طراحی آب شیرین کن صنعتی

انتخاب مبانی فنی و معیارهای طراحی آب شیرین کن صنعتی ، بخش بسیار مهم شیرین سازی آب است. مبانی کاربردی در طراحی آب‌شیرین‌کن‌ها بر اساس شرایط منطقه‌ای و با لحاظ کردن اطلاعات هواشناسی و اقلیم شناسی منطقه، آمارهای مربوط به نیاز آب منطقه موردنظر و یا مناطق مشابه، انجام آزمایش‌های لازم بر روی نمونه‌های آب خوراک و بر اساس استانداردهای موجود و تجزیه و تحلیل اطلاعات به دست آمده از موارد فوق و تلفیق آن با تجربیات طرح‌های گذشته، انتخاب مبانی طرح انجام می‌شود. آنچه به عنوان مبانی طراحی در ارائه طرح‌های آب‌شیرین‌کن‌ها کاربرد دارد.

دوره طرح  آب شیرین کن

انتخاب یک مدت زمان مناسب و بهینه برای بهره‌برداری از پروژه یکی دیگر از فاکتورهای مهم در طراحی سازه‌های هیدرولیکی به ویژه آب‌شیرین‌کن‌ها است. دوره طرح عبارت از فاصله زمانی بین شروع بهره‌برداری از تأسیسات تا دستیابی به شرایط پیش‌بینی شده در آن طرح است و به بیان ساده‌تر به فاصله زمانی بین سال‌های مبدأ و مقصد طرح گفته می‌شود. پرواضح است که این دوره زمانی برای همه آب‌شیرین‌کن‌ها یکسان نبوده و دسته‌ای از عوامل در تعیین آن مؤثر هستند که مهم‌ترین آن‌ها وضعیت اقتصادی سرمایه‌گذاران طرح، عمر مفید سازه‌ها و تجهیزات در منطقه موردنظر، رشد جمعیت تحت پوشش آب‌شیرین‌کن، نرخ تورم، قابلیت توسعه آب‌شیرین‌کن از دیدگاه فرآیندی، سرعت توسعه فن‌آوری‌های مرتبط با آب‌شیرین‌کن‌ها و عواملی از این دست هستند. حدود متعارف دوره طرح تأسیسات آب که از سوی دفتر فنی استاندارد صنعت آب کشور توصیه شده در جدول زیر درج گردیده است.

• برای تجهیزات الکتریکی و مکانیکی زمان‌های پیش‌بینی شده برای مراحل توسعه حداکثر برابر عمر مفید آن‌ها در نظر گرفته شود.
• برای لوله‌های فرعی، دوره طرح را باید برای حداکثر توسعه (حداکثر جریان در توسعه نهایی محل زیر پوشش لوله‌ها) را در نظر گرفت.

انتخاب دوره‌های نامناسب طرح، مشکلاتی را به وجود خواهند آورد، به گونه‌ای که اگر دوره طرح کوتاه مدت انتخاب بشود، پس از مدت کوتاهی آب‌شیرین‌کن به ظرفیت نهایی رسیده و پس از آن بار اضافی وارده به آب‌شیرین‌کن باعث کاهش راندمان تصفیه شده و کیفیت آب تولیدی را کاهش می‌دهد، از سویی دگر، مدت کوتاهی پس از بهره‌برداری باید برای مرحله دوم طرح اقدام گردد که این موضوع مشکلاتی را برای بهره‌برداران و سرمایه‌گذاران به وجود می‌آورد. در عین حال اگر دوره طرح بلندمدت انتخاب گردد، بخشی از سرمایه اولیه بدون استفاده و بهره‌دهی باقی می‌ماند و قسمتی از تجهیزات پیش از استفاده، فرسوده و غیر قابل استفاده خواهد شد. با طولانی شدن دوره طرح، امکان تغییر در کمیت و کیفیت آب خوراک پیش‌بینی شده برای طرح وجود دارد و در نهایت هزینه نگهداری تأسیسات در آب‌شیرین‌کن‌هایی با دوره طرح بلندمدت، زیاد است.

