بیش از 97 درصد از آب موجود در سطح زمین به دلیل شوری برای مصارف انسانی غیرقابل استفاده است. تقریباً 99٪ این آب در دریاها و اقیانوس‌ها قرار دارد، و مابقی آن از آب‌های زیرزمینی شور به وجود آمده است (سازمان زمین‌شناسی ایالات متحده، 2010). تصفیه این آب شور به عنوان یک منبع تقریباً نامحدود در مناطق ساحلی به رونق جوامع انسانی کمک میکند. با این حال، فرآیند تصفیه آب دریا هزینه‌بر و از جهت انرژی، پر مصرف است و اغلب باعث ایجاد اثرات نامطلوب در اکوسیستم میشود. با این حال، روش‌های نمک‌زدایی در شرایط خاص می‌توانند گزینه‌های فناورانه مناسبی باشند. به ویژه با توجه به افزایش روزافزون جمعیت و استفاده بی‌رویه از منابع آب در صنعت، کشاورزی و آب آشامیدن، مسئله تأمین آب امروزه در جهان اهمیت فراوانی دارد. توجه به این نکته ضروری است که پیشرفت‌های تکنولوژی همچنان منجر به کاهش هزینه‌های اقتصادی و زیست‌محیطی در فرآیند نمک‌زدایی می‌شوند.
فرآیند تصفیه آب دریا
فرایند تصفیه آب دریا، استفاده از روش هایی است که با حذف نمک و سایر اجزاء تشکیل‌دهنده، به تولید آب خالص می‌پردازد. تقریباً 75 میلیون نفر در سراسر جهان به تصفیه و نمک‌زدایی آب دریا وابسته هستند، و انتظار می‌رود این تعداد به دلیل فشارهای مربوط به رشد جمعیت، افزایش یابد. این مسئله در حالی که منابع آب شیرین به دلیل افزایش جمعیت تحت فشارند، میلیون‌ها نفر دیگر را وادار به مهاجرت به شهرهای ساحلی با محدودیت منابع آب شیرین میکند. بیشترین نیاز به نمک‌زدایی در مناطقی با اقلیم گرم و خشک صورت میپذیرد. بیش از نیمی از پروژه‌های نمک‌زدایی آب دریا در جهان در مناطق خاورمیانه و شمال آفریقا قرار دارد. تاسیسات تصفیه آب دریا عمدتاً برای تصفیه آب‌های شور استفاده می‌شوند، اما در موارد دیگر نیز برای تصفیه آب‌های رودخانه و حتی در فرآیندهای تصفیه فاضلاب به کار می‌روند.
در نتیجه انجام فرآیند نمک‌زدایی، دو جریان آب به دست می‌آید: (1) آب خالص تصفیه شده و (2) جریان دورریز یا آب نمک با غلظت بالا. روش‌های اصلی تصفیه آب دریا به دو دسته حرارتی و غشایی تقسیم می‌شوند. فرآیندهای حرارتی از گرما برای تبخیر آب استفاده می‌کنند و نمک‌ها یا آلاینده‌ها را از آب خالص جدا می‌کنند. فرآیندهای غشایی از اسمز معکوس و فشار بالا استفاده می‌کنند تا آب شور را از فیلترهای بسیار ظریف و متخلخل عبور دهند که از عبور نمک‌ها جلوگیری می‌کنند. این روش باعث میشود آب خالص در یک طرف غشا جمع‌آوری شود و جریان دورریز در طرف دیگر باقی بماند.
از آنجایی که بخش قابل توجهی از آب زمین در دریاها و اقیانوس‌ها واقع شده است، تصفیه آب دریا به جوامع ساحلی این امکان را می‌دهد که به منابع آب شیرین به نسبت نامحدود دسترسی داشته باشند. همچنین، در مناطقی که آب دریا به زیر زمین نفوذ کرده و منابع آب شیرین دیگر فراهم نیست، تکنیک‌های نمک‌زدایی به عنوان یک راه‌حل ضروری با توجه به تغییرات اقلیمی، به عنوان یک منبع حیاتی برای پشتیبانی از جمعیت محلی مورد استفاده قرار می‌گیرند و توجه به منابع جایگزین آب را مطرح می‌سازند.
برای خرید تجهیزات مربوط به تصفیه خانه به صفحه تجهیزات تصفیه خانه فاضلاب مراجعه کنید.
