اشاره به روشهای تصفیه آ ب در اسناد پزشکی زمانهای قدیم ، بیانگر آن است که بین پاکیزه گی آب و سلامتی بشر ارتباطی مستقیمی وجود دارد . سقراط که پدر علم پزشکی شمرده می شود
می گوید : (( هر کس که می خواهد به نحوی شایسته در پزشکی به بررس ی و تحقیق بپردازد باید
آب مورد مصرف ساکنین یک ناحیه را مورد توجه قرار دهد زیرا آب در سلامت انسانها بسیار نقش دارد)).
منابع تاریخی و تصاویر بدست آمد ه نشان می دهد که از دو هزار سال پیش از میلاد تصفیه آب برای آشامیدن مرسوم بوده است.
در متون سانسکریت ( زبان باستانی هندیها ) و یونان باستان که متعلق به 2000 سال قبل از میلاد مسیح می باشد، روشهای تصفیه آب توضیح داده شده است . مردم در آن زمان می دانستند که حرارت دادن به آب باعث خالص شدن آن می شود. همینطور از فیلترهای شنی و گرانولی برای تصفیه آب استفاده می کردند. تصاویر موجود در دیوارهای مقبره رامسس دوم نشان می دهد که 1500 سال قبل از میلاد، مصریان از روش) coagulation روش شیمیایی که با افزودن مواد شیمیایی مختلف به آب، باعث بزرگتر شدن ذرات معلق شده و منجر به ته نشینی می شود ) برای تصفیه آب استفاده
می کردند . آنها با افزو دن سولفات آلومینیوم به آب مقدار زیادی از املاح ر ا به طریق ته نشینی جدا می کردند.
همینطور مصریان با استفاده از سیفون های فتیله ای که آ ب را از ظرفی به ظرف دیگر منتقل
می نمود ناخالصی های معلق در آب را می گرفتند . این عملیات نیز در نقاشی های مصریان که متعلق به 13قرن قبل از میلاد مسیح می باشد، نشان داده شده است.
رومیان با ساختن حوضچه های شنی در مسیر کانالهایی که آب شهر را تأمین می کرد ند ذرات معلق همراه آب را جدا می کردند . در شهر ونیز که بر روی جزیره ای بدون منبع آ ب شیرین قرار گرفته است آ ب حاصل از بارن دگی از طریق حیاط ه ا و بامها به آ ب انبار ها ی شهر هدایت می شد و در مسیر حرکت خود از فیلتر های شنی نیز عبور می کرد . اولین نوع ا ز این آب انبارها ، در حدود 5 قرن پس از میلاد مسیح برای تهیه آب جهت مصارف خصوصی و عمومی ساخته شد.
جابر بن حیان شیمیدان ایرانی از ر وش تقطیر که در اصل نمونه آزمایشگاهی یکی از روشهای عمومی تصفیه آب می باشد، برای مصارف آزمایشگاهی خود استفاده می کرد.
شرایط جغرافیایی ایران و در دسترس بودن آب شیرین و سالم شاید یکی از علت های عدم استفاده گسترده ایرانیان از روشهایی تصفیه آب بوده است . زیرا توجه به آب سالم و آلوده نکردن آن که مستلزم شناخت انواع بیماریهایی ناشی از آلودگی های آب است ، از آموزه های اشو زرتشت پیامبر باستانی است.
بقایای سیستم فاضلاب متمرکز شهری در زمان هخامنشیان که در کاوشهای سالهای اخیر پیدا شده نشانگر تسلط ایرانیان باستان به آب بوده و چه بسا در بعضی نقاط نیز از روشهای قدیمی تصفیه آب استفاده می کردند.
شهر بیزلی در اسکاتلند به عنوان اولین شهری ایست که کل آب مصرفی آن در اوایل قرن 19 مورد تصفیه قرار گرفت . سیستم تصفیه آب متشکل از عملیات ته نشین سازی بود که متعاقب آن فیلتراسیون نیز انجام می شد . تصفیه آب به تدریج در اروپا گسترش یافت به طوریکه با پایان قرن 19 بیشتر منابع عمده آب شهری فیلتر می شدند (این فیلتر ها از نوع ماسه ای کند بودند).
