فناوری نانو در فرایند تصفیه و نمک زدایی آب

پایان نامه مهندسی مكانیك

در این پروژه به بررسی انواع روش‌های شیرین‌سازی و نمک‌زدایی می‌پردازیم و راه‌های نوین و جدید بالابردن کارایی این دستگاه را بررسی می‌کنیم. از سالیان گذشته تکنولوژی شیرین‌سازی آب دریا مورد استفاده قرار می‌گیرد. اما باتوجه به هزینه‌ بالای این فرایند و غیر اقتصادی بودن آن کمتر مورد توجه قرار گرفته است، اینک تلاش بر این است که با استفاده از نانوتکنولوژی و نانوفیلترینگ مصرف برق به ازای تولید هر متر مکعب آب شیرین را کاهش دهیم و با بالا بردن راندمان، امکان استفاده گسترده از این دستگاه را فراهم آوریم.

فهرست مطالب

چکیده......................................1

فصل اول : اهمیت تصفیه آب و روش های

مقدمه .................................................2

1-1-اهمیت تصفیه اب ...................................2

1-2- نا خالصی های اب ........................................4

1-3- ویژگی های اب اشامیدنی ............................4

1-4- وضعیت ایران در شیرین سازی .................7

1-5- روش های تصفیه اب ...................11

1-5-1-روش شیمیایی .........................11

1-5-2-روش بیولوژیک ...................11

1-5-3- روش مکانیکی ......................12

1-5-3-1-روش های حرارتی ................12

1-5-3-2-روش غشائی .....................16

1-5-4- روش های ترکیبی ..........................19

فصل دوم : اسمز معکوس و الکترودیالیز

2-1- اسمز معکوس .................................20

2-1-1-اساس کار اسمز معکوس ...................20

2-1-2-مقایسه اسمزمعکوس بافیلتراسیون معمولی ........................24

2-1-3-انتخاب غشاء ...................................24

2-1-4- فرآیندها در روش اسمز معکوس ................26

2-1-4-1- پیش تصفیه.....................................26

2-1-4-2-تنظیم فشار ..................................26

2-1-4-3-جداسازی غشائی ............................26

2-1-4-4-پس تصفیه .........................................27

2-1-5-راه اندازی و نگهداری ...................................27

2-1-6-پیچیدگی دستگاه ..........................................28

2-1-7-هزینه ها .................................28

2-1-8-سودمندی فن اوری ..........................29

2-1-9-روش های بهبودبخشیدن عملکردغشاها.....................29

2-1-10-موارد کاربرد اسمز معکوس ..............................30

2-1-10-1-استفاده ازROدرتولیدآب دیالیز ................................30

2-1-10-2- شیرین سازی آب دریاجهت شرب ..................................30

2-1-10-3- بهبودکیفیت آب خام صنعتی ...................................32

2-1-11- مزایا ......................................................................32

2-1-12معایب ..............................................33

2-2-الکترودیالیز..................................................34

2-2-1-پارامترهای مهم درالکترودیالیز ...............................35

2-2-2-کاربردها و محدودیت الکترودیالیز ...............................36

فصل سوم : مقایسه روش های مختلف با هم

3-1- مقایسه روش های فراوری اب .......................................37

3-2- مقایسه روش های حرارتی و غشائی ......................................37

3-3- مقایسه سیستم های الکترودیالیز و اسمزمعکوس ............................40

3-4- تفاوت های بنیادین ....................................40

3-4-1-پیش تصفیه اب ..................................................41

3-4-2-دورهای تعویض غشاها ....................................43

3-4-3-مصرف برق (انرژی) ................................. 43

3-4-4- نتیجه ...............................................................44

3-5-ارزیابی اقتصادی تولیداب شیرین توسط روش های مختلف ....................44

3-6- نتیجه گیری نهایی و پیشنهادات ....................... 52

فصل چهارم : بررسی روش های جدید تصفیه آب

4-1- روش های جدید بکاررفته در اب شیرین کن ها ...........................54

4-2- روش های گرداوری انرژی خورشید ......................................55

4-2-1- تولید الکتریسیته .......................................55

4-2-2- تولید حرارت ....................................................55

4-2-2-1- استخر خورشیدی ..........................................55

4-2-2-2- کلکتور خورشیدی از نوع صفحه تخت ...................................56

4-2-2-3- کلکتور خورشیدی با لوله خلاء شده .................................57

4-2-2-4- کلکتورهای گرم کن هوا ........................................................57

4-2-2-5- کلکتورهای متمرکز کننده سهموی خطی ...........................................57

4-3- تکنولوژی شیرین کردن اب بااستفاده ازانرژی خورشیدی.....................................58

4-3-1- حوضچه های تقطیر خورشیدی .....................................................58

4-3-2- روش رطوبت زنی و رطوبت زدایی هوا HD ..............................58

4-4- انتخاب و طراحی یک سیستم نمونه .........................................59

4-5- انواع روش های ممکن برای افزایش قابلیت جذب رطوبت هوا در سیستمHD................60

