रिवर्स ऑस्मोसिस में सफलता से अब तक का सबसे अधिक ऊर्जा कुशल समुद्री जल विलवणीकरण हो सकता है

(नैनोवेर्क समाचार) समुद्री जल से ताजा पानी बनाने में आमतौर पर भारी मात्रा में ऊर्जा की आवश्यकता होती है। अलवणीकरण के लिए सबसे व्यापक प्रक्रिया को रिवर्स ऑस्मोसिस कहा जाता है, जो खनिजों को हटाने के लिए उच्च दबाव पर एक झिल्ली पर समुद्री जल प्रवाहित करके काम करता है।

अब, पर्ड्यू विश्वविद्यालय के इंजीनियरों ने "बैच रिवर्स ऑस्मोसिस" नामक प्रक्रिया का एक प्रकार विकसित किया है, जो बेहतर ऊर्जा दक्षता, लंबे समय तक चलने वाले उपकरण और बहुत अधिक लवणता के पानी को संसाधित करने की क्षमता का वादा करता है। यह दुनिया भर में जल सुरक्षा में अंतर पैदा कर सकता है।

कई देशों में रिवर्स ऑस्मोसिस का उपयोग किया जाता है; मध्य पूर्व जैसे शुष्क स्थानों में, आधे से अधिक ताजे पेयजल की आपूर्ति अलवणीकरण सुविधाओं से होती है। लेकिन प्रक्रिया के लिए आवश्यक उच्च स्तर के दबाव को बनाए रखने के लिए - 70 गुना वायुमंडलीय दबाव तक - एक विलवणीकरण संयंत्र को बड़ी संख्या में पंप और अन्य उपकरणों को नियोजित करना चाहिए। और यह बहुत अधिक ऊर्जा का उपयोग करता है।

मैकेनिकल इंजीनियरिंग के पर्ड्यू सहायक प्रोफेसर डेविड वारसिंगर ने कहा, "विलवणीकरण संयंत्र की जीवन भर की लागत का लगभग एक तिहाई ऊर्जा है।" "प्रक्रिया में छोटे सुधार भी - कुछ प्रतिशत अंतर - सैकड़ों मिलियन डॉलर बचा सकते हैं और CO2 को वातावरण से बाहर रखने में मदद कर सकते हैं।"

एमआईटी में अपने डॉक्टरेट कार्य के दौरान, वारसिंगर ने पहली बार "बैच रिवर्स ऑस्मोसिस" का विचार विकसित किया। उन उच्च दबाव स्तरों पर समुद्री जल के निरंतर प्रवाह को बनाए रखने के बजाय, एक बैच प्रक्रिया एक समय में एक निश्चित मात्रा में पानी लेती है; इसे संसाधित करता है; निर्वहन करता है; और फिर अगले बैच के साथ प्रक्रिया को दोहराता है।

"प्रत्येक बैच लगभग एक से दो मिनट तक चलता है," वारसिंगर ने कहा। "हम समय के साथ दबाव बढ़ाते हैं, समय के साथ मात्रा कम करते हैं, और हम ताजे पानी की समान मात्रा का उत्पादन करने के लिए बहुत कम ऊर्जा का उपयोग करते हैं।"

स्नातक छात्र अभिमन्यु दास (बाएं) और अक्षय राव एक पिस्टन टैंक को समायोजित करते हैं, जो "डबल-एक्टिंग बैच रिवर्स ऑस्मोसिस" नामक एक नई विलवणीकरण प्रक्रिया का प्रमुख घटक है। (छवि: जारेड पाइक, पर्ड्यू विश्वविद्यालय)

हालांकि कुछ विलवणीकरण संयंत्रों ने सेमीबैच तकनीकों का उपयोग करने का प्रयास किया है, लेकिन किसी ने भी पूर्ण बैच प्रणाली को लागू नहीं किया है - आंशिक रूप से बैचों के बीच समय के अंतराल के कारण।

"पानी के प्रत्येक बैच को बाहर पंप करने में समय और ऊर्जा लगती है, और फिर प्रसंस्करण के लिए पानी के अगले बैच को पंप करता है," वारसिंगर ने कहा। "उस समय और ऊर्जा को खर्च करना आम तौर पर बैच प्रक्रिया का उपयोग करने से आपको प्राप्त होने वाले दक्षता लाभ को रद्द कर देता है। इसलिए हमने 'डबल-एक्टिंग बैच रिवर्स ऑस्मोसिस' नामक एक समाधान विकसित किया है।"

डबल ड्यूटी पिस्टन

यह नई प्रक्रिया एक पिस्टन टैंक का उपयोग करती है - बीच में एक पिस्टन के साथ एक उच्च दबाव वाला बर्तन। जबकि पिस्टन का एक पक्ष समुद्री जल को प्रसंस्करण लूप में आगे भेजता है, पिस्टन का दूसरा पक्ष एक साथ कतार में समुद्री जल के अगले बैच से भर जाता है। जब एक बैच प्रक्रिया समाप्त हो जाती है, तो पिस्टन समुद्री जल के अगले बैच को सिस्टम में इंजेक्ट करता है, साथ ही साथ कतार में समुद्री जल के अगले बैच के साथ इसके दूसरे हिस्से को भरता है, और प्रक्रिया लगातार दोहराती है।