توسعه تصفیه آب در آمریکا پس از اروپا صورت گرفت . اولین تلاش برای فیلتراسیون در شهر ریچموند ایالت ویرجینیا در سال 1932 انجام گرفت ولی پروژه منجر به شکست گردید و چندین سال طول کشید تا تلاش مجددی برای انجام آن صورت پذیرد . پس از پایان جنگهای داخلی ، تلاشهای دیگری برای الگوبرداری از روش فیلتراسیون اروپایی انجام شد اما تعداد کمی از آنها با موفقیت همراه بود ز یرا بطور مسلم ماهیت ذرات جامد معلق در رودخانه های اروپا با آمریکا تف اوت داشت و فرایند کند فیلتراسیون ماسه ای نمی توانست به خوبی موثر باشد و لذا فیلتر های شنی تند (تحت فشار ) که به صورت هیدرولیکی تمیز می شد در اواخر قرن 19 ساخته شد که منجر به کارایی بیشتر فرایند تصفیه آب گردید.
پی بردن به خواص فیلتراسیون در ربع آخر قرن 19 سبب ساخت و توسعه واحد های مختلف فیلتراسیون در سراسر اروپا و آمریکا گردید بطوریکه در انتها ی قرن، فیلتراسیون به عنوان عامل اصلی جلوگیری از بیماری هایی با منشاء آبی به حساب می آمد.
پذیرش تئو ری میکربی در مورد انتقال بیماری ها ، منجر به انجام عملیات گندز دایی بر روی منبع آب مصرفی جامعه گردید . در ابتدا گندزدایی به صورت موقت با است فاده از پودر های رنگبر و هیپو کلریت ها در موارد خاص انجام می گرفت . اولین واحدی که به طور دایم آب را کلرینه می کرد در سال 1902 در بلژیک راه اندازی شد . تولید کلر مایع اولین بار در سال 1909 برای گندزدایی آب آغاز گردید و در فیلادلفیا به سال 1913 برای اولین بار جهت ضد عفونی آب ، استفاده از سایر مواد مصرفی برای گندزدایی منجمله اُزن توسعه پیدا کرد ولی مصرف آن فراگیر نشد . گندزدایی واستفاده وسیع از کلر در منابع آب مصرفی، باعث کاهش بسیار زیاد مرگ و میر ناشی از بیماری هایی با منشا آبی گردید.
سایر فرایندهای تصفیه آب با سرعت و گستردگی کمتری توسعه یافتند . منعقد سازی همراه با فیلتر شنی سریع(تحت فشار) به عنوان فرایند مکمل ته نشینی در ایالات متحده توسعه یافت.
نرم کردن آبهای سخت در قرن نوزدهم در اروپا انجام می گرفت اما تا آغاز قرن بیستم برای مصارف عمومی آب گسترش پیدا نکرد همچنین ظرفیت ذغال برای جداسازی مواد آلی محلول درآزمایش های مربوط به فیلتر اسیون در اوایل قرن 19 مورد توجه قرار گرفت اما بر ای مصرف عمومی آب استفاد نشد . اصلاح این ماده و تبدیل آن به کربن فعال همراه با استفاده آن در واحدهای تصفیه آب در سالهای اخیر صورت گرفت.
در قرن بیستم شیرین سازی آب با ظرفیت بالا گسترش پیدا کرد و با ساخت غشاهای نیمه تراوا و پیدایش روش اسمز معکوس در آمریکا، ظر ف چند سال این صنعت فراگیر شد بطوریکه در حال حاضر کشورهای حوزه خلیج فارس بیش از 30 درصد ظرفیت تولید آب شیرین جهان را دارا می باشند.
روش رطوبت زنی- رطوبت زدایی هوا یا به اختصار HD ، یکی از تکنولوژی هایی است که در سالهای اخیر برای تولید آب شیرین توسعه یافته است. این روش براین مبنا استوار است که هوا قابلیت جذب و حمل میزان قابل توجهی بخار آب را دارد. شدت مصرف انرژی حرارتی این روش کمتر از روش های معمول تولید آب شیرین است و می توان تمام یا بخش اعظم انرژی حرارتی مورد نیاز آن را از طریق انرژی خورشید تأمین نمود. به همین دلیل برای مناطقی که دسترسی به منابع انرژی فسیلی را ندارند، بسیار مناسب است. تکنولوژی HD در نقاط مختلف دنیا در حال توسعه است . در این مقاله به تشریح فرآیند ترمودینامیکی و تکنیک های اجرایی روش، پرداخته خواهد شد.
