آب شیرین کن های خورشیدی
در این مطلب می خوانیم:
خلوص آب دستگاه آب شیرین کن خورشیدی
مبانی اصلی تقطیر خورشیدی
دستگاه آب شیرین کن خورشیدی از قواعد اصلی تبخیر و تقطیر تبعیت می کند. آب شور وارد دستگاه شده و تحت تاثیر اشعه خورشید عبوری از سطح شیشه ای دستگاه، گرم می گردد. وقتی آب داخل آب شیرین کن تبخیر می گردد، نمک، میکروب و سایر ذرات محلول در آب در تشتک باقی مانده و بخار آب عاری از این مواد می تواند به سمت بالا حرکت کرده و در سطح زیرین شیشه قطیر گردد. قطرات تشکیل شده از آنجا به سمت ظرف جمع کننده آب تصفیه شده، هدایت می گردد. فناوری تقطیر خورشیدی مزایایی مانند حل معضلات آب های غیربهداشتی و استحصال آب تصفیه شده بهداشتی برای مصرف کنندگان ایجاد می کند.
آب شیرین کن خورشیدی می تواند عوامل بیماری زای موجود در آب، نمک ها و فلزات سنگین را که در برخی از روش های تصفیه قبلی امکان جداسازی آن ها ممکن نبود، از آب جدا نماید. میزان استحصال آب تصفیه شده در این سیستم تابعی از میزان انرژی خورشید، میزان عایق کاری و دمای محیط بیرون است.
آب شیرین کن خورشیدی می تواند عوامل بیماری زای موجود در آب، نمک ها و فلزات سنگین را که در برخی از روش های تصفیه قبلی امکان جداسازی آن ها ممکن نبود، از آب جدا نماید. میزان استحصال آب تصفیه شده در این سیستم تابعی از میزان انرژی خورشید، میزان عایق کاری و دمای محیط بیرون است.
در شکل بالا، طرحواره مکانیزم تبدیل انرژی داخل یک آب شیرین کن تشتک دار دوشیب نشان داده شده است. انرژی خورشید توسط بستر تیره موسوم به استر تشتک، جذب و مقداری از تابش خورشید از سطح ظرف و سطح آب به بیرون دستگاه منعکس می شود.
بخش عمده ای از انرژی جذب شده توسط ظرف به آب شور، تحت مکانیزم انتقال حرارت جابجایی و هدایت منتقل می شود. سهم کمی نیز از ظرف تحت تاثیر انتقال حرارت هدایت، به بیرون منتقل می شود. سطح آب شور گرم شده، توسط سه مکانیزم، انرژی خود را به شیشه دستگاه منتقل می کند که سهم عمده ای از آن، توسط تبخیر صورت می گیرد. توسط نفوذ و جابجایی، بخار به سمت شیشه هدایت شده و حرارت نهان خود را پس از تماس با شیشه به محیط بیرون منتقل می کند و بدین صورت تقطیر رخ می دهد. سهم دیگری از حرارت توسط جابجایی آزاد از سطح آب شور به شیشه منتقل می شود و سومین سهم مربوط به تابش از سطح آب شور به شیشه است. در شکل زیر طرحواره ای از آب شیرین کن خورشیدی تشتک دار تک شیب نشان داده شده است.
آب شیرین کن خورشیدی
عملکرد آب شیرین کن خورشیدی ساده بوده و نیاز به قرار گرفتن دستگاه روبروی خورشید ظهرگاهی دارد. همچنین لازم است که هر چند روز یک بار از آب شور جدید پر شده و آب استحصال شده جمع آوری شود. آب شیرین کن های خورشیدی تابعیت ساخت به صورت مدولار را بر حسب نیازمندی به آب بهداشتی دارد. کافی است این دستگاه ها به صورت سری یا موازی به هم متصل گردند. این آب شیرین کن ها دارای مشکلات می باشند که محدودیت هایی را جهت استفاده از این روش در مقیاس های بزرگ ایجاد می کند. از آن جمله می توان به موارد زیر اشاره نمود:
- نیاز به سطح زیاد جذب انرژی خورشیدی
- هزینه اولیه بالا
- آسیب پذیری در مقابل عوامل محیطی
محاسبات سرانگشتی در مورد آب شیرین کن خورشیدی مشخص می سازد، بازای هر ۱ مترمربع سطح جذب کننده خورشیدی می توان در روز 4 لیتر آب تصفیه شده جمع آوری نمود. لذا می توان نتیجه گرفت برای تامین آب در مکان های پرجمعیت سطح بسیار زیادی لازم است. در شهرها زمینی که برای این کار لازم است، بسیار گران قیمت و محدود می باشد.