مرحله‌بندی عملیات  طراحی آب شیرین کن صنعتی

دوره طرح آب‌شیرین‌کن را می‌توان برحسب مورد و با توجه به مسائل اقتصادی، محدودیت‌های مالی و اجرائی و یا نقطه نظرات سرمایه‌گذار، به چند مرحله اجرایی تقسیم نمود. تنها در صورتی که شرایط لازم وجود داشته باشد، مرحله‌بندی قابل انجام است. برای نمونه باید تأسیسات قابل تقسیم به چند مرحله اجرایی بوده و تأسیسات اجرا شده در پایان هر مرحله به تنهایی قابل بهره‌برداری باشد، اجرای مراحل بعدی باعث تغییرات اساسی در تأسیسات ایجاد شده مراحل قبلی یا توقف بهره‌برداری نگردد و مرحله‌بندی و زمان‌های بهره‌برداری از هر مرحله جوابگوی نیازمندی‌ها و محدودیت‌های طرح باشد. در آب‌شیرین‌کن‌های اسمز معکوس پیش تصفیه را می‌توان در دو یا تعداد بیشتری جریان “استریم” طراحی و اجرا کرد و اسکیدهای نمک‌زدایی نیز متناسب با پیش تصفیه در دوره‌هایزمانی لازم نصب شوند).

مبانی کمی طراحی آب شیرین کن صنعتی

برآورد دبی ورودی به آب شیرین کن باید در نظر گرفته شود.در یک طراحی نمونه‌وار فرض شده که گنجایش واحد آب شیرین کن برای ۱۰ سال آتی معادل m³/day ۱۵۰۰۰ و برای ۲۰ سال آتی معادل m³/day 20000 باشد. طراحی فعلی بر اساس نیاز آبی جاری معادل m³/day  ۱۰۰۰۰ انجام می‌شود. بر این اساس ظرفیت‌های تجهیزات و در نتیجه هزینه‌ها باید بر اساس این گنجایش تجهیزات برآورد شود.

مبانی کیفی طراحی آب شیرین کن صنعتی

از آنجا که آب‌شیرین‌کن باید به گونه‌ای طراحی شود که آب خوراک را به آب با کیفیت مناسب برای اشامیدن، تبدیل نماید، پس باید کیفیت آب خوراک به خوبی مشخص شده باشد. در این طرح نمونه‌وار پیش فرض برای کیفیت آب تولیدی، پاسخگویی به نیازهای آب شرب استاندارد شماره ۱۰۵۳  است. شرایط محیطی و کیفیت پیش‌فرض نیز برای آب خلیج فارس  به عنوان کیفیت آب خوراک در طراحی ملاک قرار می گیرد.

پس از تعیین مبانی کمی و کیفی، مراحل دستیابی به کیفیت محصول، بر اساس ویژگی‌های آب خوراک ترسیم خواهد شد.

انتخاب فرایند پیش‌تصفیه آب شیرین کن

پیش‌تصفیه آب ورودی به واحد اسمز معکوس برای حفاظت از غشا در برابر آلودگی ناشی از عوامل چهارگانه (رسوبات معدنی، ذرات معلق و کلوئیدی، آلودگی‌های بیولوژیکی و آلودگی‌های ناشی از مواد آلی مانند روغن و گریس) صورت می‌گیرد. برای زدایش آلودگی‌های چهارگانه بالا و اثر تخریبی آن‌ها بر پلیمر غشایی و کاهش بازدهی فرآیند نمک‌زدایی آب دریا می‌باید گام‌های تنظیم pH، انعقاد، لخته‌بندی شناورسازی یا فیلتر دانه‌ای، زدایش کلر باقی مانده و استفاده از مــواد ضد رسوب در فرآیندهای بخش پیش تصفیه در نظر گرفته شوند.

بسته به کارایی و کارکرد فرآیند پیش‌تصفیه در کنترل عوامل پیش‌گفته، شستشوی ماژول‌های غشایی در بازه‌های زمانی بلندتر انجام شده و طول عمر واحد افزایش خواهد یافت. انتخاب و طراحی موشکافانه واحدهای مورد نیاز در فرآیند پیش‌تصفیه و مشخصات فنی این واحدها پس از دریافت آنالیز آب در محل در نظر گرفته‌شده برای برداشت آب ممکن خواهد بود.

