آب شیرین کن های حرارتی، غشایی و خورشیدی راهکاری موثر در تصفیه آب

مکانیزم عملکرد سیستم های آب شیرین کن

استفاده از فناوری های آب شیرین کن شامل انواع حرارتی، غشایی و خورشیدی که در آن آب شور دریا طی فرایندهای حرارتی و یا فرایندهای تصفیه‌ی غشایی به آب شیرین و قابل شرب تبدیل می شود راهکاری است در کنار سایر فرایندهای تصفیه آب و فاضلاب که در پاسخ به کاهش منابع آبی و استفاده از منابع جایگزین برای تامین آب مورد نیاز مردم، صنایع و کشاورزی توسعه یافته است. در این مقاله سعی داریم مروری بر مکانیزم کلی شیرین کردن آب دریا و نیز انواع روش های مورد استفاده در این فرایند بپردازیم.

پلنت های آب شیرین کن
پلنت های آب شیرین کن


 مکانیزم عملکرد سیستم های آب شیرین کن

شیرین کردن آب دریا با هدف تامین آب شیرین و قابل شرب مورد نیاز مصارف خانگی، صنعتی و کشاورزی می باشد که البته با توجه به هزینه‌ی بالای این فناوری، اغلب برای تامین آب شرب مردم مورد استفاده قرار می گیرد.

مکانیزم کلی این فرایند بدین صورت است که آب شور دریا وارد دستگاه آب شیرین کن شده، طی فرایندهای حرارتی تبخیر می شود، بخار آب تولید شده خنک شده و تبدیل به آب شرب قابل استفاده می گردد. خروجی این فرایند شامل دو جریان آب خالص با درصد بسیار  کمی نمک و املاح، و دیگری جریان نمک و املاح باقی مانده می باشد.

قابل ذکر است که آب تولید شده در این فرایند فاقد املاح مورد نیاز جهت مصارف آشامیدنی می باشد لذا طی یک مرحله املاح مورد نیاز به آب خالص اضافه می گردد که می تواند مورد استفاده مردم قرار گیرد.

فرایند جداسازی نمک از آب دریا نیاز به انرژی دارد که به صورت انرژی گرمایی، مکانیکی و یا الکتریکی تامین می شود.

انواع فناوریهای شیرین سازی آب

فناوری های مورد استفاده در فرایند شیرین سازی آب به طور عمده در سه دسته‌ی تقطیر، اسمز معکوس و الکترو دیالیز تقسیم بندی می شود. کارایی هرکدام از این روش ها بستگی به غلظت نمک موجود در آب و نیز هزینه‌ی  شیرین سازی آب دارد. در ادامه به توضیح هرکدام از فرایندهای ذکر شده می پردازیم.

  1. روش تقطیر

تقطیر آب بهترین روش تبدیل آب دریا به آب شیرین می باشد که در آن با استفاده از یک ذستگاه تقطیر، آب به جوش می آید، و سپس از تبخیر آب شور، خنک سازی و چگالش آب به آب خالص میرسیم. در اغلب موارد این روش نسبت به سایر فرایندهای غشایی کارایی بیشتری دارد.

از آنجا که پایه‌ی اصلی این روش استفاده از انرژی حرارتی می باشد لذا استفاده از این فناوری زمانی بصرفه است که دسترسی به انرژی حرارتی امکان پذیر باشد؛ به همین دلبل است که احداث ایستگاه های آب شیرین کن حرارتی در کنار نیرگاه های برقی بخصوص در کشورهای عربی بسیار رواج یافته است.

              فرایند آب شیرین کن حرارتی
فرایند آب شیرین کن حرارتی


  1. فرایندهای غشایی (اسمز معکوس)

در روش های غشایی با استفاده از انواع فرایندهای اسمز معکوس، میکروفیلتراسیون، اولترافیلتراسیون و نانوفیلتراسیون با استفاده از غشاهای نیمه تراوا اقدام به جداسازی نمک از نمک از آب دریا و شیرین سازی آب می کنند. استفاده از این روش ها به دلیل صرفه جویی درمصرف انرژی، کاهش فضای مورد نیاز به علت کم حجم بودن مدولهای غشایی، سریع تر بودن فرآیند و بالا بودن سرعت انتقال جرم، توانایی انجام در دمای پایی  و نیز هزینه‌ی پایین سرمایه گذاری در آن کاربردهای بیشتری نسبت به فرایندهای حرارتی دارد.

