دستگاه آب شیرین کن

شيرين سازي آب فرایندی است كه در آن املاح موجود از آب جدا شده و آب شيرين حاصل مي شود. از شيرين سازي آب براي اهداف مختلفي مي توان استفاده نمود. منابع آب براي شيرين سازي ميتوانند آب درياها ،ا قيانوس ها، چاه هاي ساحلي، آب لب شور، پساب و یا حتي آب توليدي ميادين نفتي باشند.

تصفیه آب صنعتی:

کیفیت مطلوب برای آبهای صنعتی کاملا به کابرد آن بستگی دارد. برای تولید بخار در دیگ های بخار به خلوص بسیار بالا نیاز است در حالیکه برای برجهای خنک کننده با سیستم مدار باز از آب جبرانی با ناخالصی هم میتوان استفاده نمود. برخی از ناخالصی های آب  موجب مسایل عملیاتی مهم از جمله رسوب، خوردگی و آلودگی میکروبی را می شود. بنابراین استفاده از روشهای تصفیه آب صنعتی از اهمیت زیادی برخوردار است. تصفیه آب صنعتی به طور عمومی به روش هایی گفته می شود که  کیفیت آب خام  را به کیفیت مطلوب جهت مصارف صنعتی برساند. بر اساس کیفیت آب خام و همچنین  کیفیت مورد نظر آب  صنعتی نوع فرآیند تصفیه آب تعیین می گردد. به طور کلی، تصفیه آب صنعتی به دو بخش تصفیه آب خارجی و تصفیه آب داخلی تقسیم می شود. تصفیه آب  خارجی با هدف حذف ناخالصی های موجود در آب قبل از ورود به واحد صنعتی گفته می شود که شامل روشهایی همچون زلال سازی، نرم سازی و استفاده از روش های شیرین سازی آب  که در ادامه بطور مفصل تحت عنوان شیرین سازی آب شرح داده می شود، می باشد. تصفیه داخلی آب نیز اساسا با استفاده از مواد شیمیایی که برای تغییر کیفیت آب در محل مصرف بکار گرفته می شود  تعریف می کنند.

 

شیرین سازی آب:

شيرين سازي آب فرایندی است كه در آن املاح موجود از آب جدا شده و آب شيرين حاصل مي شود. از شيرين سازي آب براي اهداف مختلفي مي توان استفاده نمود. منابع آب براي شيرين سازي ميتوانند آب درياها ،ا قيانوس ها، چاه هاي ساحلي، آب لب شور،  پساب و یا حتي آب توليدي ميادين نفتي باشند.

آب شيرين كن اساسا آب را به دو بخش تقسيم مي نمايد: يك بخش با غلظت نمك كم (آب شيرين) و بخش ديگر نيز شامل ما بقي نمك و ناخالصيها (آب براين) است. در ادامه به طور مفصل به  بررسی انواع آب شیرین کن می پردازیم.

 

 

دسته بندی آب شیرین کن:

  • آب شیرین کن حرارتی

فرآيند هاي حرارتي، مشابه چرخه آب طبيعي عمل مي كنند، بدين صورت كه به آب شور حرارت داده شده تا بخار آب توليد شود. سپس بخار آب، مجددا تقطير شده تا آب تازه به دست آيد. در يك پلنت صنعتي، به آب تا رسيدن به نقطه جوش حرارت داده مي شود تا ماكزيمم مقدار بخار آب توليد شود. براي اقتصادي نمودن يك پلنت آب شيرين كن و به منظور كنترل كردن نقطه جوش، فشار عملكردي آبي كه بايد جوشانده شود، بایستی بطور دقیق تنظيم شود.