در بخش پیش‌تصفیه در صورت برداشت از آب دریا بهتر است پس از ورود به حوضچه ذخیره اولیه به حوضچه سیستم (DAF) وارد شود. در ورودی حوض DAF، مواد لخته‌ساز و پلی الکترولیت به آب اضافه می‌شود. برخورد حباب‌های ناشی از دمش هوای فشرده در حوض DAF به لخته‌های ایجاد شده از یک سو به انعقاد بیشتر و افزایش اندازه ذرات لخته‌های ایجاد شده و در نتیجه ایجاد رسوب می‌انجامد و از سوی دیگر بخش دیگری از ذرات معلق جامد و همچنین مواد آلی را به سطح مایع رانده و در آنجا به صورت جریان سرریز این بخش از آلودگی‌ها نیز از آب ورودی جدا می‌شوند. خروجی واحد DAF به فیلترهای چندلایه فرستاده می‌شود. آب خروجی از فیلترهای ماسه‌ای چندلایه پس از تنظیم pH با تزریق اسید و زدایش کلر آزاد به وسیله تزریق مواد ضـد رسوب و افزودن مواد ضد رسوب به واحد نمک‌زدایی اسمز معکوس فرستاده می‌شود.

در صورت برداشت از چاه، در صورت کم بودن نرخ ذرات کلوئیدی نیازی به فرآیند DAF نبوده و آب چاه را می‌توان مستقیماً به فیلترهای چندلایه شنی فرستاد. آنچه که باید در نظر گرفته شود این که در صورت وجود مواد آلی حل شده در آب ورودی، زدایش این ترکیبات هیدروکربنی تنها توسط بسترهای کربن فعال امکان پذیر خواهد بود.

در جدول زیر نیز به صورت مشخص روش پیش تصفیه هر کدام از موارد عدم تعادل در آب خوراک اسمز معکوس نشان داده شده است. این دو منبع (شکل زیر و جدول بالا) می‌توانند به عنوان رهنمودی برای طراحان سامانه‌های نمک‌زدایی به روش اسمز معکوس به کار رود.

همانند برداشت از دریا، زدایش کلر آزاد و تنظیم pH و افزایش مواد پیشگیرانه از رسوب در این شکل از پیش‌تصفیه نیز انجام خواهد شد. یکی از نکات مهم و اساسی در یک آب‌شیرین‌کن کارا، وجود سیستم برداشت و انتقال آب دریا مناسب و خوب طراحی شده است. این سیستم در صورت عدم طراحی مناسب می‌تواند موجب هزینه‌های گزافی در بخش‌های پیش‌تصفیه و حتی نمک‌زدایی گردد.

در طرح‌های بزرگ، فرض بر کارکرد پیوسته واحد برداشت آب در تمام مدت بهره‌برداری است. در صورت وجود نوسانات در کیفیت آب، امکان کاهش در گنجایش واحد یا توقف کار کرد واحد پیش‌تصفیه آب وجود خواهد داشت.

مشکل کشنده قرمز پدیده دیگری است که در صورت وقوع باید در بخش پیش‌تصفیه رفع گردد. از عواملی که می‌تواند به توقف در فرآیند بیانجامد، افزایش نرخ مواد هیدروکربنی به اندازه‌ای فراتر از گنجایش واحد پیش‌تصفیه موجود برای رساندن نرخ آن به استاندارد ورودی به ماژول‌های غشایی است. برای تغذیه پیوسته سیستم نمک‌زدایی، باید آب برداشت شده توسط یک خط لوله به مخزن ذخیره اولیه در واحد آب‌شیرین‌کن منتقل شود.

برای انتقال آب برداشت شده از آبگیر روباز یا چاه‌های آبگیر به سیستم و خط انتقال آب نیاز است. از این رو جزئیات لوله‌گذاری برای انتقال آب برداشت شده می‌تواند یکی از چالش‌های مجریان سیستم برداشت آب باشد. در بخش پیش‌رو مطالب مفیدی در زمینه لوله‌گذاری در تأسیسات برداشت آب خام ارائه می‌گردد. از آنجایی که جنس لوله یک عامل تعیین کننده فنی و اقتصادی در خط انتقال است، مناسب دیده شد، نکاتی در این زمینه ارائه گردد.