مدل‌سازی و ارزیابی فنی-اقتصادی سامانه‌های نمک‌زدایی منفرد و ترکیبی اسمز معکوس و تقطیر چندمرحله‌ای

نوع مقاله : پژوهشی اصیل

نویسندگان

1 دانشگاه تربیت مدرس

2 دانشگاه شیراز

چکیده
موضوع تحقیق: کمبود منابع آب شیرین و رشد شتابان جمعیت، توسعه و به‌کارگیری فناوری‌های نمک‌زدایی کارآمد را به ضرورتی انکارناپذیر برای تأمین پایدار آب شرب و صنعتی تبدیل کرده است. در این راستا، پژوهش حاضر به مدل‌سازی، اعتبارسنجی و ارزیابی فنی–اقتصادی دو فناوری پرکاربرد اسمز معکوس (RO) و تقطیر چندمرحله‌ای (MED) و همچنین ترکیب آن‌ها در قالب گزینه‌های منفرد و ترکیبی می‌پردازد.
روش تحقیق: در بخش مدل‌سازی، اجزای کلیدی هر فرایند شامل پمپ‌ها، مبدل‌های فشاری، واحدهای پیش‌تصفیه و بخش‌های اصلی نمک‌زدایی با دقت بالا و بر اساس روابط ریاضی معتبر شبیه‌سازی شده‌اند. داده‌های نرم‌افزار WAVE و اطلاعات میدانی واحدهای صنعتی موجود برای کالیبره کردن و اعتبارسنجی مدل‌ها به کار رفته تا نتایج حاصل از شبیه‌سازی به شرایط واقعی نزدیک شود. چهار پیکربندی مختلف شامل RO، MED، RO-MED و MED-RO تحت شرایط خوراک یکسان (۵۰,۰۰۰ مترمکعب در روز، شوری ۳۰,۰۰۰ بخش در میلیون) و محدودیت‌های عملیاتی مشخص مورد بررسی و مقایسه قرار گرفتند. شاخص‌های ارزیابی شامل کیفیت محصول نهایی، میزان بازیابی آب، مصرف انرژی الکتریکی و حرارتی و هزینه ویژه تولید آب بودند.
نتایج اصلی: نتایج نشان داد که در مقایسه چهار گزینه منفرد و ترکیبی RO و MED، سامانه RO منفرد با هزینه ویژه آب 0.386 دلار بر مترمکعب اقتصادی‌ترین گزینه بود و نسبت به MED، RO-MED و MED-RO به‌ترتیب ۳۸ درصد، ۱۹ درصد و ۵۸ درصد هزینه کمتری داشت. در مقابل، کیفیت آب تولیدی آن به‌ترتیب ۹۳ درصد، ۴۲ درصد و ۴۷ درصد پایین‌تر بود. تحلیل حساسیت نیز نشان داد که افزایش قیمت برق هزینه RO منفرد را تا ۷۸ درصد افزایش می‌دهد، درحالی‌که افزایش هزینه سوخت در MED رشد هزینه‌ای تا ۸۵ درصد ایجاد می‌کند. همچنین، تغییر نرخ بهره بیشترین اثر را بر MED-RO داشت و هزینه آن را تا ۴۰ درصد افزایش داد. علاوه بر موارد فوق سامانه‌ ترکیبی RO-MED گزینه‌ای اقتصادی در برابر گزینه‌های موجود و درعین‌حال تضمین‌کننده آب باکیفیت است. این نتایج تأکید می‌کند که انتخاب فناوری بهینه وابسته به شرایط محلی از جمله قیمت انرژی، دسترسی به گرمای اتلافی و الزامات کیفی محصول است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله English

Modeling and Techno-Economic Assessment of Standalone and Hybrid Reverse Osmosis and Multi-Effect Distillation Desalination Systems

نویسندگان English

Mohammad Nour-Mohammad 1
Sajjad Jalali 2
Mohammad fakhroleslam 1
1 Tarbiat Modares University
2 Shiraz University
چکیده English

Research subject: The scarcity of freshwater resources and the rapid growth of population have made the development and deployment of efficient desalination technologies an undeniable necessity for securing reliable supplies of drinking and industrial water. In this regard, the present study focuses on the modeling, validation, and techno-economic assessment of two widely applied technologies, reverse osmosis (RO) and multi-effect distillation (MED), as well as their integration in standalone and hybrid configurations.
Research approach: In the modeling stage, the key components of each process, including pumps, pressure exchangers, pretreatment units, and main desalination modules, were simulated with high accuracy using established mathematical correlations. Calibration and validation were carried out with the aid of WAVE software and field data from existing industrial plants, ensuring consistency between simulation results and practical operation. Four configurations, including RO, MED, RO-MED, and MED-RO, were investigated under identical feedwater conditions (50,000 m³/day, salinity of 30,000 mg/L) and defined operational constraints. The evaluation criteria included product water quality, recovery ratio, electrical and thermal energy consumption, and specific water production cost.
Main results: The results showed that, among the four standalone and hybrid RO and MED scenarios, the standalone RO system had the lowest levelized cost of water at 0.386 USD/m³, making it the most economical option. Its cost was about 38%, 19%, and 58% lower than MED, RO-MED, and MED-RO, respectively. In contrast, the product water quality of RO was 93%, 42%, and 47% lower than these alternatives. Sensitivity analysis revealed that increasing electricity price raised the cost of standalone RO by up to 78%, while higher fuel cost increased the MED cost by 85%. Moreover, variation in the interest rate had the strongest impact on MED-RO, raising its cost by up to 40%. In addition, the RO-MED hybrid configuration proved to be an economical alternative compared with other options, while ensuring higher water quality. These findings highlight that the optimal choice of technology strongly depends on local conditions such as energy price, availability of waste heat, and required product quality.

کلیدواژه‌ها English

RO
MED
Hybrid Systems
Process Modeling
Economic Assessment

  • تاریخ دریافت 27 مرداد 1404
  • تاریخ بازنگری 14 شهریور 1404
  • تاریخ پذیرش 14 شهریور 1404
  • تاریخ اولین انتشار 01 مرداد 1405
  • تاریخ انتشار 01 مرداد 1405