فراموشی رمز عبور

سامانه نمک زدایی خودجوش

معرفی

ویژگی‏‌

مزایا

مقایسه

ZLD روشی در شیرین­سازی آب است که در آن تمامی مواد جامد از آب جدا شده و خروجی سیستم تنها آب مقطر و نمک خشک باشد. این تکنولوژی از تبخیرکننده و کریستالایزر برای جداکردن مواد محلول جامد در آب استفاده می­کند. در سیستم ZLD سه تکنولوژی با یکدیگر ترکیب می­شوند. در ابتدا آب شور به تبخیر کننده وارد شده و تا  TDS حدود 300 هزار ppm تغلیظ می­شود. آب شور تغلیظ شده وارد کریستالایزر شده  و ذرات جامد محلول در آب به صورت کریستال در آب غوطه‌ور می­شود. پساب خروجی از کریستالایزر وارد سانتریفیوژ شده و نمک جامد خشک با رطوبت بسیار پایین تولید می­شود. روش ZLD قابلیت شیرین سازی تا 99 درصد آب را دارا می­باشد.
در شکل زیر ساختار روش ZLD آورده شده است.

 

معرفی

ویژگی‏‌

مزایا

مقایسه

در شوری­های پایین و در جایی که آب شور هنوز به مرز اشباع نرسیده است از تبخیرکننده فالینگ فیلم استفاده می­شود. آب شور از سمت بالا به درون لوله‌های داغ به نحوی وارد می‌شود که درون لوله تشکیل یک فیلم نازک می‌دهد. فیلم  نازک آب در مسیر خود به علت تبادل حرارتی با بخار در بیرون لوله‌ها، شروع به جوشیدن می‌کند و در نتیجه مقداری از آن بخار می‌شود. آب شور باقی مانده به همراه بخار ایجاد شده از پایین تبخیرکننده خارج می­شوند. آب شور تغلیظ شده و بخار در قسمت پایینی تبخیرکننده توسط سپراتور جدا می‌شوند. لازم است که تمامی سطح داخلی لوله­ها، مخصوصا در نواحی پایینی به صورت یکسان و کافی با مایع مرطوب شده باشد. در جایی که این حالت اتفاق نیافتد، نقاط خشکی وجود دارد که باعث تشکیل رسوب و خوردگی می‌شود.

برای اطمینان از مرطوب بودن داخل لوله در انتهای تبخیرکننده، طراحی و تامین سیستم توزیع مناسب در بالای تبخیرکننده از اهمیت بسزایی برخوردار است. نرخ مرطوب شدن با به کارگیری لوله‌های طولانی‌تر یا به وسیله گردش بیشتر شورابه افزایش می‌یابد.

  • تغلیظ تا شوری­های بالا

  • تلفیق کندانسور و تبخیرکننده در یک مبدل حرارتی

  • کنترل آسان فرایند و اتوماسیون

  • بازدهی بالای انتقال حرارت

  • نیازمند فضای (Footprint) کم

  • قابلیت کارکرد در ظرفیت­های بالا

هنگامی که شوری آب از مقدار مشخصی بالاتر می­رود، ذرات جامد نمک شروع به کریستال گذاری کرده و در داخل لوله­ها رسوب می­کند؛ در نتیجه، استفاده از تبخیرکننده فالینگ فیلم توصیه نشده و از کریستالایزر استفاده می­شود. در کریستالایزر، آب شور درون محفظه تبخیر به وسیله پمپ سیرکوله به گردش در می‌آید. به محض ورود آب شور گرم شده به محفظه تبخیر، فشار مایع به سرعت کاهش یافته و منجر به  بخار ‌شدن مقداری از مایع یا جوشیدن سریع آن می‌شود. انرژی مورد نیاز برای تبخیر از مابقی آب گرفته شده و در نتیجه آب شور باقی مانده سرد شده و به داخل مبدل حرارتی پمپاژ می­شود. در مبدل حرارتی بخار داغ از یک سمت وارد شده و با آب شور خروجی از محفظه تبخیر انتقال حرارت انجام می­دهد. بخار، میعان شده و تبدیل به آب مقطر می­شود و آب شور نیز گرم شده و آماده ورود به محفظه تبخیر می­شود. از آنجایی که گردش مایع برقرار است، سرعت جریان در لوله‌ها و دمای مایع را می‌توان متناسب با نیاز محصول به طور مستقل از اختلاف دمای از پیش تعیین شده کنترل کرد.

