شرکت مهندسی فران با سابقه نزدیک به دو دهه خدمات طراحی و ساخت آب شیرین کن های صنعتی را متناسب با آخرین دستاوردهای طراحی و فناوری های تصفیه ارائه می دهد. آب شیرین کن های صنعتی برای شیرین سازی آبهای شور چاه، آبهای سطحی، پسابهای صنعتی و آب دریا متناسب با کیفیت و کمیت آب خام طراحی و ساخته می شوند.
*
بحران خشکسالی و مدیریت ناکارامد منابع آب در کنار کاهش نزولات جوی خصوصاً در ناحیه کویر مرکزی(شهرهایی مثل اصفهان، یزد و کرمان و غیره) معضل کم آبی را به عنوان یک ابرچالش در افق توسعه ایران مطرح کرده است. مدیریت مصرف منابع آبی و شیرین سازی آب دریا و آبهای شور با استفاده از آب شیرین کن های صنعتی، تصفیه و بازچرخانی پسابها راهکارِهای اصلی مواجه با بحران کم آبی در کشور است. امتداد گسترده دریای خلیج فارس در جنوب کشور و دریای خزر در شمال کشور به عنوان ذخایر بالقوه کشور در مواجهه با خشکسالی مطرح هستند.
شرکت مهندسی فران با تکیه بر دانش به روز طراحی و ساخت آب شیرین کن های صنعتی با فرایند اسمز معکوس، واحدهای نمک زدایی آب دریا، آبهای شور و تصفیه پساب را در قالب پروژه های کلید در دست انجام می دهد. مهمترین مزیت رقابتی شرکت فران بهره گیری از دانش متخصصان طراز اول در حوزه طراحی، ساخت و بهره برداری آب شیرین کن های صنعتی است. استفاده از منابع اصلی و تجهیرات با کیفیت در ساخت آب شیرین کن های صنعتی، تضمین کیفیت و کارایی عملکرد را برای مصرف کنندگان و کارفرمایان به دنبال دارد..
*
عوامل مؤثر در طراحی آب شیرین کن
طراحی یک واحد آبشیرینکن در درجه اول بستگی به کمیت و کیفیت خوراک آب در دسترس دارد. با مشخص بودن مشخصات کیفی آب خام و ظرفیت مورد نیاز، طراحی آب شیرین کن براساس معیارهای طراحی(که تولیدکنندگان ممبران مشخص می کنند و الزامات هر پروژه انجام می شود. متغیرهای طراحی نظیر سیستم پیشتصفیه، مشخصات کیفی آب تولیدی، نرخ شار جریان غشا، نرخ بازیافت مورد انتظار، دمای طراحی آب، فشار عملکرد و غیره در فرایند طراحی مشخص می شوند.
در طراحی فرایند شیرین سازی آب شور با اسمز معکوس، آشنایی با منابع آب خام و مشخصات فیزیکی و شیمیایی آب الزامی است. چراکه یکی از عوامل مهم در طراحی و بهینهسازی سیستم اسمز معکوس، کیفیت آب خوراک و مشخصات شیمیایی آن است. انواع مختلف آب خام ورودی به سیستم اسمز معکوس را میتوان براساس پارامترهایی مثل TDS (کل جامدات محلول) و مقدار کل مواد ارگانیک (شامل کربن کل) تقسیم بندی کرد. در جدول زیر تقسیمبندی انواع مختلف آبهای شور که با فرایند اسمز معکوس تصفیه میشوند، نشان داده شده است.
