بخشی از مقاله
چکیده
دستگاههای اب شیرین کن اسمز معکوس با بهره گیری از انرژی خورشیدی خصوصا در شرایط فاقد شبکه برق سراسری قابل استناد، جهت تصفیه اب گزینه بسیار مناسبی به شمار می روند . در دستگاه آب شیرین کن مبتنی بر این روش باطری و یا سایر تجهیزات ذخیره انرژی برای ذخیزه سازی انرژی به کار گرفته می شوند. استفاده از سیستم اسمز معکوس یکی از چندین روش تصفیه اب شور به شیرین به شمار می رود اما این روش زمانی بهینه و بصرفه خواهد بود که عوامل بهینه سازی و صرفه جویی انرژی در سیستم مبتنی بر این روش اعمال گردد در این تحقیق ما سیستمی برای ارائه ی بیشترین راندمان انرژی و همچنین به دست آوردن بیشترین حجم آب تصفیه شده از دستگاه در واحد زمان را طی سه روش ارائه کرده ایم.
- 1 استفاده از سلول های خورشیدی با زاویه ی 30 درجه نسبت به مهدیگر در راستای شمال جنوب جهت بهبود قدرت اخذ شده از انرژی خورشید
- 2استفاده از پیشروی آب با فشار متغییر با استفاده از منبع ذخیره آب
- 3 استفاده از پیش تصفیه سه مرحله ای شامل پیش فیلتر برای حذف میکروب ها، ذرات معلق و استفاده از فیلتر کربن برای حذف کلر موجو ددر اب که حذف تاثیرات منفی در TFC وTFM غشایی می شود. با به کارگیری حالت اول و استفاده از سلول های خورشیدی به صورت V شکل با زاویه ی 30 درجه به افزایش 20 درصدی راندمان انرژی رسیدیم همچنین با استفاده از پیشروی آب با فشار متغییر حجم به کار بردن سیستم پیش تصفیه باعث افزایش 30 درصدی راندمان شدیم.
-1 مقدمه
آب به عنوان حیاتی ترین ماده مورد نیاز بشر مورد توجه بوده است. امروزه با کمبود آب آشامیدنی و با توجه به اینکه درصد قابل توجهی از آب های موجود روی این کره خاکی شیرین نیستند شیرین سازی آب مورد توجه قرار گرفته است .از سوی دیگر انرژی خورشیدی نیز به عنوان منبعی ارزان، پاک از انرژی می بایست مورد توجه بیشتر قرارگیرد .
در پی رشد جمعیت افزایش تقاضای جهانی برای آب شیرین ، منابع تامین مستقیم این ماده مهم حیاتی در حال کاهش است، به طوری که پیش بینی می شود تا سال 2025 میلادی ، بیش از نیمی از جمعیت کره زمین با مشکل کمبود آب شرب مواجه خواهند بود. چه برای مصارف آشامیدنی و چه برای مصارف صنعتی ، معمولا آب طبیعی احتیاج به تصفیه دارد. تصفیه آب برای مصارف آشامیدنی هم آسان هم ارزانتر از تصفیه آب برای مصارف صنعتی است. از طرفی با وجود منابع بزرگ آب شور مانند اقیانوس ها ،دریاها و ... صنعت شیرین سازی آب یک راه حل منطقی و مطمئن برای حل این مشکل به شمار می آید.
فرآیندهای غشایی از روشهای نوین جداسازی هستند که بدون استفاده از تغییر فاز، اجزاء مورد نظر را از سیال جدا می نمایند. عدم تغییر فاز در طول فرایند جداسازی موجب می شود که جداسازی با صرف انرژی کمتری صورت گیرد. دو خصوصیت اصلی غشاها یعنی توانایی قابل توجه در انجام انواع جداسازی ها و حداقل مصرف انرژی، عوامل گسترش روزافزون فرایندهای غشایی می باشند.
