فرآیند شیرین سازی آب
فرآیند شیرین سازی آب در نتیجه کاهش مقدار نمک و املاح معدنی موجود در آب می باشد. این روش، تهیه آب مناسب را برای مصارف آشامیدنی یا کشاورزی فراهم می آورد. فرآیند های شیرین سازی آب، نیاز به انرژی دارد. از انواع این انرژی ها می توان به انرژی گرمایی، مکانیکی یا الکتریکی اشاره کرد. از جمله انواع روش های شیرین سازی آب عبارتند از:
- روش های حرارتی شیرین سازی آب
- روش های غشایی شیرین سازی آب
- شیرین سازی آب با اسمز معکوس
- شیرین سازی آب با نانو فیلتراسیون
- الکترودیالیز
روش های حرارتی شیرین سازی آب
از طریق تقطیر آب شور می توان انواع روش های حرارتی شیرین سازی آب را به شرح زیر نام برد:
- تقطیر ناگهانی چند مرحله ای (MSF)
- تقطیر چند مرحله ای (MED)
- تقطیر تراکمی بخار (VCD)
تقطیر ناگهانی چند مرحله ای MSF(Multi-Stage Flash Distillation)
این فرآیند برای نمک زدایی حرارتی آب دریا استفاده می شود. این مراحل براساس تبادل گرمایی انجام می گیرد. امروزه ۶۰ درصد از سیستم های نمک زدایی حرارتی آب در دنیا به این روش طراحی و ساخته می شوند.
در روش تقطیر MSF ، آب شور در داخل محفظه ای به نام گرمکن، گرم می شود. در تقطیر آب شور، آب گرم شده به سرعت وارد یک محفظه دیگر می شود. ورود ناگهانی آب گرم به داخل این اتاقک باعث به جوش آمدن سریع آب می شود. مجموعه آب شیرین کن به روش تقطیر ناگهانی چند مرحله ای، ۴تا۴۰ مرحله دارد. افزایش تعداد مراحل فرآیند در روش MSFموجب افزایش بازده حرارتی می گردد. در این روش احتمال تشکیل رسوب و خوردگی بسیار، زیاد است. این رسوبات با توجه به ترکیب آب شور باقیمانده از مرحله آخر با آب ورودی ایجاد می شود. این معضل در سیستم های MSF رایج بوده و باید کنترل شود.
تقطیر چند مرحله ای سیستم (MED)
مشکل تشکیل رسوب در روش MSF موجب ایجاد فرآیند MED می گردد. MED مخفف عبارت Multiple – Effect Distillation به معنی تقطیر چند مرحله ای است. این فرآیند آب شیرین کن براساس سیستم نمک زدایی تقطیری به روش چند مرحله ای به همراه پخش بخار است. ۵٪ آب شیرین در جهان از این طریق تولید می شود.
روش کار سیستم MED
در ابتدا بخار خروجی از نیروگاه های بخار یا بخاری که به واسطه سوزاندن زغال سنگ یا سوخت های فسیلی به وجود آمده است، جزء اولین مرحله از مراحل است. این بخار را بخار اولیه گویند.
آب شور وارد مرحله اول می شود. این آب بر روی لوله های حاوی بخار اولیه پاشیده می شود. تبادل گرمایی بین بخار اولیه و آب شور، ایجاد می گردد. از طرفی بخار اولیه گرمای خود را از دست داده و چگالش می یابد. آب شور، تبخیر شده و به مرحله بعد ارسال می شود. این فرآیند در چندین مرحله انجام می گیرد. بخار چگالش یافته از مرحله دوم به بعد به عنوان آب شیرین جمع آوری می شود. عملیات تصفیه نهایی ( مانند رساندن PH آب به مقدار قابل قبول ) بر روی آن انجام می گیرد. تعداد مراحل طراحی در فرآیند MED وابسته به دمای آب شور ورودی است. هر چه دمای آب شور ورودی بیشتر باشد و به دمای آب جوش نزدیک تر باشد، تعداد مراحل می تواند کمتر گردد. این نکته نیز مورد توجه است که افزایش میزان سرمایه گذاری اولیه به افزایش تعداد مراحل بستگی دارد.
مزایای روش MED
- قابلیت کار به صورت ۲۴ ساعته
- فرآیند و کارکرد کاملا ساده
- کار در دمای کمتر ( کمتر از ۷۰ درجه سانتیگراد) و غلظت کمتر ( کمتر از ۱.۵) برای جلوگیری از خوردگی و رسوب.
- مصرف انرژی کمتر در مقایسه با روش های دیگر حرارتی
- هزینه نگهداری پایین
- قابلیت انطباق با انواع منابع مختلف مثل آب داغ، سوخت فسیلی، فرآیند های تبخیر صنعتی و … .
- بدون نیاز به عملیات پیش تصفیه آب دریا.
معایب روش MED
- مشکل ساخت در مقیاس کوچک به دلیل پیچیدگی تجهیزات و زیاد بودن تعداد اجزاء.
- عدم تطابق با منابع با دمای بالاتر به دلیل مشکلات ناشی از رسوب گذاری در حین فرآیند.
تقطیر تراکمی بخار (VCD)
روش تقطیر تراکمی بخار VCD(Vapor Compression Distillation)، روشی است که در آن فرآیند تبخیر آب دریا یا آب شور به کمک تبادل گرمایی با یک بخار متراکم شده، صورت می گیرد. این فرآیند می تواند در کنار فرآیند های دیگر یا به صورت مستقل عمل نماید. تراکم بخار، سبب افزایش فشار و دما می شود. در بخار متراکم، می توان از انرژی گرمایی ذخیره شده برای تبخیر هم استفاده کرد.
به وسیله سیستم های مکانیکی یا الکتریکی می توان به متراکم کردن بخار پرداخت. روشی که برای استفاده از سیستم های مکانیکی توصیه می شود به اختصار MVC گفته می شود. روش MVC به دو مدل تقسیم می شود: تراکم بخار (VC) و تراکم بخار خلا (VVC). در روش VC عملیات در فشار اتمسفری و روش VVC تبخیر در فشار زیر اتمسفر صورت می گیرد. عمل تراکم در فرآیند های مکانیکی به وسیله یک کمپرسور یا توربین صورت می گیرد. این فرآیند یکی از فرآیند های پر کاربرد در نیروگاه ها و صنایع مختلف می باشد. فرآیند تقطیر تراکمی بخار، ظرفیت کمی دارد. آب شیرین کمی را تولید می کند. این فرآیند به صورت رایج در هتل ها، استراحت گاه ها و حتی کاربرد های صنعتی مورد استفاده بسیار دارد.
