درسیستم اسمز معکوس آب دریاs، هزینه عملیاتی توسط یک قطعه واحد تعیین نمی شود، بلکه به طور مشترک توسط ساختار مصرف انرژی، پیکربندی پس از درمان، و پایداری عملیاتی کلی سیستم هدایت می شود. به ویژه در سناریوهای عملیاتی درازمدت، عواملی که واقعاً بر هزینه تأثیر میگذارند، اغلب روابط جفت بین زیرسیستمها هستند تا بهینهسازی هر فناوری منفرد.
1. ساختار مصرف انرژی سیستم SWRO
فرآیند اسمز معکوس آب دریا اساساً بر مکانیزم جداسازی{0}}فشار{1} بالا متکی است. سیستم باید به طور مداوم فشار کافی برای عبور مولکول های آب از غشاء در حالی که نمک ها حفظ می شوند فراهم کند. بنابراین،پمپ های فشار قوی-منبع اصلی مصرف انرژی در سیستم را تشکیل می دهند.
این تقاضای انرژی یک ویژگی سفت و سخت قوی نشان می دهد، به این معنی که حتی در شرایط عملیاتی پایدار به طور قابل توجهی کاهش نمی یابد. در عین حال، شوری خوراک، دما و شرایط رسوب غشایی بر فشار عملیاتی مورد نیاز تأثیر میگذارد و در نتیجه بر میزان مصرف انرژی تأثیر میگذارد.
بنابراین، بهینه سازی هزینه در سیستم های SWRO در درجه اول بر روی تمرکز داردکاهش تلفات انرژی غیرموثر در سمت فشار-بالا.
2. مبانی انرژی و بازیابی انرژی فشار آب نمک
در طول فرآیند اسمز معکوس، آب نمکی با شوری بالا که از سیستم تخلیه میشود همچنان انرژی فشار قابل توجهی را حمل میکند. در صورت عدم استفاده، این انرژی مستقیماً از بین می رود. از دیدگاه مهندسی، چنین اتلاف انرژی یک نیاز ذاتی فرآیند نیست، بلکه یک جزء قابل بازیافت است که می تواند از طریق طراحی سیستم مورد توجه قرار گیرد.
بنابراین،دستگاه های بازیابی انرژی (ERD)به تدریج به پیکربندی های استاندارد در سیستم های مدرن شیرین سازی آب دریا تبدیل شده اند. آنهاعملکرد اصلی کاهش بار انرژی پمپهای فشار قوی-استبه جای تغییر در فرآیند جداسازی غشا.
3. عملکرد و انواع ERD در سیستم
ماهیت ERD انتقال انرژی فشار از جریان آب نمک به سمت تغذیه است و در نتیجه تقاضای برق پمپ فشار قوی- اصلی را کاهش میدهد.
در کاربردهای مهندسی عملی، ERDها عمدتاً به شکلهای زیر اجرا میشوند:
■ مبدل فشار: بازیابی انرژی با راندمان بالا را از طریق انتقال مستقیم فشار سیال-به-سیال به دست میآورد و در حال حاضر راهحل اصلی در سیستمهای SWRO در مقیاس بزرگ-میباشد.
■ ERD مبتنی بر توربوشارژر-: انرژی سیال را برای استفاده مجدد به انرژی مکانیکی تبدیل می کند. پیکربندی انعطاف پذیری را ارائه می دهد اما کارایی آن به شرایط عملیاتی حساس تر است.
■ توربین هیدرولیک: دارای ساختار ساده است و برای شرایط عملیاتی خاص مناسب است، اما کمتر در سیستمهای-در مقیاس بزرگ-با راندمان بالا استفاده میشود.
تفاوت اصلی بین فناوریهای ERD صرفهجویی در مصرف انرژی نیست، بلکه در پایداری کارایی و سازگاری آنها با شرایط عملیاتی متفاوت است.
4. منطق مهندسی انتخاب ERD
در طراحی عملی، انتخاب ERD صرفاً مقایسه بازده بازیافت انرژی نیست، بلکه یک فرآیند تصمیم گیری در سطح سیستم است.