 

از آب شيرين كن هاي حرارتي عموما براي كاربردهاي زير استفاده مي شوند:

  • براي تصفيه آبهاي خيلي شور مانند آب دريا
  • مواقعي كه به آب شيرين با حجم زياد مورد نياز باشد.
  • مواقعي كه هزينه انرژي پايين باشد يا انرژي حرارتي اتلافي در دسترس باشد

 

1-1 آب شيرين كن MSF

عمومی ترین آب شيرينكن هاي حرارتي مربوط به آب شيرين كن با فلش چند مرحله اي است كه به نام فرآيند MSF متداول است. در فرآيند MSF آب دريا در داخل يك محفظه گرم مي شود كه به آن هيتر آب مي گويند. در اين هيتر، بخار روي مجموعه اي از تيوب ها كه آب دريا را از خود عبور مي دهند، كندانس مي شود. آب دريا پس از گرم شدن وارد ديگر محفظه ها مي شود كه به آن مرحله   (stage)مي گويند. ورود آب گرم به اين محفظه ها منجر به جوشيدن فوري آب و فلش آن شده و در نتيجه بخار توليد مي شود عموما بسته به فشار هر مرحله، تنها درصد كمي از آب موجود تبديل به بخار مي شود، چون فرآيند تبخير تا رسيدن آب به دماي نقطه جوش جديد ادامه پيدا مي كند.

در فرآيند MSFعموما دماي بهره برداري از مراحل فلش آب شيرين كن زير 100درجه و تحت شرايط خلا مي باشد. لذا امكان نشت هوا به داخل سيستم وجود دارد. همچنين مقداري گازهاي غير محلول در آب براين وجود دارد كه در دي اريتور برداشته نشده يا از طريق تجزيه CaHCO3تشكيل مي شود. در چنين شرايطي هوا و ديگر گازها غير  قابل تقطير بوده و حضور آنها منجر به كاهش ميزان انتقال حرارت در محفظه ها، افزايش ميل به خوردگي يا كاهش ميزان فلش ميگردد. لذا نياز به تخليه مناسب اين هوا و گازهاي غير قابل تقطير از مراحل آب شيرين كن وجود دارد تا فرآيند تبخير و راندمان سيستم بهبود يابد.

.

 

1-2 آب شیرین کن MED

فرآيند MEDنيز مانند MSFدر يك سري از محفظه ها به نام افكت اتفاق مي افتد و از اصل تبخير/تقطير در فشار كاهشي افكت هاي مختلف بهره مي گيرد. اين پديده منجر به جوشش آب تغذيه دريا بدون نياز به حرارت اضافه بعد از افكت  مي گردد. يك افكت شامل محفظه، مبدل حرارتي، و تجهيزاتي جهت انتقال سيالهاي مختلف بين افكت ها مي باشد.  آب تغذيه روي سطوح اواپراتورها )تيوبها( اسپري شده و با تشكيل يك فيلم نازك،فرآيند جوشش و تبخير آب را ارتقا ميبخشد. سطوح حرارتي در اولين مرحله توسط بخار توربينهاي بخاري نيروگاهي يا توسط يك بويلر گرم مي شوند. بخار پس از عبور از داخل تيوب ها در نتيجه انتقال حرارت، كندانس شده و اين كندانس تشكيل شده به بويلر جهت استفاده مجدد بازگردانده ميشود. سطوح افكتهاي بعدي بوسيله بخار توليد شده از مرحله قبل حرارت داده مي شوند و اين بخارها نيز در عبور از هر مرحله، كندانس شده و آب محصول را تشكيل مي دهند.

 

  • فرآيندهاي غشايي

2-1 روش الکترودیالیز

همانطور که میدانیم، عناصر يوني حل شده در محلول نمكي مانند كلريد (-)، سديم (+)، كلسيم (++) و كربنات (-) در آب به گونه ای ترکیب می شوند كه بارهاي مستقل آنها خنثي مي شود. الكترودها وقتي به منبع تغذيه خارجي جريان DCمانند باتري متصل و در يك ظرف آب نمك قرار مي گيرند، جريان الكتريكي در محلول برقرار و يونها به سمت الكترودهاي با بار مخالف مهاجرت مي كنند. بدين منظور و براي شيرين سازي آب، مجموعه اي از غشاءهايي كه قابليت عبور آنيون يا كاتيون (و نه هر دو) را داشته باشند، بين يك جفت از الكترودها قرار مي گيرند. اين غشاءها به طور متناوب با جانمايي يك غشاء با توانايي عبور آنيون و يك غشاء با توانايي عبور كاتيون پشت سر هم قرار مي گيرند. فضايي هم بين هر دو غشاء براي عبور آب تعبيه مي شود.

