دستگاه تصفیه آب دریا

انواع سیستم های تصفیه آب دریا با تبدیل آب شور دریا به آب شیرین، مشکل کمبود آب در بسیاری از صنایع را برطرف کرده و باعث تامین آب مورد نیاز در بخش های کشاورزی، صنعت نفت و گاز، دامداری و … شده اند. در تصفیه آب دریایی که به چند روش مختلف انجام می گیرد، مقدار نمک موجود در آب های شور کاهش می یابد و مناسب برای استفاده می شود.

روش های تصفیه آب دریا در یک تقسیم بندی، در سه دسته تصفیه آب دریا با روش های حرارتی، تصفیه آب دریا با روش های غشایی و تصفیه آب شور با روش های ترکیبی قرار دارند. هر کدام از روش هایی که برای تصفیه آب دریا به کار گرفته می شوند نیاز به دستگاه ها و تجهیزات متفاوتی دارند که در بخش های بعدی بررسی خواهیم کرد. لطفا همراه ما بمانید.

چرا دستگاه تصفیه آب دریایی؟

افزایش تقاضای مردم برای آب شیرین در مناطق شهری و صنعتی که در مناطق خشک و نیمه خشک هستند، مسئولان را ترغیب کرده‌است که به دنبال منابع آب تجدیدپذیر جایگزین باشند. در سراسر دنیا، فناوری اسمز معکوس دریایی (SWRO) به یک منبع تأمین ضروری و مهم برای تولید آب شیرین در این مناطق نام برده شده تبدیل شده‌اند.

با این حال، پساب دستگاه آن‌ها به طور کامل و درست مورد بررسی قرار نگرفته است. دستگاه تصفیه آب صنعتی برای تصفیه آب دریا و یا آب زیرزمینی با شوری زیاد، با TDS <40000 میلی‌گرم در لیتر مواد کل جامد محلول در آب TSS>30 طراحی شده‌اند.

فرآیند این سیستم به طور مختصر شامل پیش تصفیه (فیلتر شنی،آنتراسیت، کربنی و میکروفیلتر) و غشا ممبران می‌باشد. این موضوع را هم باید افزود که کیفیت آب خروجی مطابق آب خوراکی استاندارد است.

تصفیه آب دریا با روش های غشایی

تصفیه آب دریا با روش های غشایی، روش کاربردی به شمار می آید. تصفیه آب دریا با روش های حرارتی فرایندی زمان بر و پر هزینه هستند ضمن اینکه نیاز به راه اندازی تجهیزات زیادی دارند در حالی که می توان با روش های غشایی آب دریا را با هزینه و تجهیزات کمتر تصفیه کرد.

از جمله روش های غشایی مورد استفاده برای نمک زدایی آب های شور دریا، شامل موارد زیر هستند :

اسمز مستقیم

در سیستم آب شیرین کن دریایی اسمز مستقیم از غشای نیمه تراوا جهت جداسازی ذرات ناخالص از آب استفاده می شود. نیروی محرکه این فرایند، اختلاف فشار اسمزی بین یک محلول با غلظت بالا (کشنده) و یک محلول با غلظت کمتر (خوراک) است.

اختلاف فشار اسمزی باعث راه اندازی جریانی از آب با غلظت کمتر از طریق غشا به محلول کشنده می‌شود و موجب تغلیظ محلول خوراک که می ‌تواند آب دریا، پساب یا آب خیلی شور باشد، می گردد.

در روش تصفیه آب دریایی اسمز مستقیم، مصرف انرژی کمتری وجود دارد و در نتیجه هزینه علمیات شیرین سازی آب کاهش می یابد.

تصفیه آب دریا با اسمز معکوس RO

اسمز معکوس یک روش بسیار پر استفاده در صنعت تصفیه آب دریایی است که بر خلاف اسمز مستقیم عمل می کند. در این روش، آب با فشار ناشی از پمپ فشار یا پمپ طبقاتی از یک غشای نیمه تراوا عبور می کند و منافذ کوچک غشاء باعث می شوند که نمک و املاح موجود در آب نتوانند عبور کنند.

