شیرین کردن آب شور

بیشترین بخش آب روی زمین که در دریاها یافت می شود به علت دارا بودن مقداری نمک نه تنها آشامیدنی نیست بلکه قابل استفاده در کارهای کشاورزی نیز نمی باشد. مقدار نمک آب دریای آزاد در حدود ۳ تا ۵/۳ درصد ( ۳۰ تا ۳۵ گرم در لیتر) می باشد. نمک خوراکی به تنهایی حدود ۸/۲ در صد آب دریا را تشکیل می دهد. البته این غلظت در کنار کرانه ها و در درون خلیج ها ممکن است تغییر کند. بجز نمک خوراکی مهم ترین مواد خارجی که در آب دریا ها یافت می شوند در جدول شماره ۱-۱ داده شده اند. در این مقاله می خواهیم با روش شیرین کردن آب شور آشنا شویم.

روش های شیرین کردن آب بسته به مقدار نمک های موجود در آن متفاوت است که مهم ترین آن ها به ترتیب اهمیت عبارت اند از تقطیر آب شور، روش اسمزی معکوس، روش الکترو دیالیز، روش عوض کردن یون ها و روش یخ زدگی.

در ادامه مطلب به شرح فرآیند اسمزی وارونه خواهیم پرداخت.

اسمز معکوس

این روش که تازه ترین روش شیرین کردن آب شور می باشد و کاربرد آن در جهان کمتر از ۶۰ سال است که متداول شده بر پایه خاصیت اسمزی در بدن انسان طرح گردیده است. چنان که نخستین بار در علم زیست شناسی مشخص گردیده است، هرگاه دو محلول از نمکی با غلظت های گوناگون توسط پوسته ای نفود پذیر بنام ممبران از هم جدا شده باشند، تفاوت غلظت در دو محلول سبب ایجاد فشار بر پوسته ی نام برده گردیده که نتیجه آن جریانی از محلول کم غلظت به سوی محلول غلیظ تر می باشد. از این قانون برای شیرین کردن آب شور استفاده میشود.

همچنین بهترین روش نمک زدائی از آب‌های شور استفاده از فرایند اسمز معکوس می‌باشد، زیرا سیستم پیچیده‌ای نداشته و راهبری آن قابلیت کنترل بیشتری از دیگر روش‌ها دارا می‌باشد و با توجه به توسعه روش‌های پیشرفته تولید غشاهای پلیمری، به‌کارگیری این روش، توجیه بیشتری دارد.

سیستم اسمز معکوس به واسطه فیلتری که به آن ممبران یا غشاء گفته می‌شود عملیات جداسازی مولکول را انجام می‌دهد. به این صورت که غشاء یا لایه‌های به هم تابیده شده به دور یک لوله استوانه ای که بیشتر از جنس پلاستیک است با روزنه‌هایی که اندازه آن‌ها از یک ده هزارم میکرون کوچکتر هستند آلاینده‌های آب را جداسازی می‌کند. این آلاینده‌های آب شامل نیترات، انگل، باکتری، قارچ، سموم کشاورزی، نمک و سایر املاح محلول آلوده‌کننده می‌باشند.

عملکرد سیستم های RO به چه صورت است؟

در این روش آب شور از لوله ای وارد دستگاه شده و توسط پمپ به درون انباره فشرده می شود.اکنون با توجه به اینکه فشار اسمزی برای آب دریا با ۳۵ گرم در لیتر نمک، پیرامون ۲۵ اتمسفر می باشد و برای اینکه کار اسمزی وارونه انجام گیرد فشار پمپ را بیشتر از فشار اسمزی نامبرده و در حدود ۷۰ اتمسفر برمیگزینند.

در فرایند اسمز معکوس برای جلو گیری از افزایش غلظت نمک در پساب، معمولا برای شیرین کردن هر یک متر مکعب آب، پنج مترمکعب آب شور به کار می رود. چون مصرف انرژی در روش اسمز معکوس با زیاد شدن غلظت نمک ها در آب شور افزایش می یابد، در گذشته از این روش بیشتر برای شیرین کردن آب های لب شور (آب شوری با غلظتی کمتر از ۵۰۰۰ میلی گرم در لیتر نمک) استفاده می شد.

عملکرد سیستم های اسمز معکوس در گذشته

در بیست سال اخیر با تکامل در ساختار یکان های ممبران ضریب بازدهی آنها به صورت چشم گیری افزایش یافته است. در این دو دهه در سیستم های جدید با کمک بازیابی قسمتی از انرژی مصرفی و استفاده از تاسیسات پیش تصفیه از قبیل کاربرد ماکرو فیلتر، اولترافیلتر، و یا نانوفیلتر توانسته اند انرژی مصرفی را تا میزان هشتاد در صد کاهش دهند. این تکامل سبب شده است که تاسیسات آب شیرین کن با روش اسمر معکوس بر روش تقطیر آب شور پیشی گیرد.

در گذشته ای نه بسیار دور انرژی لازم برای شیرین کردن آب شور با استفاده از ممبران ( روش اسمز معکوس) به حدود ۲۰ کیلووات ساعت برق برای هر متر مکعب اّب می رسید. در حالی که در تاسیساتی که در چندسال اخیر در کشور های الجزیره، سنگاپور، استرالیا و اسرائیل ایجاد شده اند مقدار مصرف برق تا حدود ۸/۳ کیلووات ساعت برای هر متر مکعب کاهش یافته است. هم اکنون کارخانجات سازنده ی روش اسز معکوس مصرف انرژی را در آینده به حدود ۲ کیلووات در ساعت برای هر مترمکعب آب پیش بینی می کنند.

برای جلب توجه بیشتر خواننده به وسعت کاربرد این روش در دنیای امروز می باید یادآوری شود که برابر نوشته های سازمان جهانی بهداشت ^_ در سال ۱۳۸۶ (۲۰۰۷) بیش از ۱۲۰۰۰ واحد تاسیسات تصفیه خانه آب دریا به روش اسمزی وارونه با ظرفیت کل ۴۰ مییلیون متر مکعب در شبانه روز در سطح جهان مشغول به کار بوده اند. به عنوان مثال می توان از بزرگ ترین تصفیه خانه ساخته شده با استفاده از آب دریا به نام اشکولان در کرانه خاور دریای مدیترانه نام برد که با ظرفیتی برابر ۳۲۵۵۱۰ مترمکعب در شبانه روز (حدود ۷۷/۳ مترمکعب در ثانیه) کار می کند.

دستگاه تصفیه آب به روش اسمز معکوس RO

دستگاه اسمز معكوس (سیستم تصفیه آب)، به طور ويژه در مواقعي استفاده مي گردد كه نياز به كاهش ميزان نمك آب مي باشد .ظرفیت تصفیه این دستگاه بسته به مقدار آب وروردی (FEED)آن میتواند بین ۱ تا ۱۰۰۰۰ متر مکعب درشبانه روز باشد و همچنین آب ورودی به دستگاه میتواند از انواع آب های سطحی، چاه و دریا باشد. با استفاده از دستگاه آب شیرین کن شرکت آب پاک می توان آبی با املاح اندک و حتی بدون املاح استحصال کرد.

در این روش جریان آب ورودی یا خوراک به دو جریان خروجی تبدیل می شود:

1. آب تصفیه شده (permeate)
2. آب تغلیظ شده که املاح آن افزایش یافته است به نام دورریز (Reject) یا (Brine)

عمده ترین کاربرد دستگاه های آب شیرین کن عبارت اند از:

• تهیه و تولید آب قابل آشامیدن از آب های شور (مصارف شرب)
• تهیه و تولید آب مصرفی دام و طیور
• تامین و تولید آب مناسب جهت آبیاری و مصارف کشاورزی
• تامین و تولید آب فرایندی کارخانه های داروسازی و لوازم آرایشی و همچنین آب دستگاه های دیالیز بیمارستان ها
• تولید آب مصرفی نیروگاه های بخار و سیکل ترکیبی
• تامین و تولید آب دیگ های بخار ، سیستم های برودتی و مبدل های حرارتی
• بازیافت پساب های صنعتی

واحد پیش تصفیه در سیستم RO

از آنجایی که ممبران های اسمز معکوس برای حذف نمک و یون های محلول در آب طراحی و ساخته شده اند، عبور آب حاوی ذرات معلق، میتواند به راحتی سبب آسیب رساندن به ممبران ها شود.

از این رو وجود یک بخش پیش تصفیه (Pre-treatment) مناسب در سیستم RO، ضمن به حداقل رساندن گرفتگی، رسوب گذاری و استهلاک ممبران ها باعث افزایش راندمان و عمر مفیدسیستم و همچنین کاهش هزینه های عملیاتی نیز می شود.در نتیجه اولین و مهم ترین هدف از انجام پیش تصفیه در سیتم های اسز معکوس، رساندن کیفیت آب به حدی است که برای وارد شدن به ممبران ها قابل قبول باشد.

واحد های پیش تصفیه شامل:

فيلترهاي شني با مخازن استيل / فايبرگلاس(FRP) /كربن استيل

فيلترهاي كربن اكتيو با مخازن استيل / فايبرگلاس(FRP)/  كربن استيل مجهز به شيرهاي دستي / نيمه اتوماتيك / تمام اتوماتيك

فيلترهاي ميكروني از جنس الياف پلي پروپيلن با منافذ ۱ الي ۱۰۰ ميكرون با محفظه PVC  / استنلس استيل

می باشد.

همچنین برای تکمیل فرایند در این روش نیاز به تزریق مواد شیمایی از جمله ضد رسوب، کلر، متابی سولفات سدیم و سود است.

بخش اصلی تصفیه شامل پمپ سانتریفیوژ طبقاتی از جنس استیل، غشای نیمه تراوا (ممبران) پلی آمیدی حلزونی و محفظه تحت فشار از جنس FRP/ استنلس استیل ۳۱۶ بوده و برای شست و شوی دوره ای ممبران ها (C.I.P) از مخزن پلی اتیلنی و پمپ سانتریفیوژر افقی استنلس استیل در دستگاه استفاده می کنیم.

منابع:

منزوی محمدتقی،آبرسانی شهری،چاپ بیستم،انتشارات دانشگاه تهران؛۱۶۷۷