افزایش ریکاوری تصفیه آب دریا با سیستم اسمز معکوس

افزایش ریکاوری تصفیه آب دریا

پساب دستگاه تصفیه آب در آب شیرین کن های صنعتی متداول اسمز معکوس، ۳۵ تا حداکثر ۵۵ درصد از آب دریا به آب شیرین تبدیل می شود. ولی مطالعات برای افزایش ریکاوری در مقیاس صنعتی نظیر استفاده از فرایند جذب وجود دارد.

افزایش ریکاوری استحصال آب شیرین از آب دریا در آب شیرین کن های اسمز معکوس یکی از اهداف طراحی واحدهای آب شیرین کن آب دریا است. ریکاوری به نسبت آب شیرین تولیدی به آب شور دریا که به تأسیسات آب شیرین کن وارد شده، اطلاق می شود. عوامل متعددی در میزان ریکاوری موثر هستند که مهمترین آن میزان شوری آب یا املاح محلول است که با TDS سنجیده می شود. مقدار املاح محلول(TDS) دریاها یا اقیانوسها از ۳۵۰۰۰ تا ۵۰۰۰۰ میلیگرم بر لیتر متغیر است. افزایش میزان شوری آب به معنای افزایش فشار مورد نیاز برای فرایند اسمز معکوس است. افزایش فشار مورد نیاز برای فرایند RO مستلزم تغییر نوع غشاها یا ممبرانهای اسمز معکوس از ممبرانهای آب شور(Brackish water) به ممبران مخصوص آب دریا(Seawater membrane) است. ممبرانهای مناسب برای آب دریا ریکاوری پایینتری نسبت به ممبرانهای آبهای لب شور دارند و این مهمترین عامل محدود کننده ریکاوری در واحدهای تصفیه آب دریا است.

 

افزایش ریکاوری تصفیه آب دریا تا ۷۰ درصد

در تصفیه آب دریا به روش اسمز معکوس، تجهیزات مکش آب دریا، تصفیه اولیه و دفع شورآبه سیستم اسمز معکوس، حدود ۲۵% از هزینه تولید آب شیرین را در بر می گیرند. این مطلب برگرفته از مطالعه ای است که به بررسی اثر بازچرخانی شورآبه خروجی سیستم اسمز معکوس در سیستم شیرین سازی آب دریا به روش جذبی می پردازد. سیستم تصفیه آب دریا به روش جذبی با بهره مندی از کیفیت آب تصفیه شده بالا و امکان تولید سرما در فرایند خود، دارای دو اثر مطلوب و جذاب صنعتی است. سیستم تصفیه آب دریا به روش اسمز معکوس در نرم افزار EES مدل شده و شورآبه خروجی به عنوان خوراک به سیستم تصفیه جذبی وارد می گردد. سیستم جذبی توسط منبع حرارتی دما پایین و کم هزینه ای همچون پنل خورشیدی فعالیت می کند و در نرم افزار MATLAB مدل شده است. نتایج نشان می دهد که سیستم ترکیبی پیشنهادی همزمان با افزایش قابل توجه میزان ریکاوری، غلظت نمک آب شیرین تصفیه را نیز کاهش داده است. همچنین علاوه بر بالا بردن کارایی و راندمان سیستم تصفیه آب دریا، اثر تولید سرما توسط این سیستم می تواند برای منبع سرمایشی تهویه مطبوع مورد بهره برداری قرار گیرد.

