آب شیرین کن صنعتی و کشاورزی

آب شیرین کن صنعتی و کشاورزی

آب شیرین کن صنعتی و کشاورزی

در این متن در مورد نحوه کارکرد اسمز و اسمز معکوس و روش استفاده آن در دستگاه های آب شیرین کن صنعتی صحبت شده است و توضیحاتی در مورد تاریخچه این روش و چگونگی کارکرد این دستگاه های آب شیرین کن داده است. همچنین این متن در مورد اجزا و قطعات این دستگاه ها به شکلی کلی توضیحاتی داده است. آب شیرین کن صنعتی چیست؟ آیا تابحال شده است خبری در مورد بیابانی شدن مناطقی در کره زمین یا خشکسالی بخوانید و در همان لحظه به تصویری از اقیانوس و دریا نگاه کنید و از خودتان بپرسید: " چرا از این همه آب در دریا و اقیانوس استفاده نمی کنند؟!؟!"

خب این موضوع چند دلیل دارد. اول آنکه آب دریا شور و دارای نمک است. دوم، آب شور برای آشامیدن و رشد گیاهان مناسب نیست. سوم آنکه جدا سازی نمک از آب آسان نیست، همانطور که جدا کردن شکر درون چایی شیرین صبحانه برای شما اصلا آسان نیست! حال باید دید آیا جداسازی نمک از آب امکان پذیر است ؟ دستگاه آب شیرین کن صنعتی چه کمکی به ما در این زمینه می کند؟ برای پاسخ به این سوالات باید به یکی از روش های معروف نمک زدایی یعنی اسمز معکوس پرداخت. اسمز معکوس چیست و کارکرد آن به چه صورت است؟

اسمز معکوس یکی از روش های نمک زدایی (یا جدا سازی نمک از آب دریا) می باشد. علاوه بر این اسمز معکوس برای تصفیه پساب ها، بازیافت آب، و حتی تولید انرژی استفاده می شود.

امروزه مسئله آب به یکی از تهدیدات جهانی تبدیل شده است. تغییرات آب و هوایی و حوادث و بلایای طبیعی نظیر سیل های عظیم در برخی مناطق، خشکسالی و بیابانی شدن در مناطقی دیگر و افزایش سطح آب دریاهای آزاد و همچنین افزایش جمعیت و تقاضای بالا برای مصرف آب موجب به خطر افتادن امنیت آب سالم آشامیدنی و کشاورزی در بسیاری از بخش های جهان شده است. بدین منظور مراکز مجهز به دستگاه های آب شیرین کن صنعتی برای پاسخ به این نیاز روز افزون ایجاد شده اند. به طور مثال در بخش های خشک استرالیا که بوسیله دریا احاطه شده است، حدود 17 درصد از آب آشامیدنی مورد استفاده به وسیله دستگاه های آب شیرین کن صنعتی و با استفاده از آب دریا نمک زدایی و تامین می شود (منبع : سایت اکونومیست 1). امروزه به گواه "انجمن بین المللی تولید آب شیرین" حدود 16000 مرکز آب شیرین کن در 177 کشور جهان جهان وجود دارد. امروزه حدود 1 درصد از جمعیت جهان وابسته به آب شیرین شده دریا هستند ولی سازمان ملل پیش کرده است که تا سال 2025 حدود 14 درصد از مردم جهان با بحران کم آبی دست و پنجه نرم خواهند کرد. خب حال باید دید که دستگاه آب شیرین کن صنعتی و خانگی چگونه آب شور دریا را با فرآیند تصفیه آب صنعتی به آبی آشامیدنی با کیفیت بالا تبدیل می کنند؟ لازم به ذکر است که در این صنعت کیفیت آب بسیار مهم می باشد. اسمز معکوس چگونه انجام می شود؟

همه ما با معنی کلمه "معکوس" آشنا هستیم پس می رویم به سراغ بخش "اسمز" تا بتوانیم فرآیند اسمز معکوس را متوجه شویم.

اسمز فرآیندی است که در آن عبور آب یا هرگونه حلال دیگر از طریق یک غشا (ممبران) نیمه تراوا که از عبور ماده حل شونده جلوگیری می کند، انجام می شود (منبع : دانشنامه بریتانیکا 2).

