چکیده
نمک زدایی اسمز معکوس آب شور/آب دریا (RO) یک راه حل کلیدی برای کمبود آب شیرین جهانی است. با این حال، بازیافت آب (آرw) در کارخانه های نمک زدایی RO معمولی توسط فشار عملیاتی (∆پ). به عنوان یک فناوری جدید RO مرحلهای، RO با رد نمک کم (LSRRO) به طور بالقوه میتواند باعث افزایشآرwدر کارخانه های آب شیرین کن در این مطالعه، ما مدلسازی فرآیند و تحلیلهای فنی-اقتصادی را برای ارزیابی قابلیت بقای ارتقاء کارخانههای نمکزدایی RO فعلی با LSRRO انجام میدهیم. بر اساس نتایج حاصل از مدلسازی فرآیند، در کارخانههای نمکزدایی RO آب شور معمولی (BWRO) و RO آب دریا (SWRO)، افزودن یک مرحله LSRRO میتواند به طور موثری افزایش یابد.آرwبه ترتیب 21 و 53 درصد، و بازده انرژی با افزایش به خطر نیفتد.آرw. از تحلیل های فنی-اقتصادی، ارتقای کارخانه نمک زدایی RO با LSRRO بسیار مفید است. به طور خاص، پس از افزودن یک مرحله LSRRO در یک کارخانه BWRO،آرwرا می توان از 71 به 81 درصد افزایش داد بدون اینکه به طور قابل توجهی هزینه سطح آب را افزایش دهد.LCOW، و افزودن مرحله LSRRO در کارخانه SWRO با دبی آب نمک صفر می تواند باعث کاهشLCOW30 درصد یافتههای مطالعه ما پتانسیل گسترده اتخاذ LSRRO در کارخانههای نمکزدایی آب شور/آب دریا را برجسته میکند و طراحی کارخانههای نمکزدایی آینده را روشن میکند.
چکیده گرافیکی
مقدمه
کمبود آب شیرین یک چالش جهانی است که زندگی روزانه میلیون ها نفر را تهدید می کند [1،2]. نمک زدایی آب شور/آب دریا به عنوان کلیدی برای رفع کمبود آب شیرین شناخته شده است [[3]، [4]، [5]]. در حال حاضر، فنآوریهای تجاری بلوغ نمکزدایی آب شور/آب دریا شامل فلاش چند مرحلهای (MSF)، تقطیر چند اثره (MED)، فشردهسازی بخار مکانیکی (MVC)، الکترودیالیز (ED) و اسمز معکوس (RO) است. برخلاف فنآوریهای نمکزدایی حرارتی مبتنی بر انرژی (یعنی MSF، MED و MVC)، RO یک فناوری نمکزدایی مبتنی بر فشار است که بسیار کارآمد انرژی است [[6]، [7]، [8]]. در مقایسه با ED، RO به هزینه سرمایه کمتری نیاز دارد و راندمان حذف املاح بالاتری را نشان میدهد [[9]، [10]، [11]]. بنابراین، RO تبدیل به پیشرفتهترین فناوری نمکزدایی میشود که به طور گسترده در کارخانههای نمکزدایی آب شور/آب دریا استفاده شده است [3،12،13].
بر اساس اصول کار RO معمولی، برای بازیافت آب شیرین، فشار هیدرولیکی زیادی باید بر روی آب تغذیه شور اعمال شود تا بر فشار اسمزی آب شور غلبه کند [14،15]. در طی یک عملیات RO معمولی، با بازیابی آب شیرین، آب خوراک شور غلیظ می شود و فشار اسمزی آن افزایش می یابد. هنگامی که فشار اسمزی آب تغذیه نمک غلیظ معادل فشار هیدرولیک اعمال شده باشد، دیگر آب شیرین قابل بازیافت نیست. بنابراین، مقدار آب شیرینی که میتوان در یک عملیات RO معمولی بازیافت کرد، توسط فشار هیدرولیکی اعمال شده بر روی آب تغذیه شور محدود میشود [[16]، [17]، [18]. بازیابی آب شیرین در یک کارخانه نمکزدایی RO آب شور معمولی با شوری آب خوراک حدود 5 گرم در لیتر و فشار هیدرولیکی حدود 15 بار است [[19]، [20]، [21]].
برای یک کارخانه آب شیرین کن اسمز معکوس آب دریا (RO) با شوری آب خوراک ~35 گرم در لیتر، حداکثر فشار اعمال شده برای چنین گیاهانی به طور کلی به 80 بار محدود می شود [22،23]. در کارخانههای نمکزدایی معمولی آب دریا، فشار اعمال شده معمولاً در محدوده 45 تا 60 بار است که منجر به نرخ بازیافت آب شیرین در حدود 45٪ میشود [24،25].
برای پاسخگویی به تقاضای رو به رشد آب شیرین بدون افزایش قابل توجه اثرات زیست محیطی و هزینه های سرمایه ای، بازیافت آب شیرین در کارخانه های نمک زدایی آب شور/آب دریا باید تقویت شود. برای دستیابی به این هدف، فناوریهای جدید مبتنی بر RO، از جمله RO با کمک اسمزی (OARO)، RO با فشار بالا (HPRO) و RO با انرژی کارآمد (EERO)، پیشنهاد شدهاند [17، [26]، [27]، [28]، [29]، [30]، [31]].
