منابع آب شیرین در سراسر جهان به دلیل افزایش جمعیت، استفاده در صنعت و تغییر الگوی آب و هوا، به طور فزاینده ای تحت فشار قرار می گیرند. این تنش ها نیاز به استفاده حداکثر از هر قطره آب موجود را ایجاد می کند. سیستم های تصفیه آب ذاتاً جریان پسماندی تولید می کنند. این جریان زباله اغلب می تواند 30-20٪ از کل آب ورودی در سیستم تصفیه را تشکیل دهد، که از نظر انسانی و اقتصادی از دست دادن قابل توجهی از یک منبع با ارزش است. به حداقل رساندن این جریان زباله بخشی کلیدی از راه حل بحران آب برای صنعت و مردم است. اینجاست که مفهوم تخلیه حداقل مایع (MLD) به کار می رود. تکنیک های MLD اغلب برای کاهش هزینه های کلی برنامه های تخلیه مایع صفر (ZLD) عمل می کنند. در صورت عدم نیاز به تخلیه مایع صفر، MLD می تواند یک مزیت اقتصادی قابل توجه و صرفه جویی در مصرف آب را فراهم کند.
حداقل تخلیه مایع به فرایندی گفته می شود که طی آن سیستم آب یا فاضلاب تصفیه شده را در خود بازیافت می کند تا میزان پساب نهایی تخلیه شده در محیط را محدود کند. مشابه تخلیه مایع صفر یا ZLD ، حداقل تخلیه مایع یا MLD از کریستالیزورهایی استفاده می کند که گرما تولید می کنند تا آب تصفیه شده در جو آزاد شود. حداقل تخلیه مایعات معمولاً بیشتر از تخلیه مایع صفر دیده می شود زیرا به اندازه ZLD پرهزینه نیست اما هنوز مطابق با مقررات زیست محیطی است.

حداقل تخلیه مایع (MLD) فرآیندهای تخلیه مایع نزدیک به صفر است که جریان های پساب بسیار غلیظ تولید می کند. به طور معمول MLD به عنوان فرآیندی تعریف می شود که حداقل 95٪ آب را بازیابی می کند. در بعضی موارد استفاده از محلول MLD و ذخیره یا دفع این زباله ها در مقایسه با محلول ZLD که می تواند ضایعات کمتری داشته باشد، می تواند مقرون به صرفه باشد.

 

مزایای دستیابی به بازیابی آب 95-98٪ با استفاده از فناوری MLD

• کاهش در هزینه های تخلیه
• کاهش یا جلوگیری از جریمه های نظارتی
• افزایش تأمین آب در مناطق تحت فشار آب
• پایداری کلی گیاهان شهری و صنعتی

تعریف MLD و ZLD برای کسانی که آشنا نیستند

MLD به فرآیندهای تصفیه آب اشاره دارد که در آن 70-95٪ آب بازیابی می شود. به طور معمول ، از فناوری های مبتنی بر غشا مانند اسمز معکوس و نانو فیلتراسیون – با ترفندهای احتمالی اسمز رو به جلو – برای دستیابی به MLD استفاده می شود.
ZLD به فرآیندهای تصفیه آب اشاره دارد که در آن 95-100٪ آب بازیابی می شود. به طور معمول ، ZLD از طریق فناوری هایی مانندکریستالیزر حاصل می شود. پس از بازیابی 95٪ آب ، کنسانتره باقیمانده معمولاً دارای مقادیر BOD ، COD ، TDS و TSS بالا است و حذف 5٪ آخر در بسیاری از موارد هزینه ها را دو برابر می کند. فن آوری های اسمز جلو می توانند هزینه های OPEX و CAPEX را در هر دو فرایند MLD و ZLD کاهش دهند.
برای مدت زمان طولانی ZLD به عنوان روشی سازگار با محیط زیست برای کمک به صنعت در تأمین نیازهای روزافزون به تخلیه و بازیافت جریان فاضلاب آنها پیشنهاد شده است. با این حال فرایندهای ZLD دارای مشکلاتی به شرح ذیل هستند:
• از نظر فنی پیچیده است
• بسیار گران
• به دلیل مواد اضافی و انرژی مورد نیاز لزوما سازگار با محیط زیست نیستند

بنابراین در بیشتر موارد، برای بهبود اثر آب، رویکرد تخلیه مایع (MLD) برای حل مشکل تصفیه فاضلاب را با استفاده از فن آوری های مبتنی بر فیلتراسیون اتخاذ می شود که می تواند با کسری از هزینه های ZLD به بازیابی زیاد آب دست یافت.

شکل 1 – بازیاب آب فرآیند کریستالیزاسیون RO-MD-MCV – در مقابل SEC های مربوطه. در نمودار همچنین مقادیر انرژی مورد نیاز در هر مرحله از فرآیند همراه با تقاضای انرژی در متر مکعب از مرحله MLD و ZLD وجود دارد. این فرآیند درست بعد از MD به یک مرحله MLD و پس از Crystalizer به یک ZLD می رسد.
همانطور که می بینیم، انرژی مورد نیاز برای بازیابی بیشتر پس از MD افزایش می یابد! در این مرحله هر کاربر باید تصمیم بگیرد که آیا قدم اضافی به جلو واقعا ارزشش را دارد. به خصوص که هزینه فرآیند ZLD به طور معمول 60-70٪ از کل CAPEX است.