واژه های کلیدی: آب شیرین کن-رطوبت زنی-رطوبت زدایی-انرژی خورشیدی
با توجه به وضعیت اقلیمی کشور و گستردگی مناطق کویری و خشک، تأمین آب شیرین یکی از مهمترین مشکلات این مناطق به شمار می رود. وجود منابع آب شور در این مناطق عملیات شیرین سازی آب را ضروری می نماید. روش های معمول شیرین سازی آب که بیشتر برای ظرفیت های بالا کاربرد دارند، شامل روش تقطیر ناگهانی چند مرحله ای(Multi Stage Flash) ،تقطیر چند مرحله ای(Multi Effect Distillation) ، تراکم بخار(Vapor Compression) و اسمز معکوس (Reverse Osmose)هستند. اما در بخشهای وسیعی از کشور نیاز به تولید آب شیرین به صورت متمرکز و در ظرفیت های بالا وجود ندارد، به خصوص در نقاط کوچک و کمجمعیت که ظرفیت های پایین، پاسخگوی نیاز خواهد بود. نکته دیگر اینکه روش های فوق انرژی نسبتاً زیادی مصرف می کنند و روش های حرارتی شامل ME MSF,و TVC نیازمند بخار مافوق داغ هستند. لذا تأمین انرژی مورد نیاز این روش ها در ظرفیت های پایین با مشکلات فنی و اقتصادی همراه خواهد بود. از طرف دیگر انرژی خورشید به عنوان یک منبع رایگان انرژی در بیشتر نقاطی که نیاز به شیرین سازی آب دارند، با شدت تابش نسبتاً مناسبی در دسترس است. لذا آب شیرین کن های خورشیدی یکی از مناسب ترین گزینه ها برای تولید غیرمتمرکز آب شیرین هستند.
نخستین آب شیرین کن های خورشیدی از نوع تقطیر کننده های خورشیدی مستقیم(Direct Solar Distiller) بوده اند که در آنها از انرژی خورشید مستقیماً برای تقطیر آب شور و تهیه آب شیرین استفاده شده بود[1] . مشکل عمدة این سیستم ها، ظرفیت پایین، اشغال فضای زیاد و هزینه سرمای هگذاری بالا است [2] .در مقابل آب شیرین کن های خورشیدی غیرمستقیم نیز وجود دارند که ابتدا در یک بخش انرژی خورشید جمع آوری شده و سپس در بخش دیگری، تقطیر و شیرین سازی آب انجام می شود. انرژی خورشید در روش غیرمستقیم به دو صورت می تواند مورد استفاده قرار گیرد. در حالت اول از انرژی خورشید برای پیش گرم کردن آب ورودی به تقطیر کننده استفاده شده و انرژی اصلی واحد از طریق بخار یا الکتریسیته تأمین میگردد که گاهی لفظ کمک خورشیدی (Solar Assisted)به آن اطلاق می گردد. در حالت دوم بخش اعظم انرژی مورد نیاز واحد از طریق خورشید تأمین می شود. در سال ۲۰۰۱[3] Rodiriguez etal. ، با استفاده از یک مزرعه خورشیدی شامل کلکتورهای سهموی، به طور مستقیم بخار تولید کرده و این بخار که فشار نسبتاً پایین دارد را در یک واحد ME جهت شیرین سازی آب مورد استفاده قرار دادند. قیمت بالای کلکتورهای خورشیدی و فضای نسبتاً زیاد مزرعه خورشیدی از جمله مشکلات این واحد بودند. نمونه دیگری از این حالت، ساخت یک واحد آب شیرین کن MSF بوده که از یک استخر خورشیدی(Solar Pond) برای جمع آوری انرژی خورشید استفاده شده است. [4] نکته مهمی که باید در مورد دو سیستم فوق ذکر کرد این است که جهت پشتیبانی انرژی خورشید در این واحدها، باید از بویلرهای فسیلی فشار پایین استفاده نمود که موجب افزایش هزینه های واحد خواهد شد.