استفاده از سیستم اسمز معکوس نه تنها برای شیرین سازی آب دریا بلکه در صنایع مختلف پرورش دام، پرورش ماهی، پرورش طیور، دامداری، کشاورزی، پزشکی و آزمایشگاهی و … نیز کاربرد دارد و در عمل از بین بردن املاح، باکتری ها و آلودگی های موجود در آب خیلی قوی عمل می کند.

اسمز معکوس در واقع یک فرایند جدا سازی غشایی است که متناسب با درجه شوری آب، دستگاهی با پمپ فشار متناسب نیاز است. آب دریا به دلیل داشتن املاح فراوان و شوری زیاد نیاز به دستگاهی با انرژی بالا دارد زیرا هر چه شوری آب بیشتر باشد، سنگین تر است و باید فشار بالاتر و انرژی بالاتری مصرف شود.

سیستم‌ های اسمز معکوس تصفیه آب دریا یک مرحله پیش تصفیه هم دارند که در این مرحله، جلبک ها، باکتری ها، ذرات پلانکتونی و بسیاری دیگر از ذرات زنده و غیر زنده‌ آب از بین می روند.

اجزای سیستم تصفیه آب دریایی اسمز معکوس

سیستم تصفیه آب اسمز معکوس از دستگاه های تصفیه صنعتی مناسب برای آب دریاست که از اجزای اصلی زیر تشکیل شده است :

سیستم پیش تصفیه

سیستم پیش تصفیه دستگاه تصفیه آب اسمز معکوس شامل فیلتر های شنی، کربنی و میکرونی است که آب را از این سه فیلتر عبور داده و بسیاری از املاح و ناخالصی های آن را حذف می کند.

در بعضی از دستگاه های آب شیرین کن دریایی اسمز معکوس از سیستم های اولترافیلتراسیون (uf) از جنس FRP-PE و فیلترهای دیسکی از جنس پلی اتیلن (PE) نیز در بخش پیش تصفیه استفاده می شود تا کدورت آب به حداقل ترین مقدار ممکن برسد.

آب دریا قبل از ورود به دستگاه تصفیه آب اسمز معکوس، به دلیل آنکه خاصیت قلیایی بالا و آلاینده های زیادی دارد، وارد سیستم های کلرزنی و تزریق اسید می شود و با در نظر گرفتن اینکه کلر و اسید برای ممبران ها آسیب زا هستند، فیلترهای کربنی در دستگاه حضور دارند تا مانع از تخریب ممبران شوند.

پمپ فشار قوی

پمپ فشار قوی استفاده شده در دستگاه تصفیه آب اسمز معکوس باید با آب دریا سازگار باشد و بتواند فشار بالا برای تصفیه آب شور دریا را تامین کند.

پمپ های استفاده شده در این دستگاه از استیل ساخته می شوند که بر اساس میزان شوری آب می توان از استیل های 316، 304، 916 و 2205 استفاده کرد اما استفاده از استیل 316 ریج تر است. پمپ سیستم تصفیه آب صنعتی باید بر اساس میزان شوری و غلظت بالای آلودگی های آب انتخاب شود.

ممبران اسمز معکوس دریایی

ممبران اسمز معکوس دریایی از جنس پلی آمید می باشد که می تواند نمک و املاح آب دریا را تا 99 درصد حذف کند. با توجه به ظرفیت تصفیه آب مورد نظر بر اساس لیتر یا متر مکعب در شبانه روز، از ممبران های دریایی 4 یا 8 اینچ استفاده می شود.

تابلو برق و تجهیزات کنترلی و اندازه گیری

برای انجام تنظیمات لازم در سیستم تصفیه آب دریایی، تجهیزاتی مانند مانند TDS متر، PH متر، EC متر، orp متر برای اتصال به سیستم PLC در دستگاه استفاده می شوند.