- آب با شوری بسیار کم و با خلوص بالا (High purity water) تولید سیستمهای RO (در سیستمهای دو گذر)
- آب فوق خالص (Ultra pure water) با TDS تا ۵۰ میلیگرم در لیتر
- آب لولهکشی با شوری کم و TDS تا ۵۰۰ میلیگرم در لیتر
- آب زیرزمینی با شوری متوسط، مواد آلی طبیعی بالا و TDS تا ۵۰۰۰ میلیگرم در لیتر
- آب شور با شوری متوسط با TDS تا ۵۰۰۰ میلیگرم در لیتر
- پساب با شوری متوسط با سطح TOC بالا و وجود (BOD) و TDS تا ۵۰۰۰ میلیگرم در لیتر
- آبهای شور با شوری بالا و TDS در محدوده ۵۰۰۰ تا ۱۵۰۰۰ میلیگرم در لیتر
- آب دریا با TDS در محدوده ۳۵۰۰۰ میلیگرم در لیتر یا بالاتر
*
دمای طراحی آب شیرین کن صنعتی با فرایند اسمز معکوس
دمای آب یکی از عوامل موثر بر طراحی فرایند اسمز معکوس است و بر شار سیستم و بازیابی (rejection) تأثیر میگذارد. نمودارهای زیر تأثیر دما بر شار و بازیابی را در شرایط فشار ثابت و دمای کمتر از ۴۵ درجه سانتیگراد نشان میدهند. همانطور که نشان داده شده، تغییرات شار محصول با دما بهصورت خطی است و به ازای هر درجهی سانتیگراد تغییرات در دما، ۳% تغییر در شار به وجود میآید. مهمترین دلیل این پدیده این است که آب گرمتر ویسکوزیتهی کمتری دارد؛ درنتیجه راحتتر از طریق غشا جریان مییابد. از سوی دیگر، بازیابی نمک با افزایش دما اندکی کاهش پیدا میکند. به عبارت دیگر با افزایش دما شوری آب شیرین تولیدی توسط آب شیرین کن افزایش می یابد.
با توجه به اینکه افزایش دما منجر به افزایش غلظت مواد جامد محلول در آب تصفیهشده میشود. این امر باعث میشود کیفیت آب تصفیه شده از منظر شوری کاهش یابد. در مقابل از غلظت آب دفع شده یا شورابه کاسته میشود و شوری کمتری خواهد داشت.
در نمودار زیر روند افزایش TDS آب تولیدی در آب شیرین کن در اثر افزایش دما نشان داده شده است. دلیل این امر آنست که افزایش دما، باعث افزایش حلالیت یونهای در آب میشود؛ بنابراین بهتر است که طراحی سیستم آبشیرینکن در محدودهی دمایی تغییرات آب انجام پذیرد. تا با تغییرات دمای ورودی، کیفیت آب تولیدی و بهره برداری آب شیرین کن از محدود مجاز خارج نشود.
*
با مطالعه و بررسی مدلسازی ریاضی و شبیهسازی نرمافزاری و همچنین مشاهدهی تجربی رفتار سیستمهای آبشیرینکن متوجه می شویم که افزایش دما تأثیرات متفاوتی بر طراحی دارد به طور خلاصه در فرایند اسمز معکوس با افزایش دما شاهد تغییرات زیر هستیم:
- افزایش شار جریان عبوری: این مسئله به این علت است که در اثر افزایش دما، اندازه ی حفره های غشا اسمز معکوس افزایش می یابد و در نتیجه شار جریان بیشتر خواهد شد.
- کاهش فشار ورودی: هدف از فشار اعمالی در سیستم اسمز معکوس، غلبه بر فشار اسمزی و عبور آب از حفرههای غشاء است. ازآنجاییکه با افزایش دما، اندازهی حفرهها افزایشیافته، بنابراین فشار کمتری برای عبور جریان به داخل غشاء موردنیاز است. این مسئله باعث میشود تا اندازهی پمپهای فشارقوی کوچکتر و انرژی موردنیاز کمتر شود که این اتفاق باعث کاهش هزینههای سرمایهگذاری میگردد.
- افزایش TDS آب تولیدی: افزایش دما باعث افزایش حلالیت یونهای موجود در آب شده و به عبور آنها از سطح غشا کمک میکند؛ درنتیجه غلظت جامدات محلول در آب تولیدشده بالا میرود و کیفیت آب تولیدی کاهش پیدا میکند.
از بررسی این موارد مشاهده میشود که دمای آب خوراک همواره بهعنوان فاکتوری با کارکرد متناقض در حفظ کیفیت و کمیت آب تولیدی عمل میکند. اگرچه افزایش دما موجب افزایش شار و کاهش فشار و درنتیجه کاهش هزینهها میگردد، اما کیفیت آب تولیدی را نیز کاهش میدهد.
نکته مهم دیگر طراحی رعایت حداکثر دمای مجاز عملیاتی در غشاهای اسمز معکوس است. افزایش دمای آب به مقادی بالاتر از دمای طراحی منجر به آسیب غیر قابل بازگشت به ممبران می شود.