  • جوشش در داخل مبدل حرارتی انجام نشده و از رسوب‌گذاری در داخل لوله­ها جلوگیری می­شود.

  • سرعت آب شور در داخل لوله‌های مبدل توسط پمپ تنظیم شده و بازدهی حرارتی مبدل را بالا می­برد.

  • جهت جداسازی نمک­های موجود در شورابه با درجه خلوص بالا بسیار مناسب است.

  • امکان تولید آب شیرین با کیفیت بالا وجود دارد.

معرفی روش‌­های حرارتی شیرین سازی آب (تبخیری-تقطیری)

 

هزینه­‌های جاری شیرین‌سازی آب تا حدود زیادی به میزان انرژی مصرفی سیستم وابسته است. انرژی مصرفی سیستم با توجه به نیازهای مشتری با طراحی یک سیستم هوشمند قابل کاهش است. در یک آب شیرین کن ساده حرارتی برای تبخیر یک کیلوگرم آب، باید به میزان گرمای نهان تبخیر آب انرژی داده شود. برای تبدیل بخار آب به آب شیرین، همین مقدار انرژی باید از بخار گرفته شده تا بخار کندانس شود. در نتیجه برای شیرین سازی آب به دو فرایند بخار کردن و سرد کردن نیاز است که مرحله سرد کردن در صورت فقدان منبع سرد حرارتی به مراتب دشوارتر است.

 

سه روش مختلف برای کاهش انرژی سیستم در روش‌های حرارتی وجود دارد:

1- تبخیر کننده حرارتی چند مرحله‌ای (MED)
2- تبخیرکننده تراکم بخار حرارتی (TVR)
3- تبخیرکننده تراکم بخار مکانیکی (MVR)

استفاده از هر کدام از روش­های فوق سبب ‌سازی در میزان مصرف انرژی در شیرین‌سازی آب خواهد شد.

در ادامه، روش‌های یاد شده به تفصیل مورد بررسی قرار داده خواهند شد:

همان‌گونه که بیان شد، جهت تبخیر یک کیلوگرم آب به تبادل انرژی به میزان گرمای نهان آب نیاز است. حال اگر پس از تبخیر یک کیلوگرم آب، از بخار حاصل برای تبخیر یک کیلوگرم آب دیگر استفاده شود، بخار حاصل از مرحله اول کندانس شده و یک کیلوگرم بخار جدید ایجاد می­شود. در نتیجه میزان انرژی مورد استفاده برای تولید یک کیلوگرم آب ۵۰ درصد کاهش می­یابد. از این اصل برای کاهش بیشتر انرژی مصرفی با افزایش مراحل تبخیر استفاده می­شود.

آنچه سبب می­شود که بخار ایجاد شده در مرحله اول توانایی تبخیر آب شور در مرحله دوم را داشته باشد، کاهش فشار آب شور در مرحله دوم است؛ در واقع با کاهش فشار، آب در دمای پایین­تری به جوش آمده و در نتیجه، این کاهش دما موتور اصلی انتقال حرارت در مرحله بعدی خواهد بود.

اگر بخار در آخرین مرحله تبخیرکننده چند مرحله­ای بازیابی شده، فشار آن افزایش پیدا کرده و به مرحله اول انتقال داده شود، بازدهی انرژی سیستم افزایش پیدا می‌کند؛ بطوریکه میتوان اینگونه تصور کرد که یک مرحله به تبخیرکننده چند مرحله­ای اضافه شده است. افزایش فشار با استفاده از اجکتور انجام شده، بخار پرفشار به اجکتور وارد شده، بخارهای موجود در مرحله آخر مکش شده، فشار آن افزایش پیدا کرده و به مرحله اول منتقل می­شود. در این سیستم از تجهیز مکانیکی دوار استفاده نمی­شود؛ با این حال بازدهی انرژی اجکتور نسبت به کمپرسور بسیار پایین­تر است. محدودیت استفاده از سیستم تبخیرکننده تراکم بخار حرارتی، وابستگی آن به داشتن بخار پرفشار است و سایر اشکال انرژی تنها در صورتی در این سیستم قابل استفاده‌اند که توانایی تولید بخار پر فشار را داشته باشند.