آب شیرین کن های خورشیدی دارای هزینه اولیه تولید و ساخت نسبتا بالایی می باشد؛ ولی هزینه انرژی آن ها مجانی است. البته برای انتقال آب شور به دستگاه و آب پاک از دستگاه به بیرون، نیاز به کار پمپ می باشد. بعلاوه کارکرد دستگاه آب شیرین کن نیاز به مراقبت و نگهداری همیشگی دارد تا دستگاه از خوردگی و تشکیل رسوب حفظ شود و همچنین لازم است از نشتی دستگاه و خروج بخار از آن جلوگیری شود. به صورت عملی دستگاه های آب شیرین کن خورشیدی برای تصفیه آب در مقیاس های خانگی بیشترین کاربرد را داشته و همچنین مناسب روستاهای دورافتاده و محروم می باشد.
می توان این دستگاه ها را از مواد و مصالحی با دوام ساخت تا کارکرد و عمر ۲۰ ساله آنها تضمین شود. همچنین سادگی دستگاه باعث می شود تا بتوان برای ساخت و تعمیر آن به نیروهای غیرمجرب نیز آموزش داد.
امروزه تلاش های بسیاری جهت افزایش بازده آب شیرین کن ها به انجام رسیده است و به همین دلیل با تمهیدات خاصی نظیر تغییرات در طراحی، استفاده از فناوری های جانبی، استفاده از مواد متخلخل سعی بر افزایش میزان آب پاک استحصال شده از دستگاه های آب شیرین کن می شود.
این تمهیدات در بخش های آتی مورد بررسی قرار می گیرد. باید توجه نمود این تغییرات با آنکه باعث افزایش بازده تولید می شود؛ ولی به دلیل پیچیده تر شدن دستگاه ممکن است کاربری خود را در روستاها و مناطق محروم از دست بدهند.
باید دقت نمود برای تولید و انتقال آب در مناطق محروم، فناوری، تنها مشخصه ای نیست که باید در نظر گرفته شود. از مشخصه های مهم دیگری که می بایست همواره مدنظر قرار گیرد، می توان به فرهنگ، سنت و شرایط محلی اشاره نمود. البته مسئله هزینه ها و شرایط اقتصادی نیز بسیار مهم است؛ چرا که ممکن است در برخی مناطق بتوان به جای سیستم آب شیرین کن خورشیدی از دستگاه های RO یا VC کوچک استفاده نمود و مشکل کمبود آب را حل نمود. ملاک قضاوت، مجموع هزینه اولیه و هزینه جاری (انرژی، نگهداری و…) است.
آب شیرین کن های خورشیدی در مناطق گرم، که نیاز آب کمتر از ۳ مترمکعب در روز می باشد، کارایی دارند. به دلیل هزینه بالای انتقال آب و همچنین هزینه های بالای تامین سوخت، استفاده از این روش توجیه پذیر می باشد. شرایطی که استفاده از آب شیرین کن ها را معقول و با صرفه می نماید، شامل موارد زیر می باشد:
- آب شور در دسترس
- نیاز کلی آب بهداشتی کمتر از ۵ مترمکعب در روز
- آب و هوای گرم (ساعت آفتابی زیاد)
- میزان بارش کمتر از 0.5 در سال
- هزینه بالای انتقال آب (بیشتر از 100.000 ریال برای هر متر مکعب)
آب شیرین کن ها را می توان هر صبح یا هر عصر پر نمود و در همان زمان آب بهداشتی تولید شده را جمع آوری نمود. طبیعتا می توان آب بهداشتی تولیدی را حتی غروب که دمای آب پایین تر از دمای هوا می شود، جمع آوری کرد. آب شور ورودی به دستگاه باید کمی بیشتر از میزان آب پاک استحصال شده باشد. این امر موجب تمیز ماندن تشتک دستگاه و حذف شوری های بجا مانده از تبخیر آب می شود.
با تبخیر آب، شوری و بقیه مواد در تشتک بجا می ماند. با گذر زمان و در صورت عدم تخلیه و تمیز کردن منظم تشتک، این نمک ها اشباع می شود. توصیه می شود میزان آب شور ورودی به دستگاه سه برابر آب بهداشتی استحصال شده باشد تا نمک های بجا مانده به بیرون هدایت شود. مزایای آب شیرین کن های خورشیدی نسبت به سایر سیستم های تقطیری به شرح زیر است:
- تولید آب خالص
- عدم نیاز به تجهیزات جانبی برای راه اندازی
- عدم نیاز به منابع انرژی متداول
- عدم نیاز به اپراتور متخصص برای راه اندازی و نگهداری
- امکان پذیر بودن ساخت و تعمیر محلی
- هزینه پایین
- امکان تهیه آب شرب حتی از آب مقطر…
موارد استفاده آب مقطر به شرح زیر می باشد:
- صنایع جهت استفاده برای نیازهای صنعتی
- بیمارستان به منظور استریل نمودن
- استفاده به عنوان آب رادیاتور و آب باتری در تعمیرگاه های خودرو
- استفاده نمودن به عنوان آب باتری در صنایع مخابراتی
- آزمایشگاه های تجزیه مواد
- مناطق مجاور دریا و بنادر برای تهیه آب بهداشتی
عوامل موثر بر تقطیر خورشیدی
هر دستگاه آب شیرین کن خورشیدی تحت شرایط زیر کار می کند:
- دمای آب شور اولیه بالا باشد.
