آب شیرین کن صنعتی آب دریا یکی از چالش های اصلی پیش روی دنیای امروز از حیث کاهش هزینه تولید آب شیرین است. یکی از جدیدترین روش های تصفیه آب دریا و شیرین سازی آن جهت مصارف مختلف صنعتی، کشاورزی و شرب، سیستم های تصفیه آب بهینه سازی شده بر اساس پایه فرایندی اسمز معکوس می باشند. روش جدید که با نام DSARO [Draw Solution Assisted Reverse Osmosis] شناخته می شود و تحت برررسی اقتصادی و مهندسی قرار گرفته است و فرایند آن بر اساس هدف گذاری کاهش هزینه نهایی آب تولید شده، طراحی شده است. این مطالعه به معرفی متغیرهای درگیر و حساسیت وزن آنها در تحلیل اقتصادی پرداخته و در نهایت میزان صرفه جویی در هزینه نهایی را تعیین می نماید..

تصفیه آب دریا با سیستم اسمز معکوس به روش متداول فعلی در مقایسه با روش مطروحه در این مطالعه نیازمند ۱۰% هزینه مخصوص بالاتر برای شیرین سازی آب دریاست که اگر در دو مرحله ایجاد گردد می توان به روش جدید رسید و کاهش ۱۰ درصدی هزینه ها دست یافت. کاهش فشار اسمزی ممبران اسمز معکوس یکی از راهکارهای اصلی کاهش مصرف انرژی است. فشار کاری مورد نیاز برای رسیدن به ریکاوری کلی ۴۰% در مرحله اول روش جدید حدود ۳۵ بار و در مرحله دوم حدود ۳۰ بار می باشد. با توجه به پایین تر بودن فشار کاری نسبت به روش های متداول تصفیه آب دریا به روش اسمز معکوس، هزینه سرمایه گذاری اولیه و تعویض ممبران ها کاهش می یابند.

بلوک دیاگرام پایه برای فرایند تصفیه آب دریا با روش اسمز معکوس بهینه شده با سیستم DSARO در شکل زیر مشخص شده است:

تشریح فرایند DASRO

این فرایند متشکل از ۲ قسمت عمده می باشد که در ادامه به آنها اشاره خواهد شد. قسمت اول، فرایند اسمز معکوس پاس ۱ که به صورت مرسوم امروزه در دنیا استفاده می شود و قسمت دوم، اسمز معکوس پاس ۲ که با باز چرخانی آب ریجکت آن به پاس ۱ همراه است.

فرایندDASRO  بدین گونه است که، آب خام ورودی دریا با فرض استفاده از پیش تصفیه مناسب وارد RO اول می شود. آب کانستنریت پاس ۲ که غلظت پایین تری نسبت به اب خام دریا به تنهایی دارد نیز وارد ساید پرمیت پاس ۱ می شود. از انجایی که اختلاف فشار اسمزی اب دریا و اب رقیق شده داخل ممبران پاین تر از فشار اسمزی اب دریا به تنهایی می باشد، فشار مورد نیاز برای غلبه به فشار اسمزی در پاس ۱ کاهش پیدا می کند. به منظور صرفه جویی در انرژی استفاده از انرژی ریکاوری قبل از ممبران پاس یک و پاس ۲ ضروری است. اب پرمیت پاس یک وارد پمپ فشار قوی شده و به عنوان خوراک پاس ۲ استفاده می شود. ریجکت پاس ۲ پس از عبور از انرژی ریکاوری ثانویه وارد پرمیت ساید پاس ۱ می شود.

مقایسه بین سه روش تصفیه آب دریا به روش اسمز مستقیم، اسمز معکوس متداول و اسمز معکوس بهینه شده همگی با استفاده از ممبران آب دریا در این مطالعه در شکل زیر قابل تشخیص است:

بلوک دیاگرام سیستم بهینه تصفیه آب دریا به روش DSARO و تجهیزات مورد نیاز آن در شکل زیر ارائه شده است (شکل بالا: اسمز معکوس مرحله اولیه – شکل پایین: اسمز معکوس مرحله ثانویه)تغییر عمده در فرایند DASRO نسبت به اب شیرین کن های معمولی بدین ترتیب است که یک RO یک استیج با پمپ فشار قوی تبدیل به RO2 استیج با پمپ فشار پایین می شود. با این دستاورد که تجهیزات فشار قوی از جمله لوله و اتصالات، پمپ، ممبران و وسل ها تبدیل به فشار پایین شده اند طبیعی است که میزان هزینه اولیه، کاهش یافته و همچنین خطر فولینگ برگشت ناپذیر که مشکل عمده خرابی بسیاری از ممبران هاست کاهش می یابد که با این احتمال هزینه بهره برداری نیز همچون سرمایه گذاری کاهش می یابد.

اثرگذاری بازچرخانی شورآبه و تاثیر غلظت شوری آن در هر مرحله و در مرحله قبل در کاهش فشار مورد نیاز سیستم اسمز معکوس و کاهش هزینه ویژه در تصفیه آب به روش اسمز معکوس در نمودار زیر نشان داده شده است. به طور طبیعی افزایش غلظت جریان بازچرخانی ناشی از شورابه پاس دوم منجر به افزایش مصرف انرژی و فشار در پاس دوم و کاهش مصرف انرژی و فشار در پاس اول می شود.

تاثیر میزان نسبت دبی آب بازچرخانی شده به دبی ورودی بر روی دو پارامتر فشار مورد نیاز و انرژی مخصوص در نمودارهای زیر مشخص شده اند. با افزایش نسب آب بازچرخانی نسبت به آب خام ورودی مصرف انرژی ویژه افزایش می یابد. این در حالی است که تغییرات این نسبت تأثر چندانی روی فشار پاس دوم اسمز معکوس ندارد.

در نهایت جدول مقایسه هزینه ها و میزان کاهش آنها در تصفیه آب دریا به روش اسمز معکوس بهینه شده توسط DSARO نسبت حالت عادی آن در جدول زیر مشخص شده است. مقایسه هزینه های سرمایه گذاری اولیه و هزینه های سرمایه گذاری نشان می دهد که فرایند پیشنهادی از لحاظ اقتصادی نسبت به فرایندهای متداول اسمر معکوس برتری دارد. کاهش هزینه انرژی مصرفی یکی از دلایل اصلی برتری اقتصادی این طرح است.

منبع:

Cost-based feasibility study and sensitivity analysis of a new draw solution assisted reverse osmosis (DSARO) process for seawater desalination