تبخیرکننده تراکم بخار، بهینه‌ترین سیستم در میان تبخیر کننده‌هاست. در تبخیر کننده تراکم بخار، به جای استفاده از چند مرحله تبخیرکننده از یک مرحله استفاده می­شود. بخار ایجاد شده وارد یک کمپرسور بخار شده و فشار آن افزایش می­یابد. بخار پرفشار دمای اشباع بالاتری داشته و در دمای بالاتری کندانس می­شود. بخار پرفشار ایجاد شده با آب شور ورودی انتقال حرارت انجام داده، مقداری از آب را تبخیر می‌کند. در این حالت، بخار اولیه میعان شده و تبدیل به مایع می­شود. در واقع افزایش فشار بخار در کمپرسور، موتور تولید آب خواهد بود. در این سیستم نیازی به هیچ انرژی حرارتی نبوده و تنها انرژی مورد استفاده انرژی الکتریکی است.

در نمودار زیر میزان انرژی مورد استفاده برای تولید یک کیلوگرم آب مقایسه شده است. جهت افزایش فشار از کمپرسورهای بخار استفاده می­شود.

هنگامی که شوری آب پایین باشد، از فن‌هایی که در آن‌ها نسبت فشار پایین است استفاده می­شود. با افزایش شوری آب، نسبت فشار کمپرسور افزایش یافته و از فن‌های دور بالا و یا کمپرسورهای چند مرحله‌ای استفاده می­شود.

مزایای روش تراکم بخار مکانیکی (MVR)

 

فرایند تبخیر به روش تراکم بخار مکانیکی، پیشرفته‌ترین روش در میان روش‌های موجود برای تبخیر است. در این روش هیچ‌گونه بخار اضافی به سیستم وارد نمی­شود؛ در نتیجه سبب کاهش هزینه‌های جاری و همچنین آلودگی‌های محیط زیستی خواهد بود.

این روش تبخیر به کندانسوری نیاز نداشته، سازه دستگاه کوچک بوده و سیستم به صورت دائم، پیوسته و کاملا اتوماتیک و کاملا قابل اعتماد کار می­کند.

تعمیر و نگهداری سیستم بسیار راحت بوده و قابلیت شست و شو در محل وجود دارد.

این تبخیرکننده قابلیت استفاده در دماهای پایین (۱۰۰-۴۵) را دارد.

مصرف انرژی این سیستم در رابطه با سایر تبخیرکننده­ها بسیار پایین است.

نیاز به اضافه کردن هیچ‌گونه مواد شیمیایی به آب نیست.

این سیستم توانایی شیرین سازی آب با شوری­های بسیار بالا (بالاتر از ۳۰۰ هزار ppm)  را دارد.

در این سیستم میزان پساب خروجی به میزان دلخواه قابل تنظیم است. این سیستم توانایی این امر را دارد که تمام آب شور ورودی را به آب شیرین و نمک تبدیل کرده و بدون پساب باشد.

در تکنولوژی تبخیرکننده، تعیین فشارهای نهایی بخار خروجی از کمپرسور به وسیله دمای جوش متناظر آب تعیین می­گردد. با افزایش شوری آب، نقطه جوش افزایش می­یابد. در نقطه جوش­های بالاتر نیاز به نسبت فشار بالاتر است. از این طریق، اختلاف دمای قابل دسترسی به طور مستقیم تعیین می‌شود.

شرکت معین زیست آریا با به کارگیری روش تراکم بخار مکانیکی برای اولین بار در ایران، روشی نوین در شیرین­سازی آب­ با شوری­های بالا ارائه کرده است.

سیستم تراکم مکانیکی بخار در ظرفیت­های مختلف

 

یکی از مزایای سیستم تراکم بخار، قابلیت آن در بکارگیری در ظرفیت­های مختلف است. برای ظرفیت­های مختلف از انواع مختلف کمپرسور استفاده می­شود. در کمپرسورهای جابه‌جایی مثبت، اجزای متحرک کمپرسور محفظه مکش را از محفظه خروجی گاز با فشار بالا جدا می‌کند و با کاهش حجم محفظه گاز خروجی، فشار آن افزایش می­یابد. در حالت استفاده از یک کمپرسور رفت و برگشتی، این فرایند با جابه‌جایی پیستون درون سیلندر انجام می‌شود.

