روش های شیرین سازی آب (مقایسه، مزایا، معایب)

شیرین سازی آب و حذف املاح موجود در آب شور یکی از راهکارهای مناسب برای استفاده از آب دریا در مناطقی می باشد که با خشکسالی و کمبود آب شرب مواجه هستند. روش های شیرین سازی آب بسیار متنوع بوده و بر اساس فاکتورهای مختلف می توان آنها را تقسیم بندی نمود. به طوریکه به دو روش کلی حرارت دهی و غشایی می توان یون و املاح موجود در آب را کاهش داد تا در نهایت به استانداردهای لازم برای استفاده از آن به عنوان آب شرب دست پیدا کند. گروه صنعتی هفت؛ تولید کننده تجهیزات تصفیه آب و فاضلاب در ادامه به رایج ترین تکنیک های شیرین سازی آب پرداخته و مزایا و معایب هر یک را بیان خواهد نمود.

شیرین سازی آب چیست؟

یکی از بزرگترین معضلات در تمام دنیا، کمبود آب مناسب برای شرب می باشد که دلایل متعددی در رخ دادن این گروه از مشکلات نقش دارد. این در حالیست که 72 درصد در کره زمین را آب پوشانده، اما وجود نمک و املاح و مواد معدنی در 92 درصد آنها باعث شده است تا در اغلب نقاط کره زمین با کمبود آب شیرین مواجه باشیم. علاوه بر تصفیه آب و استفاده مجدد از آن، نمک زدایی یا شیرین سازی آب یکی از راهکارهایی می باشد که برای این منظور ارائه شده و در آن تلاش می شود تا با تکنیک های متعدد نمک و املاح و مواد معدنی موجود در آب های شور دریا حذف شده و در نهایت به عنوان آب شیرین استفاده شوند. خروجی این فرآیندها آب شیرین و نمک به صورت جدا از هم می باشد.

روش های شیرین سازی آب

با توجه به اهمیت بسیار زیاد فرآیندهای نمک زدایی آب، روش های متعددی برای این منظور مورد استفاده قرار میگیرند که هر یک دارای مزیا و معایب خاص خودشان می باشند. از رایج ترین روش های شیرین سازی آب می توان به موارد زیر اشاره نمود:

روش های حرارتی شیرین سازی

همان طور که از نام این تکنیک ها مشخص است، فرآیند جداسازی نمک و املاح از آب به کمک حرارت دادن آن صورت میگیرد. این روش ها در اغلب مواقع برای نمک زدایی آب دریا کاربرد داشته و از نظر اقتصادی برای شیرین سازی آب هایی با کمتر از 3 درصد مقرون به صرفه نخواهند بود. روش های حرارتی نمک زدایی آب شامل موارد زیر می باشد:

تقطیر فلش چند مرحله ای (MSF)

از رایج ترین و قدیمی ترین روش ها برای نمک زدایی آب دریا، استفاده از تقطیر فلش چند مرحله ای یا Multi-stage flash distillation می باشد که بر پایه تقطیر سریع یا فلش به کمک کاهش فشار آب طراحی شده است. مخازن شیرین سازی آب با کمک MSF قادرند روزانه 50 هزار تا 60 هزار مترمکعب آب دریا را با حرارت دهی 90 تا 120 درجه سانتی گراد نمک زدایی کنند. اساس کار این روش به این صورت می باشد که ابتدا آب وارد مخازن گرمکن شده و دمای آن 90 تا 120 درجه سانتی گراد رسیده و سپس به مرحله بعد وارد شده و فشار آن به شدت کاهش پیدا می کند. کاهش فشار آب در نهایت منجر به تبخیر سریع به صورت فلاشینگ میشود. آب تبخیر شده روی لوله های مبدل حرارتی در نظر گرفته شده چگالیده میشود و در مرحله بعد میزان افت فشار آن بیشتر میشود و مجدد عمل تبخیر صورت خواهد گرفت. تعداد مراحل این روش از 4 تا 40 قابل پیاده سازی می باشد.