- اختلاف دمای بین آب شور اولیه و سطح تقطیرکننده بالا باشد.
- نشتی بخار دستگاه بسیار ناچیز باشد.
دمای بالای آب شور نیز تحت شرایط زیر حاصل می گردد:
- آب شور اولیه موجود بتواند سهم عمده ای از حرارت ناشی از تابش خورشید را جذب کند. به همین منظور شیشه یا سطح شفاف دستگاه باید کمترین ضریب جذب را داشته باشد.
- اتلافات حرارتی جداره ها و کف دستگاه به حداقل ممکن کاهش یابد.
- عمق آب شور موجود در تشتک دستگاه به حداقل ممکن برسد تا حرارت دریافتی از خورشید سریعا آب شور را به دمای بالا با نرخ تبخیر بالاتر برساند.
اختلاف دمای بالا بین آب شور تشتک و سطح شفاف تقطیرکننده زمانی رخ می دهد که سطح شفاف کمترین سهم انرژی تابشی را دریافت نماید (ضریب جذب پایین). حرارت موجود در بخار آب باید سریعا به بیرون انتقال یابد تا عمل تقطیر بهتر انجام شود.
خلوص آب دستگاه آب شیرین کن خورشیدی:
آب بهداشتی حاصل از تقطیر تولید شده توسط آب شیرین کن ها دارای مزه نمی باشد. اما آب مقطر حاصل از سیستم های دیگر، از آنجا که حاصل از جوشش می باشد، چنین نیست. پدیده جوشش آب، باعث کاهش PH آب شود.
آب شیرین کن خورشیدی از تبخیر و تقطیر طبیعی استفاده می کند، همان پدیده ای که موجب باران می گردد؛ لذا تغییر PH در آب استحصالی آنها رخ نمی دهد و آب تولیدی برای آشامیدن و پخت غذا بسیار مناسب می باشد.
دستگاه های آب شیرین کن خورشیدی، بلافاصله بعد از نصب قابل بهره برداری اند و موادی نظیر نمک ها، عوامل بیماری زا، میکروارگانیزم ها و … را از آب حذف می نماید.
گزارش های متعدد مناطقی که دستگاه های آب شیرین کن خورشیدی در آنها نصب شده نشان می دهد آب تولیدی از دستگاه ها بسیار مناسب و بهداشتی است و این در حالی است که منابع آب در دسترس دارای کیفیت بسیار نازلی اند. این امر بیان کننده توانایی این دستگاه ها در حذف انواع مواد مضر تا حد 99٪ از آب می باشد. در حالی که برخی از مردم، تصور غلطی در ارتباط با آشامیدن آب استحصالی از آب شیرین کن های خورشیدی دارند و معتقدند این آب برای آشامیدن مناسب نیست.
انرژی لازم برای تقطیر:
گرمای نهان تبخیر آب، همان انرژی موردنیاز برای تبخیر آب است. مقدار این انرژی 2260 کیلوژول بر کیلوگرم در فشار اتمسفر است. به عبارت دیگر برای تولید یک لیتر آب خالص (یک کیلوگرم) تحت مکانیزم تبخیر و تقطیر، معادل 2260 کیلوژول لازم است. این در حالی است که برای انتقال 1 کیلوگرم آب به ارتفاع 20 متری فقط 0.2 کیلوژول انرژی لازم است؛ یعنی هنگام تبخیر 11300 برابر انرژی بیشتری نسبت به حالت انتقال آب از چاه به سطح زمین نیاز است. بنابراین برای تولید آب بهداشتی سوخت های فسیلی و الکتریسیته زیادی لازم است.
کاربردهای تقطیر خورشیدی:
آب مقطر بدست آمده از آب شیرین کن خورشیدی کاربردهای زیر را دارد:
- شارژ باتری ها: آب مقطر می تواند برای شارژ و افزایش عمر باتری ها بکار رود.
- پاکسازی ابزار پزشکی: در کل، تجهیزات داروخانه ای در نواحی دورافتاده به دلیل عدم دسترسی دسترسی به آب مقطر مناسب با آب لوله کشی غیربهداشتی، تمیز می شد آب مقطر بدست آمده از آب شیرین کن خورشیدی، این مشکل را حل می کند.
- آب مقطر در صنایع نساجی و شیمیایی که خلوص آب نقش بسیار مهمی ایفا می کند، کاربردهای بسیاری دارد، مانند تقطیر مضاعف با رنگ کرد لباس و …
منابع:
کارگشا (سامانه جامع صنعت ساختمان)
کتاب آب شیرین کن های خورشیدی مرکز تحقیقات مسکن و شهرسازی
مطالب مرتبط:
