روش‌های تصفیه آب دریا

روش‌های تصفیه آب دریا

انواع روش‌های تصفیه آب دریا

تصفیه آب دریا با استفاده از روش‌های گوناگون انجام می‌شود. از جمله این روش‌ها می‌توان به موارد زیر اشاره نمود:

تصفیه به روش MSF

تصفیه به روش اسمز معکوس (RO)

تصفیه به روش الکترودیالیز (ED)

تصفیه آب دریا و آب‌های خیلی شور به روش اسمز مستقیم (FO)

تصفیه آب دریا به روش MSF

این روش تصفیه آب روشی حرارتی در شیرین‌سازی آب دریا محسوب می‌شود. این روش بر پایه تبخیر و میعان استوار است. در این روش مراحل تبخیر و میعان با هم تلفیق شده و گرمای نهان در تبخیر برای استفاده در پیش گرمایش آب وردی بازیابی و مورد استفاده قرار می‌گیرد.

برای بیشینه کردن بازیابی آب، هر مرحله از یک واحد MSF در یک فشار پایین عمل می‌کند. شاخصه اصلی طراحی یک سیستم MSF، جوشاندن توده‌ای مایع است. این موضوع، اثرات ناشی از تشکیل رسوب در لوله‌های انتقال حرارت را کاهش می‌دهد. در کشورهای حوزه خلیج‌فارس معمولاً واحدهای بزرگ MSF با توربین‌های بخار و یا گازی جفت شده تا از سوخت، استفاده بهتری شود. بخار تولیدشده در دما و فشار بالا براثر مصرف انرژی درون توربین انبساط یافته و برق تولید می‌کند و بخار با دما و فشار متوسط یا پایین خارج‌شده از توربین، به‌عنوان نیروی محرکه جهت فرآیند شیرین‌سازی به کار می‌رود.

تصفیه آب دریا به روش اسمز معکوس (RO)

اسمز معکوس فرآیند جداسازی غشایی است. در این فرایند آب را با ایجاد فشار اسمزی بیشتر از فشار اسمزی آب دریا، از آن جدا می‌کند. ممبران اسمز معکوس مانع از عبور نمک از درون خود می‎شود و صرفاً به آب اجازه عبور می‌دهند.درنتیجه آب دریا پس از تصفیه به دو بخش آب شیرین‌تر و آب شورتر تقسیم می‌شود.

تحت‌فشار قرار دادن آب دریا برای شیرین‌سازی مستلزم استفاده از انرژی زیاد است.

علت این امر آن است فشار ایجادشده باید بیشتر از فشار اسمزی آب دریا باشد.

در واقع هر چقدر که شوری آب بیشتر باشد نیاز به ایجاد فشار، بالاتر و درنتیجه مصرف انرژی افزایش خواهد یافت. در تصفیه آب لب‌شور که شوری آب کمتر است، بهترین انتخاب می‌تواند استفاده از روش تصفیه و شیرین‌سازی به کمک فیلتر RO باشد. فشار اعمال‌شده در فرآیند اسمز معکوس برای تصفیه آب دریا در حدود ۸۰-۵۴ بار است. در صورتی که فشار اعمال شده برای تصفیه آب لب‌شور در حدود ۲۵-۱۵ بار است. با توجه به این که آب شور حاصل از فرآیند اسمز معکوس دارای غلظت بسیار بالا است، نرخ بازیابی آب در این فرآیند پایین بوده و چیزی در حدود ٪۴۰ است.

بسیاری از هدر رفت انرژی در فرآیندهای اسمز معکوس ناشی از رهاسازی شورابه دارای فشار بالاست.

بنابراین سیستم‌ها و واحدهای بزرگ تصفیه آب صنعتی دریا به روش RO امروزه با ابزارهایی جهت بازیابی انرژی فشرده‌سازی مکانیکی از جریان شورابه تجهیز شده‌اند که می‌تواند کارایی این سیستم‌ها را تا ٪۹۵ افزایش دهد. در این واحدها انرژی لازم برای شیرین‌سازی آب دریا چیزی در حدود ۹ کیلوژول به ازای یک کیلوگرم آب تولیدی است.

سیستم‌های اسمز معکوس به pH، اکساینده‌ها، ترکیبات مختلف آلی، جلبک‌ها و باکتری‌ها حساس‌ هستند.

در نتیجه پیش‌تصفیه آب دریا یک امر ضروری است و تأثیر بسزایی بر هزینه نهایی استفاده از سیستم‌های تصفیه اسمز معکوس دارد.

تصفیه آب دریا به روش الکترودیالیز (ED)

یکی از روش‌های شیرین‌سازی آب دریا و جداسازی نمک از آب استفاده از الکترو دیالیز است.

الکترودیالیز از یک منبع جریان مستقیم و تعدادی کانال جریان که با غشاهای انتخاب‌پذیر آنیونی و کاتیونی به صورت یکی در میان از هم جدا می‌شوند استفاده می‌کند. این روش بر خلاف سیستم‌های تقطیری و اسمز معکوس تنها قادر به جداسازی اجزای یونی از محلول است. علت این امر آن است که الکترودیالیز از الکتریسته به عنوان نیروی محرکه استفاده می‎کند.

در فرآیند الکترودیالیز، آب شور دریا به ‌صورت موازی به هرکدام از کانال‌های مجزا وارد می‌شود.

سپس کاتیون‌ها و آنیون‌ها با توجه به اختلاف‌ پتانسیل اعمالی در جهت مخالف حرکت می‌کنند.

به دلیل انتخاب‌پذیری غشا بر اساس بار ذرات، غلظت یون‌ها در هر کانال افزایش یا کاهش می‌یابد.

یک دسته غشا از صدها کانال تشکیل می‌شود.

ازآنجاکه مقاومت در یک دسته از بالا تا پایین کاهش می‌یابد، جداسازی در طی مراحل کوچک و متوالی اتفاق خواهد افتاد و فرآیند را مقرون به‌صرفه‌تر و قابل‌کنترل‌تر خواهد کرد. در الکترودیالیز هم مانند اسمز معکوس، انرژی موردنیاز غشای الکترودیالیز وابسته به رسوب‌گیری است. در نتیجه انجام عملیات پیش تصفیه ضروری است. با این ‌وجود به علت عدم عبور آب دریا از درون ساختار غشا الکترودیالیز قادر خواهد بود آبی را که حاوی ذرات بزرگ‌تر هستند را نیز تصفیه کند.

از الکترودیالیز معکوس (RED) برای جلوگیری از رسوب‌گیری غشا استفاده می‌شود.

در این فرآیند، قطبیت غشا در طول یک ساعت چندین بار تغییر داده می‌شود.

این کار باعث خواهد شد تا کانال‌های آب شور به آب شیرین و بالعکس تبدیل شوند.

تصفیه آب دریا و آب‌های خیلی شور به روش اسمز مستقیم  (FO)

اسمز مستقیم فرآیند اسمزی است.

در این فرآیند از غشاهای نیمه تراوا برای جداسازی آب از ذرات محلول موجود در آن استفاده می‌شود.

نیروی محرکه این فرآیند اختلاف فشار اسمزی بین محلولی با غلظت بالا که محلول کِشنده نام دارد و محلولی با غلظت کمتر که خوراک نامیده می‌شود، حاصل می‌شود.

اختلاف فشار اسمزی موجب ایجاد جریانی از آب با غلظت کمتر از طریق غشا به محلول کشنده می‌شود.

در نتیجه  باعث تغلیظ محلول خوراک که می‌تواند آب دریا، پساب یا آب خیلی شور باشد، خواهد شد.

محلول کشنده می‌تواند از یک یا چند نمک ساده و یا از موادی که به‌صورت اختصاصی برای فرآیند اسمز مستقیم ساخته‌شده‌اند، تشکیل شود. استفاده از فرآیند اسمز مستقیم میزان مصرف انرژی و درنتیجه هزینه انجام عملیات شیرین‌سازی و تصفیه آب دریا را بسیار کاهش می‌دهد. مشکل بزرگ در استفاده از این فرآیند استفاده از محلول کشنده‌ای است که خود باعث بروز آلودگی‌های زیست‌محیطی نشده و تأمین آن مقرون‌به‌صرفه باشد.

در سال‌های اخیر استفاده از این روش در تصفیه آب دریا و آب‌های خیلی شور بسیار مورد توجه قرارگرفته است.