با توجه به رشد روز افزون تقاضا برای آب آشامیدنی تمیز و همچنین افزایش هزینه تامین آب تمیز از منابع رایج کنونی موجب شده روشهای نمک‌زدایی بسیار مورد توجه واقع شوند.
با توجه به اینکه بیش از ۹۵ درصد آب‌های موجود در جهان به صورت آب شور هستند، تامین آب از این منبع همواره مورد توجه بشر بوده است. برای تبدیل آب شور به آب شیرین راه‌کارهای مختلفی پیشنهاد می‌شود. امروزه دو روش اصلی در فرایند نمک زدایی آب‌های شور، اسمز معکوس و روشهای حرارتی است.
روش اسمز معکوس جزء روشهای غشائی است که اساس این روش استفاده از پدیده اسمزی برای حذف نمک و دیگر آلاینده‌های موجود در آب دریا است. غشاء‌های مورد استفاده در روش اسمز معکوس از نوع نیمه تراوا هستند.
در روشهای حرارتی شیرین سازی آب، برای تصفیه آب از گرما برای تبخیر و سپس چگالش آب استفاده می‌کنند. برای جلوگیری از هدر رفتن گرما در نیروگاه‌ها، سعی می‌شود واحد شیرین سازی آب حرارتی در کنار یک نیروگاه راه‌اندازی شود.
در این مقاله سعی داریم روشهای اسمز معکوس و روشهای حرارتی شیرین سازی آب را با هم مقایسه کنیم.
فناوری اسمز معکوس برای اولین بار در دهه ۱۹۵۰ برای نمک زدایی و شیرین سازی آب استفاده شد و امروزه با توسعه این روش به صورت گسترده در جهان به کار می‌رود. در فناوری شیرین سازی آب با استفاده از اسمز معکوس، عمل شیرین سازی در مراحل مختلفی انجام می‌شود.
هر کدام از این فرایندها فاکتورهای مختلفی دارند که برای رسیدن به بیشترین بازده باید بررسی و تنظیم شوند. از جمله مهمترین فاکتورها در فرایند اسمز معکوس کیفیت آب ورودی، مقدار و کیفیت قابل قبول از آب خروجی، فرایندهای پیش تصفیه، مقدار انرژی مورد نیاز و دفع ضایعات تولیدی هستند.
در روش اسمز معکوس می‌توان انواع مختلف مولکول‌ها و یون‌های مختلف را حذف کرد که باعث می‌شود این روش در صنعت بسیار استفاده شود. در روش اسمز معکوس استاندارد یک جز حلال (مثل آب) وجود دارد که از یک ناحیه با غلظت کمتر به سمت ناحیه با غلظت بیشتر و از میان یک غشاء عبور می‌کند.
جریان حلال خالص باعث کاهش انرژی آزاد سیستم شده و برای اینکه غلظت در هر سمت غشاء به تعادل برسد، یک فشار اسمزی برقرار می‌شود. به فرایند اعمال فشار خارجی برای معکوس کردن جهت حرکت جریان، اسمز معکوس گفته می‌شود.
برای تولید آب شیرین از آب‌های دریا و لب شور بوسیله این روش، به یک سطح از غشاء فشار وارد می‌کنند. در نتیجه این فشار، آب عاری از نمک از بین غشاء عبور کرده و از سمت با فشار پایین به سمت آب تمیز جریان پیدا می‌کند.
اگرچه سیستم‌های آب شیرین کن اسمز معکوس دارای مزایای فراوانی هستند ولیکن مشکلاتی نیز به همراه دارند. یکی از بزرگترین مشکلات آب شیرین‌کن‌های اسمز معکوس رسوبات بیولوژیکی است که رفع چنین مشکلی نیازمند صرف انرژی و مواد شیمیایی است. از طرف دیگر این معضل موجب تولید پساب و لجنی می‌شود که نیاز به دفع صحیح و یا تصفیه دارد.
