آب شیرین کن آب دریا برای شیرین سازی آب دریا جهت مصارف شرب، صنعتی و کشاورزی با استفاده از فرایندهای اسمز معکوس یا حرارتی طراحی و ساخته می شود. میزان شوری، فعالیت بیولوژیک، آلودگی های زیست محیطی و به طور کلی کیفیت آب در دریاها و اقیانوس ها متفاوت بوده و طراحی آب شیرین آب دریا براساس کیفیت آب دریا در منطقه برداشت آب انجام می شود.

آبهای شور اقیانوس ها و دریاها ۷۰ درصد سطح کره زمین را اشغال کرده اند و در کمال شگفتی ۹۶ درصد از کل موجودی آب کره خاکی ساکن این آبها هستند. یقیناً استفاده از این منابع آبی که گستردگی بالایی در سطح کره زمین دارند، راهکار مناسبی برای جبران بخشی از کم آبی در دنیاست. شوری بالای آب دریاها در گذشته مانعی برای شیرین سازی آب دریا به شماره می رفت ولی اکنون آب شیرین کن های بزرگ آب دریا در نقاط مختلف دنیا مشغول به کار بوده و آب آشامیدنی جمعیت بالایی را تأمین می کنند. این در حالی است که توسعه شهر نشینی در کنار تغییرات اقلیم و کاهش منابع آب شرب در سرتاسر دنیا ضرورت وجود یک فناوری قابل اعتماد جهت شیرین سازی آبهای شور خصوصاً آبهای دریا را بیش از پیش مشخص نموده است.

مک زدایی به عنوان یک فرآیند مقرون به صرفه جهت تامین آب شیرین مورد نیاز در مناطق گرمسیری و مناطقی که با کمبود آب شرب مواجه هستند مورد استفاده قرار می گیرد. تا کنون تنها سه فناوری اسمز معکوس، تقطیر حرارتی و الکترودیالیز برای شیرین سازی آب دریا به صورت اقتصادی توسعه یافتند که مطابق بررسی ها و مطالعات مختلف در سالهای اخیر فناوری اسمز معکوس در شرایط یکسان از منظر اقتصادی فناوری برتر شیرین سازی آب دریا می باشد. اسمز معکوس بر پایه انتقال جرم با استفاده از غشای نیمه تراوا و نیز فشار هیدرواستاتیک، فرایندی است که به طور وسیع در تولید آب آشامیدنی از آب دریا و یا آبهای زیرزمینی و سطحی شور در دستگاه های تصفیه آب صنعتی مورد استفاده قرار می گیرد..

اگرچه فناوری اسمز معکوس، فناوری برتر در تولید آب شیرین از آب دریا می باشد. لیکن طراحی و بهره برداری از واحدهای اسمز معکوس نیازمند تخصص و تجربه لازم برای حصول به هزینه های سرمایه گذاری و بهره برداری بهینه می باشد. جانمایی های متنوعی برای واحدهای شیرین سازی به روش اسمز معکوس وابسته به شرایط و محیط آب خام وجود دارد. ولی مهمترین هدف دستیابی به حداقل انرژی و هزینه برای تولید آب شیرین می باشد که در غیاب تخصص و تجربه این مهم محقق نخواهد شد.

شرکت مهندسی فران طراح، تأمین کننده، سازنده و بهره بردار واحدهای آب شیرین کن دریایی در خلیج فارس با سابقه بیش از پانزده سال می باشد.

آب شیرین کن آب دریا

آب شیرین کن های آب دریا با توجه به آنالیز آب دریا یا اقیانوس و به طور معمول در مناطق ساحلی ساخته می شوند. در آب شیرین های مبتنی بر فرایند غشایی از فرایند اسمز معکوس برای شیرین سازی آب استفاده می شود. ممبران یا غشای نیمه تراوا به عنوان قلب یک واحد آب شیرین کن است که جریان آب شور ورودی را به دو جریان شیرین و شورتر تقسیم می کند. برای حصول طول عمر بهینه برای ممبرانهای اسمز معکوس، تمامی آب شیرین کن ها باید به وسیله پیش تصفیه مناسب تجهیز و محافظت شوند. بکارگیری پیش تصفیه مناسب در تاسیسات شیرین سازی آب به روش اسمز معکوس درافزایش طول عمر، کارکرد بهینه تجهیزات، کیفیت و کمیت آب تولیدی تاثیر گذار است.

