تصفیه شورآبه های غلیظ توسط روش اسمز معکوس تغییر یافته در شرایط فشار اسمزیک (Osmotically Assisted Reverse Osmosis [OARO]) و با استفاده از ممبران ها و تجهیزات موجود فعلی، می تواند به انجام رسد.
اسمز معکوس به عنوان یکی از روشهای شیرین سازی آب دریا شناخته می شود. همیشه شورابه غلیظ آب شیرین کن های دریایی یکی از دغدغه های این فرایند بوده است. البته دفع شورابه آب شیرین کن های دریایی با رعایت ملاحظات زیست محیطی به دریا قابل انجام است. ولی تصفیه این شورابه غلیظ که درصد نمک بالایی دارد، یکی از اهداف ایده آل توسعه دهندگان فرایند اسمز معکوس بوده است..
در حالی که فرایندهای اسمز معکوس سنتی دارای محدودیت فشار برای جلوگیری از ترکیدگی ممبران هستند، در فرایند OARO اختلاف فشار اسمزی در عرض ممبران توسط یک رقیق کننده شوری کناری کاهش می یابد. یک سری از مراحل OARO می توانند پشت سر هم چیده شده و مورد استفاده قرار گیرند تا کاهش شوری در آب ورودی به حدی برسد تا فرایند اسمز معکوس تمام آب ورودی را تصفیه نماید.
این مطلب مروری بر مقاله منتشر شده در زمینه تصفیه شورابه بسیار غلیظ با فرایند تغییر یافته اسمز معکوس می باشد. شایان ذکر است که این فرایند تا کنون به شکل اقتصادی و تجاری مورد استفاده قرار نگرفته است.
تصفیه شورابه بسیار غلیظ آب
بازیافت آب از شورآبه با توجه به افزایش نیازمندی صنایع نفت و گاز، تولید برق و بخش خصوصی برای شورآبه های با غلظت های بالا در حدود ۵۰ تا ۳۵۰ گرم بر لیتر مورد توجه ویژه واقع شده است. روش های کنونی بازیابی آب از شورآبه های غلیظ، گران قیمت بوده و همچنین مصرف انرژی بالایی را طلب می کنند و شامل موارد زیر هستند:
Multi-stage flash distillation (MSF)
Multi-effect distillation (MED)
Membrane distillation (MD)
Mechanical vapor compression (MVC)
از بین این روش ها، سه روش MSF، MED و MD نیازمند منبع حرارتی بوده و معمولا از بخار استفاده می کنند که امکان استفاده از این فرایندها را در پکیج های فرایندی پیش ساخته را محدود می نماید و هر جایی قابل استفاده نمی باشند.
در مقابل، روش MVC تنها نیازمند برق بوده و اکنون به صورت عمده در صنایع نفت و گاز برای بازیابی آب از شورآبه های غلیظ مورد استفاده قرار می گیرد. به عنوان یک روش تبخیری برای تولید آب از شورآبه غلیظ، مصرف انرژی ویژه این روش بین ۱۱ تا ۲۵ کیلووات ساعت به ازای هر متر مکعب آب تولیدی است که عددی به مراتب بیشتر از حداقل کار مورد نیاز تئوریک (بین ۱ تا ۵ کیلووات ساعت به ازای هر متر مکعب آب تولیدی) برای تولید آب از شورآبه با شوری ۳۵ تا ۱۵۰ گرم بر لیتر با بازیابی ۵۰% است.
تولید آب با تصفیه شورآبه غلیظ به روشی غیر از روش های تبخیری، می تواند تا حد زیادی مصرف انرژی ویژه را کاهش دهد. روش های اسمز معکوس (RO)، اسمز مستقیم (FO) و اسمز مستقیم با فشار کمکی (PAFO) مسیرهای گوناگونی جهت نیل به ریکاوری آب از شورآبه غلیظ را نشان می دهند. شکل زیر نمایی از نیروهای کمکی و مخالف در فرایندهای ممبران – پایه بالا را نشان می دهد:
تصفیه شورآبه غلیظ به روش اسمز معکوس با دستکاری در اختلاف فشار اسمزیک به صورت چند مرحله ای در شکل زیر نمایش داده شده است:
نمودار زیر میزان ریکاوری آب از شورآبه غلیظ را با توجه به تغییرات فشار و غلظت شوری آب ورودی و همچنین اثر کاهش فشار اسمزیک را نشان می دهد:
میزان کاهش غلظت شوری آب ورودی در سیستم تصفیه شورآبه با چدیمان شکل زیر (سه مرحله OARO به همراه یک مرحله RO) در نمودار مشخص شده است:
تصفیه شورآبه بسیار غلیظ توسط روش OARO در این مطالعه مورد بررسی قرار گرفته و مدلی برای آن توسعه داده شده تا با امکان سنجی شرایط عملیاتی مختلف بتوان میزان بازیابی آب و مصرف انرژی مورد نیاز برای شورآبه ورودی با شرایط مختلف را تخمین زد. برای شورآبه ورودی با شوری ۱۰۰ تا ۱۴۰ گرم بر لیتر کلرید سدیم، تخمین زده شد با کمک روش OARO که حدود ۳۰% تا ۵۰% بازیابی آب تصفیه شده با میزان انرژی ویژه مصرفی ۶ تا ۱۹ کیلو وات بر متر مکعب خواهیم داشت. این نتایج نشان می دهند که روش OARO می تواند میزان بازیابی آب را در روش اسمز معکوس برای شورآبه های غلیظ افزایش داده و همچنین OARO میزان انرژی ویژه مصرفی کمتری نسبت به روش متداول MVC (Mechanical vapor compression) که برای تصفیه شورآبه غلیظ استفاده می شود را نشان می دهد. نمودار زیر جهت نمایش مقادیر برای مقایسه مصرف انرژی ویژه تئوریک، اسمز معکوس، OARO و روش MVC ارائه شده است:
منبع:
Osmotically assisted reverse osmosis for high salinity brine treatment