*
فشار طراحی آب شیرین کن صنعتی
غلبه بر فشار اسمزی، شاه کلید شیرین سازی آب در فرایند اسمز معکوس است. افزایش شوری آب منجر به افزایش فشار اسمزی و در نتیجه افزایش فشار مورد نیاز برای غلبه به آن به منظور شیرین سازی آب شور است.
فشار اسمزی برای شیرین سازی آبهای شور در فرایند اسمز معکوس به دو عامل TDS و نوع غشا بستگی دارد. به طور تقریبی و با عنوان یک قانون سر انگشتی، با افزایش هر ۱۰۰ میلیگرم بر لیتر شوری آب ورودی، فشار اسمزی حدود یک psi افزایش می یابد. به عنوان مثال فشار اسمزی آب شور با TDS برابر با ۲۰۰۰ میلیگرم بر لیتر برابر با ۲۰ psi می باشد.
فشار تأثیر دوگانهای فرایند اسمز معکوس دارد. از یکسو افزایش فشار منجر به کاهش TDS آب تولیدی و افزایش کیفیت آب تولیدی میشود و از سوی دیگر نیازمند پمپهای با توان بالاتر است که افزایش هزینههای سرمایهگذاری یا عملیاتی را به دنبال دارد. بنابراین طراح آب شیرین کن باید فشار بهینه را بیابد و از افزایش بیهوده هزینهها جلوگیری کند.
در نمودار زیر میتوان تأثیر افزایش دما بر فشار ورودی به سیستم را در ریکاوری ثابت مشاهده کرد.
همانطور که مشاهده میشود با افزایش دمای طراحی، فشار ورودی کاهش مییابد. دلیل این امر آن است که با افزایش دما، حفرههای غشا افزایشیافته و درنتیجه، فشار کمتری برای ورود جریان به داخل غشا نیاز است. این مسئله باعث کاهش هزینههای سرمایهگذاری میشود؛ چراکه با پمپهای کوچکتر و انرژی موردنیاز کمتری سیستم راهاندازی میشود.
*
انتخاب المان مناسب آب شیرین کن
نوع غشای آبشیرینکن با توجه به کیفیت منبع آب خام، نوع پیشتصفیه، پتانسیل تشکیل فولینگ، کیفیت محصول موردنیاز و اولویت هزینه سرمایهگذاری یا عملیاتی انتخاب میگردد. انواع مختلفی از غشاها توسط شرکتهای مختلف عرضهشده که هر یک از این شرکتها با توجه به نوع آب خام ورودی، چندین نوع غشا با مشخصات متفاوت عرضه کردهاند. در فرایند طراحی بعد از تعیین نوع المان موردنظر، لازم است تعداد غشاهایی که باید درون سیستم قرار دهیم تا بتواند فرایند شیرین سازی را انجام دهد را تعیین کنیم که این تعداد به فلاکس طراحی و دبی محصول وابسته است. با تعیین این پارامترها تعداد ماژولهای موردنیاز مشخص می شود.
شرکت FIMTEC بزرگترین تولید کننده غشا یا ممبران در جهان می باشد. ممبرانهای پلی آمیدی شرکت فیلمتک در مقیاس صنعتی در دو سایز چهار و هشت اینچ تولید می شوند. انتخاب سایز ممبران وابسته به ظرفیت شیرین سازی آب شور است. ساختار ممبران از لایه های پلی آمید همراه با لایه های پلیمری دیگری تشکیل شده است. یک لایه میکرو متخلخل از پلمیر پلی سولفون به دلیل محافظت فیزیکی به روی لایه پلی آمید کشیده می شود.
ضخامت پوشش پلی سولفون برای اینکه سطح متخلخل را بهخوبی کنترل کند، تقریباً ۱۵۰ آنگستروم میباشد. لایه محافظ تقریباً ۲۰۰۰ آنگستروم ضخامت دارد و به علت وجود لایه محافظ پلی سولفون میتواند فشار بالا را تحمل کند. ترکیب لایه لیاستری و لایه پلی سولفون در کنار لایه موثر پلی آمید سبب نفوذ بالاتر آب در فشار بالا میشود. از آنجایی که لایه محافظ نسبتاً ضخیم است، ساختار غشا FILMTEC دارای مقاومت بالایی در برابر تنشهای مکانیکی و تجزیههای شیمیایی میباشد.
