افزایش کارایی فرایند اسمز معکوس با دستکاری در شرایط اسمزیک فرایند

تصفیه شورآبه بسیار غلیظ به روش اسمز معکوس

تولید آب به وسیله تصفیه شورآبه های غلیظ توسط روش اسمز معکوس دستکاری شده در شرایط فشار اسمزیک (Osmotically Assisted Reverse Osmosis [OARO]) و با استفاده از ممبران ها و تجهیزات موجود فعلی، می تواند به انجام رسد. در حالی که فرایندهای اسمز معکوس سنتی دارای محدودیت حفظ فشار زیر فشار ترکیدگی ممبران هستند، در فرایند OARO اختلاف فشار اسمزی در عرض ممبران توسط یک رقیق کننده شوری کناری کاهش می یابد. یک سری از مراحل OARO می توانند پشت سر هم چیده شده و مورد استفاده قرار گیرند تا کاهش شوری در آب ورودی به حدی برسد تا فرایند اسمز معکوس تمام آب ورودی را تصفیه نماید.

ریکاوری آب از شورآبه با توجه به افزایش نیازمندی صنایع نفت و گاز، تولید برق و بخش خصوصی برای شورآبه های با غلظت های بالا در حدود 50 تا 350 گرم بر لیتر مورد توجه ویژه واقع شده است. روش های کنونی بازیابی آب از شورآبه های غلیظ، گران قیمت بوده و همچنین مصرف انرژی بالایی را طلب می کنند و شامل موارد زیر هستند:

  • Multi-stage flash distillation (MSF)
  • Multi-effect distillation (MED)
  • Membrane distillation (MD)
  • Mechanical vapor compression (MVC)

از بین این روش ها، سه روش MSF، MED و MD نیازمند منبع حرارتی بوده و معمولا از بخار استفاده می کنند که امکان استفاده از این فرایندها را در پکیج های فرایندی پیش ساخته را محدود می نماید و هر جایی قابل استفاده نمی باشند. در مقابل، روش MVC تنها نیازمند برق بوده و اکنون به صورت عمده در صنایع نفت و گاز برای بازیابی آب از شورآبه های غلیظ مورد استفاده قرار می گیرد. به عنوان یک روش تبخیری برای تولید آب از شورآبه غلیظ، مصرف انرژی ویژه این روش بین 11 تا 25 کیلووات ساعت به ازای هر متر مکعب آب تولیدی است که عددی به مراتب بیشتر از حداقل کار مورد نیاز تئوریک (بین 1 تا 5 کیلووات ساعت به ازای هر متر مکعب آب تولیدی) برای تولید آب از شورآبه با شوری 35 تا 150 گرم بر لیتر با بازیابی 50% است.

تولید آب با تصفیه شورآبه غلیظ به روشی غیر از روش های تبخیری، می تواند تا حد زیادی مصرف انرژی ویژه را کاهش دهد. روش های اسمز معکوس (RO)، اسمز مستقیم (FO) و اسمز مستقیم با فشار کمکی (PAFO) مسیرهای گوناگونی جهت نیل به ریکاوری آب از شورآبه غلیظ را نشان می دهند. شکل زیر نمایی از نیروهای کمکی و مخالف در فرایندهای ممبران – پایه بالا را نشان می دهد:

تصفیه شورآبه غلیظ به روش اسمز معکوس با دستکاری در اختلاف فشار اسمزیک به صورت چند مرحله ای در شکل زیر نمایش داده شده است:

 

نمودار زیر میزان ریکاوری آب از شورآبه غلیظ را با توجه به تغییرات فشار و غلظت شوری آب ورودی و همچنین اثر کاهش فشار اسمزیک را نشان می دهد:

میزان کاهش غلظت شوری آب ورودی در سیستم تصفیه شورآبه با چدیمان شکل زیر (سه مرحله OARO به همراه یک مرحله RO) در نمودار مشخص شده است:

 

تصفیه شورآبه بسیار غلیظ توسط روش OARO در این مطالعه مورد بررسی قرار گرفته و مدلی برای آن توسعه داده شده تا با امکان سنجی شرایط عملیاتی مختلف بتوان میزان بازیابی آب و مصرف انرژی مورد نیاز برای شورآبه ورودی با شرایط مختلف را تخمین زد. برای شورآبه ورودی با شوری 100 تا 140 گرم بر لیتر کلرید سدیم، تخمین زده شد با کمک روش OARO که حدود 30% تا 50% بازیابی آب تصفیه شده با میزان انرژی ویژه مصرفی 6 تا 19 کیلو وات بر متر مکعب خواهیم داشت. این نتایج نشان می دهند که روش OARO می تواند میزان بازیابی آب را در روش اسمز معکوس برای شورآبه های غلیظ افزایش داده و همچنین OARO میزان انرژی ویژه مصرفی کمتری نسبت به روش متداول MVC (Mechanical vapor compression) که برای تصفیه شورآبه غلیظ استفاده می شود را نشان می دهد. نمودار زیر جهت نمایش مقادیر برای مقایسه مصرف انرژی ویژه تئوریک، اسمز معکوس، OARO و روش MVC ارائه شده است:

 

منبع:

Osmotically assisted reverse osmosis for high salinity brine treatment

 

 بخش‌های دیگر