با توجه به شرايط اقليمي کشور، نياز به توليد آب شرب در ظرفيت هاي پايين و براي مناطق کم جمعيت و دور افتاده ، موضوعي است که تاکنون کمتر مورد توجه قرار گرفته است ؛ در حالي که در مناطق خشک و کويري که وسعت زيادي در نقاط مرکزي ايران دارند، از يک طرف نياز به آب شيرين به عنوان يکي از مشکلات اساسي مردم اين مناطق به شمار مي آيد و از طرف ديگر انرژي خورشيد با شدت تابش مناسب در اين مناطق در دسترس است.
با توجه به اهميت دسترسي ساکنان مرکزي کشور به آب آشاميدني سالم و با توجه به پتانسيل موجود، محققان پژوهشکده توسعه صنايع شيميايي جهاد دانشگاهي موفق شده اند آب شيرين کن هاي خورشيدي را طراحي کنند و بسازند.
در پي رشد جمعيت افزايش تقاضاي جهاني براي آب شيرين ، منابع تامين مستقيم اين ماده مهم و حياتي در حال کاهش است ، به طوري که پيش بيني مي شود تا سال 2025 ميلادي ، بيش از نيمي از جمعيت کره زمين با مشکل کمبود آب شرب مواجه خواهند بود. از طرفي با وجود منابع بزرگ آب شور مانند اقيانوس ها، درياها يا وجود منابع محلي آب شور در مناطق کويري ، صنعت شيرين سازي آب يک راه حل منطقي و مطمئن براي حل اين مشکل به شمار مي آيد.
در حال حاضر بيش از 13 هزار آب شيرين کن در سراسر جهان در حال بهره برداري است که روزانه حدود 38 ميليون مترمکعب آب شيرين در روز توليد مي کنند که بخشي از آن براي مصارف صنعتي و بخش ديگري به مصارف آشاميدني و کشاورزي اختصاص دارد.
آب براي دوردست ترين مناطق
با توجه به شرايط اقليمي کشور، نياز به توليد آب شرب در ظرفيت هاي پايين و براي مناطق کم جمعيت و دورافتاده ، موضوعي است که تاکنون کمتر مورد توجه قرار گرفته است.
در مناطق خشک و کويري که داراي وسعت زيادي در نقاط مرکزي ايران هستند، از يک طرف نياز به آب شيرين به عنوان يکي از مشکلات اساسي مردم اين مناطق به شمار مي آيد و از طرف ديگر، انرژي خورشيد با شدت تابش مناسب در اين مناطق دردسترس است.
روش HD، روش نسبتا جديدي براي توليد آب شرب بر مبناي فرآيند رطوبتزني و رطوبت زدايي هواست که از اوايل دهه 90 ميلادي مورد توجه محققان قرار گرفته است. چند نمونه آزمايشگاهي و نيمه صنعتي در کشورهاي مالزي ، اردن ، مصر و تونس ساخته شده اند.
نتايج تحقيقات نشان مي دهد اين روش شدت مصرف انرژي پايين تري نسبت به ديگر روشها دارد. از طرفي ، کل انرژي حرارتي اين روش را مي توان از انرژي خورشيد تامين کرد؛ بنابراين با توجه به شدت تابش مناسب خورشيد در بيشتر نقاط ايران ، اين روش براي مناطق خشک حاشيه کوير با جمعيت کم ، بسيار مناسب است.
مهندس محمد ضامن ، اهداف اصلي که در اجراي اين طرح مورد توجه مجريان آن قرار داشته است را شامل استفاده از انرژي خورشيد به عنوان منبع حرارتي دردسترس در نقاط خشک و کويري ، توليد غيرمتمرکز آب شيرين در ظرفيتهاي پايين ، بهبود کيفيت آب آشاميدني مصرفي در مناطق فاقد آب شيرين با کيفيت مطلوب وکاهش هزينه توليد آب شيرين در ظرفيتهاي پايين مي داند و مي افزايد: دستاوردهاي اجرايي شدن اين طرح متنوع و با اهميت هستند.
رفع نياز مردم مناطق خشک و کويري کشور به آب شيرين با استفاده از انرژي خورشيدي ، تامين کل انرژي حرارتي مورد نياز آب شيرين کن HD با استفاده از انرژي خورشيدي و حذف اثرات منفي کاربرد مستقيم و غيرمستقيم سوختهاي فسيلي در توليد آب شيرين ، پايين تر بودن شدت مصرف انرژي در روش HD نسبت به روشهاي متداول حرارتي از مهمترين اين دستاوردها هستند. در ضمن با استفاده از بهينه سازي به روش برنامه ريزي رياضي مي توان مصرف انرژي را در آب شيرين کن HD به حداقل ممکن رساند تا طرحي بهينه حاصل شود.
ضامن در ادامه درخصوص ويژگي هاي اين نوع آب شيرين کن ها مي گويد: روشهاي معمول شيرين سازي آب که بيشتر براي ظرفيت هاي بالا کاربرد دارند، شامل تقطير ناگهاني چند مرحله اي (MSF) ، تقطير چند مرحله اي (ME) ، تراکم بخار(VC) و اسمز معکوس (RO) هستند؛ اما در بخشهاي وسيعي از کشور نياز به توليد آب شيرين به صورت متمرکز و در ظرفيت هاي بالا وجود ندارد، بخصوص در نقاط کوچک و کم جمعيت که ظرفيت هاي پايين ، پاسخگوي نياز هستند.
نکته ديگر اين که روشهاي مزبور انرژي نسبتا زيادي مصرف مي کنند و روشهاي حرارتي شامل ME، MSF و TVCنيازمند بخار مافوق داغ هستند. تامين انرژي مورد نياز اين روشها در ظرفيت هاي پايين نيز با مشکلات فني و اقتصادي همراه است.