غشاها کاربرد های فراوانی در زمینه های مختلف علمی و صنعتی دارند که از جمله می توان به شیرین کردن آب دریا، دیالیز خون، تصفیه آب ها - نظیر آب رودخانه، چشمه و چاه - تصفیه پساب های خانگی، تصفیه انواع پساب های صنعتی مانند تصفیه پساب صنایع نساجی، کاغذ سازی، چرم سازی، الکل سازی، تغلیظ شیر در کارخانجات پنیر سازی و جداسازی پروتئین ها از آب پنیر، تغلیظ آب میوه، جداسازس میکروارگانیسمها، استریل کردن مایعات، جداسازی گازهای ترش از گاز طبیعی، جداسازی اکسیژن و نیتروژن از هوا، جداسازی اتیلن از گازهای خروجی واحد تولید پلی اتیلن و استفاده در صنایع داروسازی، بیوتکنولوژی و بهینه سازی محیط زیست اشاره نمود
ایران بهدلیل شرایط اقلیمی و وضعیت کمبود آبهای شیرین نیاز به تأمین آب شیرین برای مصارف شرب و صنعتی از آبهای شور دریا یا آبهای لبشور دارد و لازمه این امر استفاده از دستگاههای آب شیرین کن است. نیاز ایران به آب شیرین و راههای دسترسی به آن جزئی از تاریخ ایران باستان میباشد. هماکنون دستگاههای آب شیرینکن زیادی در کشور نصب است که تعدادی ساخت داخل میباشد. تاریخ ساخت آب شیرین کن در ایران به سال 1370 بر میگردد.
در سالیان گذشته محققان و مخترعین فراوانی در زمینه ساخت دستگاههای اب شیرین کن بر پایه روش اسمز معکوس پزوهش کرده اند که از این بین می توان به کمار سامی اشاره کرد .[2] کمارسامی و همکارانش در سال 2015 میلادی عملکرد بهینه یک کارخانه اسمز معکوس بر پایه ی انرژی خورشیدی بدون استفاده از باطری تحت را توسعه دادند انها مدلی ایجاد نمودند که این مدل بهینه ترین ساختار برای دستگاه آب شیرین کنی را مشخص می کند .انها نشان دادند که در روش بدون ذخیره انتقالی ، روش و مدلی بسیار ساده تر گردیده و با قیود کنترلی بدون تجهیزات پیچیده این مدل به خوبی کار می کند . کمارسامی و همکارانش با مقایسه نتایج ملاحظه نمودند که در روش استفاده از ذخیره انتقالی بهره وری بیشر می گردد.
انها نشان دادند که حضور منبع آب به عنوان ذخیره انتقالی با جود پیچیده سازی سیستم ولی نقش بسزایی در بهره وری دارد .ولی این محققان در نهایت اذعان کرده اند که هنوز مدل ساخته شده توسط آنان می تواند اصلاح گردد.. انها در حالت اول یعنی بدون استفاده از منبع آب نشان دادند که با تغییر فشار 5 درصد سرعت تولید اب نسبت به حالت فشار ثابت بیشتر می گردد. و اگر از منبع آب اسفاده شود و فشار نیز متغیر شود 36 درصد بنسبت به حالت فشار ثابت و 28 درصد نسبت به حالت فشار متغیر بدون استفاده از منبع آب بیشتر می شود
هارش و همکارانش [3]، در سال 2015 پروتکلی برای بیشینه کردن بهره وری انرژی و افزایش شار نفوذی در سیستم های اسمز معکوس بیان نمودند انها نشان دادند که با بکارگیری بازتاب دهنده های V شکل مورد استفاده در ماژول های سلول های خورشیدی 40 درصدی انرژی خروجی افزایش می یابد همچنین انها نشان داند که تاثیرات ذکر گردیده در گزینه های 1 الی 4 باعث افزایش 59 درصدی حجم کل آب تحویل داده شده می گردد. همچنین انها نشان دادند که با اضافه نمودن گزینه پنجم صرفه جویی 56 درصدی در انرژی الکتریکی در زمان استفاده از باتری و صرفه جویی 28 درصدی در زمان استفاده مستقیم حاصل می گردد.