فلومترهای مغناطیسی یا ونتوری

برای کنترل دبی آب دریا، از فلومترهای مغناطیسی یا ونتوری و یا سیستم های فلومتر روتاری در بخش های مختلف دستگاه استفاده می شود.

واحد CIP

شستشوی ممبران های دستگاه تصفیه آب دریا توسط خود دستگاه و از طریق واحد CIP انجام می گیرد اما در صورت لزوم می توان برای از بین بردن رسوبات ناشی از عناصر و آلاینده های آب، از شوینده های اسیدی و قلیایی متناسب با نوع رسوبات هم استفاده کرد.

سیستم لوله کشی

سیستم لوله کشی دستگاه تصفیه آب اسمز معکوس از نوع استیل انتخاب می شود که با آب دریا سازگاری دارد. در لوله کشی دستگاه، جوشکاری آن اهمیت زیادی دارد تا مانع از نشتی و خوردگی شود به همین دلیل از جوشکاری آرگون استفاده می شود.

مخازن

مخازن دستگاه آب شیرین کن دریایی اسمز معکوس شامل مخزن آب ورودی و تزریق مواد شیمیایی است. مخازن دستگاه تصفیه آب دریا باید از جنس پلی اتیلن، مخزن FRP ،GRP یا استیل انتخاب شوند.

تصفیه آب دریا با الکترودیالیز

الکترودیالیز متشکل از یک منبع جریان مستقیم و تعدادی کانال جریان با غشاهای انتخاب پذیر آنیونی و کاتیونی است که این غشاها به صورت یک در میان از هم جدا می شوند. برای شیرین سازی آب دریا، می توان از سیستم الکترودیالیز استفاده کرد و در این روش از الکتریسیته به ‌عنوان نیروی محرکه استفاده شود.

در فرایند الکترودیالیز، آب های شور دریا به صورت موازی وارد کانال های مجزا می شوند و سپس کاتیون ها و آنیون ها با توجه به اختلاف پتانسیل اعمالی در جهت مخالف حرکت می ‌کنند.

انواع پمپ برای دستگاه تصفیه آب دریا

برای پمپ های تصفیه آب دریایی می توان انواع پمپ با قدرت فشار و راندمان های متفاوت را انتخاب کرد که در این بخش توضیح می دهیم :

• پمپ های سانترفیوژ : پمپ های سانترفیوژ پمپ هایی با راندمان بسیار بالا هستند که عمدتا برای دستگاه های تصفیه اب صنعتی سایز کوچک استفاده می شوند.
• پمپ های پیستونی : پمپ های پیستونی آب را با فشار زیاد به سمت جلو هدایت می کنند و قادرند فشاری تا هزار پی اس ای را ایجاد کنند. لرزش بالای پمپ پیستونی در هنگام کار، از نقاط منفی آن است که می تواند باعث آسیب به سیستم شود.

تفاوت تصفیه آب دریایی با سایر تصفیه آب های صنعتی

آب دریا به طور متوسط دارای شوری حدود 3.5 درصد است یعنی در هر لیتر از آب حدود 35 گرم نمک وجود دارد و دارای چگالی متوسطه 1.025 کیلوگرم در لیتر است.

آب دریا به نسبت آب شیرین متراکم تر است زیرا نمک های حل شده باعث افزایش جرم نسبت به حجم می شوند و با افزایش غلظت نمک، نقطه انجماد آب نیز کاهش می یابد.

این تفاوت ها باعث می شوند که تجهیزات مورد استفاده برای تصفیه آب دریا با سایر آب ها متفاوت باشند. از جمله آنکه پمپ فیلتر شنی، پمپ فشار قوی، پرشر وسل، ممبران، لوله کشی استیل و … برای دستگاه تصفیه آب دریایی نیاز هستند اما برای تصفیه آب در سایر صنایع شاید لزومی به پمپ های فشار قوی و یا لوله کشی استیل نباشد.