میزان آب باقیمانده در داخل مخزن را می توان به برای مصرف در مبدل های حرارتی مورد استفاده قرار داده که در این صورت روش تقطیر چند مرحله ای بازیافتی نامیده میشود. علاوه براین، در برخی از مواقع نیز آب تنها یک مرتبه مصرف میشود و پس از نمک زدایی آب های باقیمانده از مخزن تخلیه میشوند.

علیرغم بازدهی بالا در نمک زدایی آب با این روش، برخی از معایب در آن وجود دارد که عبارتند از:

• هزینه بر بودن طراحی و راه اندازی
• ایجاد رسوب زیاد بر روی لوله های ضد زنگ

تقطیر چند اثره (MED)

از دیگر روش های شیرین سازی آب می توان به تقطیر چند اثره یا Multiple-effect distillation اشاره نمود که با حرارت دهی آب شور و کاهش فشار آن در مراحل مختلف در نهایت حجم زیادی از نمک و سایر املاح آن حذف می گردد. شیرین سازی آب با تقطیر چند اثره به این صورت می باشد که ابتدا بخار با دمای بالا وارد لوله های حرارتی شده و آب تغذیه در مرحله اولیه با این لوله ها تماس برقرار نموده و تبخیر می گردد. آب تغذیه پس از تبخیر وارد مرحله دوم شده و آب شور به محض ورود به این مرحله با بخار آب موجود تبادل دمایی انجام داده و به بخار تبدیل می شود. با تبخیر آب شور حجم زیادی از نمک و املاح آن حذف شده و به مرحله بعد وارد میشود. لوله های بخار در نظر گرفته شده در این روش به صورت عمدی یا افقی طراحی میشوند و بخار موجود در آنها پس از سرد شدن به دلیل تبادل دمایی با آب تغذیه، به بویلر برمیگردند.

روش شیرین سازی آب با کمک تقطیر چند اثره نیاز به انجام مراحل پیش تصفیه نبوده و هزینه راه اندازی و نگهداری پایینی دارد، اما رسوب گذاری در آن با افزایش دما وجود دارد که به عنوان یک محدودیت برای آن قلمداد میشود.

به نقل از تحقیقات ثبت شده در sciencedirect

یک سیستم تقطیر چند اثره (MED) شامل چندین مرحله تبخیر و میعان (اثر) است که به صورت سری به یکدیگر متصل شده‌اند. چندین پیکربندی برای این سیستم‌ها وجود دارد، از جمله جریان مستقیم، جریان معکوس و جریان موازی.

تقطیر فشره سازی بخار (VC)

تقطیر فشرده سازی بخار بر پایه متراکم کردن بخار و استفاده از گرمای آن به منظور تبخیر آب شور استفاده میشود. به عبارت دیگر، در این روش از بخار متراکم استفاده میشود که دارای دما و فشار بالایی می باشد. آب شور در تماس با این بخار تبادل دمایی انجام داده و در نهایت تبخیر می گردد. این روش از نظر اقتصادی مقرون به صرفه بوده اما برای مخازن بزرگ  نمک زدایی آب کاربرد ندارد.

در حالت کلی و با مقایسه سه روش حرارتی مورد استفاده برای نمک زدایی آب، تقطیر فلش چند مرحله ای بیشتری کارایی و بازدهی را دارد اما میزان مصرف انرژی آن بیشتر از تقطیر چند اثره (MED) می باشد.

روش های غشایی شیرین سازی آب

استفاده از غشاهای نیمه تراوا و الهام گرفتن از رفتار طبیعت از دیگر راهکارهایی می باشد که کاربرد بسیار زیادی در نمک زدایی آب دارند. رایج ترین روش های شیرین سازی آب با کمک غشا یا فیلتر عبارتند از:

شیرین سازی آب با اسمز معکوس

اسمز معکوس یکی از شیوه های به کار رفته در صنعت تصفیه و نمک زدایی آب می باشد که از رفتار طبیعت الهام گرفته شده است. این روش که برای اولین بار در سال 1748 به عنوان یک طرح توسط ژان آنتونی نولت مطرح شد، رفتاری عکس با پدیده اسمز که در طبیعت و همچنین تصفیه خون بدن دارد. شیرین سازی آب با اسمز معکوس که دارای غشای نیمه تراوا می باشد، به این صورت است که ابتدا آب توسط پمپ از غشا عبور داده میشود. با توجه به اینکه غشای در نظر گرفته شده برای این دستگاه دارای منافذ بسیار کوچکی می باشد، لذا یون ها و املاح و نمک ها امکان عبور از آن را پیدا نکرده و در نهایت آب شیرین به عنوان خروجی از آن تهیه میشود.

