جستجو در سایت :   

گرایش : مکانیک ماشین های کشاورزی

عنوان : طراحی و ساخت و مطالعه عملکرد سیستم نمک زدایی از آب کشاورزی

دانشکده کشاورزی

بخش مهندسی مکانیک ماشینهای کشاورزی

پایان نامه تحصیلی جهت دریافت درجه کارشناسی ارشد مکانیک ماشینهای کشاورزی

عنوان:

طراحی و ساخت و مطالعه عملکرد سیستم نمک زدایی از آب کشاورزی به روش یون زدایی خازنی در یک سیستم آبیاری مجهز به پمپ سانتریفیوژ

 با غشاء واسط کربن فعال

استاد راهنما :

دکتر محسن شمسی

استاد مشاور:

دکترحسن هاشمی پور

برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده پایان نامه درج نمی گردد

(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود می باشد)

تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :

(ممکن می باشد هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود اما در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل می باشد)

چکیده:

کمبود آب در کشورهای خشک همواره یکی از موانع توسعه کشاورزی ، صنعتی و تامین غذای جامعه بوده می باشد. یکی از  راههای مقابله با این مشکل تبدیل منابع آب شور به آب قابل بهره گیری می باشد.این راه علاوه بر تامین آب نیازمند هزینه های عظیم انتقال و نگه داری خطوط نیست و در عین حال بسیاری از منابع آب کم ارزش را پر ارزش می ‌کند. این مسئله در کشور ایران با در نظر داشتن حجم عظیم منابع آب شور اطراف و نبود آّب شیرین در زمینهای ساحلی همچنین چاههای شور داخل ایران اهمیتی دوچندان دارد. روش اصلی این تبدیل نمک زدایی می باشد. یکی از جدیدترین روشهای نمک زدایی، یون زدایی خازنی می باشد.

در این پژوهش کوشش بر این شده که ضمن پژوهش در مورد کارایی آن نمونه ای از آن نیز ساخته گردد. این کار با راه اندازی سیستم تست عمومی پمپ در بخش ماشینهای کشاورزی دانشگاه باهنر کرمان آغاز گردید و سپس با ساخت پوسته طراحی شده از پلاستیک و تولید کربن فعال با فعال سازی پوسته پسته ادامه داده گردید و بعد از آن الکترودی با ساختار رسانا از کربن که دارای مقاومت مکانیکی پیش روی جریان آب باشد و علاوه بر آن پیوستگی لازم با پایه فلزی را داشته باشد، ایجاد گردید. سپس آزمایشاتی همچون تیتراسیون کلر،فلیم فوتومتری ،ECسنجی و اندازه گیری pHجهت اثبات قابلیت نمک زدایی همه جانبه و متناسب آنها انجام گردید. آزمایشات تیتراسیون کلر نشان داد که یک سلول متشکل از 2 الکترود مثبت و منفی با فاصله مناسب در یک محلول آب شور در یک دقیقه قابلیت جذب بیش از 25% نمک محلول را دارد. آزمایش ECسنجی نیز طریقه آن تایید نمود. آزمایشات فلیم فوتومتری و pH سنجی نشان داد که با انتخاب ولتاژ و فاصله متناسب با نوع و درصد شوری از تولید محصولات ناخواسته در این فرایند جلوگیری نمود.

کلید واژه ها: نمک زدایی، یون زدایی خازنی، کربن فعال، فلیم فوتومتری، تیتراسیون کلر

معرفی پژوهش

یون زدایی خازنی یک روش کم فشار غیر غشایی  برای عملیات نمک زدایی می باشد که قابلیت تبدیل شدن به ابزارقدرت در جعبه بازار بشر برای نمک زدایی در آینده را دارد(Farmer et al., 1995) . البته در زمان نوشتن مقاله مورد تصریح این فناوری هنوز در مقیاس آزمایشگاهی مطرح بود و امروز شرکتهای بزرگی به صورت صنعتی در مالزی، چین و امریکا به دنبال بهره گیری از آن هستند . البته در ایران هنوز این تحقیقات در مقیاس آزمایشگاهی می باشد و پس با در نظر داشتن امکانات موجود این پژوهش کوشش کرده قدری راه را به سمت صنعتی شدن آن باز کند.