نیروگاههای آب در مقیاس بزرگ-که بهطور مداوم کار میکنند، معمولاً پایداری طولانیمدت و ثبات مصرف انرژی را در اولویت قرار میدهند، در حالی که سیستمهایی که به طور متناوب کار میکنند ممکن است تأکید بیشتری بر انعطافپذیری تجهیزات و سهولت نگهداری داشته باشند. علاوه بر این،مقیاس سیستم، محدوده فشار عملیاتی و قابلیت نگهداریهمچنین به طور مستقیم بر پیکربندی نهایی تأثیر می گذارد.
بنابراین، ERD باید به عنوان بخشی جدایی ناپذیر از طراحی سیستم در نظر گرفته شود تا یک موضوع مستقل انتخاب تجهیزات.
5.{1}}ساختار هزینه درمان و نقش EDI
SWRO permeate معمولاً برای مطابقت با استانداردهای{0}کیفیت آب صنعتی یا بالا نیاز به تصفیه بیشتری دارد. ساختار هزینه این مرحله با مصرف انرژی بالادست متفاوت است و عمدتاً بر مصرف مواد شیمیایی و نگهداری عملیاتی متمرکز است.
معمولاً از سیستمهای درمان پست{0}} مرسوم استفاده میشودسیستم های تبادل یونی در بستر مخلوط-، که به بازسازی پایه اسید پریودیک-تکیه دارند و بنابراین شامل عملیات متناوب و وابستگی قابل توجه به تعمیر و نگهداری هستند.
در مقابل،الکترودیونیزاسیون (EDI)غشاهای تبادل یونی را با میدان الکتریکی ترکیب می کند تا به فرآیند نمک زدایی مداوم بدون نیاز به بازسازی اسید یا قلیایی دست یابد. بنابراین، از نظر حالت عملیات، EDI درمان پست{1}} را از یک سیستم مبتنی بر تعمیر و نگهداری دورهای به یک «سیستم عملیات مستمر» تبدیل میکند، در نتیجه ساختار هزینه عملیاتی پاییندستی را تغییر میدهد.
6. سیستم{1}}منطق هم افزایی سطح بین ERD و EDI
ERD و EDI در مراحل مختلف سیستم SWRO عمل می کنند:
■ ERD ساختار مصرف انرژی را در سمت فشار بالا-بهینه میکند
■ EDI الزامات نگهداری پس از درمان و هزینه های مصرف مواد شیمیایی را بهینه می کند
قسمت جلویی سهم مصرف انرژی را تعیین می کند، انتهای پشتی ساختار تعمیر و نگهداری را تعیین می کند و سیستم غشایی در وسط تولید پایدار نفوذپذیر را تضمین می کند. تنها زمانی که این سه بخش در مرحله طراحی به صورت یکپارچه در نظر گرفته شوند، می توان هزینه تولید آب خاص ($/m³) را به طور موثر کاهش داد.
به عبارت دیگر، کلید بهینه سازی هزینه، بهبود تک تک فناوری نیست، بلکه این است که آیا جریان انرژی و مواد بین مراحل سیستم به طور کلی بهینه می شود یا خیر.
7. روند توسعه در طراحی مهندسی
در طراحی سیستم اسمز معکوس آب دریا مدرن، تمرکز بهینه سازی از عملکرد تجهیزات فردی به ارزیابی بازده عملیاتی کلی تغییر می کند. ERD سطوح مصرف انرژی سیستم را تعیین می کند، در حالی که EDI بر پیچیدگی عملیاتی و تعمیر و نگهداری پایین دست تأثیر می گذارد. آنها با هم ساختار هزینه بلند مدت سیستم های SWRO را تعریف می کنند.
بنابراین، عملکرد مهندسی فعلی به جای عملکرد بهینه یک پارامتر واحد، تاکید بیشتری بر پایداری و عملکرد هزینه کلی در شرایط عملیات مداوم دارد.
از این منظر،سیستم تصفیه آب EDIدیگر تنها یک واحد درمان پست- نیست، بلکه به طور فزاینده ای به بخشی از معماری عملیاتی پایدار سیستم تبدیل می شود و به طور مشترک یک چارچوب کنترل هزینه یکپارچه را همراه با ERD تشکیل می دهد.