غشاهای لایه نازک کامپوزیت (Composite) کارایی بسیار خوبی در کابردهای مختلف دارند. شامل استفاده در کاربردهای فشار پایین آبهای شهری، نمکزدایی از آب دریا، خالصی سازی آب لبشور، فرآیند شیمیایی و تصفیه پساب میباشد. ممبرانهای صنعتی میتوانند در محدوده pH دو تا یازده بهخوبی عمل کنند و نیز نسبت به فشردگی مقاوم بوده و برای دماهای تا ۴۵ درجه سانتیگراد مناسب میباشند. این المانها میتوانند در pH بین ۱ تا ۱۲ بهطور مؤثری تمیز شوند.
جدول زیر مقایسه کارایی عملکرد المانهای مختلف برند FILMTEC را نشان میدهد.
*
ریکاوری یا بازیافت آب شیرین کن
درصد بازیابی یا ریکاوری با نسبت جریان آب شیرین تولید شده به جریان آب خوراک تعریف می شود. در طراحی آب شیرین کن اگر غلظت نمک به گونه ای افزایش یابد که فشار اسمزی مورد نیاز برای فرایند اسمز معکوس تا فشار خوراک افزایش یابد، شار عبوری از ممبران با افزایش ریکاوری با شدت کاهش مییابد. (شکل زیر)
یکی از عوامل تأثیر گذار بر تعیین درصد بازیابی سیستم آبشیرینکن، پتانسیل رسوب گذاری آب خام است. هرچه درصد بازیابی بیشتر باشد، غلظت نمک در ممبرانهای آخر هر pressure vessel بیشتر خواهد بود. درنتیجه پتانسیل تشکیل رسوب افزایش خواهد یافت و اگر هیچیک از روشهای تغییر حلالیت نمکها (مانند نرم کردن آن، تزریق اسید یا تزریق مواد ممانعت کننده از تشکیل رسوب) مورداستفاده قرار نگیرد، درصد بازیابی در محدوده مشخص قرار خواهد گرفت و اگر نمکها بیش از آن تغلیظ شوند خطر تشکیل رسوب بسیار زیاد خواهد بود.
بهطورمعمول واحدهای کوچک RO با درصد بازیابی کم مورد استفاده قرار میگیرند. در واحدهای کوچک معمولاً از دست دادن آب ارزانتر از اعمال روشهایی برای جلوگیری از تشکیل رسوب میباشد. در درصد بازیابی پایین، واحد بدون هیچگونه مشکلی مورد بهرهبرداری قرار میگیرد، بدون اینکه تجهیزات کنترل حلالیت نمکهای محلول مورد استفاده قرار گیرد.
درصد بازیابی آب شیرین کن های دریایی حدود ۳۰ تا ۴۵ درصد است که به واسطه فشار اسمزی زیاد آب دریا محدود میشود. ولی آب شیرین کن های صنعتی آب لب شور که برای تصفیه آبهای شور معمولی به کار میروند، بین ۵۰ تا ۸۰ درصد بازیافت دارند. درصد بازیابی ۷۵ درصد برای آب شیرین کن های آب چاه با ظرفیت مناسب، متعارف میباشد تا بیشترین استحصال ممکن از آب خام انجام شود. نمودار زیر تغییرات ریکاوری بر حسب دما را در فشار ثابت نشان میدهد.
مشاهده میشود که با افزایش درما درصد بازیافت افزایش مییابد. ولی نرخ تغییرات در دماهای بالاتر از ۲۵ درجه سانتیگراد کاهش می یابد.
طراح یک آبشیرینکن میتواند به صلاحدید خود درصد بازیابی را کم یا زیاد کند تا پتانسیل رسوب گذاری یا فولینگ را هم در سطح سیستم و هم در سطح یک مدول غشایی به حداقل برساند. با افزایش ریکاوری سیستم غلظت نمک در جریان غلیظ در نزدیکی خروجی مخزن تحتفشار تا حد اشباع (برای برخی گونهها) میتواند افزایش یابد. اگر استفاده از اسید و آنتی اسکالانت مؤثر نباشند یا نتوان از آنها استفاده کرد، درصد بازیابی معمولاً کاهش مییابد تا پتانسیل تشکیل رسوب به حداقل برسد.
