب پیوسته در حال افزایش است این در حالی است که منابع آب شیرین به دلیل افزایش تقاضا و اثرات پدیده تغییر اقلیم به خصوص در مناطق نیمهخشک و جزیرهای نیز با محدودیت مواجه میباشند. نمکزدایی آب های شور یا لب شور یکی از روشهای تأمین این تقاضای در حال افزایش میباشد.از جمعیت بیش از هفت میلیاردی جهان حدود یک میلیارد نفر به آب آشامیدنی قابلاطمینان دسترسی ندارند و با توجه به روند افزایشی رشد جمعیت جهان، تا سال 2015 حدود 40 درصد از جمعیت کره زمین در مناطقی بدون منابع کافی آب شیرین زندگیخواهند کرد - گرجیان، . - 1392 ایران در کمربند خشک زمین قرار گرفته است که در حدود 70 درصد از مساحت آن در مناطق خشک و نیمهخشک واقع شده است و در حال حاضر با بحران جدی آب مواجه میباشد - . - Gorjian and Ghobadian, 2015
از این رو کمبود منابع آب شیرین سبب شده است که توجه زیادی به سمت روشهای تأمین آب شیرین از منابع آب شور در دسترس معطوف گردد. دو طبقهبندی کلی برای فناوریهای نمکزدایی وجود دارد. نمکزدایی گرمایی و نمکزدایی دیوارهای یا غشایی. در فرآیندهای گرمایی از انرژی خورشید به طور مستقیم استفاده میشود و محلول تغییر فاز میدهد . - Kalogirou, 2009 - نمکزدایی با فرایندهای غشایی روشی است که در آن تغییر فاز صورت نمیگیرد که شامل روشهای اسمز معکوس1و الکترودیالیز2 میباشد. در روش اول برای به راه انداختن پمپ نیاز به الکتریسیته است که فشار بر روی محلول را به میزان مورد نیاز افزایش دهد و میزان این فشار به غلظت آب شور بستگی دارد که اغلب در حدود 70 bar میباشد.
از بین دو روش ذکر شده تنها روش اسمز معکوس در فرآیندهای غشایی با روشهای گرمایی در نمکزدایی آب دریا قابل رقابت است . - García-Rodríguez, 2003 - محققان یک سیستم تک مرحلهای را که غشای آن متصل به پساب بود و با استفاده از غشای 3BWRO برای مدول اول و غشای4SWRO برای مدول دوم را طراحی کردند. نرخ بازیابی استفاده از این طرح حدود %83 بود که این یک روند افزایشی را از %73 را با ممبرین معمولی داشت. بهبود یک سیستم BWRO با یک نرخ بازیابی خوب با استفاده از غشای SWRO در یک بخش از سیستم BWRO میتواند حاصل شود - . - Almulla et al., 2002در یک تحقیق متفاوت مشخص شد که مزایای استفاده از غشای SWRO به عنوان بخشی از یک سیستم BWRO قادر است که غلظت بور را در آب لب شور کاهش دهد و این یک روش اقتصادی میباشد.