"हर बार पिस्टन को पूरी तरह से खाली करने या पिस्टन पर दबाव डालने के लिए किसी अन्य तरल या गैस का उपयोग करने के बजाय, हम इसे समुद्री जल के अगले बैच से भर रहे हैं," वारसिंगर ने कहा। "इसलिए पिस्टन के एक तरफ अनिवार्य रूप से मृत स्थान होने के बजाय, हम इस पिस्टन से डबल-ड्यूटी प्राप्त करने के लिए समुद्री जल का उपयोग कर रहे हैं, इसलिए लगभग कोई डाउनटाइम नहीं है।

"हमारे मॉडल के मुताबिक, यह प्रस्तावित प्रणाली समुद्री जल विलवणीकरण के लिए अब तक की सबसे कम ऊर्जा खपत प्रदान करती है। यह एक सर्वश्रेष्ठ-इन-क्लास मील का पत्थर है।"

उनका शोध में प्रकाशित किया गया हैडिसेलिनेशन (GG quot;डबल-एक्टिंग बैच रिवर्स ऑस्मोसिस कॉन्फ़िगरेशन सर्वश्रेष्ठ-इन-क्लास दक्षता और कम डाउनटाइम").

मैकेनिकल इंजीनियरिंग में पर्ड्यू मास्टर के छात्र और पेपर के पहले लेखक सैंड्रा कॉर्डोबा ने कहा, "डाउनटाइम वास्तव में कुछ ऐसा है जिससे आप बचना चाहते हैं।" "यदि आपको हर चक्र के बाद सिस्टम की सेवा करनी है, तो आप अपनी सारी ऊर्जा दक्षता खो देते हैं। उस डाउनटाइम को कम करना या समाप्त करना महत्वपूर्ण चीज है जो बैच रिवर्स ऑस्मोसिस को संभव बनाती है।"

कॉर्डोबा ने कागज में प्रयुक्त सैद्धांतिक हाइड्रोलिक मॉडल भी विकसित किए।

"रिवर्स ऑस्मोसिस एक जटिल प्रक्रिया है," कॉर्डोबा ने कहा। "इसकी सफलता का आकलन करने के लिए, आपको कई चरों को ट्रैक करना होगा: पानी का दबाव, मात्रा, लवणता, पुनर्प्राप्ति अनुपात, समय और ऊर्जा। इन मॉडलों के साथ, हम न्यूनतम मात्रा में ऊर्जा का उपयोग करके सर्वोत्तम परिणाम प्राप्त करने के लिए समय के साथ सही मात्रा में दबाव निर्धारित करने में सक्षम थे।"

पिस्टन टैंक कितना बड़ा है? यह सिस्टम के आकार पर निर्भर करता है।

"रिवर्स ऑस्मोसिस पैमानों की एक विस्तृत श्रृंखला पर काम करता है," वारसिंगर ने कहा। "भारत में परिवारों के पास अक्सर अपने घर के लिए एक माइक्रो रिवर्स ऑस्मोसिस सिस्टम होता है, जहां आप इसे अपने हाथों में पकड़ सकते हैं। हमारे प्रयोगों के लिए, हमने एक मॉडल सिस्टम बनाया है जहां पिस्टन टैंक आग बुझाने वाले यंत्र के आकार के बारे में है। एक पूर्ण पैमाने के पौधे में, यह सौ फीट लंबा हो सकता है। लेकिन इसकी खूबी यह है कि यह कोई जटिल उपकरण नहीं है; यह अनिवार्य रूप से एक पाइप है, जिसके बीच में पानी-तंग पिस्टन है। लेकिन वह पिस्टन टैंक सब कुछ बदल देता है। ”

विलवणीकरण में कई नई प्रगति को बढ़ावा देने के लिए वारसिंगर की प्रयोगशाला ने इस दोहरे अभिनय बैच के विकास का उपयोग किया है। अभिमन्यु दास, एक पर्ड्यू पीएच.डी. मैकेनिकल इंजीनियरिंग में छात्र ने "बैच काउंटरफ्लो रिवर्स ऑस्मोसिस" नामक प्रक्रिया के एक प्रकार का वर्णन करते हुए शोध प्रकाशित किया है। झिल्ली के दोनों किनारों पर पानी की कुछ सांद्रता को पुन: परिचालित करके, दास की प्रक्रिया को कम घटकों की आवश्यकता होने पर उच्च-लवणता वाले पानी के लिए सबसे अधिक ऊर्जा-कुशल विलवणीकरण प्रक्रिया के रूप में दिखाया गया है। और पर्ड्यू मास्टर के छात्र माइकल रोगेनबर्ग ने शोध प्रकाशित किया है जिसमें दिखाया गया है कि बैच रिवर्स ऑस्मोसिस और नवीकरणीय ऊर्जा का संयोजन अमेरिका और मैक्सिको के बीच पूरे 1,954-मील की सीमा तक ताजा पानी पहुंचा सकता है।

"जल सुरक्षा दुनिया भर में एक बहुत बड़ा मुद्दा है, जिस पर मैंने अपना पूरा करियर काम करते हुए बिताया है," वारसिंगर ने कहा। "बैच रिवर्स ऑस्मोसिस के साथ ये परिणाम वास्तव में रोमांचक हैं। अगर हम लागत को थोड़ा कम करते हैं, तो विलवणीकरण अधिक स्थानों के लिए एक व्यवहार्य विकल्प बन जाता है। यह परिवर्तनकारी हो सकता है।"