انگیزه انجام این پایان نامه نیاز جهانی پایان ناپذیر به ارتقاء فناوریهای نمک زدایی جهت کاهش هزینه های تامین آب مورد نیاز بشر می باشد.این نیاز فقط شامل آب شرب نیست بلکه صنعتی وکشاورزی نیزهست(USA-Bureau of Reclamation, 2004).

 البته بایستی توجه داشت که وجه اهمیت این پژوهش جنبه های کشاورزی نمک زدایی می باشد.

  • تعریف مسئله :

ایران ازجمله کشورهایی می باشد که در منطقه ای خشک و نیمه خشک واقع گردیده وعلاوه بر کم بودن  متوسط بارش سالیانه با پراکش زمانی و مکانی ناهمگون ونامناسب آن نیز مواجه می باشد ، این مسائل به گونه کلی پتانسیل کم آبی و احتمال خشکسالی را در ایران افزایش داده ، پس لزوم برنامه ریزی و مدیریت تأمین نیاز این ماده حیاتی از یک طرف و محدودیت منابع آب شیرین در دسترس از طرف دیگر، بهره گیری از منابع غیر متعارف موجود همچون منابع آبهای شور را در کانون توجه کلیه مدیران و کارشناسان قرار می دهد. در سالهای اخیر کاهش اندازه بارش بویژه در کشورهای خاورمیانه که در آنجا اقلیم خشک و نیمه خشک حاکم می باشد، موجب بروز مشکل در منابع آب، مخصوصاً به لحاظ مقدار آن شده و این وضعیت بر سیاست های موجود آب کشورها تاثیر می گذارد. ایران که جغرافیای وسیعی دارد، اخیراً با مسائل عدیده ای در زمینه های مقدار و کیفیت منابع آب مواجه شده می باشد. عدم توزیع متوازن منابع آب در جغرافیای کشور، مدیریت نا مناسب منابع آب، اسراف بخشی از آب مصرفی، کاهش اندازه بارش، بالا بودن اندازه تبخیر، طوفان های شن، بهره گیری بی رویه از آب های زیرزمینی و آلودگی، علل و معضلات مسائل مربوط به منابع آب ایران را تشکیل می دهند.

  • وضعیت موجود آب در ایران

ایران که تحت تاثیر اقلیم نیمه خشک خاورمیانه می باشد، با مساحت 1.648 میلیون کیلومتر مربع، جغرافیای وسیعی را به خود اختصاص می دهد. ایران از شمال با ارمنستان، آذربایجان، دریای خزر و ترکمنستان، از شرق با افغانستان و پاکستان، از جنوب با دریای عمان، تنگه هرمز و خلیج فارس و از غرب با ترکیه و عراق همجوار می باشد. 52 درصد از مساحت این کشور را کوه و صحرا تشکیل می دهد.

ایران در یکی از خشک ترین مناطق جهان واقع شده می باشد. میانگین اندازه بارش سالانه 252 mm می باشد. این رقم یک سوم میانگین بارش جهانی می باشد. در شرایط جوی موجود، 179 mm از این اندازه بارش یعنی 71 درصد تبخیر می گردد. میانگین سالانه اندازه تبخیر 1500 mm الی 2000 mm می باشد. این رقم، یک سوم میانگین جهانی می باشد. در حالیکه رقم مزبور در مناطق کوهستانی شمال کشور 20 mm در سال می باشد، در صحراها 2000 mm در سال می باشد. دو سوم از جغرافیای ایران کمتر از رقم میانگین، بارندگی دارند.