این فناوریها پتانسیل غلبه بر محدودیت فشار اعمال شده بر بازیافت آب شیرین کارخانههای نمکزدایی RO را دارند. با این حال، اجرای گسترده آنها با چالش هایی مانند هزینه های عملیاتی بالا و/یا پیکربندی های پیچیده سیستم مانع می شود.
RO با دفع کم نمک (LSRRO) یک فناوری RO مرحلهای جدید است که میتواند بازیابی آب شیرین را بدون افزایش فشار هیدرولیک اعمال شده تقویت کند [[32]، [33]، [34]. در مقایسه با سایر فناوریهای جدید مبتنی بر RO، LSRRO دارای مزایای بهرهوری انرژی بالا، هزینه سرمایه کم و قابلیت عملی بالا است [33،35]. بنابراین، LSRRO به یک کاندید امیدوار کننده برای ارتقای نیروگاه های آب شیرین کن RO تبدیل می شود.
تاکنون، اکثر مطالعات LSRRO بر روی زنده ماندن LSRRO در کاربردهای تخلیه مایع حداقل یا صفر (MLD/ZLD) تمرکز دارند [32،34،36]، اما قابلیت بکارگیری LSRRO در نیروگاه های نمک زدایی آب شور/آب دریا به طور صریح ارزیابی نشده است. . به طور خاص، مزایای دستگاه های نمک زدایی LSRRO نسبت به دستگاه های نمک زدایی RO معمولی به وضوح نشان داده نشده است. علاوه بر این، اگرچه LSRRO میتواند بازیافت آب را در نیروگاههای نمکزدایی فعلی افزایش دهد، اما ممکن است به هزینه اقتصادی بالاتری نیز نیاز داشته باشد که ممکن است مزایای دستگاههای نمکزدایی LSRRO را مبهم کند.
در این مطالعه، ما مدلسازی فرآیند را برای ارزیابی قابلیت بقای ارتقاء نیروگاههای نمکزدایی آب شور/آب دریا با استفاده از LSRRO انجام میدهیم. با محاسبه بازیافت آب در نیروگاههای نمکزدایی آب شور/آب دریا، نشان میدهیم که LSRRO میتواند به طور موثر بازیافت آب کارخانههای نمکزدایی RO معمولی را افزایش دهد. استفاده از مصرف انرژی خاص (SECبه عنوان یک معیار عملکرد، نشان میدهیم که بازده انرژی نیروگاههای نمکزدایی RO معمولی و دستگاههای نمکزدایی LSRRO قابل مقایسه هستند. علاوه بر این، ما یک تجزیه و تحلیل فنی-اقتصادی روی نیروگاههای نمکزدایی LSRRO انجام میدهیم و قابلیت اقتصادی نیروگاههای نمکزدایی را با استفاده از هزینه سطحسازی شده آب روشن میکنیم.LCOW). به طور کلی، مطالعه ما وعدههای ارتقای کارخانههای نمکزدایی آب شور/آب دریا با استفاده از LSRRO را برجسته میکند و طراحی کارخانههای نمکزدایی LSRRO را روشن میکند.
قطعات بخش
کارخانه آب شیرین کن RO آب شور
شکل 1A شماتیک یک کارخانه آب شیرین کن معمولی RO (BWRO) را نشان می دهد. در کارخانه، پس از پیش تصفیه، آب شور توسط یک بوستر پمپ تحت فشار قرار می گیرد و سپس برای نمک زدایی به مرحله RO فرستاده می شود. بر اساس اصول کار RO، بازیافت آب،آرw،BWROو مصرف انرژی ویژه برای تولید آب (یعنی مصرف انرژی نرمال شده با حجم آب شیرین تولیدی)،SECBWRO، در کارخانه BWRO می توان محاسبه کرد (جزئیات در مکمل
بازیافت آب در کارخانه های آب شیرین کن LSRRO
بازیابی آب (آرw) در کارخانه های آب شیرین کن RO و LSRRO به عنوان تابعی از فشار عملیاتی (∆پ) محاسبه و در شکل 2 نشان داده شده است. از شکل 2A، theآرwدر کارخانه BWLRO به طور قابل ملاحظهای بالاتر از کارخانه SWRO است، که نشان میدهد افزودن مرحله LSRRO در کارخانه BWRO میتواند به طور موثری افزایش یابد.آرw. هنگام نمک زدایی یک آب شور معمولی (5 گرم در لیتر) با استفاده از یک نمونه معمولی∆پ(15 بار)، به عنوان مثال،آرwBWRO و BWLRO به ترتیب 71% و 86% هستند که نشان می دهد BWLRO
نتیجه گیری
در این مطالعه، ما یک تجزیه و تحلیل جامع را برای ارزیابی قابلیت بقای ارتقاء کارخانههای نمکزدایی معمولی با LSRRO انجام دادیم. بر اساس مدلسازی فرآیند، افزودن مرحله LSRRO در کارخانههای نمکزدایی RO معمولی میتواند به طور موثریآرw. به طور خاص،آرwدر کارخانههای نمکزدایی معمولی آب شور و آب دریا را میتوان به ترتیب 21 و 53 درصد افزایش داد. اینSECدستگاه های آب شیرین کن LSRRO با دستگاه های آب شیرین کن RO قابل مقایسه هستند و