انواع پمپ

تصفیه آب دریایی

تصفیه آب دریا یا تصفیه آب شور فرایندی است که طی آب‌های دریایی و شور به آب‌های قابل مصرف در حوزه‌های کشاورزی، خانگی ، صنعتی و … می‌شوند.

۹۹ درصد از منابع آب شیرین موجود در کره‌ی زمین به شکل‌ یخچال‌های طبیعی وغیر قابل دسترس هستند. تنها ۱ درصد از این منابع برای جانداران قابل استفاده است که به صورت کاملاً نامتوازن در سطح کره‌ی زمین وجود دارد.

از طرفی با وجود رشد روز افزون جمعیت، و افزایش روزافزون آلاینده های شیمیایی موجود در محیط زیست، این منابع نیز پاسخگوی نیاز تمام جهانیان نخواهند بود.

تصفیه آب دریا به روش حرارتی

در فرایند حرارتی از چند مرحله تبخیر و میعان جهت شیرین سازی آب استفاده می‌شود. گرمای تبخیر در این فرآیند مورد بازیابی قرار می‌گیرد تا در مرحله پیش گرمایش آب ورودی مورد استفاده قرار بگیرد. در واقع در این روش‌ها با استفاده از حرارت آب شور را تبخیر کرده و سپس بخار آب را تقطیر می‌کنند تا آبی تقریبا خالص تولید شود. اما برای اینکه آب کاملاً مورد تصفیه قرار گیرد نیاز به استفاده از مواد شیمیایی افزودنی است.

بخاری که در دما و فشار بالا تولید شده نیز مورد انبساط قرار می‌گیرد تا از انرژی آن برق تولید شود.

تصفیه آب دریا به روش الکترودیالیز

در روش الکترودیالیز از نیروی الکتریسیسته به عنوان نیروی محرکه استفاده می شود. چندین کانال جریان موازی با غشاهای که بسته به نیاز بار آنیونی و یا کاتیونی دارند نیز در این فرایند نقش دارند.

آب دریا ابتدا در یک مرحله پیش تصفیه می‌شود تا بار کمتری به سیستم تصفیه آب وارد شود. سپس آب دریا به صورت موازی وارد کانال‌های مجازی آنیونی، کاتیونی شده و با توجه به اختلاف پتانسیل اعمالی عمل تصفیه انجام می‌شود.

تصفیه آب دریا به روش اسمز معکوس یا RO

این روش از سال ۱۹۶۰ تا کنون برای تصفیه آب دریا وشیرین سازی مورد استفاده قرار گرفته است و به دلیل هزینه کم، مصرف انرژی پایین‌تر و کارایی بیشتر نسبت به سایر روش‌ها از برتری برخوردار است.

در روش اسمز معکوس با از بین بردن ۹۹ درصد مواد محلول در آب دریا، عمل تصفیه و شیرین سازی با درصد موفقیت بسیار بالا صورت می‌گیرد.

به دلیل اینکه آب دریا دارای ۲ تا ۴ درصد نمک و شوری است و همچنین سختی آب، ذرات معلق، موجودات ریز دریایی و ناخالصی در آن بسیار دیده می‌شود، باید قبل از استفاده از اسمز معکوس، حتماً از روش‌های پیش تصفیه بهره گرفت.

چگونگی عملکرد سیستم اسمز معکوس

بعد از اینکه آب دریا مراحل پیش تصفیه بالا را پشت سر گذاشت، حالا وارد سیستم شیرین سازی اسمز معکوس می‌شود.

درحالت عادی اگر در دو سمت یک ممبران یا غشای نیمه تراوا دو محلول با میزان غلظت متفاوت داشته باشیم، محلول رقیق‌تر به سمت محلول غلیظ‌تر به حرکت در می آید. به این پدیده طبیعی اسمز گویند.