نرخ افزایش جمعیت در ایران بالاست، بر این اساس جمعیت ایران در سال 2009 میلادی حدوداً 73 میلیون نفر بود. در 20 سال اخیر افزایش سریع جمعیت، موجب تغییر بافت جمعیت شهرها و روستاها شده می باشد. در حالیکه قبل از انقلاب، نسبت جمعیت روستاها به شهرها 60/40 بود، امروز این نسبت کاملاً برعکس شده می باشد. در سال 2006 میلادی 39 درصد از جمعیت کشور در روستاها و 61 درصد در شهرها زندگی می کردند. نسبت جمعیت شهرنشین در سال 1986 میلادی 47 درصد بود و بالا بودن اندازه مهاجرت به شهرستان های کوچک و روستاها جلب توجه می نمود. آبهایی که در گذشته بمنظور آبیاری بهره گیری می‌شدند، اکنون برای تامین آب شرب مورد نیاز شهرها بکار برده می شوند. افزایش جمعیت، شهرنشینی، فعالیت ها در بخش صنعت و توسعه بخش کشاورزی، نیاز به آب در ایران را افزایش داده می باشد.طبق آمار، در سال 1963 میلادی 44/4 میلیارد مترمکعب آب در ایران مصرف شده می باشد. در حالیکه در سال 1993 این رقم 83 میلیارد متر مکعب بود، در سال 2006 این رقم به 36/93 میلیارد مترمکعب رسیده می باشد. همانگونه که پیشتر نیز تصریح گردید، منابع، نیاز و قحطی آب در جغرافیای ایران بطور یکسان توزیع نشده می باشد. سایر مسائل مربوط به آب در ایران عبارتند از :بهره گیری بی رویه از آب در آبیاری، بهره گیری وسیع از آب های زیرزمینی برای کشاورزی، آلودگی آب و افزایش اندازه نمک در آب و خاک.

همانند تمایل کلی در جهان، در ایران نیز از منابع آب بطور وسیعی جهت آبیاری بهره گیری می گردد. 5/83 میلیارد متر مکعب از آب مصرفی یعنی 8/92 درصد برای آبیاری بکار برده می گردد. 50 % از آبی که در بخش کشاورزی بهره گیری می گردد، از آبهای رو زمین و50 % دیگر نیز از آبهای زیرزمین تامین می گردد. در جدول بهره گیری از آب های زیرزمینی برای کشاورزی ، ایران در مقایسه با بنگلادش و هندوستان در رده پایین تر در مقایسه با چین، پاکستان، مکزیک، آرژانتین و مراکش در رده بالای جدول قرار دارد. کشاورزی، یکی از مهمترین منابع اقتصادی کشور می باشد و کمبود آب، توسعه کشاورزی را محدود می کند. ایران که کوشش در خودکفایی در تولید مواد غذایی دارد، بخش وسیعی از منابع آب خود را، جهت بهره برداری در زمینه کشاورزی اختصاص داده می گردد (1390 ،ماهنامه تحلیل خاورمیانه ،طوبا اوریم مادن).

جدول (1-1)اندازه بهره گیری از منابع آب در ایران ( 1390 ،ماهنامه تحلیل خاورمیانه ،طوبا اوریم مادن)

عرصه های مصرف : مقدار مصرف (میلیارد متر مکعب) درصد
کشاورزی 5/82 22 /93
شرب 6/5 32/6
صنایع 03/0 03/0
سایر 37/0 43/0
مجموع 5/88 100

در ایران، 1/1 میلیارد متر مکعب آب در بخش معادن و 4/5 میلیارد مترمکعب آب در شهرها و روستاها بهره گیری می گردد. 54 درصد از آب مصرفی در بخش معادن و 68 درصد از آب مصرفی در منازل از آبهای زیرزمینی تامین می گردد. مساحت زمین های کشاورزی آبیاری شده در ایران حدوداً 5.350.000 هکتار می باشد. این رقم، 32/8 درصد از مساحت کل کشور می باشد. در 25 سال اخیر مساحت زمین های آبیاری شده دو برابر افزایش یافته می باشد. در این کشور که گفته می گردد آبیاری بازدهی لازم را ندارد، 75 درصد از آبی که برای آبیاری مصرف می گردد، به هدر می رود. در ایران 90 درصد از آبیاری به روش سنتی انجام می گردد. بعلت آبیاری غلط، سالانه نزدیک به 400.000 هکتار خاک رو به تخریب می گذارد. در نتیجه تخریب خاک، یک میلیون هکتار دیگر به مساحت صحراهای کشور افزوده می گردد. در 15 سال اخیر کوشش شده می باشد با احداث سدهای زیاد، زمین های کشاورزی افزایش داده شوند، اما این راه حل کارساز نیست. آبی که از طریق سدها جمع آوری می گردد، حدود 25 میلیارد مترمکعب می باشد. این رقم مساوی می باشد با 28 درصد از آبهای رو زمینی مورد بهره گیری در بخش کشاورزی.

