آب شیرین با نور خورشید

با توجه به شرایط اقلیمی کشور، نیاز به تولید آب شرب در ظرفیت های پایین و برای مناطق کم جمعیت و دورافتاده ، موضوعی است که تاکنون کمتر مورد توجه قرار گرفته است . در مناطق خشک و کویری که دارای وسعت زیادی در نقاط مرکزی ایران هستند، از یک طرف نیاز به آب شیرین به عنوان یکی از مشکلات اساسی مردم این مناطق به شمار می آید و از طرف دیگر، انرژی خورشید با شدت تابش مناسب در این مناطق دردسترس است.
روش HD، روش نسبتا جدیدی برای تولید آب شرب بر مبنای فرآیند رطوبتزنی و رطوبت زدایی هواست که از اوایل دهه 90 میلادی مورد توجه محققان قرار گرفته است. چند نمونه آزمایشگاهی و نیمه صنعتی در کشورهای مالزی ، اردن ، مصر و تونس ساخته شده اند.
نتایج تحقیقات نشان می دهد این روش شدت مصرف انرژی پایین تری نسبت به دیگر روشها دارد. از طرفی ، کل انرژی حرارتی این روش را می توان از انرژی خورشید تامین کرد؛ بنابراین با توجه به شدت تابش مناسب خورشید در بیشتر نقاط ایران ، این روش برای مناطق خشک حاشیه کویر با جمعیت کم ، بسیار مناسب است.
مهندس محمد ضامن ، اهداف اصلی که در اجرای این طرح مورد توجه مجریان آن قرار داشته است را شامل استفاده از انرژی خورشید به عنوان منبع حرارتی دردسترس در نقاط خشک و کویری ، تولید غیرمتمرکز آب شیرین در ظرفیتهای پایین ، بهبود کیفیت آب آشامیدنی مصرفی در مناطق فاقد آب شیرین با کیفیت مطلوب وکاهش هزینه تولید آب شیرین در ظرفیتهای پایین می داند و می افزاید: دستاوردهای اجرایی شدن این طرح متنوع و با اهمیت هستند.
رفع نیاز مردم مناطق خشک و کویری کشور به آب شیرین با استفاده از انرژی خورشیدی ، تامین کل انرژی حرارتی مورد نیاز آب شیرین کن HD با استفاده از انرژی خورشیدی و حذف اثرات منفی کاربرد مستقیم و غیرمستقیم سوختهای فسیلی در تولید آب شیرین ، پایین تر بودن شدت مصرف انرژی در روش HD نسبت به روشهای متداول حرارتی از مهمترین این دستاوردها هستند. در ضمن با استفاده از بهینه سازی به روش برنامه ریزی ریاضی می توان مصرف انرژی را در آب شیرین کن HD به حداقل ممکن رساند تا طرحی بهینه حاصل شود.
ضامن در ادامه درخصوص ویژگی های این نوع آب شیرین کن ها می گوید: روشهای معمول شیرین سازی آب که بیشتر برای ظرفیت های بالا کاربرد دارند، شامل تقطیر ناگهانی چند مرحله ای (MSF) ، تقطیر چند مرحله ای (ME) ، تراکم بخار(VC) و اسمز معکوس (RO) هستند؛ اما در بخشهای وسیعی از کشور نیاز به تولید آب شیرین به صورت متمرکز و در ظرفیت های بالا وجود ندارد، بخصوص در نقاط کوچک و کم جمعیت که ظرفیت های پایین ، پاسخگوی نیاز هستند.
نکته دیگر این که روشهای مزبور انرژی نسبتا زیادی مصرف می کنند و روشهای حرارتی شامل ME، MSF و TVCنیازمند بخار مافوق داغ هستند. تامین انرژی مورد نیاز این روشها در ظرفیت های پایین نیز با مشکلات فنی و اقتصادی همراه است.
از طرف دیگر انرژی خورشید به عنوان یک منبع رایگان انرژی در بیشتر نقاطی که نیاز به شیرین سازی آب دارند، با شدت تابش مناسبی در دسترس است ؛ بنابراین آب شیرین کن های خورشیدی یکی از مناسب ترین گزینه ها برای تولید غیرمتمرکز آب شیرین هستند.

نیاز به آب شیرین به عنوان یکی از مشکلات اساسی مردم مناطق مرکزی ایران به شمار می آید

ضامن می افزاید: بیشتر تحقیقات در زمینه آب شیرین کنهای HD از دهه 90 میلادی به بعد و در کشورهایی نظیر مصر، اردن ، مالزی ، تونس و چین صورت گرفته است ؛ اما طرح حاضر نه تنها جدیدترین تحقیقات روز دنیا در این زمینه را مورد استفاده قرار داده ، بلکه مدعی است برای نخستین بار در دنیا بهینه سازی جامع روی این نوع از آب شیرین کن ها صورت گرفته است که باعث کاهش حجم دستگاه و افزایش بازده تولید آن شده است ، بنابراین گامی در جهت تجاری کردن آب شیرین کن HD برداشته شده است.