از طرف ديگر انرژي خورشيد به عنوان يک منبع رايگان انرژي در بيشتر نقاطي که نياز به شيرين سازي آب دارند، با شدت تابش مناسبي در دسترس است ؛ بنابراين آب شيرين کن هاي خورشيدي يکي از مناسب ترين گزينه ها براي توليد غيرمتمرکز آب شيرين هستند.
ضامن مي افزايد: بيشتر تحقيقات در زمينه آب شيرين کنهاي HD از دهه 90 ميلادي به بعد و در کشورهايي نظير مصر، اردن ، مالزي ، تونس و چين صورت گرفته است ؛ اما طرح حاضر نه تنها جديدترين تحقيقات روز دنيا در اين زمينه را مورد استفاده قرار داده ، بلکه مدعي است براي نخستين بار در دنيا بهينه سازي جامع روي اين نوع از آب شيرين کن ها صورت گرفته است که باعث کاهش حجم دستگاه و افزايش بازده توليد آن شده است ، بنابراين گامي در جهت تجاري کردن آب شيرين کن HD برداشته شده است.
توليد آب در دل کوير
به گفته ضامن ، فرآيند شيرين سازي آب به روش HD براين واقعيت استوار است که هوا توانايي مخلوط شدن با مقدار قابل توجهي بخار آب را دارد. مقدار بخاري که مي تواند به وسيله هوا حمل شود با بالا رفتن دما افزايش مي يابد؛ به عنوان مثال يک کيلوگرم هواي خشک وقتي دماي آن از 30 به 80 درجه سانتي گراد افزايش يابد، قابليت حمل 0.5 کيلوگرم بخار آب و حدود 670 کيلوکالري گرما را پيدا مي کند.
هنگامي که يک جريان هوا در تماس با آب شور قرار گيرد، مقداري آب خالص با استفاده از گرماي محسوس آب شور يا هواي گرم ، بخار شده و جذب هوا مي شود. اين بخار سپس مي تواند با عبور هواي حامل آن از روي سطوح سرد، تقطير و بازيافت شود تا به اين وسيله آب با املاح بسيار پايين توليد شود. بر اين اساس ، يک سيستم آب شيرين کن HD از 3 بخش اصلي منبع حرارتي ، بخش رطوبت زني و بخش رطوبت زدايي تشکيل مي شود. اين دستگاه آب شيرين کن خورشيدي با همکاري دکتر مجيد عميدپور، مهندس سيدمهدي سوفاري ، مهندس ميرعلي اصغر زينالي دانالو و مهندس حسينعلي دادخواه در مقياس نيمه صنعتي با ظرفيت توليد نامي 100 ليتر آب شيرين در روز در پژوهشکده توسعه صنايع شيميايي ايران نصب و راه اندازي شده است.
به گفته ضامن ، در مرحله نخست اجراي اين طرح ، مطالعات دقيق و نسبتا طولاني روي روشهاي مختلف توليد آب شيرين انجام شد و پتانسيلهاي موجود در روشهاي مختلف براي استفاده از انرژي هاي تجديدپذير در فرآيند شيرين سازي آب مورد بررسي قرار گرفت.
نتايج مطالعات نشان داد روش نسبتا جديد رطوبت زني و رطوبت زدايي هوا بسيار سازگار با انرژي خورشيد است و در حال حاضر نيز تحقيقات بر روي اين روش به منظور بهبود بازده و تجاري کردن آن در ديگر نقاط دنيا ادامه دارد؛ بنابراين پس از انتخاب اين روش به عنوان روش نهايي اجراي طرح ، مرحله شبيه سازي و بهينه سازي فرآيند به منظور بهينه کردن آن آغاز شده است.
در مرحله بعد، طراحي دقيق کليه تجهيزات مورد نياز انجام شد و با ساخت و نصب آنها بهره برداري از دستگاه با موفقيت در روزهاي نزديک به سالروز تشکيل جهاد دانشگاهي صورت گرفت. در حال حاضر ادامه تحقيقات براي اعتبارسنجي واحد و همچنين تجاري کردن اين آب شيرينکن ادامه دارد.
به طور کلي از روش رطوبت زني و رطوبت زدايي هوا براي توليد آب شيرين در ظرفيت هاي پايين استفاده مي شود. از اين سيستم مي توان براي تامين آب شرب واحدهاي مسکوني ، با حداقل انرژي مصرفي استفاده کرد. کاربرد ديگر آن براي مناطق دورافتاده و کم جمعيت است. ميزان مصرف انرژي اين روش نسبت به روشهاي معمول توليد آب شيرين ، پايين تر است و فشار و دماي کاري آن به صورتي است که مي توان از انرژي خورشيد براي تامين انرژي حرارتي مورد نياز واحد استفاده کرد؛ البته اگرچه تکنيک هاي متفاوتي براي رطوبت زني و رطوبت زدايي هوا هست ، اما روش HD خورشيدي با گرمايش آب کاربرد بيشتري دارد؛ چراکه از ديدگاه انرژي اگر از سيکل بسته هوا در اين روش استفاده شود، مصرف انرژي واحد به حداقل خواهد رسيد.
همواره نقطه بهينه اي براي عملکرد سيستم HD از نظر مصرف انرژي وجود دارد که با استفاده از بهينه سازي مي توان به آن دست يافت. طراحي آسان ، هزينه بهره برداري پايين و عمر طولاني از جمله خصوصيات اين روش هستند. در نتيجه پيش بيني مي شود که در آينده اين روش کاربرد گسترده تري در توليد آب شيرين داشته باشد.

منبع:جام جم 23 مرداد
گزارش از:بهاره صفوي