به رغم احداث 7 سد بزرگ در سالهای 2000-1990 و بهره گیری از آبهای زیرزمینی، مقدار زمین های آبیاری شده افزایش نیافته می باشد. براساس تخمین ها برای تغذیه جمعیت رو به رشد ایران در سالهای آتی، به تولید 100 میلیون تن غذا نیاز می باشد. در این راستا در سال 2021 نیاز آب کشور 150 میلیارد متر مکعب محاسبه شده می باشد. این رقم 15 درصد بیشتر از پتانسیل آب شرب ایران می باشد.در مناطقی مانند ایران که منابع آب کمی دارند، علاوه بر قحطی آب، به علت مدیریت بد منابع نیز آب به هدر می رود. در این راستا در مطالعات جهانی، برای کاهش اندازه آب هایی که در حین آبیاری به هدر می رود و بهره گیری بهینه از منابع آب، لزوم توسعه تکنیک های آبیاری مدرن نظیر تغییر روش های آبیاری، بهره گیری از روش آبیاری قطره ای و بارشی برجسته می گردد.( 1387 ، ببران)

سالهای طولانی، ایران کوشش کرده می باشد مشکل کمبود آب بعلت عدم توزیع مساوی منابع و تقاضای آب را با انتقال آب میان حوزه ها حل کند. بعلت نسبت افزایش سریع جمعیت، تراکم حرکت جمعیت به سوی شهرها، امنیت غذا، بارندگی و خشکسالی، پیش بینی می گردد ایران در آینده با مشکل تامین تقاضای آب مواجه خواهد گردید .

ایران کوشش دارد با مدرنیزه کردن روش های آبیاری کشاورزی، توسعه پروژه های انتقال آب میان حوزه ها، احداث سد و انبارها برای جمع آوری آب و همکاری با کشورهای شرقی خود، مشکل کمبود و کیفیت آب را حل کند.

در حال حاضر یکی از موانع کشاورزی در مناطق  خشک  و نیمه خشک کمبود آب می باشد و رفع آن به علت نبود آب مناسب برای کشاورزی در این مناطق به راحتی انجام پذیر نیست از طرف دیگر معضلات تغذیه آبی جمعیتها و ازدیاد جمعیت در این چند دهه و افزایش نیازها مانع اختصاص آب شیرین به کشاورزی شده می باشد. به علاوه در استانهای بیابانی و خشک مانند کرمان که چاه های آب شور زیاد می باشد اما آب مناسب برای کشاورزی وجود ندارد یکی از راه های تامین آب در کوتاه مدت تامین آب مصرفی در کشاورزی، نمک زدایی از آب شور موجود می باشد .

  • نمک چیست؟

نمک طعام یا سدیم کلراید با نام معدنی هالیت دارای فرمول شیمیایی NaCl  می باشد. سدیم کلراید به صورت بلور در طبیعت پیدا نمود شده و به رنگ سفید یا بی رنگ بوده و گاهی نیز به دلیل وجود ناخالصی ها به رنگ های زرد، قرمز و آبی پیدا نمود می گردد. وزن ملکولی  45/58 ، نقطه جوش 1465 درجه سانتی گراد، نقطه ذوب 806 درجه سانتی گراد و وزن مخصوص آن 2/165 گرم بر سانتی متر مکعب آن و دارای سیستم تبلور مکعبی می باشد. فاصله ی یونها در 2/81NaCl آنگستروم و درجه سختی  5/2 می باشد. نمک از 40% جرمی سدیم و 60% جرمی کلراید تشکیل شده می باشد.[ Lide,(1992).CRC Handbook of chemistry and pHysics] (3rd ed) سدیم کلراید به عنوان ماده اولیه و در تولید بسیاری از محصولات شیمیایی مانندNa3PO4 ،HCl ،Na2SO4 ،Na2CO3 ،NaOH و… دخالت دارد و یکی از مهمترین مواد پایه و اصلی در صنایع شیمیایی می باشد.

