پیشرفت اسمز معکوس برای شیرین سازی آب دریا با کم ترین مصرف انرژی

متنوعی به نام Batch reverse osmosis توسط برخی از دانشمندان کشف شده است، که بازدهی انرژی بالاتر، طول عمر بالای تجهیزات و قابلیت دفع بالای نمک از آب را نسبت به روش اسمز معکوس دارد. تهیه آب شیرین از آب دریا معمولا به مقدار انرژی بیش تری نیاز دارد. گسترده ترین فرایند نمک زدایی از آب اسمز معکوس می باشد، که با جاری شدن آب دریا بر روی غشا با فشار زیاد مواد معدنی از آب حذف می شوند. 

در حال حاضر مهندسان دانشگاه Purdue فرایند متفاوتی به نام batch reverse osmosis را اختراع کرده اند. این روش می تواند در امنیت و سلامت آب در سراسر جهان تغییر اساسی ایجاد کند. روش اسمز معکوس در اغلب کشورها مورد استفاده قرار گرفته است؛ در مناطق خشک خاورمیانه بیش از نیمی از منابع آب آشامیدنی تازه از تاسیسات نمک زدایی تامین می شود. اما سطح بالای فشار مورد نیاز برای این فرایند تا 70 برابر فشار جو می باشد. 

دلیل استفاده از روش batch reverse osmosis

یک دستگاه نمک زدایی باید تعداد زیادی پمپ و تجهیزات دیگر را به کار گیرد و این مقدار زیادی انرژی مصرف می کند. طبق گفته دانشمندان این پروژه: تقریبا یک سوم هزینه کل یک دستگاه آب شیرین کن انرژی می باشد. بنابر این حتی پیشرفت های کوچک در این فرایند به اندازه چند درصد اختلاف نیز می تواند صدها میلیون دلار در مصرف انرژی صرفه جویی کند.

ابتدا دکتر وارسینگر در طول کار دکتری خود در دانشگاه MIT ایده batch reverse osmosis را توسعه داد. این روش به جای حفظ جریان ثابت آب دریا در سطوح فشار بالا، یک فرایند دسته ای مقدار معینی آب را در یک زمان مصرف می کند. آن را پردازش می کند، تخلیه می کند و سپس فرایند را با دسته بعدی تکرار می کند. هر دسته حدود یک تا دو دقیقه اجرا می شود. فشار با گذشت زمان افزایش و حجم کاهش داده می شود. در نهایت از انرژی بسیار کمتری برای تولید همان مقدار آب شیرین استفاده می شود.

اگر چه برخی از پروژه های آب شیرین کن سعی در استفاده از تکنیک های نیمه دسته ای داشته اند، اما هیچ کدام تا به حال سیستم دسته ای کاملی را به دلیل وقفه بین دسته ها اجرا نکرده اند. وارسینگر می گوید: برای پمپاژ هر دسته آب به زمان و انرژی نیاز می باشد و سپس دسته بعدی آب برای پردازش پمپ می شود. صرف این زمان و انرژی به طور کلی خروجی بازدهی فرایند batch را لغو می کند. به همین دلیل راه حل اسمز معکوس دسته ای دو بعدی ایجاد شده است.

نحوه عملکرد روش batch reverse osmosis

در این روش از یک مخزن پیستون دار استفاده می شود، که مخزنی فشار قوی با یک پیستون در وسط آن می باشد. در حالی که یک طرف پیستون آب دریا را به داخل حلقه پردازش می فرستد، طرف دیگر پیستون همزمان با دسته بعدی آب دریا در صف پر می شود. هنگامی که فرایند دسته ای به پایان رسید، پیستون دسته بعدی را به صورت یکپارچه به سیستم تزریق می کند، در حالی که به طور همزمان طرف دیگر خود را با دسته بعدی آب دریا در صف پر می کند و این روند به طور مداوم تکرار می شود. 

وارسینگر می گوید: به جای تخلیه پیستون هر بار یا استفاده از مایعات یا گاز دیگر برای تحت فشار قرار دادن پیستون، آن را با دسته بعدی آب دریا پر می کنیم. بنابر این به جای این که یک طرف پیستون اساسا فضای مرده باشد، از آب دریا استفاده شده تا دوبار را از پیستون خارج شود، در نتیجه تقریبا هیچ وقت زمان تلف شده و خرابی در سیستم وجود ندارد.

طبق مدل ارائه شده، سیستم پیشنهادی کم ترین مصرف انرژی را حتی برای نمک زدایی از آب دریا مصرف می کند. ساندرا کوردوبا اولین نویسنده این مقاله می گوید: زمان وقفه واقعا چیزی است که شما می خواهید از آن اجتناب کنید. اگر مجبور باشید بعد از هر چرخه به سیستم سرویس دهید، تمام بازدهی انرژی آن از بین می رود. کاهش یا حذف آن زمان خرابی مهم ترین چیز است که اسمز معکوس دسته ای آن را امکان پذیر می کند. 

مزیت های روش batch reverse osmosis

اسمز معکوس یک فرایند پیچیده است. برای سنجش موفقیت آن باید متغیرهای زیادی را بررسی کنیم که شامل فشار آب، حجم، شوری، نسبت بازیابی، زمان و انرژی می شود. کوردوبا می گوید با استفاده از این مدل ها ما می توانستیم میزان مناسب فشار را در طول زمان تعیین کنیم تا با حداقل مصرف انرژی به بهترین نتیجه برسیم.

حجم مخزن پیستون به اندازه سیستم بستگی دارد. اسمز معکوس در طیف وسیعی از مقیاس ها عمل می کند. وارسینگر می گوید: در مدل ما یک سیستم نمونه که تانک مخزنی به اندازه کپسول آتش نشانی دارد ساخته شده است. این مخزن در یک سیستم بزرگ و کامل می تواند صد فوت طول داشته باشد. اما مزیت آن این است، که تجهیزات پیچیده ای نیست، در اصل یک لوله با یک پیستون است، که پیستون ضد آب در وسط آن می باشد. اما مخزن پیستونی همه چیز را تغییر می دهد. 

روش دسته ای دو گانه پیشرفت جدیدی در نمک زدایی از آب ایجاد کرده است. با گردش مجدد غلظت های مشخصی از آب در دو طرف غشا، نشان داده می شود که فرایند کم ترین مصرف انرژی را برای شیرین سازی آب های شور دارد و هم چنین به اجزای کم تری نیز نیاز دارد. وارسینگر می گوید سلامت و امنیت آب در سراسر جهان یک مسئله بزرگ است.

چنان چه نیاز به خرید دستگاه های تصفیه آب صنعتی دارید، می توانید جهت دریافت فرصت مشاوره رایگان برای انتخاب و خرید محصول مناسب از طریق تماس تلفنی با کارشناسان تصفیه آب آبین در ارتباط باشید.