*
شبیهسازی فرایند اسمز معکوس در آب شیرین کن های صنعتی
طراحی آب شیرین کن های صنعتی نیازمند شبیه سازی فرایند با استفاده از نرم افزارهای شبیه سازی مورد تأیید تولید کنندگان ممبران انجام می شود. ولی شبیه سازی فرایند نیازمند تسلط بر دانش تصفیه آب با فرایندهای غشایی است. انتخاب صحیح متغیرهای ورودی طراحی نظیر دمای طراحی، نرخ جریان تولیدی، نرخ بازیافت مورد انتظار، نوع پیش تصفیه و غیره به پشتوانه تسلط بر دانش فنی فرایندهای غشایی امکان پذیر است.
سیستم های تصفیه آب صنعتی از فرایندها و مراحل مختلفی تشکیل شده اند که هرکدام از این فرایندها پیچیدگی خاص خود را دارند. هنگام ساخت چنین سیستم های پیچیده ای اولین و مهم ترین کار، طراحی و شبیه سازی فرایندها می باشد. از مهم ترین نرم افزارهای شبیه ساز سیستم های تصفیه آب میتوان به نرم افزار های ROSA، CADIX، WAVE، IMS DESIGN و WINFLOWS اشاره کرد.
نرم افزار WAVE آخرین و کامل ترین نرم افزار شرکت DOW است که فرایندهای RO، UF و IX را پوشش می دهد. به عبارت دیگر در این نرم افزار امکان شبیه سازی سه فناوری اسمز معکوس، اولترافیلتراسیون و مبادلهی یون وجود دارند. از آنجایی که تصفیه آب معمولا نیاز به بیش از یک فناوری برای دستیابی به کیفیت آب مورد نظر برای یک هدف خاص دارد، نرم افزار WAVE به یک ابزار جامع برای طراحی این سیستم ها تبدیل شده است.
این نرم افزار بهترین ویژگی های نرم افزار های قدیمی کمپانی DOW مثل ROSA و CADIX را ارتقا داده و تکنولوژی های مختلف را با هم در یک رابط کاربری مشترک عرضه کرده است و فرصت جدیدی برای مهندسان تصفیه آب فراهم می کند تا سیستم های متنوع و بهینه سازی شده را با توجه به نیاز کارفرما طراحی کنند. چون مدلسازی بخش های مختلف بصورت یکپارچه انجام می شود می توان اطلاعات بسیار دقیقی از کیفیت آب خروجی هر بخش و محصول نهایی ارائه کرد.
*
متغیرهای ورودی شبیه سازی فرایند
برای طراحی فرایند تصفیه آب در نرم افزار شبیه سازی Wave انتخاب صحیح متغیرهای ورودی شامل انتخاب نوع فرایند (RO، UF و IX)، دبی آب ورودی یا خروجی، مشخصات آب ورودی، ریکاوری، بازه دمایی و دمای طراحی، فشار ورودی، مشخصات تجهیزات فرایندی مثل مشخصات غشا، تعداد stage، تعداد المانهای اسمز معکوس و … الزامی است.
*
متغیرهای خروجی شبیه سازی فرایند
بعد از اتمام عملیات شبیه سازی برای هرکدام از فناوری های تصفیه آب، نرم افزار شبیه سازی اطلاعات کاملی از نتایج شبیه سازی فرایند را ارائه می دهد. در زیر اصلی ترین داده های خروجی نرم افزار WAVE در یک فرایند اسمز معکوس آورده شده است.