  • ارزیابی کیفیت آب از نظر شوری:

به گونه کلی ارزیابی و ارائه نوع طبقه بندی آبیاری که در همه مکان ها و تحت همه شرایط مورد بهره گیری قرار گیرد امکان پذیر نیست. پس در اینجا تحلیل و مقایسه ای از بعضی از روش های طبقه بندی آب موجود را ارائه می دهیم و نشان می دهیم که برای ارزیابی کیفیت آب آبیاری بایستی موردها زیر در نظر گرفته گردد که کیفیت آب آبیاری به عوامل نامبرده در زیر بستگی دارد که به گونه معمول آب آبیاری را براساس اندازه هریک از این عوامل زیر می توان طبقه بندی نمود

1-5-1- طبقه بندی آب ها از نظر شوری یا هدایت الکتریکی مخصوص(EC یا TDS )

ساده ترین و مهم ترین شاخص کیفیت آب برای آبیاری کشاورزی، شوری یا هدایت الکتریکی مخصوص می باشد که کاربرد بسیاری از پروژه را دارد. درگذشته، شوری آب را براساس اندازه املاح موجود در آب به وسیله حرارت دادن تعیین می نمود و با اختراع الکتریسیته، اندازه جریان عبوری از آب متناسب با اندازه یون های فعال موجود در آب از روی مقاومت تشخیص داده می گردد. مقدار کل نمک های محلول (TDS) عبارتند از مجموع نمک های کاتیون ها و آنیون های به جزء مواد آلی و میکروبی و ذرات معلق موجود در آب نامیده می گردد. بایستی تاکید نمود که این روابط تجربی بوده و ممکن می باشد که برای هر آبی صادق نباشد. مقدار شوری EC نسبت به دما حساس می باشدمی بایست استاندارد گردد.

آب را از نظر درجه شوری یا EC براساس جدول 1به چهار گروه تقسیم می کنند. این تقسیم بندی به ویژه از این لحاظ مهم می باشد که با در نظر داشتن کیفیت آب در نقاط مختلف کشور، بدانیم کدام آب  برای آبیاری مناسب و کدام آب مناسب نیست و اگر به علت در دسترس نبودن آب مرغوب، مجبور باشیم از آب نامرغوب از لحاظ شوری بهره گیری کنیم. آن ها را به چه نوع زمین هایی و با چه شرایطی بدهیم تا زمین شور نشود یا از شوری آن جلوگیری به اقدام آید .

طبقه بندی آب که در جدول (2)پیوست ارائه گردید، توسط دانشمندان آمریکایی صورت گرفته می باشد. بهره گیری از این طبقه بندی در بعضی از کشورها نظیر از ایران، الجرایر، هندوستان و غیره نتیجه خوبی نداشته می باشد، زیرا حدود 40 تا 60% آب ها بر اساس این طبقه بندی قابل بهره گیری نیست. در حالی که با چنین آب هایی، آبیاری شده و محصول هم داده می باشد. (1354 ، معصومی)

تعداد صفحه :139

این مطلب رو هم توصیه می کنم بخونین:   دانلود پایان نامه ارشد : اثر جهانی شدن اقتصاد بررابطه مبادله بخش کشاورزی ایران

قیمت : 14700 تومان

بلافاصله پس از پرداخت لینک دانلود فایل در اختیار شما قرار می گیرد

و در ضمن فایل خریداری شده به ایمیل شما ارسال می گردد.

پشتیبانی سایت :        ****       serderehi@gmail.com

در صورتی که مشکلی با پرداخت آنلاین دارید می توانید مبلغ مورد نظر برای هر فایل را کارت به کارت کرده و فایل درخواستی و اطلاعات واریز را به ایمیل ما ارسال کنید تا فایل را از طریق ایمیل دریافت کنید.

***  **** ***