 

 

2-2 اسمز معكوس

واحد ROيك فرآيند تصفیه غشايي است كه با عبور محلول از ممبران تحت فشار بالا، آب از ناخالصي ها جدا مي شود.. آب تغذيه به يك محفظه بسته (وسل) پمپاژ و با فشار وارد يك غشا ميشود. در نتيجه بخشي از آب از ممبران عبور مي كند و بعنوان جریان آب شیرین از محفظه خارج می شوذ و ما بقی بصورت جریان پساب خارج می شود.

يك سيستم ROاز تجهيزات اصلي زير تشكيل شده است:

  • پيش تصفيه
  • پمپ فشار قوي
  • ممبران

سيستم پيش تصفيه:

از آنجا که جهت حفظ راندمان، سطوح ممبران باید تمیز باقی بماند، سيستم پيش تصفيه در  ROاز اهميت بالايي برخوردار است. بنابراين لازم است با جداسازي مواد معلق از آب تغذيه، اين آب پيش تصفيه شود به طوري كه رسوب نمك و رشد ميكروبي روي ممبران ها اتفاق نيفتد. معمولا پيش تصفيه شامل فيلتراسيون و تزريق اسيد يا ديگر مواد شيميايي براي جلوگيري از رسوب و رشد ميكروارگانيسم روي ممبران مي باشد. می توان از اولترافیلتراسیون و میکرفیلتراسیون بعنوان پیش تصفیه استفاده نمود كه امروزه بسيار مورد استفاده قرار مي گيرند. همچنین، بسته به كيفيت آب تغذيه و آناليز آن پیش تصفیه شامل انعقاد/لخته سازي، تنظيم pH جهت كنترل رسوب، فيلتر هاي يك يا چند مديا، و گندزدايي مي باشند. بسته به رشد جلبك و لكه هاي نفتي نيز تمهيدات لازم از جمله استفاده از سيستم DAF و … در نظر گرفته مي شود.

پمپهاي فشار قوي: پمپ هاي فشار قوي نيز فشار مورد نياز را براي آب جهت عبور از غشاها و جداسازي نمك تامين مي كنند

ممبران:

مجموعه ممبران شامل يك مخزن تحت فشار (وسل) و يك ممبران است كه اجازه عبور آب تغذيه را از داخل خود مي دهد. غشا بايد تحمل افت فشار را در طول خود داشته باشد. ممبران های مختلف توانايي هاي مختلفي در شيرين سازي آب دارند و هيچ ممبرانی به طور كامل نمك را از آب حذف نمي كند و مقدار كمي از نمك در آب محصول باقي مي ماند. سيستم غشا در يك پلنت  ROآرايش هاي متنوعي مي تواند داشته باشد كه كاملا بسته به نياز پروژه و كيفيت آب تغذيه و آب محصول دارد. براي مثال در يك پروژه اگر نياز به درجه خلوص بالاي آب محصول داشته باشيم، آب محصول توليدي از يك مسير ممبران مجددا وارد مسير بعدي ممبران مي گردد. به اين نوع آرايش، چيدمان چند مسیره (two-pass)  مي گويند. اما در صورتي كه خلوص بسيار بالا مطرح نباشد و بخواهيم ضريب بازيافت آب را افزايش دهيم، از آرايش هاي دو يا چند مرحله اي  (Two‐stage/Three stageاستفاده مي نماييم.

2-3 آب شيرين كن از نوع نانوفيلتراسيون

نانوفيلتراسيون (NF) یکی از انواع روش هاي فيلتراسيون غشايي است كه مي تواند ذراتي با ابعاد بيشتر از 1 نانومتر )10 آنگستروم( را حذف نمايد. با توجه به نرخ بالاي حذف كاتيون هاي دو و چند ظرفيتي (خصوصاً يونهاي كلسيم و منيزيم) توسط غشاهاي NF نانوفيلتراسيون بطور گسترده اي در سختي گيري آبهاي صنعتي و نيز پيش تصفيه سيستم هاي  ROبكار برده مي شوند.