روش های تصفیه آب دریا
اصطلاح “نمک زدایی” برای تصفیه آب دریا به کار می‌رود، زیرا نمک و شوری، به عنوان اصلی‌ترین مواد موجود در آب دریا میباشد که در صورت حذف آن ها، آب را برای مصرف انسان آماده میکند. برای این منظور، سه روش اصلی و اساسی برای تصفیه آب دریا یا نمک‌زدایی آب دریا وجود دارد، در حالی که سایر روش‌های نمک‌زدایی کاربرد کمتری دارند. این روش‌ها عبارتند از تبخیر، فرآیند اسمز معکوس (RO)، و الکترودیالیز.
1. تبخیر
روش‌های حرارتی در فرآیندهای نمک‌زدایی به طور عمده از گرما برای تبخیر آب و جداسازی نمک استفاده می‌کنند. در نهایت، بخار آب که ترکیب‌های مختلف را جدا کرده است، متراکم میشود و به عنوان آب خالص یا محصول نهایی تصفیه، جمع‌آوری میشود. یکی از روش‌های ساده‌تر، تقطیر است که در زمینه فرآیندهای حرارتی مورد استفاده قرار می‌گیرد و بهبودهای زیادی در بهره‌وری انرژی این روش ساده در سال‌های اخیر حاصل شده است. امروزه روش متداول‌تر در فرآیندهای حرارتی نمک‌زدایی، تقطیر چند مرحله‌ای فلاش (multi-stage flash یا MSF) است.
در این روش، با استفاده از یک سری محفظه کم‌فشار، بهبودهایی در بهره‌وری مصرف انرژی فرآیند تقطیر ساده ایجاد میشود. همچنین، تقطیر با اثر چندگانه (Multiple-effect Evaporation یا MEE) ، یک فرآیند حرارتی دیگر است که از محفظه‌های کم‌فشار بهره می‌برد. MEE قابلیت دستیابی به کارایی بسیار بیشتر نسبت به MSF را دارد، اما با این وجود، استفاده گسترده از آن رایج نیست.
برای خرید انواع پکیج های تصفیه به صفحه پکیج تصفیه فاضلاب مراجعه کنید.
2. اسمز معکوس
فرآیندهای نمک‌زدایی غشایی از فشار بالا بهره می‌برند تا مولکول‌های آب را از طریق منافذ بسیار کوچک از جریان آب جدا کنند، در حالی که نمک‌ها و سایر مولکول‌های بزرگ‌تر در سمت دیگر غشا باقی می‌مانند. اسمز معکوس (RO) به عنوان پرکاربردترین فناوری نمک‌زدایی غشایی شناخته میشود و در سال 2005، 46 درصد از ظرفیت نمک‌زدایی جهان به این فرآیند اختصاص داشت. نام این فرآیند از این واقعیت می‌آید که از فشار برای هدایت مولکول‌های آب در سراسر غشاء در جهتی بر خلاف جهت حرکت طبیعی آنها به دلیل فشار اسمزی استفاده میشود.
با توجه به نیاز به غلبه بر فشار اسمزی، انرژی مصرفی برای هدایت مولکول‌های آب در سراسر غشا به طور مستقیم با غلظت نمک مرتبط است. به همین دلیل، RO معمولاً برای تصفیه آب‌های شور با غلظت نمک کمتر استفاده میشود و در سال 1999، تنها 10 درصد از نمک‌زدایی آب دریا در سراسر جهان از این روش بهره مند بود. با این حال، بهبود مستمر در بهره‌وری انرژی و توسعه غشاهای پلیمری بادوام، بهبود مراحل پیش‌تصفیه و اجرای دستگاه‌های بازیابی انرژی، باعث بهبود قابل توجهی در بهره‌وری و اقتصاد RO شده است. در حال حاضر، در بسیاری از موارد، RO به عنوان یک روش مقرون به صرفه‌تر نسبت به روش‌های حرارتی برای تصفیه آب دریا محسوب میشود. برای کسب اطلاعات بیشتر درباره روش اسمز به مقاله کاربرد روش اسمز معکوس در تصفیه فاضلاب مراجعه کنید.
3. الکترودیالیز
الکترودیالیز (ED) از جریان الکتریکی برای حذف یون‌ها از آب استفاده میکند. بر خلاف روش‌های غشایی و حرارتی که در بخش قبل توضیح داده شد، ED نمی‌تواند برای حذف مولکول‌های بدون بار از آب استفاده شود. نمک موجود در آب به شکل یون‌هایی است که به دلیل بار الکتریکی خود، تحت تأثیر میدان الکتریکی حرکت می‌کنند. در ED، از یک میدان الکتریکی برای حذف این یون‌های نمک از طریق غشاهای یونی تراوا استفاده میشود.
