نمک زدایی و تصفیه آب با استفاده از چه روش هایی انجام می شود؟

نمک زدایی و تصفیه آب روشی است، که برای رهایی از مواد شیمیایی نامطلوب، آلاینده های طبیعی و هم چنین مواد جامد معلق از آب مورد استفاده قرار می گیرد. آب برای آشامیدن ضد عفونی می شود، اما تصفیه آب ممکن است برای مقاصد مختلف شامل کاربردهای شیمیایی، پزشکی، دارویی یا سایر کاربردهای صنعتی در نظر گرفته شود. روش نمک زدایی از آب شامل روش های فیزیکی مانند ته نشینی، تقطیر و فیلتراسیون؛ روش های بیولوژیکی مانند فیلترهای شنی یا کربن فعال بیولوژیکی؛ روش های شیمیایی مانند انعقاد، لخته سازی و کلرزنی، علاوه بر استفاده از روش های الکترومغناطیسی مانند اشعه فرابنفش می باشد. 

با امکان استفاده از آب اقیانوس ها و منابع آب شور دیگر که بزرگ ترین مخازن آب جهان هستند، نمک زدایی راه حلی برای حل مشکلات و بحران های کمبود آب است. نمک زدایی در بیش از 100 کشور در سراسر جهان شامل امارات متحده عربی، عمان، مالت، پرتغال، یونان، هند، چین، اسپانیا، قبرس، عربستان سعودی، ژاپن و استرالیا اجرا می شود. در سراسر جهان، دستگاه های تصفیه آب صنعتی بیش از 3.5 میلیارد گالن آب آشامیدنی در روز تولید می کنند. فناوری نمک زدایی آب دریا که برای چندین دهه قابل دسترسی بود، پیشرفت های چشمگیری در بسیاری از مناطق جهان مانند خاورمیانه، مدیترانه و کارائیب داشته است.

آب دریا و آب های لب شور دیگر دو منبع مهم برای فناوری های نمک زدایی محسوب می شوند.  انتظار می رود با پیشرفت تکنولوژی های مختلف تصفیه آب، طیف گسترده ای از ابتکارات در حوزه آب و برق باعث بهبود بازار نمک زدایی آب دریا شود. افزایش بحران آب در سراسر جهان، جنبه کلیدی برای افزایش نیاز بازار به نمک زدایی آب در سال های پیش رو می باشد.

فناوری های تصفیه آب

اهداف تصفیه آب، حذف ترکیبات نامطلوب آب است، که آن را برای نوشیدن یا مطابقت با یک هدف خاص در کاربردهای صنعتی قابل استفاده می کند. به طور کلی تکنیک های مختلفی برای از بین بردن ناخالصی ها از جمله میکرو ارگانیسم ها، مواد جامد معلق و مواد آلی و دیگر آلاینده های غیر محلول یا آلاینده های دارویی مقاوم در محیط زیست ارائه شده است.

انتخاب روش تصفیه آب به خواص آب بستگی دارد، هزینه سرمایه سیستم تصفیه و نیازهای پیش بینی شده برای آب تصفیه شده بستگی دارد. روش هایی که در زیر مورد بحث قرار می گیرند برخی از روش هایی است، که به طور منظم در سیستم های نمک زدایی و تصفیه آب استفاده می شوند. تعداد کمی از این روش ها با توجه به مقیاس تصفیه آب و ویژگی های آب ورودی ممکن است استفاده نشوند.

مراحل پیش تصفیه آب

1- پمپاژ: آبی که باید تصفیه شود، از منبع خارج می شود و یا باید توسط پمپ ها به سیستم لوله کشی یا مخازن ذخیره سازی هدایت شود. برای جلوگیری از آلودگی های مجاور آب، این زیرساخت باید از مواد با کیفیت ساخته شده باشد و به گونه ای مونتاژ شود که آلودگی های برنامه ریزی نشده صورت نگیرد.

2- غربالگری: مرحله اولیه در تصفیه آب های سطحی، از بین بردن جامدات بزرگ مانند برگ ها و زباله های بزرگ می باشد، که ممکن است بر مراحل تصفیه نیز تاثیر بگذارد. اکثر آب های زیر زمینی عمیق نیازی به غربالگری قبل از مراحل تصفیه ندارند.

3- تنظیم PH: مقدار PH آب طبیعی نزدیک به 7 است، در حالی که PH آب دریا از 7.5 تا 8.4 در محدوده قلیایی متوسط متغیر است. PH آب می تواند بسیار متغیر باشد، که به زمین شناسی سفره آب یا حوضه آب بستگی دارد و وجود آلاینده ها نیز بر روی آن تاثیر می گذارد. برای آب اسیدی، می توان از هیدروکسید سدیم، آهک یا خاکستر سودا برای افزایش PH در فرایند تصفیه آب استفاده کرد. اضافه کردن آهک به آب، غلظت یون کلسیم را افزایش می دهد، در نتیجه باعث افزایش سطح سختی آب می شود. افزایش PH آب باعث کمک به فرایندهای انعقاد و لخته سازی می شود. 