تولید آب در دل کویر

به گفته ضامن ، فرآیند شیرین سازی آب به روش HD براین واقعیت استوار است که هوا توانایی مخلوط شدن با مقدار قابل توجهی بخار آب را دارد. مقدار بخاری که می تواند به وسیله هوا حمل شود با بالا رفتن دما افزایش می یابد؛ به عنوان مثال یک کیلوگرم هوای خشک وقتی دمای آن از 30 به 80 درجه سانتی گراد افزایش یابد، قابلیت حمل 0.5 کیلوگرم بخار آب و حدود 670 کیلوکالری گرما را پیدا می کند.
هنگامی که یک جریان هوا در تماس با آب شور قرار گیرد، مقداری آب خالص با استفاده از گرمای محسوس آب شور یا هوای گرم ، بخار شده و جذب هوا می شود. این بخار سپس می تواند با عبور هوای حامل آن از روی سطوح سرد، تقطیر و بازیافت شود تا به این وسیله آب با املاح بسیار پایین تولید شود. بر این اساس ، یک سیستم آب شیرین کن HD از 3 بخش اصلی منبع حرارتی ، بخش رطوبت زنی و بخش رطوبت زدایی تشکیل می شود. این دستگاه آب شیرین کن خورشیدی با همکاری دکتر مجید عمیدپور، مهندس سیدمهدی سوفاری ، مهندس میرعلی اصغر زینالی دانالو و مهندس حسینعلی دادخواه در مقیاس نیمه صنعتی با ظرفیت تولید نامی 100 لیتر آب شیرین در روز در پژوهشکده توسعه صنایع شیمیایی ایران نصب و راه اندازی شده است.
به گفته ضامن ، در مرحله نخست اجرای این طرح ، مطالعات دقیق و نسبتا طولانی روی روشهای مختلف تولید آب شیرین انجام شد و پتانسیلهای موجود در روشهای مختلف برای استفاده از انرژی های تجدیدپذیر در فرآیند شیرین سازی آب مورد بررسی قرار گرفت.
نتایج مطالعات نشان داد روش نسبتا جدید رطوبت زنی و رطوبت زدایی هوا بسیار سازگار با انرژی خورشید است و در حال حاضر نیز تحقیقات بر روی این روش به منظور بهبود بازده و تجاری کردن آن در دیگر نقاط دنیا ادامه دارد؛ بنابراین پس از انتخاب این روش به عنوان روش نهایی اجرای طرح ، مرحله شبیه سازی و بهینه سازی فرآیند به منظور بهینه کردن آن آغاز شده است.
در مرحله بعد، طراحی دقیق کلیه تجهیزات مورد نیاز انجام شد و با ساخت و نصب آنها بهره برداری از دستگاه با موفقیت در روزهای نزدیک به سالروز تشکیل جهاد دانشگاهی صورت گرفت. در حال حاضر ادامه تحقیقات برای اعتبارسنجی واحد و همچنین تجاری کردن این آب شیرینکن ادامه دارد.
به طور کلی از روش رطوبت زنی و رطوبت زدایی هوا برای تولید آب شیرین در ظرفیت های پایین استفاده می شود. از این سیستم می توان برای تامین آب شرب واحدهای مسکونی ، با حداقل انرژی مصرفی استفاده کرد. کاربرد دیگر آن برای مناطق دورافتاده و کم جمعیت است. میزان مصرف انرژی این روش نسبت به روشهای معمول تولید آب شیرین ، پایین تر است و فشار و دمای کاری آن به صورتی است که می توان از انرژی خورشید برای تامین انرژی حرارتی مورد نیاز واحد استفاده کرد؛ البته اگرچه تکنیک های متفاوتی برای رطوبت زنی و رطوبت زدایی هوا هست ، اما روش HD خورشیدی با گرمایش آب کاربرد بیشتری دارد؛ چراکه از دیدگاه انرژی اگر از سیکل بسته هوا در این روش استفاده شود، مصرف انرژی واحد به حداقل خواهد رسید.
همواره نقطه بهینه ای برای عملکرد سیستم HD از نظر مصرف انرژی وجود دارد که با استفاده از بهینه سازی می توان به آن دست یافت. طراحی آسان ، هزینه بهره برداری پایین و عمر طولانی از جمله خصوصیات این روش هستند. در نتیجه پیش بینی می شود که در آینده این روش کاربرد گسترده تری در تولید آب شیرین داشته باشد.

بهاره صفوی