بر اساس کیفیت آب تولیدی مورد نیاز، دما و شوری آب، سیستم اسمز معکوس می تواند به صورت یکبار گذر و یا دو بارگذر در نظر گرفته شود. در اغلب موارد، استفاده از سیستم یک بار گذر جهت دستیابی به کیفیت مطلوب آب آشامیدنی بر اساس استاندار اروپا برای غلظت عنصر بور(یک میلی گرم در لیتر) مناسب می باشد. در صورت نیاز به دستیابی به غلظت بور براساس استاندارد سازمان بهداشت جهانی(۵/۰ میلی گرم در لیتر)، پیش بینی گذر دوم برای واحد اسمز معکوس ضرورت پیدا می کند..

پمپ فشار قوی واحدهای آب شیرین کن آب دریا بزرگترین مصرف کننده انرژی به شمار می رود. امروزه بهینه سازی انرژی در این پمپها از مهمترین دغدغه های تولید کننده های پمپهای فشار قوی است. استفاده از انرژی جریان شورابه(Concentrate) یکی از اصلی ترین اقدامات در زمینه بهینه سازی مصرف انرژی است. سیستم بازیافت انرژی(Energy Recovery) به عنوان یک عامل تعیین کننده در مصرف انرژی به شمار می رود که با توجه به طراحی واحد آب شیرین کن، شرایط زیست محیطی و هزینه انرژی مصرفی توسط تولید کنندگان پمپ فشار قوی در نظر گرفته می شود.

سیستم دفع پسابهای تولیدی خصوصاً شورابه، به عنوان یک مسئله زیست محیطی و اقتصادی به خصوص در مناطقی که گونه های حیوانی و گیاهی نسبت به افزایش شوری آب دریا حساسیت بیشتری دارند، قابل توجه بوده و بایستی براساس نیازمندیهای پروژه و شرایط حاکم بر آن مورد مطالعه قرار گرفته و طراحی شود. آب شیرین کن ها به ازای ورود هر دو مترمکعب آب ورودی، یک مترمکعب آب با شوری دو برابر را به دریا دفع می کنند. حجم بالا و شوری بالای شورابه در صورت عدم رعایت استاندارهای آزاد سازی به دریا منجر به تغییر اکوسیستم دریا در آن منطقه و خسارات قابل توجه به کلیه آبزیان می شود. لذا طراحی سیستم دفع شورابه برای احداث آب شیرین کن آب دریا بسیار حایز اهمیت است.

پیش تصفیه واحدهای آب شیرین کن آب دریا

کارایی سیستم پیش تصفیه آب ورودی به سیستم اسمز معکوس، به صورت مستقیم به منبع تأمین آب و کیفیت آن وابسته بوده و از آنجایی که میزان بالای ذرات جامد معلق، ذرات کلوییدی، رشد میکروارگانیسمها در آب خام به دلیل ایجاد گرفتگی غشای ممبرانها هزینه های اولیه و جاری زیادی را به پروژه تحمیل میکند، در نظر گرفتن یک سیستم پیش تصفیه مناسب به عنوان یک عامل تعیین کننده در عملکرد سیستم اسمز معکوس بایستی مورد توجه قرار گیرد.

در نظر گرفتن سیستم پیش تصفیه نامناسب و ناکارآمد بیشترین تاثیر را در افزایش گرفتگی ممبران و در نتیجه افزایش دفعات تعویض ممبران و افزایش میزان استفاده از مواد شیمیایی دارد از اینرو در شرایط گرفتگی ممبرانها، میزان آب تولیدی و کیفیت آن کاهش و میزان نمک عبوری از ممبران افزایش می یابد و تمامی موارد ذکر شده که در نتیجه عدم بکارگیری سیستم پیش تصفیه مناسب رخ میدهد باعث افزایش هزینه های بهره برداری و نگهداری واحد آب شیرین کن میشود.