در سیستم تصفیه اسمز معکوس، فشاری معکوس به دو محلول وارد می‌شود تا محلول غلیظ‌تر را وادار به حرکت به سمت محلول رقیق‌تر کند. این محلول غلیظ‌تر در راه رسیدن به محلول رقیق‌تر از ممبران که دارای منافذ بسیار ریز است، عبور می‌کند. این ممبران به گونه‌ی طراحی شده است که مولکول‌های آب از آن عبور می‌کنند ولی ماده‌های محلول در آب مثل یون‌های نمک عبور داده نمی‌شوند. به این ترتیب آب تصفیه و نمک زدایی می‌شود.

جهت تأمین فشار اسمزی دستگاه که باید از فشار اسمزی آب دریا بیشتر باشد باید از پمپ‌های فشار قوی در دستگاه‌های RO استفاده کرد. در واقع برای پمپاژ آب با فشار بسیار زیاد به سمت ممبران سیستم تصفیه اسمز معکوس استفاده از پمپ‌های فشار قوی اجتناب ناپذیر است. معمولاً از پمپ‌های گریز از مرکز (پمپ‌های پیستونی) و یا نوعی از پمپ جابه‌جایی مثبت در تجهیز سیستم‌های اسمز معکوس استفاده می‌شود.

فیلتر ممبران به کار رفته در سیستم اسمز معکوس از اصلی‌ترین تجهیزات به کار رفته در آن محسوب می‌شود و استفاده درست از آن به منظور افزایش طول عمر ممبران به طور چشم‌گیری در کاهش هزینه‌های نگهداری این سیستم تأثیر گذار است. استفاده از سیستم‌های پیش تصفیه با عملکرد مناسب، بررسی منظم فولینگ ممبران، استفاده از مواد شیمیایی مناسب و … از راه‌های افزایش طول عمر فیلتر ممبران است.

نود و هفت درصد از آب زمین در اقیانوس هاست

نمک زدایی فرآیندی است که در آن آب شور گرفته و به آب آشامیدنی تبدیل می شود. کشورها، شهرداری‌ها، خدمات مسلح و کشتی‌ها مجبورند آب شیرین را با نمک‌زدایی تولید کنند، زیرا آب شیرین محدود است یا در دسترس نیست. فناوری نمک زدایی باعث تولید آب شیرین و همراه با آن پیشرفت های صنعتی در مناطقی می شود که در غیر این صورت ممکن است توسعه نیافته و قابل سکونت باشند. مهمتر از آن، سلامت و رفاه بسیاری از مردم توسط یک منبع قابل اعتماد از آب آشامیدنی تصفیه شده بهبود یافته است. تبدیل آب دریا به آب آشامیدنی چندین مزیت دارد. آب دریا همیشه در دسترس است زیرا 97 درصد آب روی زمین شور است. این یک منبع قابل اعتماد با قابلیت های عرضه به ظاهر نامحدود است. عملیات نمک زدایی را می توان در مناطق ساحلی ایجاد کرد و آب شیرین را به مناطق دوردست فرستاد. نمک زدایی یک فرآیند پیچیده چند مرحله ای است که شامل یک سری تکنیک های تخصصی فیلتراسیون است.

وظیفه اصلی نمک زدایی حذف املاح و مواد معدنی از آب خوراک است. این را می توان با تقطیر انجام داد، اما هزینه های انرژی بسیار زیاد است. بهترین فناوری موجود، فیلتراسیون اسمز معکوس (RO) است.

فرایند پیش درمان

تبدیل آب دریا به آب آشامیدنی در مقایسه با پردازش آب شیرین خام به آب آشامیدنی مناسب برای مصرف، بسیار پیچیده تر است. آب شور و آب دریا علاوه بر "نمک" بودن، مملو از ذرات معلق زنده، مرده، آلی و غیر آلی هستند. هر گالن آب دریا حاوی میلیون ها سلول جلبک زنده و مرده، باکتری و زئوپلانکتون است. تجزیه و تحلیل میکروسکوپی همچنین قطعاتی از گیاهان دریایی ، مخاط ماهی و بی مهرگان به همراه ماسه ، ذرات کربنات و پوسته سخت پوستان را نشان می دهد. آخرین تهدیدی که برای کارخانه های نمک زدایی وجود دارد، اگزوکاربرهای شفاف (TEPs) هستند. یکی از عوامل اصلی ایجاد رسوب، TEP ها کلوئیدهای ژلاتینی هستند (0.4-200 میکرون). ژل ها از سطح جلبک ها، باکتری ها و دیگر موجودات آبزی می آیند. سطح اقیانوس ممکن است حاوی 3000 تا 40000 ذرات TEPs در هر میلی لیتر آب باشد. TEP ها باکتری ها را حمل می کنند و یک منبع غذایی آماده برای تحریک رسوب زیستی در سراسر کارخانه نمک زدایی فراهم می کنند. تمام این مواد معلق با حرکت آب، حرکت شنای پلانکتون ها و جلبک ها و نیروهای الکترواستاتیکی (پتانسیل زتا) به حالت تعلیق در می آیند. مرحله اول فرآیند نمک زدایی بر حذف مواد جامد معلق و کلوئیدها از آب متمرکز است.

فیلتر چند رسانه ای

آب در حال حاضر از طریق یک محفظه چند رسانه ای حاوی لایه هایی از محیط های دانه ای مانند سنگ ریزه، ماسه ریز، گارنت و آنتراسیت فیلتر می شود. سرعت جریان آهسته است تا امکان جذب ذرات را فراهم کند. ذرات معلق مانند یک فیلتر شنی بزرگ در داخل رسانه به دام می افتند. نرخ جریان بر حسب گالن در دقیقه نسبت به فوت مربع محیط فیلتر مشخص می شود. فیلتر چند رسانه ای به صورت دوره ای شستشوی معکوس می شود تا ذرات و زباله های گرفته شده را پاک کند. آب شور همچنین ممکن است به فرآیند خاک دیاتومه برود تا ذرات بیشتری را از بین ببرد. فیلترهای کارتریج رسوبی به عنوان آخرین مرحله پیش تصفیه عمل می کنند. کارتریج های فیلتر پنج میکرونی ذراتی را که از طریق فرآیند انعقاد و لخته سازی می لغزند را جذب می کنند. تعداد ذرات معلق که از این مرحله خارج می شوند نظارت می شود و باید در مشخصات عملیاتی سیستم نگهداری شود تا از گرفتگی غشاء RO جلوگیری شود.

پمپ های فشار قوی

اکنون آب شفاف شده تحت فشار بالا به مجموعه ای از فیلترهای اسمز معکوس پمپ می شود. آب ورودی با فشار بالا (حدود 800 psi) از طریق غشاهای اسمز معکوس مارپیچی وارد می شود. هر چه فشار بیشتر باشد، سرعت حرکت آب شیرین از طریق غشاها بیشتر می شود. دو نوع پمپ آب برای سیستم های RO نمک زدایی استفاده می شود: پمپ های گریز از مرکز و پمپ های جابجایی مثبت. جابجایی مثبت یا "پمپ های پیستونی" اغلب در کارخانه های آب شیرین کن با ظرفیت 1000 تا 100000 گرم در روز استفاده می شود. پمپ های جابجایی مثبت از خروجی آب متغیر (پالسی) و مشکلات ارتعاشی رنج می برند. مهندسی مناسب برای کاهش این مسائل مانند میراگر تخلیه و کاهش سرعت پمپ مورد نیاز است.

فرآیند اسمز معکوس

آب دریا بین 27000 تا 35000 ppm کل جامدات محلول (TDS) متغیر است. دریای سرخ حتی بالاتر از 40،000 تا 45،000 ppm TDS است. اندازه منافذ غشای اسمز معکوس حدود 001/0 میکرون است که حدود 1/100000م قطر موی انسان است. تحت فشار ، آب شیرین از غشا عبور می کند در حالی که آب شور غلیظ حاوی مواد معدنی و آلاینده ها به ضایعات شسته می شوند یا برای بازیافت و پردازش بیشتر ذخیره می شوند.