در ماشین‌های دوّار، افزایش فشار از طریق انتقال انرژی دینامیکی به سیال توسط پره‌های در چرخش ایمپلر در دورهای بالا تأمین می‌شود. بخار پس از ایمپلر شتاب گرفته و سپس در دیفیوزر سرعت آن به فشار تبدیل می­شود. بسته به جهتی که بخار درون ایمپلر حرکت می‌کند، کمپرسور به سه نوع جریان محوری (Axial-Flow)، جریان مخلوط (Mixed Flow) یا کمپرسور گریز از مرکز دسته­بندی می‌شوند.

نوع کمپرسور انتخابی را باید بسته به شرایط کاری مربوط به کاربرد آن مشخص نمود. پارامترهای کلیدی انتخاب کمپرسور عبارتند از میزان افزایش فشار و دبی حجمیِ جریان بخاری که باید فشرده شود. نمودار زیر محدوده انتخاب نوع کمپرسور تراکم بخار، با توجه به دبی حجمی کمپرسور و افزایش دمای اشباع بخار را مشخص می­کند.

 

 

معرفی

ویژگی‏‌

مزایا

مقایسه

استفاده از این تکنولوژی در مکان­هایی که با کمبود شدید آب روبرو است و یا در شرایطی که رهاسازی پساب آب شیرین­کن در محیط زیست آسیب­های جبران ناپذیر به همراه دارد (مانند رهاسازی پساب RO)، اجتناب ناپذیر است. رها سازی این پساب­ها سبب نفوذ به آب­های زیرزمینی و نابودی این منابع آب­شیرین می­گردد.

از کاربردهای ZLD، استفاده از آن در مکان­هایی است که شوری آب بسیار بالا بوده (بالاتر از ۱۰۰ هزار PPM) و سایر روش­های شیرین­سازی جواب‌گو نخواهند بود.

شورابه‌­ها و آب­‌هایی که استحصال نمک در کنار تولید آب اقتصادی است، استفاده از این روش پیشنهاد می­گردد. روش ZLD برای تولید مواد اولیه شیمیایی نظیر کلرید سدیم، سولفات سدیم و کلرید منیزیم استفاده می‌شود.

قوانین زیست محیطی برای صنایع مادر از قبیل تولید برق، پالایشگاه‌ها، معادن، بازیافت، کاغذ و فرایندهای شیمیایی، استفاده از عملیات تصفیه فاضلاب از طریق تکنولوژی ZLD را اجبار کرده‌اند. این بدین معناست که تمامی فاضلاب‌های صنعتی صنایع، در محل آن‌ها به ذرات جامد خشک کاهش یافته و سپس بازیابی یا دفع خواهند شد. هرگونه آب قابل استفاده نیز از عملیات ZLD بازیابی شده و مجددا در همان محل (کارخانه) مورد استفاده قرار خواهد گرفت.

در صنایعی که قوانین زیست محیطی مانع از دفع پساب آن‌ها از طریق چاه‌ها می‌شود ناچار به دفع آن از طریق ساخت استخر‌های خورشیدی هستند. در مکان‌هایی که استفاده از این استخرهای خورشیدی امکان پذیر نباشد بایستی از فرایند جایگزین، یعنی ZLD استفاده شود.

معرفی

ویژگی‏‌

مزایا

مقایسه

مقایسه روش‌­های شیرین­سازی به روش تراکم مکانیکی بخار با روش اسمز معکوس

 

در جدول زیر روش تراکم مکانیکی بخار با روش اسمز معکوس مقایسه می­شود:

 

ردیف موضوع تراکم مکانیکی بخار اسمز معکوس
1 هزینه پیش تصفیه 6 تا 8.5 درصد قیمت تولید آب 17 تا 24 درصد قیمت تولید آب
2 مصرف انرژی 10-12KWH به ازای تولید یک متر مکعب آب 3-6KWH به ازای تولید یک متر مکعب آب
3 قابلیت استفاده در شوری‌های مختلف TDS بالاتر از صد هزار تا TDS صدهزار
4 تغییر شرایط آب ورودی حساسیت بسیار زیاد به تغییر شرایط حساسیت کم به تغییر شرایط
5 هزینه تعمیر و نگهداری 10 تا 18 درصد قیمت تولید آب 16.5تا 23درصد قیمت تولید آب