مهدی محمد زاده[4] با ساخت دستگاه آب شیرین کن شناور با سیستم خلاء نسبی نشان داد ، این دستگاه قادر است 4 تا 5 لیتر آب در ساعت را نمک زدایی کند و در صورت استفاده از منابع مختلف انرژی میزان آب تقطیر شده را می توان افزایش داد. دکتر احسان توابی[5] در اختراع خود دستگاه آب شیرین کنی ساخت که از آینه های شلجمی - پارابولیک - فرنلی تشکیل شده و با استفاده از نور خورشید وبازتاب آن و گردش روغن آب را جوشانده واز طریق عبور از قسمتهای مختلف دستگاه آن راتصفیه می کند. این دستگاه با حرارت دریافت شده از خورشید با درجه حرارت کم روی آب شور اثر می گذارد و آب را تبخیرمی کند و املاح باقی میماند. بدنه این دستگاه از جنس آلومینیوم بوده که بسیار سبک وقابل حمل است وبه صورت هلالی است که توان جمع آوری نور خورشید را بالا می برد.
-2 مراحل ساخت
برای ساخت دستگاه ، دستگاه به قسمت های اصلی تقسیم نموده و هر یک بصورت جداگانه تهیه شده و مونتاژ می شود. یکی از قسمتهای اصلی دستگاه، بدنه دستگاه می باشد . برای ساخت بدنه در مرحله طراحی دستگاه، بدنه برای ارضا التزامات دستگاه - نگه داری تجهیزات اسمز معکوس - طراحی شده است . بنابر اصل طراحی و ساخت قطعات در شاخه مهندسی مکانیک، طرح کلی بدنه دستگاه بر روی کاغذ ترسیم شده و سپس به وسیله یکی از نرم افزارهای CAD شبیه سازی شده است .
برای شبیه سازی سیستم از نرم افزار Solid work استفاده شده است .با استفاده از محیط اسمبلی - مونتاژ - نرم افزار و افزونه نرم افزار قطعات مورد نیاز ساخت آماده می شود که در این مرحله بر اساس طرح ترسیم شده قوطی 2×2 از جنس آهن برای ساخت مورد نیاز می باشد . این قطعات مورد نیاز، مورد برشکاری قرار گرفته و به ابعاد منطبق با طراحی می رسد.
پس از برش شاخه ها نوبت اتصال و مونتاژ بدنه می رسد. برای مونتاژ قطعات، از روش اتصال جوشکاری بر اساس طراحی دستگاه، استفاده می شود. پس از عملیات جوشکاری مرحله آماده سازی برای رنگ کاری و پرداخت دستگاه صورت می گیرد . برای این منظور با استفاده از فرز دستی بر آمدگی های جوش کاری را صاف کرده و پس از تمیز کردن آهن از روغن با پارچه برای تماس بهتر رنگ با بدنه نوبت رنگ کاری بدنه بود بعد از عملیات رنگ زنی که سبب جلوه دادن طرح و جلوگیری از زنگ زدن بدنه می شود نوبت مونتاژ MDF بر روی بدنه ی دستگاه برای جایگیری تجهیزات اسمز معکوس و تجهیزات خورشیدی بود برای نصب MDF ها بر روی بدنه از پیچ مهره M4 و واشر فنری استفاده کردیم پس از تعیین محل قرار گیری MDF ها و سوراخکاری نوبت نصب آن ها بر روی بدنه می باشد که سه عدد MDF برای این منظور بر روی دستگاه نصب شده تا پاسخگوی نیاز های ما باشد.
پس از مونتاژ کامل بدنه نوبت به مونتاژ تجهیزات اسمزمعکوس می رسد برای این منظور ابتدا مخزن در بالاترین قسمت دستگاه نصب می شود. بنا به التزامات طراحی، از مخزن 40 لیتری استفاده شده است این مخزن ظرفیت نسبتا بالایی داشته و پاسخگوی ملزومات طراحی می باشد. روی قسمت پایین مخزن و قسمتی از MDF ، جهت لوله کشی به منظور انتقال آب عمل سوراخکاری انجام شده است.
پس از اتصال شلنگ به قسمت پایین مخزن نوبت به نصب فیلتر پیش تصفیه ی دستگاه می رسد این که قسمت پیش تصفیه ی دستگاه از سه فیلتر تشکیل شده است در ابتدا فیلتر ها را به هم متصل کرده و برای جایگیری درطبقه ی میانی دستگاه چناچه قبل توضیح داده شد با استفاده از مفتول و پیچ مهره سیستم پیش تصفیه را نصب کرده و شلنگ خروجی از مخزن به فیلتر اول متصل می شود.