شیرین کردن آب با استفاده از روش اسمز معکوس
شیرین کردن آب با استفاده از روش اسمز معکوس


روش الکترودیالیز

الکترودیالیز روش موثر و کم هزینه ای برای نمک زدایی از آبهای کم نمک می باشد. از آنجا که نمکهای محلول در آب، به صورت یونهای مثبت و منفی می باشد، با بکارگیری انواعی از غشاءها که بصورت انتخاب شده عبور یونها را امکانپذیر سازد می توان به جداسازی نمک از آب اقدام نمود. منبع جداسازی محلولها استفاده از الکترودهایی است که به یک منبع جریان مستقیم همچون باطری وصل می گردند. وقتی الکترودها در داخل آب نمک قرار می گیرند،

جریان الکتریکی از میان محلول عبور کرده، یون ها  به سمت الکترود با بار مخالف حرکت کرده و از این طریق محلول خالص سازی می شود.

آب شیرین کن های خورشیدی: رویکردی کم هزینه در شیرین سازی آب

همانطور که در قسمتهای قبلی عنوان گردید، استفاده از روش های تقطیری که متداول ترین روش شیرین سازی آب میباشد نیاز به انرژی و توان حرارتی بالایی دارد که معمولا از انرژی نفت و نیروگاه های برق برای تصفیه آب استفاده می کنند که بسیار پر هزینه بوده و در کشورهایی که متبع سوخت فسیلی قابل توجهی نداردند استفاده از این روش ها توجیه اقتصادی قابل قبولی ندارد، در این شرایط فناوری آب شیرین کن با نصرف سوخت خورشیدی توسعه یافته است که از نظر فناوری و اقتصادی استفاده از آن توجیه پذیر می باشد.

روش تصفیه آب در این روش مشابه سایر روش های تقطیری می باشد با این تفاوت که انرژی ورودی به دستگاه از طریق انرژی اشعه خورشید و انرژی اشعه محیط تامین می شود. در این فناوری، با عبور اشعه‌ی خورشید، آب دریا یا آب شور داخل دستگاه گرم شده، درجه حرارت آن بالا رفته و عملیات تبخیر صورت می گیرد. سپس بخار آب پس از برخورد به سرپوش های دستگاه که دمای پایینتری دارند شروع به تقطیر می کند که با جمع اوری این آب مقطر، آب شیرین بدست می آید.

عملکرد این دستگاه به دو صورت مستقیم و غیر مستقیم است. در روش مستقیم فقط ار انرژی حرارتی خورشیدی استفاده می شود در حالی که در روش غیر مستقیم از انرژی های کمکی برقی نیز با انرژی خورشیدی استفاده می شود .

در شکل زیر تصویر فرایند شیرین سازی آب از طریق انرژی خورشید نمایش داده شده است.

دستگاه آب شیرین کن خورشیدی
دستگاه آب شیرین کن خورشیدی


از سال ۱۹۶۰ تا کنون استفاده از دستگاه های آب شیرین کن خورشیدی در کشورهای بسیاری همچون آمریکا، روسیه، چین، اسپانیا، استرالیا، شیلی، یونان، مکزیک، هندوستان و پاکستان به دلایل اقتصادی و مسائل زیست محیطی به عنوان انرژی سبز مورد استقبال قرار گرفته و استفاده از آن رواج یافته است.

ما در واتک که شتابدهنده تخصصی حوزه‌ی آب است سعی کردیم تا در این مقاله ضمن معرفی فرایندهای مورد استفاده در سیستم های آب شیرین کن و نیز نمونه های اقتصادی تر آن همچون سیستم آب شیرین کن خورشیدی گامی چند در راستای آشنایی شما با این فناوری برداشته باشیم.

منبع مقاله : مرکز شتابدهی واتک