- تعداد کل المان ها
- دبی خوراک در هرpass
- TDS خوراک
- فشار خوراک
- فاکتور جریان در هر Stage
- جریان محصول در هر Stag
- TDS محصول
- بازده در هر Pass
- NDP متوسط
- انرژی مخصوص
- pH
- محاسبات غلظت تمامی املاح و یون های موجود در سیستم
- خطاهای طراحی
- مشخصات هر جریان به تفکیک هر المان در هر مرحله (شامل بازده، دبی جریان ورودی و خروجی از المان، فشار جریان ورودی و خروجی از هر المان، TDS جریان ورودی و خروجی از هر المان)
- هشدارهای مرتبط با انحلال پذیری اجزا
*
طراحی دوبار گذر آب شیرین کن(Two Pass)
سیستمهای دو بار گذر ممکن است زمانی مورداستفاده قرار میگیرند که شوری آب دریا نسبتاً بالا باشد) بالاتر از ۳۵۰۰۰ میلیگرم در لیتر) و یا الزامات کیفی آب محصول بسیار سختگیرانه باشد. بهعنوانمثال، اگر آب منبع با شوری بالا یا دمای بالا (مانند آب دریای سرخ و آب خلیجفارس) در ترکیب با غشاهای دریایی با حذف نمک استاندارد استفاده شود، ممکن است سیستمهای تکمرحلهای نتوانند محصول مناسبی را برای استفاده بهعنوان آب آشامیدنی فراهم کنند.
در اسمز معکوس، سیستمهای دو گذر معمولاً شامل ترکیبی از یک سیستم آب شیرین کن غشایی دریای تک گذر و یک سیستم اسمز معکوس لبشور (BWRO) تک یا چند گذر متوالی میباشند. محصول سیستم SWRO (بهعنوانمثال گذر اول) برای اینکه آب نهایی با محتوای معدنی کم تولید شود، جهت تصفیه بیشتر به سیستم BWRO (یعنی گذر دوم) هدایت میشود. همچنین جریان شورابه گذرد دوم به خوراک غشاهای گذر اول جهت افزایش کارایی و ظرفیت تولید کلی سیستم نمکزدایی بازگردانده میشود.
*
طراحی دو مرحلهای آب شیرین کن(Two stage)
سیستمهای غشایی SWRO دومرحلهای معمولاً برای به حداکثر رساندن میزان یازیافت سیستم و کاهش حجم جریان غلیظ مورد استفاده قرار میگیرند. در شکل زیر یک شمای کلی از یک سیستم اسمز معکوس دو مرحلهای نشان داده شده است. در این سیستمها ، معمولاً کل جریان غلیظ تولیدشده توسط پاس اول به پاس دوم جهت شیرین سازی با راندمان بالاتر هدایت میشود و محصول هر دو سیستم قبل از استفاده نهایی، باهم ترکیب میشوند.
*
ساخت و تولید آب شیرین کن های صنعتی
شرکت دانش بنیان مهندسی فران طراح و تولید کننده آب شیرین کن های صنعتی از ظرفیت ۵۰ تا ۵۰،۰۰۰ مترمکعب بر روز است. آب شیرین کن های صنعتی بر مبنای طراحی مهندسی تواید می شوند. طراحی تفصیلی در دیسیپلین های فرایند، مکانیکال، برق، کنترل و ابزار دقیق و نقشه های تفصیلی تهیه شده، تأمین متریال و تجهیزات شده و به صورت سفارشی وارد عملیات تولید یا اجرا می شوند.
آب شیرین کن های صنعتی با ظرفیت پایین به صورت پیش ساخته یا کانتینری در کارخانه شرکت مهندسی فران مونتاژ شده و پس از تست به محل نصب حمل می گردد. ولی در مورد تأسیسات آب شیرین با احجام بالاتر، همزمان با شروع عملیات مهندسی، تجهیز کارگاه در محل پروژه انجام شده و پروژه تحت قالب پروژه طرح و ساخت انجام می شود.
شرکت مهندسی فران با تکیه بر تجربه اجرای پروژه های طرح و ساخت(EPC) در حوزه آب شیرین کن های آب شور و آب دریا آماده ارائه خدمات مهندسی، تأمین و ساخت در بخشهای مختلف پروژه های صنعتی می باشد.
برای کسب اطلاعات بیشتر در مورد آب شیرین کن های صنعتی و تصفیه آب صنعتی با کارشناسان شرکت مهندسی فران تماس بگیرید.
Prepared by: Nadia Hedayati
3 پاسخ
آیا امکان تولید آب شیرین صنعتی آب دریا به روی کشتی هم در شرکت فران وجود دارد؟
با احترام. بله لطفا درخواستتون رو ایمیل کنید
بله. لطفا درخواست خودتون رو برای آب شیرین کن های کوچک دریایی ارسال بفرمایید.