در واقع به زبان ساده، آب همیشه تمایل دارد که از جایی با تراکم زیاد (مولکول های آب) به جایی با تراکم کم (مولکول های آب) برود یعنی تمایل دارد که از ظرف آب خالص در شکل بالا از طریق ممبران (غشا) نیمه تراوا که مولکول های کوچک آب فقط می توانند از آن عبور کنند به سمت آب نمک غلیظ برود تا آنکه نسبت و تراکم مولکول های هر دو سمت با هم برابر بشود. به این پدیده اسمز و به نیرویی که آب را به سمت آب نمک غلیظ هل می دهد فشار اسمزی می گویند. زمانی که ما بخواهیم این فرآیند را معکوس کنیم یعنی آب را از جایی که در آن مولکول های آب نسبت کمتر و تراکم کمتری دارند به سمتی که نسبت بیشتری دارند بفرستیم از پدیده " اسمز معکوس" استفاده کرده ایم. به زبان ساده ما مولکول های آب را از محلول آب نمک خارج می کنیم و به بیرون ممبران می فرستیم که این عمل برخلاف رفتار طبیعی در محلول آبی است یعنی کاری که در دستگاه آب شیرین کن صنعتی انجام می شود. اما در حالت طبیعی پدیده اسمز علیه ما کار می کند ، پس چه کار می توان کرد؟ نقش اسمز معکوس در دستگاه آب شیرین کن صنعتی چیست؟ ما به منظور معکوس کردن پدیده اسمز با ایجاد 60 تا 50 بار فشار از طریق کمپرسور به روی محلول آب نمک آن را تحت فشار قرار می دهیم و در این حال مولکول های کوچک آب از طریق روزنه های کوچک به زور عبور می کنند و به سمت دیگر ممبران (غشا) حرکت می کنند و ما آب حاصله را جمع آوری می کنیم ، بنابراین پدیده اسمز معکوس رخ می دهد. پس بدین ترتیب ما یک سمت آب بدست می آوریم و در یک طرف هم محلول آب نمک غلیظ باقی می ماند که به عنوان پساب از دستگاه آب شیرین کن صنعتی خارج می شود. فرآیند اسمز معکوس همچنین باعث جداسازی یون ها و فلزات از آب حاصله می شود که سایر روش های تصفیه آب نظیر تصفیه با زغال فعال از انجام آن عاجز هستند. به عنوان پیشینه ای از این صنعت می توان ذکر کرد که اولین بار در دهه 1950 محققان توانستند مقداری آب را به این روش بدست بیاورند ولی میزان آن بسیار کم و غیر قابل استفاده بود. پس از آن دو محقق از دانشگاه UCLA ممبران (غشا) دست ساز ساخته شده از سلولار استات (پلیمری که در فیلم عکس برداری استفاده می شود) را استفاده کردند که بوسیله آن توانستند مقادیر بالاتری از آب را با سرعت جریان بالاتری در اولین دستگاه آب شیرین کن صنعتی جهان در کالیفرنیا- ایالات متحده در سال 1965 بدست بیاورند . البته امروزه دستگاه های آب شیرین کن صنعتی متنوعی وجود دارند که کارکرد بهتر و به مراتب بازدهی بالاتری دارند. انواع و اقسام فیلتراسیون بر اساس نیاز های صنعتی ، کشاورزی و آشامیدنی در دستگاه های آب شیرین کن صنعتی توسعه یافته است که بر اساس نوع فیلتراسیون به این دسته ها تقسیم می شوند:

  1. میکرو فیلتراسیون ( برای کاهش رسوبات آب)

  2. اولترا فیلتراسیون (برای کاهش ارگانیسم ها درون آب (نظیر باکتری ها و سایر موجودات زنده))

  3. نانو فیلتراسیون (برای کاهش سختی و سولفات های آب) در حال حاضر نمک زدایی به روش اسمز معکوس در تاسیسات آب شیرین کنی یکی از ارزان ترین روشهای استحصال آب قابل استفاده در مصارف آشامیدنی و کشاورزی بالاخص در گلخانه ها محسوب می شود.

اجزا و قطعات اصلی دستگاه آب شیرین کن صنعتی چیست؟

دستگاه های آب شیرین کن صنعتی ممکن است با یکدیگر تفاوت داشته باشند ولی اکثر آن ها در این قطعات با یکدیگر مشابه هستند. حال بدون توجه به سایر قطعات یک دستگاه آب شیرین کن صنعتی که به تصفیه آب صنعتی می پردازد صرفا به اجزای سازنده بخش اصلی و مرکزی تصفیه کننده یا قلب تپنده دستگاه می پردازیم. . وسل یا پرشر وسل (Vessel – Pressure vessel) : که معمولا از جنس پلیمر میباشد و از ممبران محافظت می کند و می تواند فشار های وارده را تحمل کند.

  1. ممبران یا غشا نیمه تراوا (Membrane) : لایه یا غشایی که با دارا بودن روزنه های کوچک به اندازه مولکول های آب تنها به آب اجازه عبور به سمت دیگر را می دهد.

  2. هوزینگ و اتصالات اورینگ (Housing and O-ring connector) : خروجی ها و اتصالات دستگاه جهت ارتباط بخش ها با یکدیگر