قیمت و خرید دستگاه تصفیه آب دریایی در ایران

برای سفارش ساخت سیستم تصفیه آب دریایی در یک شرکت مهندسی که این دستگاه ها را تولید می کند، لازم است یکسری پارامتر ها را مد نظر قرار دهید. نکته اول، بررسی ظرفیت دستگاه است بدین معنا که متناسب با آبی که قرار است در شبانه روز تصفیه شود، دستگاه با ظرفیت مناسب طراحی گردد. معمولا ظرفیت تولید دستگاه دریایی از 2 متر مکعب در شبانه روز به بالا محاسبه می شود.

نوع قطعات مورد استفاده در دستگاه تصفیه آب دریایی نیز روی قیمت آن تاثیر می گذارند. توان و برند پمپ های استفاده شده در دستگاه، لوله کشی فشار پایین یا فشار بالای دستگاه، پرشر وسل های استفاده شده در دستگاه، شاسی استیل و آهن، گیج فشار خطی یا تابلویی، فلومتر خطی، تابلو برق دستی یا PLC و … نیز می‌ توانند تاثیر مستقیمی در قیمت تمام شده دستگاه داشته باشند.

ویژگی‌ها و مزیت‌های یک آب شیرین کن دریایی خوب

نگرانی‌ها در مورد کمبود آب‌های سطحی از یک طرف و آب دریا به عنوان منبع نامتناهی آب از طرف دیگر مورد توجه دنیا قرار گرفته‌است. به همین دلیل استفاده از اسمز معکوس دریایی (SWRO) برای تهیه آب شیرین برای مصارف انسانی در بین فناوری‌های آب شیرین کردن افزایش یافته است. با این حال SWRO هنوز نیاز به انرژی بسیار زیادی دارد. از این رو یکی از مهمترین ویژگی های یک دستگاه تصفیه آب صنعتی دریایی انرژی دستگاه است.

بهینه سازی انرژی در دستگاه آب شیرین کن دریایی

بهتر است که بدانید پمپ‌های فشار قوی که در واحدهای آب شیرین‌کن دریاها مورد استفاده قرار می‌گیرند، بیشترین مصرف انرژی را دارند. این روزها تمام تولیدکنندگان دستگاه‌های آب شیرین کن به دنبال راهی برای بهینه‌سازی انرژی در پمپ‌های فشار قوی هستند.

یکی از اساسی‌ترین اقدامات در زمینه بهینه سازی مصرف انرژی استفاده از انرژی جریان شورابه می‌باشد. کلیه آب شیرین کن‌ها باید با استفاده از یک پیش تصفیه اصولی و مجهز، محافظت شوند. پیش تصفیه مناسب در تاسیسات شیرین سازی آب دریا به روش اسمز معکوس در افزایش طول عمر، کمیت آب، کیفیت و بهینه سازی تجهیزات تأثیرگذار است.

انواع برداشت آب از دریا

از مهم‌ترین بخش‌های آب شیرین کن‌های دریایی نوع برداشت آب از دریا می‌باشد. ویژگی‌های موجود در آب خام اقیانوس‌ها مانند: کدورت، فعالیت باکتری‌ها، شکوفایی جلبکی و … به طرزعجیبی به نوع آبگیر دستگاه آب شیرین کن بستگی دارد.

این روزها در برداشت آب از دریا از دو روش پرکاربرد آبگیرهای زیرزمینی و آبگیرهای سطحی استفاده می‌کنند. در آبگیرهای زیرزمینی و یا آب‌های شور زیرزمینی و یا حتی آبخوان شور ساحلی برای جمع‌آوری آب خام برای شیرین کردن آب استفاده می‌کنند. در آبگیرهای سطحی آب‌های خام را مستقیما از دریاها به آب شیرین کن‌های دریایی انتقال می‌دهند.

آبگیر سطحی دریا

آبگیرهایی که در ساحل هستند، کاربرد خوب و مناسبی برای آب شیرین کن‌های بزرگ به صورت حرارتی یا هیبریدی دارند. این آب گیرها یک کانال آبگیر بزرگ و عمیق دارند که به یک حوضچه بتنی مجهز به آشغالگیر میله‌ای درشت و همچنین آشغالگیر‌های کوچک و ایستگاه پمپاژ آب مجهز هستند.