اساس كار در سيستم هاي نانوفيلتراسيون مشابه با اسمز معكوس مي باشد. تفاوت اين دو سيستم، فشار مورد نياز و اندازه منافذ غشاهاي هر كدام از اين دو ميباشد. به نحوي كه فشار بهره برداري در سيستم هاي NF كمتر بوده و منافذ آن بزرگتر است. در نتيجه ميزان بيشتري نمك از آن عبور مي كند.

 

2-4 اولترافیلتراسیون

اولترافیلتراسیون، یک فرایند غشایی جهت تصفیه آب با قابلیت حذف ذرات معلق، مواد کلوئیدی، باكتريها و ويروسها جهت توليد آب با خلوص بالا و SDI پايين مي باشد. نیروی محرکه برای انتقال از غشا، اختلاف فشار میباشد. فرایند UF بستگی به خواص فیزیکی غشا، مانند نفوذپذیری، ضخامت، متغیرهای فرایندی مانند غلظت ، قشار سیستم، سرعت و دما دارد. این روش  بطور عمده در حذف روغن و  نفت از آب  و پساب صنایع نفت و گاز و پتروشیمی بخصوص روغن موجود در سیکل آب برگشتی، پیش تصفیه سیستمهای آب شیرین کن دریایی جهت حذف مواد معلق وکشند قرمز  ،گندزدائی و زلال سازی آب آشامیدنی استفاده می شود.

 

 

 

  • آب شیرین کن تبادل یونی

فرآيند تبادل يوني بدین صورت است که کاتیون ها با هیدروژن یا سدیم و آنیون ها با هیدروکسیل مبادله می شود. از اینرو رزينهاي كاتيوني هيدروژني تمام كاتيونهای محلول در آب را حذف مي كنند و رزينهاي آنيوني تمام آنيون هاي آب را از جمله سيليس راحذف مينمايند که ميتوان با استفاده از هر دو نوع رزين، آب بدون يون توليد كرد. رزین های تبادل یونی از ساختار شبکه آلی یا غیر آلی متصل به گروه های عامل تشکیل شده است.  اکثر رزین های یونی به کار رفته برای تبادل یونی در تصفیه آب و فاضلاب ، رزین های مصنوعی تهیه شده از پلیمریزاسیون ترکیبات آلی به صورت یک ساختار سه بعدی متخلخل می باشد. فرآيند تبادل يوني به طور عمده در نرم سازي آب، حذف مواد معدني، نمك زدايي و حذف نيتروژن به كار مي رود

  • نرم سازي آب : از آنجا كه حذف تمام سختي براي آب مصارف شهري مطلوب نيست يك قسمت از جريان به صورت كنارگذر مبدل يوني عبور كرده و با آب تبادل يوني شده مخلوط مي شود تا سختي مطلوب حاصل شود. اين فرآيند با عنوان نرم سازي با جريان دوشاخهاي ناميده مي شود. اين فرآيند توسط مبادله يون هاي سديم و منيزيم انجام ميگيرد.

 

  • تبادل يوني براي حذف تمام كاتيون ها و آنيون ها از آب استفاده مي شود. در حذف كل مواد معدني، رزين هاي كاتيوني يون هاي هيدروژن را با كاتيون ها مبادله مي نمايند و رزين هاي آنيوني يون هاي هيدروكسید را با آنيون ها مبادله مي نمايند. بنابراين آب تصفيه شده فقط حاوي يون هاي هيدروژن و هيدروكسید خواهد بود كه در نتيجه آبي خالص مي باشد. صنايعي كه در آنها بويلرهاي با فشار بالا وجود دارند و برخي صنايع ديگر نيازمند آبي فاقد مواد معدني هستند
  • تبادل يوني ممكن است براي نمك زدايي آب هاي شور استفاده شود. روش هاي متعدد تبادل يوني وجود دارند كه يكي از آنها حذف مواد معدني با جريان دوشاخه اي مي باشد