غاظت بور در تولیدات نمکی باید کمتر از 0,3 میلی گرم بر لیتر باشد. یک روش جایگزین برای کاهش غلظت بور، تعادل یونی توسط رزینهای انتخابی است. استفاده از غشاهای مخصوص RO توسعه یافته برای حذف بور در pH طبیعی یا کمتر است. مصرف انرژی به واسطه استفاده از این روش خیلی بالا میرود. یک راه خلاقانه دیگر برای عملکرد بهینه وجود دارد که به وسیله استفاده از ترکیب هیبریدی غشای RO معمولی و غشایفوق العاده-کم مصرف میباشد. سیستم هیبریدی قادر است تا کیفیت تصفیه را نیز بهبود بخشد.2007 - سیستم تک مرحلهای با مدول متصل شده به پساب با یک پمپ تقویتی یک پیشنهاد از طرف ونیک بود که برای به حداقل رساندن مصرف برق و هزینه ثابت شده است. نصب پمپ تقویتی برای مراحل داخلی نیز به عنوان یک انتخاب برد-برد از لحاظ اقتصادی و زیست محیطی پیشنهاد میشود - . - Vince, 2008
مطالعاتی بر روی سیستم اسمز معکوس آب لب شور انجام شد که هر کدام از آنها با یک طراحی مرسوم برای طراحی بهینه سیستم BWRO با یک اصلاح جزیی به منظور بهبودی بیشتر و ساخت سیستم BWRO تایید شدند. سیستمهای BWRO که در شرایط واقعی تست شدند، سیستمهای تک مرحلهای با مدولهای متصل شده به پساب، بهترین سیستمها از نظر سازگاری با محیط بودند - . - Alghoul et al., 2011 دانشمدان مطالعهای را با هدف ارزیابی اطلاعات عملیاتی موجود و مصرف انرژی به منظور بررسی زمان مناسب برای تعویض غشاهای اسمزی مخصوصا آنهایی که عمر طولانی داشته باشند، انجام دادند و تحولات و تکامل شماتیکی از انتقال آب خوراک، هدایت آب تصفیه شده، فشار آب خوراک، مصرف انرژی ویژه، استاندارد جریان آب تصفیه شده و مقدار پساب را نشان دادند.
یک مقایسه بین افزایش مصرف انرژی ویژه و کاهش عملکرد غشای اسمزی فرسوده به منظور تمیز کردن شیمیایی منظم و تعویض غشای اسمزی از نظر هزینه انجام شد. نتایج نشان داد که انتخاب موثر برای یک واحد نمک زدایی BWRO، تعویض غشا در ده سال اول عملکرد با در نظر گرفتن عملکرد غشای اسمزی و مصرف برق در طول زمان نیست - . - Garcia et al., 2016 یک مدل تحلیلی گسترده روی عملکرد یک سیستم نمک زدایی BWRO ارائه شد و محاسبات زیادی روی یک سیستم آزمایشگاهی متوسط که در محدوده وسیعی از شوری آب خوراک و فشار سیستم به منظور برقراری رابطه مناسب بین شرایط تئوری و شرایط آزمایش بود، انجام شد - . - Fraidenraich et al., 2016
عملکرد بهینه یک واحد نمک زدایی BWRO به منظور کاهش مصرف انرژی ویژه مورد مطالعه قرار گرفت. یک مدل ریاضی مبتنی بر اصول جامع اولیه ارائه شد که به طور صریح برای ارزبابی و توسعه دادههای سطح غشای اسمزی، نفوذ پذیری، منحنی مشخصات پمپ و افت فشار در طول فرایند اسمز معکوس محسوب میشود. بهینه سازی در شرایط محدود غیرخطی برای دو فرایند اسمز معکوس در سرویس های زمانی مختلف تنظیم و اجرا شد. نتایج نشان داد که کاهش %16 ممکن است با شرایط عملکردی بهینه در محدوده عملیاتی معمولی پمپ به دست آید و درحالی که نرخ آب تصفیه شده ثابت بود. نتایج این مطالعه با استفاده از پارامترهای بدون بعد محاسبه شد . - Ming heng, 2015 - یک واحد اسمز معکوس آب دریا را با استفاده از سیستم-
های مختلف بازیاب انرژی شامل توربینها و مبدلهای فشار برای تحلیل اکسرژی مورد مطالعه قرار گرفت. این دستگاههای بازیاب انرژی به عنوان سطح نامحدود بر اساس تعداد مراحل فرایند اسمزمعکوس یعنی تک مرحلهای و دو مرحلهای مورد ارزیابی قرار گرفتند و در نهایت بازدهی اکسرژیک برای چنین سیستمهایی تعریف شد. اثر بازدهی پمپ و توربین، شوری،دما و نسبت جرم با استفاده از یک برنامه ازقبل تایید شده مورد مطالعه قرار گرفت. در این راستا ضرایب ثابت وانت هوف برای طیف وسیعی از دمای آب سطح دریا تعریف شد. بهترین بازده با استفاده از مبدلهای فشار برای برای تمام سیستمها به دست آمد و مورد بررسی قرارگرفت - . - Qureshi and Zubair, 2016