روشهای نمک‌زدایی حرارتی برگرفته از چرخه طبیعی آب در محیط هستند. در چرخه طبیعی آب، آب اقیانوس و دریاها بخار شده و با جمع شدن در اتمسفر کم کم شروع به چگال شدن می‌کنند و در ادامه به صورت برف یا باران دوباره به زمین بر می‌گردند.
به دلیل اینکه گرما جزء لاینفک در روشهای حرارتی است، این سیستم‌ها اغلب در کنار یک نیروگاه حرارتی بنا می‌شود تا از گرمای هدر رفته به خوبی استفاده شود. روش‌ها حرارتی دارای سه نوع اصلی هستند. تراکم بخار (VC)، تقطیر چند مرحله‌ای (MED) و تقطیر ناگهانی چند مرحله‌ای (MSF)
تقطیر ناگهانی چندمرحله‌ای(Multi-stage flash distillation) که به اختصار MSF نامیده می‌شود، فرایندی است که در آن برای نمک‌زدایی آب دریا از چند مرحله تقطیر ناگهانی استفاده می‌کنند. اساس این مراحل تبادل گرمایی متقابل است. طبق آمار۶۰ درصد از سیستم‌های نمک‌زدایی آب در دنیا از به این صورت طراحی و ساخته شده‌اند.
MED مخفف عبارت Multiple-effect distillation به معنی تقطیر چند مرحله‌ای است. فرایند اﯾﻦ دﺳﺘﮕﺎه آب ﺷﯿﺮﯾﻦﮐﻦ ﺑﺮﭘﺎﯾﻪ ﺳﯿﺴﺘﻢ ﻧﻤﮏزداﯾﯽ تقطیری ﺑﻪ روش چند مرحله ای ﺑﻪ همراه ﭼﺮﺧﺶ ﺑﺨﺎر می باشد. در ﺣﺎل حاضر ظرفیت تولید ۵% آب شیرین درﺟﻬﺎن ﺑﻪ اﯾﻦ ﺑﻪ اﯾﻦ روش اﺧﺘﺼﺎص دارد.
این فرایند از لحاظ مقدار مصرف انرژی بازده خوبی دارد و علاوه بر اینکه به فرایند پیش تصفیه نیازی ندارد به تغییرات کیفیت آب ورودی نیز حساس نیست. این روش بسیار ساده بوده و هزینه تعمیرات و نگهداری آن بسیار کم است.
روش تقطیر تراکمی بخار یا VC به روش‌هایی گفته می‌شود که در آن فرایند تبخیر آب دریا یا آب شور از طریق تبادل گرمایی با یک بخار متراکم شده، انجام می‌شود. بسته به شرایط می‌توان از این فرایند در کنار فرایندهای دیگر استفاده کرده یا به صورت مستقل مورد بهره برداری قرار گیرد. با متراکم کردن بخار، فشار و دمای آن افزایش می‌یابد. از انرژی گرمایی ذخیره شده در بخار متراکم می‌توان برای تبخیر استفاده کرد. این روش از لحاظ کاربری آسان بوده و قابلیت اجرا در شرایط مختلف را دارد.
یکی از مهمترین پارامترهای تاثیر گذار در انتخاب روش شیرین کردن آب، مقدار انرژی مصرفی به ازای یک واحد آب شیرین تولیدی است. در جدول زیر مقایسه‌ای بین انرژی مصرفی در روشهای مختلف شیرین سازی آب انجام شده است.
همانطور که مشاهده می‌شود، روش اسمز معکوس میزان انرژی مصرفی کمتری در مقایسه با سایر روشهای حرارتی دارد. امروزه محققان به دنبال یافتن راه‌کارهای جدیدی هستند که در آن بتوانند میزان مصرفی انرژی در روشهای حرارتی را بهینه کنند.
شتاب دهنده واتک به عنوان اولین مرکز تخصصی شتاب دهی در حوزه آب، بستری برای پرورش و تجاری سازی ایده‌های خلاقانه و نوآورانه حوزه آب می باشد.