غشای اسمزی اجازه می دهد تا آب با سرعتی بسیار بالاتر از نمک های محلول از آن عبور کند. برخی از طرح های نمک زدایی از غشاهای RO با بار الکترواستاتیکی برای بهبود جداسازی مواد معدنی و نمک ها از آب استفاده می کنند. سیستم‌های نمک‌زدایی از فیلترهای غشایی اسمز معکوس متعدد برای افزایش میزان تولید آب خالص محصول در روز استفاده می‌کنند. هر محفظه فیلتر RO شامل یک غشای نیمه تراوا با مارپیچ است. فرآیند نمک‌زدایی، یون‌های معدنی و نمک را در اطراف فیلم غشایی در طول فرآیند نمک‌زدایی متمرکز می‌کند. با این حال، اگر نمک ها فراتر از حد اشباع مجاز متمرکز شوند، مقیاس مواد معدنی جامد می تواند روی غشاء ایجاد شود. آنتی اسکالانت به عنوان یکی از الزامات طراحی فرآیند RO برای جلوگیری از تشکیل رسوب مواد معدنی مخرب در داخل سیستم RO اضافه می شود.

غشاهای اسمز معکوس مورد استفاده در سیستم‌های نمک‌زدایی معمولاً دارای نرخ دفع نمک 99 درصد یا بالاتر با نرخ بازیابی 45 درصد یا بالاتر هستند. نرخ بازیابی کمتر برای کاهش شانس تشکیل رسوب در فرآیند نمک‌زدایی حفظ می‌شود. آب بیشتری برای دفع نمک های ایجاد کننده رسوب استفاده می شود. غشاهای RO پرهزینه ترین مواد مصرفی در فرآیند نمک زدایی هستند. به حداقل رساندن آسیب غشا و افزایش عمر مفید یک هدف اصلی کاهش هزینه است. مبادله بین هزینه های جایگزینی غشا، زمان از کار افتادن و تعمیر و نگهداری با نرخ بازیابی کمتر متعادل می شود.

پس از درمان و ذخیره سازی

در این مرحله آب شیرین است اما از نظر بیولوژیکی خالص نیست. آب شیرین ممکن است در معرض یک سیستم ضد عفونی فرابنفش قرار گیرد. هنگامی که میکروارگانیسم هایی مانند جلبک ها، قارچ ها، باکتری ها و انگل ها در معرض اشعه ماوراء بنفش 254 نانومتر قرار می گیرند، به DNA آنها آسیب می رساند و آنها می میرند. قدرت واحد UV بر اساس میکرووات بر ثانیه بر سانتی متر مربع محاسبه می شود. در کارخانه های آب شیرین کن با ظرفیت بالا، جریان آب بین چندین واحد UV تقسیم می شود. این محاسبه دقیق، ضدعفونی مناسب آب را هنگام عبور از لامپ های UV با سرعت مناسب تضمین می کند. آب RO ممکن است با آب زیرزمینی فیلتر شده مخلوط شود تا بافر pH و مواد معدنی مرتبط با آب لوله کشی با طعم خوب اضافه شود. همچنین ممکن است آب قبل از ارسال به سیستم توزیع آب در سطح شهر با مواد ضدعفونی کننده مانند کلر یا کلرامین تصفیه شود.

آیا نمک زدایی معنی دارد؟

سیستم نمک زدایی اسمز معکوس در هر جایی که کمبود آب شیرین و منبع خوبی از آب شور یا دریا وجود داشته باشد قابل توجیه است. در حالی که بسیاری از کارخانه های آب شیرین کن در محیط های خشک و جوامع ساحلی جزیره ساخته شده اند. اما از آنجایی که منابع آب شیرین قابل دوام کمیاب‌تر می‌شوند، هم صنعت و هم شهرداری‌ها از نمک‌زدایی مبتنی بر RO استفاده می‌کنند.