روش نسبتاً جدیدی که در دهة نود میلادی و قرن حاضر جهت تولید آب شیرین مورد توجه قرار گرفته، روش رطوبت زنی-رطوبت زدایی هوا (Humidification-Dehumidification) است. این روش برای ظرفیت های نسبتاً کم مناسب است و به علت پایین بودن میزان مصرف انرژی حرارتی،
می توان کل انرژی حرارتی مورد نیاز واحد را به وسیله انرژی خورشید تأمین نمود. تولید آب شیرین به روش رطوبت زنی- رطوبت زدایی یا به اختصار HD هنوز به مرحله تجاری نرسیده است اما کارهای تحقیقاتی زیادی در کشورهای دیگر به خصوص مناطق گرمسیر صورت گرفته است. چندین آب شیرین کن HD در کشورهای تونس، مالزی و اردن ساخته شده اند و تحقیقات برای بهبود راندمان، کوچک کردن اندازه واحد و کم کردن انرژی مصرفی آن ادامه دارد. هدف از این مقاله معرفی روش HD و ارایه نتایج شبیه سازی برای ساخت نمونه آزمایشگاهی است که درحال حاضر در پژوهشکده توسعه صنایع شیمیایی ایران در حال اجرا میباشد.
2. اصول ترمودینامیکی روش HD
فرآیند HD بر این واقعیت استوار است که هوا قابلیت حمل مقدار قابل توجهی بخار آب را دارد. مقدار بخاری که میتواند به وسیله هوا حمل شود با بالا رفتن دما افزایش می یابد. به عنوان مثال یک کیلوگرم هوای خشک وقتی از دمای ٣٠ درجه سانتی گراد به دمای ٨٠ درجه سانتی گراد میرسد، قابلیت حمل بیش از٥/ ٠ کیلوگرم بخار آب و حدود ٦٧٠ کیلوکالری گرما را پیدا می کند. هنگامی که هوا در تماس با آب شور قرار می گیرد. تعدادی از مولکولهای آب با استفاده از گرمای محسوس آب شور یا هوای گرم، بخار شده و جذب هوا می گردند. این بخار سپس می تواند با عبور هوای حامل آن از روی سطوح سرد، تقطیر شامل سه بخش اصلی رطوبت زنی، رطوبت زدایی و منبع حرارتی HD و
فهرست مندرجات:
تولید آب شیرین به روش رطوبت زنی و رطوبت زدایی هوا با استفاده از انرژی خورشیدی. 6
- مقدمه. 6
- اصول ترمودینامیکی روش HD.. 8
- 2. بخش رطوبت زنی. 9
- 2. بخش رطوبت زدایی. 11
- 2. بخش تأمین انرژی. 12
- معادلات حاکم. 13
انعقاد الکتریکی روشی نوین در تصفیه آب و فاضلاب.. 22
- مقدمه. 22
- انعقاد و شناورسازی الکتریکی. 23
- 2.تعریف انعقاد(coagulation ) و لخته سازی (Flocculation) 23
- 2.انعقاد و شناور سازی الکتریکی [1] 24
- 2.کاربردهای فرآیند انعقاد الکتریکی. 29
- نتیجه گیری[1] : 31
- منابع و مراجع. 33
تصفیه آبهای زیر زمینی با نانو ذرات آهن. 36
تصفیه آب با استفاده از فناوری نانو 48
برخی از معایب شیوه سنتی در تصفیه آب: 50
دیگر کاربردهای نانو تکنولوژی در تهیه آب پاک: 58
کاربرد نانو ذرات در حذف کاتالیستی آلاینده ها: 58
کاربرد نانو ذرات مغناطیسی در تصفیه آب: 60
بررسی روش های خالص سازی آب با به کارگیری فناوری نانو 60
کاربردهای فناوری نانو در محیط زیست و انرژی های نو 67
سنتز نانولوله های چند لایه ای. 68
سنتز نانولوله های چند لایه ای. 68
سنتر نانولوله های کربنی تک دیواره[3] 69
کاربرد نانولوله ها در جذب گاز 69
نانولوله ها بعنوان حسگر گاز 70
کاربرد نانولوله ها در ذخیره سازی هیدروژن. 71
کاربرد نانولوله ها در پیلهای سوختی برای افزایش کارایی آنها 74
نانوفیلتراسیون و اسمز معکوس.. 75
غشاهای مورد استفاده در NF و RO.. 76
شامل 84 صفحه فایل word قابل ویرایش
دانلود پروژه تولید آب شیرین به روش رطوبت زنی و رطوبت زدایی هوا با استفاده از انرژی خورشید
