روش‌های شیرین سازی آب کدام اند؟
روش‌های حرارتی شیرین سازی
همان‌طور که از نام این تکنیک‌ها مشخص است، فرآیند جداسازی نمک و املاح از آب به کمک حرارت دادن آن صورت می‌گیرد. این روش‌ها در اغلب مواقع برای نمک‌زدایی آب دریا کاربرد داشته و ازنظر اقتصادی برای شیرین سازی آب‌هایی با کمتر از ۳ درصد مقرون‌به‌صرفه نخواهند بود. روش‌های حرارتی نمک‌زدایی آب شامل موارد زیر است:
تقطیر فلش چندمرحله‌ای (MSF)
از رایج‌ترین و قدیمی‌ترین روش‌ها برای نمک‌زدایی آب دریا، استفاده از تقطیر فلش چندمرحله‌ای یا Multi-stage flash distillation است که بر پایه تقطیر سریع یا فلش به کمک کاهش فشار آب طراحی‌شده است. مخازن شیرین سازی آب با کمک MSF قادرند روزانه ۵۰ هزارتا ۶۰ هزار مترمکعب آب دریا را با حرارت دهی ۹۰ تا ۱۲۰ درجه سانتی‌گراد نمک‌زدایی کنند. اساس کار این روش به این صورت است که ابتدا آب وارد مخازن گرم‌کن شده و دمای آن ۹۰ تا ۱۲۰ درجه سانتی‌گراد رسیده و سپس به مرحله بعد واردشده و فشار آن به‌شدت کاهش پیدا می‌کند. کاهش فشار آب درنهایت منجر به تبخیر سریع به‌صورت فلاشینگ می‌شود. آب تبخیر شده روی لوله‌های مبدل حرارتی در نظر گرفته‌شده چگالیده می‌شود و در مرحله بعد میزان افت فشار آن بیشتر می‌شود و مجدد عمل تبخیر صورت خواهد گرفت. تعداد مراحل این روش از ۴ تا ۴۰ قابل پیاده‌سازی است.
میزان آب باقیمانده در داخل مخزن را می‌توان به برای مصرف در مبدل‌های حرارتی مورداستفاده قرار داده که در این صورت روش تقطیر چندمرحله‌ای بازیافتی نامیده می‌شود. علاوه براین، در برخی از مواقع نیز آب تنها یک‌مرتبه مصرف می‌شود و پس از نمک‌زدایی آب‌های باقیمانده از مخزن تخلیه می‌شوند. علیرغم بازدهی بالا در نمک‌زدایی آب با این روش، برخی از معایب در آن وجود دارد که عبارت‌اند از:
- هزینه‌بر بودن طراحی و راه‌اندازی
- ایجاد رسوب زیاد بر روی لوله‌های ضدزنگ
روش حرارتی شیرین سازی آب
تقطیر چند اثره (MED): از دیگر روش‌های شیرین سازی آب می‌توان به تقطیر چند اثره یا Multiple-effect distillation اشاره کرد که با حرارت دهی آب‌شور و کاهش فشار آن در مراحل مختلف درنهایت حجم زیادی از نمک و سایر املاح آن حذف می‌گردد. شیرین سازی آب با تقطیر چند اثره به این صورت است که ابتدا بخار با دمای بالا وارد لوله‌های حرارتی شده و آب تغذیه در مرحله اولیه با این لوله‌ها تماس برقرار کرده و تبخیر می‌گردد. آب تغذیه پس از تبخیر وارد مرحله دوم شده و آب‌شور به‌محض ورود به این مرحله با بخارآب موجود تبادل دمایی انجام داده و به بخار تبدیل می‌شود. با تبخیر آب‌شور حجم زیادی از نمک و املاح آن حذف‌شده و به مرحله بعد وارد می‌شود. لوله‌های بخار در نظر گرفته‌شده در این روش به‌صورت عمدی یا افقی طراحی می‌شوند و بخار موجود در آن‌ها پس از سرد شدن به دلیل تبادل دمایی با آب تغذیه، به بویلر برمی‌گردند. روش شیرین سازی آب با کمک تقطیر چند اثره نیاز به انجام مراحل پیش‌تصفیه نبوده و هزینه راه‌اندازی و نگهداری پایینی دارد، اما رسوب‌گذاری در آن با افزایش دما وجود دارد که به‌عنوان یک محدودیت برای آن قلمداد می‌شود.
روش تقطیر چند اثره نمک‌زدایی آب
تقطیر فشرده‌سازی بخار (VC): تقطیر فشرده‌سازی بخار بر پایه متراکم کردن بخار و استفاده از گرمای آن به‌منظور تبخیر آب‌شور استفاده می‌شود. به‌عبارت‌دیگر، در این روش از بخار متراکم استفاده می‌شود که دارای دما و فشار بالایی است. آب‌شور در تماس با این بخار تبادل دمایی انجام داده و درنهایت تبخیر می‌گردد. این روش ازنظر اقتصادی مقرون‌به‌صرفه بوده اما برای مخازن بزرگ نمک‌زدایی آب کاربرد ندارد. در حالت کلی و با مقایسه سه روش حرارتی مورداستفاده برای نمک‌زدایی آب، تقطیر فلش چندمرحله‌ای بیشتری کارایی و بازدهی را دارد اما میزان مصرف انرژی آن بیشتر از تقطیر چند اثره (MED) است.