4-6- اب شیرین کن های زیستی .................................60

4-6-1- انرژی زیستی ............................................. 61

4-8- انرژی در شیرین سازی اب ................................... 62

فصل پنجم : فناوری نانو در تصفیه

5-1- نانو تکنولوژی .....................................................66

5-2- شیرین سازی اب توسط نانو غشاء .....................................67

5-3- تصفیه اب به کمک نانو ذرات ..........................................68

5-4- تصفیه پساب های صنعتی .............................................69

5-5- تصفیه فاضلاب ها ..........................................................69

5-6- جیوه زدایی از اب .............................................................70

فصل ششم : فیلترها

6-1- فیلتراسیون ....................................................72

6-2- انواع فیلترها ..................................................................75

6-2-1-ویژگی های فیلترهای فشاری ......................................75

6-2-2- ویژگی های فیلترهای ثقلی ........................................76

6-3- علل عملکرد نا مطلوب فیلتر .........................................76

6-4- میکروفیلترینگ .............................................................77

6-4-1-کاربرد میکروفیلتراسیون درازبین بردن رنگ وکدورت..............................77

6-4-2-حذف الودگی میکرونی بااستفاده ازمیکروفیلتر........................80

6-4-3-مقایسه میکروفیلتراسیون با روشهای دیگر .............................80

6-5- اولترافیلترینگ UF............................................................81

6-5-1-کاربرد اولترافیلتر در تصفیه ابهای زیرزمینی و رودخانه ها ............82

6-5-2- اولترافیلتراسیون به عنوان پیش تصفیه .................................83

6-5-3-حذف مواد الی و رنگ با غشاهای اولترافیلتر .......................83

6-6- مقایسه اولترافیلتراسیون با سایر روش ها ...................................84

6-6-1-جداسازی میکروب ها با میکروفیلتراسیون و اولترافیلتراسیون ........................84

6-6-2-مقایسه اولترافیلتراسیون باروش های رقیب..........................85

6-7- نانو فیلترینگ ...................................................85

6-7-1-حذف سختی اب با استفاده از نانوفیلتراسیون....................................86

6-8- کنترل دبی عبوری از نانو تیوب ها ..........................................87

منابع و مآخذ .............................................................89

 فهرست اشکال

شکل (2-1) اساس کار اسمز معکوس ............................................21

شکل (2-2) جریان اسمزی ....................................................21

شکل (2-3) فشار اسمزی ........................................................ 22

 فهرست نمودارها

نمودار(1-1)ظرفیت تولید آب نمک‌زدایی شده در کشور ..........................9

نمودار(1-2) روش‌های تصفیه آب ...................11

  فهرست جداول

جدول(1-1)مشخصات فیزیکی آب آشامیدنی ...........................................5

جدول (1-2) حدود مجاز مواد شیمیایی سمی ...................................................5

جدول(1-3)مشخصات سایر مواد شیمیایی در آب آشامیدنی.........................6

جدول(1-4) مواد استفاده شده در ساخت غشاها سایر مواد شیمیایی در آب آشامیدنی پلیمری. 17

جدول (1-5) مواد استفاده شده در ساخت غشاها سایر مواد شیمیایی در آب آشامیدنی غشای... 17

جدول (2-1) درصد عبور نمک‌ها از غشاهای اسمز معکوس ..................................23

جدول (3-1) هزینه تامین آب شیرین توسط روش‌های مختلف در بخش هایی از مناطق خشک آسیا ...45

جدول (3-2) مقایسه‌ای بین هزینه‌های شوری‌زدایی در منابع آب‌های متفاوت ..................45

جدول (3-3) مقایسه هزینه‌ها در روش‌های مختلف شوری‌زدایی جهت تهیه آب مورد نیاز صنعت ...........46

جدول (3-4) انرژی مصرفی برای سه روش شیرین سازی آب..............................48

جدول (3-5) پارامترهای مورد نظر در هزینه‌های روش MVC...................................49

جدول (3-6) پارامترهای مورد نظر در هزینه‌های روش MVC.....................................49

جدول (3-7) محاسبه هزینه شوری‌زدایی با استفاده از انواع مختلف رآکتورهای هسته‌ای .........50

جدول (3-8) درصد توزیع فاکتورهای قیمت............................................51

جدول (4-1) هزینه تولید انرژی از منابع تجدیدپذیر و غیر تجدیدپذیر ......................63

جدول (4-2) هزینه تولید انرژی از منابع تجدیدپذیر و غیر تجدیدپذیر ........................63

جدول (4-3) هزینه تولید آب شیرین با روش‌های مختلف ..........................65

جدول(6-1)تغییرات پارامترهاپس ازفرایندمیکروفیلتراسیون.....................................78

جدول (6-2) مقایسه اقتصادی فرایندهای فیلتراسیون ......................................81

برچسب ها : فناوری نانو در فرایند تصفیه و نمک زدایی آب , فناوری نانو , فرایند تصفیه , نمک زدایی آب