هدف اصلی یک سیستم پیش تصفیه مناسب، کاهش عوامل ایجاد کننده فولینگ ممبران در آب خام ورودی نظیر ذرات کلوییدی، میکروارگانیسم ها، ذرات معلق و جلوگیری از ایجاد رسوبهای شیمیایی و بیولوژیکی جهت دستیابی به شرایط پایدار و طولانی مدت استفاده از ممبرانهای اسمز معکوس است. معیارهای سیلت(SDI) و کدورت(Turbidity) از مهمترین شاخص های اندازه گیری کارایی یک پیش تصفیه مناسب است.

شاخص اندازه گیری سیلت به عنوان معیار اندازه گیری ذرات معلق نامحلول در تعیین پتانسیل گرفتگی ممبرانها توسط تولید کنندگان مورد استفاده و مدت زمان گارانتی غشا، بر اساس آن تخمین زده می شود. میزان مجاز SDI کمتر از ۳ در ۹۵ درصد مواقع و کمتر از ۴ برای ۱۰۰% توسط تولید کنندگان ممبران توصیه می شود. هر چقدر میزان SDI ورودی کمتر باشد، میزان مصرف انرژی، مواد شیمیایی مصرفی جهت شستشوی ممبران و دفعات تعویض ممبران کاهش می یابد. در اندازه گیری کدورت آب نیز پرتوهای نور ساطع شده توسط ذرات معلق و جذب شده توسط ذرات رنگی حل شده در آب، مشخص می شود که به دلیل سهولت اندازه گیری کدورت، استفاده از این فاکتور در تعیین میزان حذف آلاینده ها در پیش تصفیه متداول تر می باشد.

تصفیه نهایی

آب تولیدی توسط آب شیرین کن های آب دریا از منظر املاح محلول به میزان کافی غنی نیست. عناصر معدنی ضروری برای متابولیسم و سلامت بدن انسان، متجاوز از ۲۱ عنصر است. کلسیم، منیزیم، پتاسیم، سدیم، آهن، روی، برن، ید، سلنیم و …. عناصر معدنی هستند که کمبود آنها در بدن انسان ممکن است منجر به بیماری، اختلال در سیستم ایمنی، بیماریهای قبلی-عروقی، کاهش توانایی بدنی و نقصان در سلامت ذهنی افراد شود. در فرایند تصفیه نهایی املاح محلول آب با هدف تناسب با بدن انسان اصلاح می شود.

یکی از فرایندهای تصفیه نهایی که جهت ثبات و تعادل یونها در آب تولیدی استفاده می شود، تزریق مواد شیمیایی نظیر آب آهک و دی اکسید کربن به آب است که منجر به افزایش محتوای کلسیم و بیکربنات آب برای شرب می شود. لازم به ذکر است که تصفیه نهایی آب شرب، تنظیم PH آب آشامیدنی را نیز شامل می شود.

نوع برداشت آب از دریا(Intake)

نوع برداشت آب دریا یا آبگیر یکی از بخشهای مهم آب شیرین کن های دریایی است. اطمینان از کمیت پایدار و کیفیت مناسب آب خام از مهمترین اهداف سازه های برداشت آب دریا است. علاوه بر این نوع آبگیر تأسیسات آب شیرین کن دریایی مهمترین عامل تأثیر گذار بر فرایند پیش تصفیه است. ویژگیهای آب خام دریا نظیر کدورت، فعالیت باکتریایی، شکوفایی جلبکی و غیره به شدت وابسته به نوع آبگیر آب شیرین کن دریایی است. از اینرو تناسب میان فناوری پیش تصفیه با نوع آبگیر بسیاز حایز اهمیت است.

در حال حاضر، دو روش پر کاربرد برداشت آب از دریا مشتمل بر آبگیرهای سطحی و آبگیرهای زیرزمینی هستند. آبگیر سطحی، آب خام را به طور مستقیم از آب دریا به آب شیرین کن منتقل می کند. آبگیرهای زیرزمینی نیز از آبخوان آب شور زیرزمینی یا آبخوان شور ساحلی برای جمع آوری آب خام برای آب شیرین کن دریایی استفاده می کنند. استفاده از آبگیرهای زیرسطحی برای جمع آوری آب خام معمولاً نیاز به پیش تصفیه ساده‌تری نسبت به آب خام جمع آوری شده توسط آبگیرهای سطحی دارد.

