Membran distilasyonla deniz suyu arıtımında farklı sistem tasarımlarının kıyaslamalı ekonomik analizi

Abstract

Bu çalışmada, saha ölçekli TO ve MD deniz suyu arıtma tesislerinin sahada uygulanabilirliği hakkında net bir fikir vermesi açısından ekonomik analizleri yapılmıştır. Bunun için TO prosesi tek ve çift kademe olmak üzere iki farklı senaryo için simüle edilmiştir. MD prosesi ise üç farklı ısı geri kazanım uygulaması (ısı geri kazanımsız, harici ve dahili ısı geri kazanımlı), dört farklı ısıtma seçeneği (elektrik, doğalgaz, linyit kömürü ve atıl ısı) ve iki farklı MD kademesi (tek ve çift kademe) olmak üzere yirmi dört farklı senaryo için tasarlanmıştır. Farklı MD sistem tasarımlarında tesis kapasitesinin, yaz ve kış şartlarının ve elektrik fiyatının su arıtma maliyetine olan etkileri araştırılmıştır. Isı geri kazanımlı MD senaryoları için işletme maliyet bileşenlerinin su arıtma maliyetine katkıları ortaya çıkarılmıştır. MD ve TO saha ölçek tesislerinin ayrıntılı ekonomik performansları yıllık işletme maliyeti, yatırım maliyeti, toplam yatırım maliyeti, toplam kazanımlar, net bugünki değer, desalinasyon maliyeti, geri ödeme süresi ve F/M oranı üzerinden kıyaslanmıştır. Isı geri kazanımlı MD tesisi için membran fiyatı ve akısının su arıtma maliyetine olan etkisini araştırılmıştır. Eşdeğer CO2 salınımına dayalı olarak değişen karbon vergisi değerlerinde MD ve TO tesisleri için karbon maliyetleri hesaplanmıştır. Atık ısı ile ısıtmalı dahili ısı geri kazanımlı MD senaryoları hem karbon maliyetsiz hem de karbon maliyetli durumlarda TO prosesinden daha ekonomik çözüm vermiştir. Doğalgaz ve linyit ile ısıtmalı dahili ısı geri kazanımlı çift kademe MD tesisinin sırasıyla karbon vergisinin 20,5 ve 18,2 $/ton CO2-e'nin üzerinde olduğu durumda TO tesisine tercih edilebileceği tespit edilmiştir.In this study, economic analysis of field scale RO and MD seawater desalination plants were made in order to get a clear idea of field applicabilities of them. To do this, RO process was simulated for two scenarios as single and dual step. MD process was designed for twenty four different scenarios as three different heat recovery applications (without heat recovery, external and internal heat recovery), four different heat resources (electricity, natural gas, lignite coal and waste heat), single and dual step. Effects of plant capacity, summer and winter conditions and electricity cost on water treatment cost was investigated in different MD system designs. Operating cost breakdowns of water treatment cost was found out for heat recovery MD scenarios. MD and RO field scale plant overall ecnomic performances were compared for annual operating cost, capital investment cost, total capital cost, revenue, net present value, desalination cost and B/C ratio. For heat recovery MD plant effect of membrane cost and flux on water treatment cost was investigated. Under changing carbon tax values based on emissions as CO2 equivalent, carbon costs for MD nad RO plants were calculated. Heating with waste heat and internal heat recovery dual step MD scenarios were provided more economic solutions than RO process under both with and without carbon cost. Heating with natural gas and lignite coal and internal heat recovery dual step MD plant was found preferable to RO plant in the case of 20,5 ve 18,2 $/ton CO2-e carbon tax respectively.