4- انعقاد و لخته سازی: اولین گام در اکثر روش های تصفیه آب معمولی، اضافه کردن مواد شیمیایی مخصوص برای سهولت در حذف ترکیبات معلق موجود در آب است. با استفاده از مواد منعقد کننده معدنی، ذرات در عرض چند ثانیه با هزینه بسیار کم خنثی می شوند. 

5- رسوب گذاری: اثر بخشی یک سیستم ته نشینی به سرعت ته نشینی ذرات معلق، حجم، مساحت مخزن و سرعت جریان در مخزن بستگی دارد. مخزن مورد استفاده باید که لجن ایجاد شده توسط جریان آب را مختل نکند و فعل و انفعالات ذرات ته نشین شده را تقویت کند.

6- شناورسازی هوای محلول (DAF): زمانی که ذرات معلق به راحتی با روش های ذکر شده ته نشین نشوند، از شناورسازی هوای محلول به طور منظم برای تصفیه آب استفاده می شود. بعد از فرایندهای انعقاد و لخته سازی، آب تصفیه شده به مخازن سیستم DAF هدایت می شود. پخش کننده های هوا در پایه مخزن برای ایجاد حباب های وای متصل به لخته استفاده می شوند، که باعث ایجاد یک توده شناور معلق از لخته مورد نیاز می شود. لخته شناور از کف جدا شده و آب شفاف از پایه مخزن DAF خارج می شود. 

7- فیلتراسیون: فیلترهای شنی تند رایج ترین انواع فیلترهای مورد استفاده در تصفیه آب هستند. در این فیلترها با استفاده از کربن فعال، زغال سنگ آنتراسیت، سیلیس و ... آب تصفیه می شود. آب با عبور از بستر این مواد آلاینده ها و ذرات معلق خود را از دست می دهد. 

8- ذخیره سازی: آب ممکن است برای فواصل زمانی بین چند روز تا چند ماه در مخازن ذخیره شود تا فرایند تصفیه بیولوژیکی رخ دهد. اگر تصفیه اب از طریق فیلترهای شنی کند انجام شده باشد، این امر حیاتی است. 

9- کلر زنی: در بسیاری از روش های تصفیه آب برای جلوگیری از فولینگ ارگانیسم های موجود در آب در لوله ها و تانک ها از کلرزنی استفاده می شود، تا رشد و فولینگ این عوامل کاهش یافته و کنترل شوند. 

10- سایر روش های پیش تصفیه آب: علاوه بر روش های گفته شده در بالا، روش های زیر نیز بسته به هدف تصفیه آب و نوع آب ورودی می توانند در بخش پیش تصفیه دستگاه مورد استفاده قرار گیرند:

•    تبادل یونی: در سیستم های تبادل یونی، از رزین های تبادل یونی برای حذف عوامل سختی و یون های نامطلوب آب استفاده می شود. یون های منیزیم و کلسیم عامل سختی آب با یون های سدیم و پتاسیم جایگزین می شوند و سختی آب کاهش می یابد. 

•    فیلتر ممبران اولترافیلتراسیون (UF): غشاهای پلیمری یا سرامیکی با منافذ میکروسکوپی برای حذف مواد محلول و جلوگیری از استفاده از منعقد کننده استفاده می شود. این نوع غشا هم چنین برای حذف باکتری ها، ویروس ها، سموم انتهایی و دیگر عوامل بیماری زا استفاده می شود و هم چنین بیش تر کدورت آب را از بین می برد.

فناوری های نمک زدایی از آب

هیچ تکنیک واحدی برای نمک زدایی از آب وجود ندارد. اولین روش های استفاده شده بر اساس تقطیر یا تبخیر حرارتی آب دریا در مقیاس بزرگ بود. از دهه 1970 برای تصفیه و نمک زدایی آب از روش های غشایی بیش تر استفاده می شد. فناوری های غشایی برای نمک زدایی آب دریا و آب شور استفاده می شوند. 

فناوری های غشایی می توانند میکروارگانیسم ها و بسیاری از آلاینده های طبیعی را از بین ببرند، هزینه کمتری دارند و در مقایسه با سیستم های حرارتی به انرژی کمتری نیز نیاز دارند. انواع مختلف روش های نمک زدایی از آب شامل موارد زیر می باشد:

1- تقطیر ناگهانی چند مرحله ای

تقطیر رایج ترین فرایند نمک زدایی از آب است و روش تقطیر ناگهانی چند مرحله ای (MSF) برای نمک زدایی از آب دریا استفاده می شود. از فرایندهای حرارتی تصفیه آب برای کاربردهایی استفاده می شود، که برای تصفیه با روش RO با معکوس الکترودیالیز (EDR) قابل اجرا نیستند، برای مثال آب ورودی با شوری و TDS بالای 50,000 میلی گرم در لیتر.