چالش های دستیابی به MLD

افزایش بازیابی سیستم تصفیه آب به 95-98٪ کار بی اهمیتی نیست. اغلب اوقات ، یکی از چالش برانگیزترین آلاینده ها برای حذف آب از پسماند، جامدات محلول (TDS) است. حذف TDS معمولاً با مصرف انرژی زیاد انجام می شود و انرژی حرارتی بیشتری را برای حذف نمک بیشتر طلب می کند و می تواند چالش های عملکردی ناشی از جرم گیری و رسوب دهی را ایجاد کند. بعلاوه ، با افزایش بازیابی آب، انرژی بیشتری برای نگهداری نمکهای موجود در جریان پسماند از جریان محصول مورد نیاز است. وجود موادی مانند سولفات کلسیم ، کربنات کلسیم و سیلیس چالش های بازیابی بالا برای MLD را تشکیل می دهد. این آلاینده ها باعث کاهش کارایی فرآیندهای جداسازی مانند اسمز معکوس می شوند و می توانند بازیابی آب را محدود کنند.حداقل فرآیندهای تخلیه مایع (MLD) می تواند تا 95٪ آب بازیابی کند با نصف هزینه دستیابی به تخلیه کامل مایع صفر.
Water Technology Online اخیراً مقاله “رویکرد MLD فرصت قابل توجهی را ارائه می دهد” منتشر کرد که در آن نویسندگان استدلال می کنند که کاهش تخلیه لزوماً نباید تا 100٪ آب بازیابی و تخلیه کامل مایع انجام شود. جنرال موتورز 90 درصد را به عنوان عدد بهینه اقتصادی برای تبدیل فاضلاب خود تعیین کرده است.

دلیل جایگزینی MLD با ZLD

ZLD ممکن است زمانی مفید باشد که قوانین محدودی در آن وجود داشته باشد یا در مناطق حساس به آب جهان وجود داشته باشد ، زیرا هر قطره مهم است اما از نظر اقتصادی بسیار چالش برانگیز است. چند مرحله آخر که برای دستیابی به ZLD کامل لازم است تقریباً می تواند هزینه ها را دو برابر کند. یک نمونه موفق از بکارگیری فناوری MLD در کارخانه مونتاژ خودروهای جنرال موتور در سان لوئیس پوتوسی، مکزیک اتفاق افتاد. این نیروگاه در منطقه ای خشک و دور افتاده قرار دارد و هیچ جریان دریافت کننده یا فاضلاب شهری برای تخلیه فاضلاب در دسترس نیست. با استفاده از ترکیبی از فناوری RO ، یک فرآیند سختی گیری شیمیایی با سرعت بالا و سایر فناوری ها، این نیروگاه 90٪ از فاضلاب خود را بازیابی و مجدداً استفاده می کند، بقیه 10٪ پسماند مایع باقی مانده در استخراج و در استخرهای مجاور خورشیدی تخلیه می شود. سایر گزینه های فناوری مانند HPRO ، EDR ، FO و MD، ترکیبات و هیبریدهای آنها نیز می توانند باعث بهبودی بالا (70-80٪) شوند و به انرژی بسیار کمتری نسبت به تبخیر حرارتی نیاز دارند، که باعث کاهش اندازه و در نتیجه تبلور می شود ( در صورت نیاز به ZLD)

کاهش هزینه ها و تأثیرات زیست محیطی با استفاده از MLD

قوی ترین استدلال در MLD کاهش CAPEX و OPEX در مقایسه با طراحی ZLD است. به همین سبب است که هزینه های فرآیندهای غشایی و فیلتراسیون در مقایسه با فناوری های حرارتی ZLD نسبتاً کم است. پیشرفت های جدید فن آوری می تواند اندازه کریستالیزرها یا سایر تجهیزات مورد استفاده را به حداقل برساند و حتی شاید کاربرد آنها را از بین ببرد. در عین حال این فناوری ها از ظرفیت بازیابی بالاتری برخوردار هستند. به خصوص از آنجا که بعضی از آنها می توانند از گرمای تلف شده استفاده کنند. لذا جهت صرفه جویی در هزینه و بهره وری در طراحی فرآیند MLD توجه به این موارد بسیار مهم می باشد.

ارزیابی نیاز به MLD

برای درک اینکه آیا در یک واحد تصفیه به MLD نیاز هست یا نه! اولین سوال این است که آیا استفاده مجدد از آب یا باز چرخانی پساب مورد نیاز است. اگر چنین باشد، روش MLD می تواند همان چیزی باشد که لازم است. اگر لازم است قوانین محلی در مورد تخلیه پساب رعایت شود، MLD می تواند بخشی از راه حل باشد که ممکن است شامل استخرهای ZLD / تبخیر / تزریق آب زیرزمینی باشد. مرحله بعدی شناسایی جریان های پساب از نظر دبی، آلاینده ها و غلظت های مربوطه است. به عنوان مثال میعانات به تصفیه بسیار کمی نیاز دارند در حالی که جریان های پساب با غلظت بالای ترکیبات آلی ، نمک ها ، فلزات و مواد معلق به احتمال زیاد به تصفیه گسترده نیاز دارند.