شیرین سازی آب با مصرف بهینه انرژی، سیستم ترکیبی اسمز معکوس – الکترو دیالیز
شیرین سازی آب لب شور شامل فرایند انجام شده بر روی این نوع آب شور با غلظت شوری آب ورودی بین ۱۰۰۰-۳۰۰۰ ppm و تخلیه شورآبه با غلظت شوری بین ۳۰۰۰ – ۱۰۰۰۰ ppm می باشد. با توجه به این که هزینه تصفیه آب لب شور در سطح جهانی در ده سال گذشته رشد متوسط هزینه سالیانه ۱۲% را نشان می دهد، لزوم بررسی گزینه های مطلوب و در دسترس برای بهینه سازی سیستم تصفیه آب لب شور مورد توجه شایانی قرار گرفته است. در این میان سیستم های ترکیب شده با روش تصفیه آب اسمز معکوس به عنوان بهینه ترین روش تصفیه به صورت تنها و استفاده از آن در ترکیب با فرایند دیگری مانند تصفیه اب لب شور به روش الکترو دیالیز می تواند در برخی نواحی و تحت شرایطی کاملا اقتصادی و بسیار بهینه تر از هر یک از سیستم های تصفیه آب لب شور نامبرده شده بالا باشد..
آب شیرین کن به روش اسمز معکوس با استفاده از ممبران با غشای نیمه تراوا و اعمال فشار اسمز معکوس کار می کند. ولی تصفیه آب لب شور به روش اسمز معکوس ترکیبی با روش تصفیه الکترو دیالیز می تواند ریکاوری بالاتر سیستم تصفیه را در دسترس قرار داده و به سیستم تصفیه آب بهینه تر و با مصرف انرژی کمتر دسترسی پیدا نمود. بر اساس مقایسه قیمت آب در این مطالعه خطوط راهنمایی برای انتخاب بین سیستم تصفیه آب لب شور به روش الکترو دیالیز (ED) و سیستم تصفیه آب لب شور به روش ترکیبی اسمز معکوس – الکترو دیالیز (ED-RO) ترسیم شده است. با مدل کردن هزینه مصرف انرژی و خرید تجهیزات سیستم تصفیه آب الکترو دیالیز به صورت تابعی از غلظت شوری مد نظر آب تصفیه شده خروجی، می توان نشان داد در چه شرایطی از نقطه نظر اقتصادی افزایش ریکاوری سیستم تصفیه منطقی بوده و بهینه سازی سیستم در دسترس خواهد بود.
ممبران اسمز معکوس دارای یک مقدار حداکثر ریکاوری می باشد که ترکیب آب با روشهای دیگر می تواند ریکاوری کل را افزایش دهد. تصفیه آب ترکیبی اسمز معکوس – الکترو دیالیز بر اساس مدلسازی انجام شده نشان می دهد که مزایای بیشتری نسب به سیستم اسمز معکوس تنها داشته و هزینه های اضافی ناشی از ترکیبی کردن سیستم تصفیه آب، اقتصادی می باشد. از منظر شاخصه و معیارهای اقتصادی و محیط زیستی نسبت آب بازیابی شده و تصفیه شده نسب به آب ورودی که با عنوان ریکاوری شناخته می شود، پارامتر بسیار مهم و اساسی می باشد. ریکاوری بالاتر باعث در دسترس قرار گرفتن مزایای زیر می گردد:
کاهش حجم شورآبه تخلیه شده به دریا یا منابع آب زیر زمینی
کاهش نگرانی باعث پایین رفتن سطح آب زیر زمینی
البته در این نقطه باید توجه داشت که افزایش ریکاوری باعث تخلیه حجم شورآبه کمتر ولی با شوری بالاتر به محیط است که می بایست در محل تخلیه بابت رقیق سازی مناسب آن بر اساس دستورالعمل های محیط زیستی اقدام شود. سیستم تصفیه آب لب شور یه روش الکترو دیالیز به سه دلیل مناسب اهداف تصفیه آبی است که نیازمندی ریکاوری بالا دارند، می باشد:
تصفیه آب به روش الکترو دیالیز روشی است که بیشتر بر پایه حذف شوری کار می کند تا بیرون کشیدن آب از آب لب شور بنابراین مقدار بسیار قابل توجهی از آب تصفیه شده از آب لب شور استخراج می شود. این ویژگی در تضاد نوع عملکرد سیستم تصفیه آب لب شور به روش اسمز معکوس بوده که ریکاوری بالاتر نیازمند مراحل چندگانه و پشت سر هم یا زمان فرایندی بالاتر می باشد.
روش تصفیه آب لب شور الکترو دیالیز قادر است میزان شوری در شورآبه را تا ۱۰% بالاتر از TDS کلی برده که فراتر از فشار اسمزیک قابل دسترسی در سیستم های تصفیه آب لب شور به روش اسمز معکوس فعلی است.
استخراج شوری به روش الکترو دیالیز در برخی موارد توانسته است از حد تئوریک جذب نمک از آب نیز فراتر رفته و از محدودیت حداکثر میزان حلالیت آب ورودی را با کمک یک کریستال ساز و یا در ترکیب به یک سیستم UF عبور نماید و در نهایت میزان استخراج شوری بسیار بالایی را به نمایش گذارد.
با تمامی این ویژگی های مثبت در سیستم تصفیه آب لب شور به روش الکترو دیالیز با ریکاوری بالا، با بالارفتن میزان جذب شوری مورد نیاز هزینه افزایش می یابد که در نمودار زیر مشخص شده است:
این حقیقت که در شرایط شوری پایین آب ورودی، میزان برق مورد نیاز در سیستم تصفیه آب الکترو دیالیز بالاتر بوده و با نام محدودیت چگالی جریان به دلیل پایین بودن هدایت الکتریکی آب شناخته شده و سبب افزایش هزینه بدون توجیه اقتصادی برای این سیستم تصفیه آب لب شور گردیده است. بنابراین با استفاده از یک سیستم تصفیه آب لب شور به روش اسمز معکوس و استفاده از شورآبه آن با غلظت شوری بالاتر می تواند محدودیت چگالی جریان سیستم تصفیه آب لب شور به روش الکترو دیالیز را پشت سر گذاشته و همزمان میزان ریکاوری آب را بالاتر برد. سناریوهای بررسی شده در این مطالعه در شکل زیر مشخص گردیده اند:
نمودار زیر نشان دهنده وابستگی بین هزینه ویژه آب تولیدی بر اساس غلظت شوری آن دارد:
از طرف دیگر نمودار زیر نشان دهنده وابستگی بین هزینه حاشیه ای تولیدی و غلظت شوری آب سیرکوله شده در سیستم الکترو دیالیز آن دارد:
نمودار بعدی نشان دهنده امکان صرفه جویی در مصرف انرژی در صورت شیفت دادن سیستم الکترو دیالیز به خروجی شورآبه سیستم تصفیه آب اسمز معکوس دارد:
منبع:
The benefits of hybridising electrodialysis with reverse osmosis