به طور کلی، فرایندهای تقطیر ناگهانی چند مرحله ای و اسمز معکوس حدود 80% ظرفیت آب شیرین کن های جهان را تشکیل می دهند. 

2- نمک زدایی چند اثره

فرایند تقطیر چند اثره را می توان در ظرفیت های مختلف اعمال کرد. برای مثال سیستم های کوچک MED با ظرفیت 500 متر مکعب در روز برای نمک زدایی در دهه 1960 ایجاد شدند.

3- فشرده سازی بخار

فناوری نمک زدایی فشرده سازی بخار برای کارخانه های نمک زدایی آب دریا در مقیاس کوچک تا متوسط استفاده می شود. دو رشو برای فشرده سازی بخار (VC) وجود دارد: فشرده سازی بخار مکانیکی (MVC) که معمولا به صورت الکتریکی هدایت می شود، یا فشرده سازی بخار حرارتی (TVC) که دارای انواع پیکربندی می باشد.

4- الکترودیالیز و الکترودیالیز معکوس

فرایند نمک زدایی الکترودیالیز به نوعی شبیه فرایند تبادل یونی می باشد، در انتخاب غشاهای انتخابی کاتیونی و آنیونی برای جداسازی یون های باردار متفاوت است. 
آب بین الکترود منفی و یک الکترود با کیفیت بالا منتقل می شود. غشاهای تبادل یونی تنها به یون های با کیفیت بالا اجازه می دهند، که از آب ورودی به سمت الکترود منفی و یون های منفی به الکترود مثبت منتقل شوند. مشابه فرایند تصفیه تبادل یونی، آب خالص با دیونیزاسیون تولید می شود. 

5- اسمز معکوس

غشای اسمز معکوس یا فیلتر ممبران RO به عنوان بهترین روش فیلتراسیون شناخته می شود. اسمز معکوس امکان حذف ذرات کوچک و مواد آلی محلول را فراهم می کند. هم چنین برای تصفیه مایعات مختلف شامل گلیکول و اتانول، دفع سایر یون ها و آلاینده ها نیز از RO استفاده می شود. فرایند اسمز معکوس، یک فرایند مبتنی بر هدایت سیال از طریق غشا با استفاده از پمپ فشار است. با نیروی محرکه مورد نیاز با افزایش غلظت جریان پساب افزایش می یابد.
روش تصفیه آب RO می تواند پروتئین ها، ذرات، باکتری ها، نمک ها، رنگ ها و سایر آلاینده هایی که وزن مولکولی بیش تر از 150 تا 250 دالتون دارند را دفع کند. 

6- نانوفیلتراسیون

ممبران های نانوفیلتراسیون (NF)، غشایی با اندازه منافذ 0.5 و 2 نانومتر و فشار کاری بین 5 تا 40 بار کار می کنند. از NF برای تصفیه آب دارای مولکول های آلی، قندها و نمک های چند ظرفیتی استفاده می شود. مواد غشایی نانوفیلتراسیون بیش تر از پلیمرهاییی مانند پلی اتر سولفون، پلی آروماتیک، پلی آمید و فنیلن اکسید ساخته شده اند.

7- نمک زدایی غشایی

نمک زدایی غشایی را می توان به عنوان یک روش نمک زدایی در کاربردهای تجاری دانست. تقطیر غشایی ترکیبی از تقطیر و RO با استفاده از غشای مصنوعی آبگریز می باشد تا بخار آب را از طریق منافذ غشا عبور دهد و مانع از عبور محلول شود.

8- اسمز مستقیم

اسمز مستقیم (FO) یک فرایند تجاری جدید برای تصفیه آب است، که برای نمک زدایی آب با استفاده از اختلاف غلظت نمک به عنوان نیروی محرکه از طریق غشا استافده می شود. اگر در یک طرف غشا آب ورودی مانند آب دریا وجود داشته باشد، در طرف دیگر محلول قابل استفاده مجدد فشار اسمزی بالاتر وجود دارد.

استفاده از روش های نمک زدایی و شیرین سازی منابع آب لب شور و آب شور سال های زیادی است، که برای تامین آب در کاربردهای مختلف صنعتی و مصارف شرب مورد استفاده قرار می گیرد. با توجه به بحران و کمبود منابع آب شرب، شیرین سازی آب دریا نیز به برنامه های کاربردی تصفیه و تامین آب آشامیدنی بسیاری از کشورها اضافه شده است. 
انتخاب این که چه روش تصفیه آبی از موارد گفته شده در بالا برای هدف و کاربرد شما نیاز است، بستگی به نوع آب ورودی، هدف تصفیه آب و ... دارد. اگر برای کاربرد مورد نظر خود نیاز به آب تصفیه شده و شیرین سازی آب شور یا لب شور دارید، می توانید برای کسب اطلاعات بیش تر در رابطه با دستگاه های تصفیه آب صنعتی در ظرفیت مختلف از طریق تماس تلفنی با کارشناسان تصفیه آب آبین در ارتباط باشید.