روش‌های غشایی شیرین سازی آب
استفاده از غشاهای نیمه‌تراوا و الهام گرفتن از رفتار طبیعت از دیگر راهکارهایی است که کاربرد بسیار زیادی در نمک‌زدایی آب‌دارند. رایج‌ترین روش‌های شیرین سازی آب با کمک غشا یا فیلتر عبارت‌اند از:
شیرین سازی آب با اسمز معکوس: اسمز معکوس یکی از شیوه‌های به‌کاررفته در صنعت تصفیه و نمک‌زدایی آب است که از رفتار طبیعت الهام گرفته‌شده است. این روش که برای اولین بار در سال ۱۷۴۸ به‌عنوان یک طرح توسط ژان آنتونی نولت مطرح شد، رفتاری عکس با پدیده اسمز که در طبیعت و همچنین تصفیه خون بدن دارد. شیرین سازی آب با اسمز معکوس که دارای غشای نیمه‌تراوا است، به این صورت است که ابتدا آب توسط پمپ از غشا عبور داده می‌شود. با توجه به اینکه غشای در نظر گرفته‌شده برای این دستگاه دارای منافذ بسیار کوچکی است، لذا یون‌ها و املاح و نمک‌ها امکان عبور از آن را پیدا نکرده و درنهایت آب شیرین به‌عنوان خروجی از آن تهیه می‌شود. این روش ازنظر اقتصادی مقرون‌به‌صرفه بوده و کارایی و بازدهی بالایی دارد. علاوه براین، باکتری‌ها و ویروس‌های موجود در آب نیز امکان عبور از غشا را پیدا نکرده و درنتیجه آب شیرین به‌دست‌آمده ازنظر سلامتی نیز در سطح مطلوبی قرار دارد. البته لازم به ذکر است که یکی از معایب نمک‌زدایی با اسمز معکوس نیاز به تمیز کردن و شستشوی مرتب غشا است.
روش غشایی شیرین سازی آب
شیرین سازی آب با نانوفیلتراسیون: عبور آب با فشار الکتریکی از غشای نیمه‌تراوا و بارور اساس کار دستگاه‌های نانوفیلتراسیون است که درنهایت باعث می‌شود تا مواد آلی و برخی از یون‌ها و مواد آلاینده موجود در آب امکان عبور از غشا را پیدا نکنند. در حالت کلی کاتیون‌های دو ظرفیتی و ویروس‌ها و هرگونه مواد معلق آلاینده در آب امکان عبور از غشا را دارا نمی‌باشند و به همین دلیل می‌توان از آن برای شیرین سازی آب استفاده کرد.
الکترودیالیز
علاوه بر موارد فوق، الکترودیالیز نیز در شیرین سازی آب کاربرد زیادی دارد و که از غشا استفاده کرده و با ایجاد اختلاف‌پتانسیل بین آند و کاتد به جداسازی یون‌ها از آب کمک می‌کند. در این روش از غشاهایی استفاده می‌شود که دارای صفحاتی از رزین بوده و در برابر رسوبات و لجن‌ها از مقاومت بالایی برخوردار می‌باشند. در این روش نمک‌ها به‌صورت یون‌های مثبت و منفی تبدیل‌شده و بارهای منفی یا آنیون‌ها توسط کاتیون‌ها جذب‌شده و از غشا نیز امکان عبور را پیدا نخواهند کرد. غشای مورداستفاده در این روش را می‌توان به‌گونه‌ای ساخت که از عبور یون‌های مثبت یا منفی جلوگیری کنند. از معایب این روش می‌توان به ایجاد رسوب روی غشا اشاره کرد که البته می‌توان با اختصاص دادن مراحل پیش‌تصفیه تا حد زیادی به این محدودیت غلبه کرد.
آب‌شیرین‌کن‌های ترکیبی
با توجه به محدودیت‌ها و نقاط ضعفی و مثبتی که هر یک از مراحل فوق با آن مواجه می‌باشند، از روش‌های آب‌شیرین‌کن ترکیبی نیز برای این منظور استفاده می‌شود. روش ترکیبی MFS-RO، NF-MSF، NF-RO-MSF ازجمله روش‌های ترکیبی می‌باشند که درواقع تکنیک‌های حرارتی و غشایی باهم تلفیق‌شده‌اند. روش‌های هیبریدی که درواقع ترکیب روش‌های حرارتی و غشایی می‌باشند، قادرند در دمایی پایین‌تر عمل نمک‌زدایی را انجام داده و درنتیجه رسوب کمتری نیز تولید خواهند کرد.