این روش از نظر اقتصادی مقرون به صرفه بوده و کارایی و بازدهی بالایی دارد. علاوه براین، باکتری ها و ویروس های موجود در آب نیز امکان عبور از غشا را پیدا نکرده و در نتیجه آب شیرین بدست آمده از نظر سلامتی نیز در سطح مطلوبی قرار دارد. البته لازم به ذکر است که یکی از معایب نمک زدایی با اسمز معکوس نیاز به تمیز کردن و شستشوی مرتب غشا می باشد.

شیرین سازی آب با نانوفیلتراسیون

عبور آب با فشار الکتریکی از غشای نیمه تراوا و بارور اساس کار دستگاه های نانوفیلتراسیون می باشد که در نهایت باعث میشود تا مواد آلی و برخی از یون ها و مواد آلاینده موجود در آب امکان عبور از غشا را پیدا نکنند. در حالت کلی کاتیون های دو ظرفیتی و ویروس ها و هرگونه مواد معلق آلاینده در آب امکان عبور از غشا را دارا نمی باشند و به همین دلیل می توان از آن برای شیرین سازی آب استفاده نمود.

الکترودیالیز

علاوه بر موارد فوق، الکترودیالیز نیز در شیرین سازی آب کاربرد زیادی دارد و که از غشا استفاده نموده و با ایجاد اختلاف پتانسیل بین آند و کاتد به جداسازی یون ها از آب کمک می کند. در این روش از غشاهایی استفاده میشود که دارای صفحاتی از رزین بوده و در برابر رسوبات و لجن ها از مقاومت بالایی برخوردار می باشند. در این روش نمک ها به صورت یون های مثبت و منفی تبدیل شده و بارهای منفی یا آنیون ها توسط کاتیون ها جذب شده و از غشا نیز امکان عبور را پیدا نخواهند کرد. غشای مورد استفاده در این روش را می توان به گونه ای ساخت که از عبور یون های مثبت یا منفی جلوگیری کنند.

از معایب این روش می توان به ایجاد رسوب روی غشا اشاره نمود که البته می توان با اختصاص دادن مراحل پیش تصفیه تا حد زیادی به این محدودیت غلبه نمود.

آب شیرین کن های ترکیبی

با توجه به محدودیت ها و نقاط ضعفی و مثبتی که هر یک از مراحل فوق با آن مواجه می باشند، از روش های آب شیرین کن ترکیبی نیز برای این منظور استفاده میشود. روش ترکیبی MFS-RO، NF-MSF، NF-RO-MSF از جمله روش های ترکیبی می باشند که در واقع تکنیک های حرارتی و غشایی با هم تلفیق شده اند. روش های هیبریدی که در واقع ترکیب روش های حرارتی و غشایی می باشند، قادرند در دمایی پایین تر عمل نمک زدایی را انجام داده و در نتیجه رسوب کمتری نیز تولید خواهند نمود.

طراحی و تولید تجهیزات شیرین سازی آب

گروه صنعتی هفت با توجه به اهمیت بسیار زیاد نمک زدایی از آب، در مجموعه محصولات خود تجهیزات مورد نیاز در این زمینه را قرار داده اند. طراحی و ساخت آب شیرین کن صنعتی RO، نانوفیلتراسیون و سختی گیر از جمله محصولات تولید شده توسط گروه صنعتی هفت می باشد که بر اساس استانداردهای روز دنیا توسط مهندسین های حرفه ای این حوزه طراحی و با متریال های با کیفیت تولید شده اند. برای اطلاع از ویژگی های این محصولات و دریافت مشاوره رایگان می توانید از طریق راه های ارتباطی ذکر شده در پایین صفحه استفاده نمایید.