مطابق با شرایط ساحلی که قرار است از آن آب برداشت کنند، این آبگیرها در سواحل شنی با شیب‌های کم و روی سواحل صخره‌ای احداث میشوند. یکی از متداول‌ترین و رایج‌ترین نوع آبگیرها، آبگیرهای سطحی هستند که از سواحل دور می‌باشند و برای آب شیرین کن‌های بزرگ و متوسط به کار برده می‌شوند.

اجزای اصلی سیستم‌های انتقال آب سطحی، شامل: آشغالگیر ریز، تجهیزات الکتریکی، ایستگاه پمپاژ، تجهیزات تزریق مواد شیمیایی، تجهیزات کنترلی، ساختمان آبگیر دور از ساحل هستند.

آبگیر زیر سطحی دریا

در این روش زیرسطحی، آب شیرین کن‌ها آب را به آبخوان‌های شور نزدیک ساحل یا از آبخوان‌های دور از ساحل و زیر کف اقیانوس جمع‌آوری می‌کنند. آب‌هایی که در آبگیرهای زیرسطحی جمع می‌شوند، با فیلتراسیون کند در لایه‌های خاکی در این منطقه پیش تصفیه می‌گردند.

یکی از روش‌های برداشت آب زیر سطحی چاه‌های عمودی ساحلی می‌باشد. در چاه‌های ساحلی به طور معمول محبوس کردن و یا عبور کردن موجودات دریایی خیلی کمتر اتفاق می‎افتد.

به کاربردن آبگیرهای زیرسطحی اثرات زیست محیطی، مانند از دست دادن زیستگاه‌های ساحلی در زمان ساخت و ساز را در پیش دارد. پایین آمدن سطح اکسیژن محلول در آب از مهم‌ترین معایب روش‌های برداشت آب زیر سطحی می‌باشد.

نکات مهم در طراحی آب شیرین کن دریایی

بهتر است که بدانید دستگاه تصفیه آب دریایی، نسبت به دستگاه‌های تصفیه آب صنعتی که آب دریا را تصفیه می‎کنند نسبتا در ایران جدید بوده و ساخت و طراحی آن از اهمیت بالایی نیز بر خوردار است. حال به صورت مختصر به چند نکته آن خواهیم پرداخت.

راندمان و ریکاوری یک سیستم RO دریایی ، از ۸ تا ۴۵ در صد است افزایش تعداد المان، رابطه مستقیمی با افزایش ریکاوری سیستم دارد. هرچه TDS آب ورودی به دستگاه تصفیه آب بالا تر باشد، فشار مورد نیاز بابت انجام عمل تصفیه و یا همان فشار اسمزی نیز بیشتر می‌باشد.

آب شیرین کن‌های دریایی برای تصفیه آب دریا و همچنین شیرین سازی آن به فشار بسیار بالایی برای کار نیاز دارند. به طور معمول برای بهبود ورودی آب دریا به آب شیرین کن دریایی، از چاه برای استحصال استفاده می‌شود. استفاده از دو پمپ طبقاتی به صورت سری در ساخت یک تصفیه آب صنعتی دریایی به هیچ عنوان کار آمد نبوده و حتی باعث ایجاد خسارت به ممبرین دستگاه و در نهایت عدم کارایی آن می‌شود.

جنس، نوع و همچنین مدل پمپ استفاده شده در تصفیه آب صنعتی دریایی، متفاوت از پمپ های معمولی می‌باشد. بهای تمام شده تصفیه آب صنعتی دریایی، بالا تر از یک دستگاه تصفیه آب معمولی است.

به عنوان مثال یک دستگاه با ظرفیت تولید پنجاه متر مکعب آب در شبانه روز، نسبت به یک آب شیرین کن دریایی به ظرفیت پنجاه متر مکعب در شبانه روز، قیمت حداقل ۲.۵ برابری دارد.

سخن آخر