رشد سریع تصفیه آب دریا به روش اسمز معکوس به سبب توانمندی این روش برای تولید آب با هزینه نسبتا کم می باشد. سیستم تصفیه آب به روش اسمز معکوس شامل چهار بخش کلی می باشد: تصفیه اولیه، پمپ فشار بالا، ماژول های ممبران اسمز معکوس و تصفیه نهایی (تصفیه نهایی آب شیرین و تخلیه شورآبه). سیستم تصفیه اب دریا به روش جذبی در دهه های گذشته به عنوان راه حلی کمکی و یا جایگزین برای روش های متداول تصفیه آب در حال توسعه بوده است. این فناوری با استفاده از به کارگیری مواد جذب کننده ای مانند سیلیکاژل عمل می کند. سیستم تصفیه آب جذبی، شرایط تبخیر محیطی آب دریا را با کمک منبع حرارتی دما پایین، شبیه سازی می نماید و بدون استفاده از سوخت های فسیلی کار تبخیر آب را در دمایی در بازه ۵ تا ۲۰ درجه سانتی گراد را انجام می دهد. برعکس روش های متداول تبخیر، فناوری تصفیه آب جذبی توسط منابع حرارتی دما پایین مانند پنل خورشیدی یا انرژی تولیدی از پساب یا زباله تامین می گردد.

سیستم ترکیبی تصفیه آب دریا به روش ترکیبی (هیبرید) اسمز معکوس – جذبی در این مطالعه معرفی شده و ساختار کلی زیر را نمایندگی می کند که در نهایت منجر به افزایش میزان ریکاوری بیش از ۳۵% سیستم تصفیه آب دریا شده است.

شکل کلی سیستم تصفیه آب دریا به روش اسمز معکوس:

سیستم تصفیه آب دریا به روش اسمز معکوس

شکل کلی سیستم تصفیه آب دریا به روش جذبی:

سیستم تصفیه آب دریا به روش جذبی

مقایسه هزینه تولید آب و مصرف انرژی بین دو گزینه تصفیه آب دریا با سیستم اسمز معکوس و سیستم جذبی و چرایی انتخاب سیستم جذبی برای ترکیب با اسمز معکوس:

مقایسه هزینه تصفیه آب دریا با سیستم اسمز معکوس و سیستم جذبی

نمودار سیکل عملکردی سیستم تصفیه آب دریا به روش جذبی:

سیکل عملکردی سیستم تصفیه آب دریا به روش جذبی

شکل کلی تصفیه آب دریا به روش ترکیبی سیستم اسمز معکوس – جذبی:

تصفیه آب دریا به روش ترکیبی سیستم اسمز معکوس – جذبی

میزان ریکاوری سیستم تصفیه آب دریا به روش اسمز معکوس در دو فشار ورودی مختلف و با غلظت های متغیر ورودی (و مقایسه با شبیه سازی نرم افزار ROSA):

ریکاوری سیستم تصفیه آب دریا به روش اسمز معکوس

میزان شوری آب شیرین خروجی سیستم تصفیه آب دریا به روش اسمز معکوس در دو فشار ورودی مختلف و با غلظت های متغیر ورودی (و مقایسه با شبیه سازی نرم افزار ROSA):

میزان شوری آب شیرین خروجی سیستم تصفیه آب دریا به روش اسمز معکوس

میزان شوری شورآبه خروجی سیستم تصفیه آب دریا به روش اسمز معکوس در دو فشار ورودی مختلف و با غلظت های متغیر ورودی (و مقایسه با شبیه سازی نرم افزار ROSA):

میزان شوری شورآبه خروجی سیستم تصفیه آب دریا به روش اسمز معکوس

نتایج سیستم تصفیه آب دریا به روش ترکیبی اسمز معکوس – جذبی:

در اینجا نمودارهای زیر میزان افزایش قابل توجه (تا ۳۵%) ریکاوری کل سیستم ترکیبی تصفیه آب دریا و همزمان ارتقاء کیفیت (کاهش غلظت نمک در آب شیرین خروجی) آن را نشان می دهند.

ریکاوری کل سیستم ترکیبی تصفیه آب دریا

ریکاوری کل سیستم ترکیبی تصفیه آب دریا

 

ریکاوری کل سیستم ترکیبی تصفیه آب دریا

منبع:

Recycling brine water of reverse osmosis desalination employing adsorption desalination