بهینه سازی انرژی در فرایند نمک‌زدایی از آب دریا به روش اسمز معکوس

استفاده از نمک زدایی آب دریا برای تولید آب شیرین آشامیدنی و صنعتی در دو دهه گذشته شتاب قابل توجهی یافته است. اما همانطور که میدانیم فرایند اسمز معکوس برای نمک زدایی از آب دریا با مصرف انرژی زیاد همراه است. پیشرفت های چشمگیر در فناوری غشاء و تجهیزات بازیابی انرژی در 20 سال گذشته باعث کاهش دو برابری توان مورد نیاز برای نمک زدایی آب دریا شده است. این پیشرفت ها فرایند نمک زدایی را یک فرایند جذاب برای تامین آب پایدار کرده است. تعداد پروژه های نمک زدایی در سرتاسر جهان از سال 2010 به میزان 5 تا 6 درصد در سال در حال رشد بوده است که به عنوان مثال هر سال معادل 3 تا 4 میلیون متر مکعب در روز به ظرفیت تولید آب شیرین کارخانه آب شیرین کن نصب شده جدید اضافه می شود. بین ژوئن 2015 تا ژوئیه 2016، ظرفیت تولید کارخانه آب شیرین کن جدید در سطح جهانی 7/3 میلیون متر مکعب در روز بود و تعداد کل نیروگاه های جدید اضافه شده در این دوره 512 دستگاه بود. جداسازی نمک از آب دریا به مقدار قابل توجهی انرژی برای غلبه بر فشار اسمزی طبیعی اعمال شده بر غشاهای اسمز معکوس نیاز دارد. نمک‌زدایی اسمز معکوس آب دریا چندین برابر انرژی فشرده‌تر از تصفیه معمولی منابع آب شیرین مصرف می‌کند. به عنوان مثال انرژی موزد نیاز برای تصفیه معمولی آب های سطحی kWh/m³ 4/0-2/0، نمک زدایی آب شور kWh/m³ 5/1-1 و نمک زدایی آب اقیانوس آرام kWh/m³ 4-5/2 می باشد. این تجزیه و تحلیل نشان می دهد که انرژی مورد نیاز برای نمک زدایی آب دریا تقریباً هشت تا ده برابر بیشتر از انرژی برای تولید آب شیرین از منابع معمولی مانند رودخانه ها، دریاچه ها و سفره های آب شیرین است. بنابراین مصرف انرژی برای احیای آب چندین برابر کمتر از نمک زدایی آب دریا است.

طراحی بهینه یک سیستم اسمز معکوس از نظر مصرف انرژی به شدت به تعدادی از عوامل خاص مانند، مشخصات کیفیت آب منبع و محصول؛ هزینه کار و مصالح ساختمانی؛ هزینه های کار و مواد شیمیایی؛ هزینه های برق واحد؛ هزینه های المان غشایی؛ اندازه نیروگاه، محل و نوع منبع تغذیه بستگی دارد. بنابراین، طراحی کارخانه بهینه جهانی وجود ندارد و بهینه سازی طراحی کارخانه همیشه باید بر اساس الزامات و محدودیت های پروژه خاص تکمیل شود. بسته به عوامل خاص غالب، تعدادی رویکرد عملی مختلف برای به حداقل رساندن انرژی سیستم فرایند اسمز معکوس وجود دارد که در صنعت مورد پذیرش و استفاده قرار گرفته است که عبارتند از:

 

Nikolay Voutchkov, Energy use for membrane seawater desalination – current status and trends, Desalination, 2014, 431, 2-14