آبگیر زیر سطحی آب دریا

روشهای برداشت آب زیر سطحی آب شیرین کن های دریایی، آب را از آبخوان شور نزدیک به ساحل(ساحلی) و یا از آبخوان‌های دور از ساحل زیر کف اقیانوس جمع آوری می‌کند. با توجه به تغییرات کیفیت آب و حجم آبهای زیرزمینی شیرین که در ساحل تخلیه مي‌شود، کیفیت آب در سفره‌های دور از ساحل با سفره‌های ساحلی متفاوت است. آب جمع آوری شده در آبگیرهای زیرسطحی از طریق فیلتراسیون کند در لایه‌های خاکی زیرین منطقه، پیش تصفیه می‌شود.

چاه عمودی ساحلی یکی از روشهای برداشت آب زیر سطحی است. چاه های ساحلی معمولاً از نظر کدورت آب شور، شاخص SDI و فعالیت باکتریایی از کیفیت بهتری نسبت به آبگیرهای سطحی برخوردار هستند. اغلب فرض بر این است که استفاده از آبگیرهای زیرسطحی نیاز به پيش تصفیه آب منبع شور را قبل از نمک زدایی RO از بین مي‌برد. علاوه بر این روشهای برداشت آب زیر سطحی، آب خوراک نسبتا پایدار از نظر TDS تولید می کنند. در چاه های ساحلی معمولاً محبوس شدن و عبور کردن موجودات دریایی کمتر اتفاق می افتد. بنابراین استفاده از آبگیرهای زیرسطحی می تواند برخی اثرات زیست محیطی مانند از دست دادن زیستگاه ساحلی در هنگام ساخت و ساز را از بین ببرد.

یکی از معایب روشهای برداشت آب زیر سطحی، کاهش سطح اکسیژن محلول آب است. سطح اکسیژن محلول آب آبگیری شده از تاسیسات زیرسطحی حدود ۰.۲ – ۱.۵ میلیگرم بر لیتر است. غلظت اکسیژن آب شیرین تولیدی و شورابه آب شیرین کن های دریایی تقریباً با ب خوراک برابر است. تخلیه شورابه با اکسیژن محلول پایین از تاسیسات آب شیرین کن به آبهای آزاد نظیر اقیانوس، دریاچه یا رودخانه می تواند آثار مخرب زیست محیطی بر آبزیان را به دنبال داشته باشد. در این شرایط هوادهی شورابه با غلظت پایین DO قبل از تخلیه به آبهای آژاد ضروری است.

آبگیر سطحی آب دریا

آبگیرهای واقع در ساحل کاربرد مناسبی برای آب شیرین کن های بزرگ آب دریا بصورت حرارتی یا هیبریدی دارند. چنین آبگیرهایی معمولاً شامل کانال آبگیر بزرگ و عمیقی هستند که منتهی به یک حوضچه بتنی مجهز به آشغالگیرهای میله ای درشت، آشغالگیرهای کوچک و ایستگاه پمپاژ می باشد. بسته به شرایط ساحلی، این نوع آبگیرها در سواحل شنی با شیب کم، بر روی ساحل صخره ای یا محوطه طبیعی یا مصنوعی احداث می شوند. 

آبگیرهای سطحی دور از ساحل متداولترین نوع آبگیر ساخته شده برای آب شیرین کن های متوسط و بزرگ نمك زدايي آب دریا هستند. این سیستم های انتقال آب سطحی شامل اجزای اصلی زیر است: ساختمان آبگیر دور از ساحل، یک یا چند خط لوله انتقال یا تونل آبگیر، یک ساختمان آبگیر واقع در ساحل، آشغالگیر ریز، ایستگاه پمپاژ، تجهیزات الکتریکی، تجهیزات کنترلی و تجهیزات تزریق مواد شیمیایی.

شرکت مهندسی فران طراح، تامین کننده و سازنده آب شیرین کن های دریایی و واحدهای نمک زدایی آب دریا و سایر آبهای شور زیر زمینی و سطحی با فرایند سیستم اسمز معکوس به صورت پروژه های کلید در دست از برداشت آب خام تا مخازن ذخیره آب شیرین می باشد.