یون‌های مثبت یا کاتیون‌ها به یک جهت حرکت می‌کنند، در حالی که یون‌های منفی یا آنیون‌ها در جهت مخالف حرکت می‌کنند. در نمودار، میدان الکتریکی به گونه‌ای است که کاتیون‌ها به سمت بالا و آنیون‌ها به سمت پایین حرکت می‌کنند.
غشای تراوا در بالای کانال به کاتیون‌ها اجازه خروج می‌دهد و غشای تراوا در پایین به آنیون‌ها اجازه خروج می‌دهد. در نمودار زیر، توزیع ظرفیت برای پروژه‌های نمک‌زدایی از آب دریا با استفاده از روش های مرسوم نشان داده شده است.
بخش اعظم ظرفیت پروژه‌های نمک‌زدایی از آب دریا، توسط فرآیندهای حرارتی و غشایی انجام میشود. روش‌های دیگر نمک‌زدایی شامل انجماد، تقطیر خورشیدی، هیبریدی (حرارتی/غشایی/قدرت) و فناوری‌های نوظهور می‌باشند.
پیشرفت در فناوری نمک‌زدایی به همراه بهبود مداوم در بهره‌وری انرژی، دوام، و کاهش هزینه‌ها در بسیاری از زمینه‌ها ایجاد شده است. با این حال، فناوری‌های جدید در حال تحقیق و توسعه می‌توانند منجر به پیشرفت‌های بزرگتری شوند. این فناوری‌های نوظهور شامل نانولوله‌ها، غشاهای پیشرفته الکترودیالیز و غشاهای بیومیمتیک هستند.
پیشنهاد می کنیم مقاله پیش تصفیه فاضلاب را مطالعه کنید.
مزایای تصفیه آب دریا چیست ؟
تصفیه یا نمک زدایی آب دریا می‌تواند به سازگاری با تغییرات آب و هوا از طریق تنوع بخشیدن به منابع آب و افزایش انعطاف پذیری در برابر تنزل کیفیت آب به شدت کمک کند. در شرایطی که منابع آب ظرفیت کم یا کیفیت ناکافی دارند، استفاده از منابع جایگزین یا مکمل منابع اصلی آب موجب تنوع بخشیدن در تامین آب میشود.
افزایش تاب‌آوری در مقابل کاهش سرانه آب شیرین یکی از چالش‌های اساسی سازگاری با تغییرات آب و هوایی است. خشکسالی‌های کوتاه مدت و تاثیرات اقلیمی بلندمدت ممکن است باعث کاهش بارندگی شده و در نتیجه، سرانه آب در دسترس را کاهش دهد. این روندهای اقلیمی به همراه رشد جمعیت، تغییرات در کاربری اراضی و کاهش منابع آب زیرزمینی اتفاق می‌افتد. بنابراین، افت سرانه آب شیرین مسئله ای حتمی در جهان امروز است. در این مواقع، دسترسی به منابع آب دریا توانمندی در تامین آب برای مصارف شرب، صنعت، و کشاورزی را افزایش می‌دهد.
همچنین، دسترسی به منابع کافی آب شیرین برای مصارف شرب، خانگی، تجاری و صنعتی ضروری است و فرآیندهای نمک‌زدایی می‌توانند در این زمینه دسترسی به آب را برای مناطقی که تحت تنش آبی یا در شرایط خشک قرار دارند، فراهم کنند. در بسیاری از فناوری‌های مورد استفاده، فرآیندهای نمک‌زدایی می‌توانند دسترسی به آب‌های شور فراوانی که قبلاً غیرقابل استفاده بوده‌اند، فراهم کنند.
تصفیه آب دریا به دلیل کیفیت بالای آب خروجی ناشی از فناوری‌های روزآمد، تأمین آب آشامیدنی با کیفیت و ایمن را فراهم میکند. همچنین می‌تواند آب مورد نیاز را برای صنایعی که به منابع آب بسیار خالص نظیر داروسازی نیاز دارند، فراهم کند.
مقاله پیشنهادی: مراحل تصفیه آب
معایب تصفیه آب دریا
مشکلات اساسی در فرآیندهای فعلی تصفیه آب دریا عبارتند از هزینه‌ها، مصرف انرژی بالا و تأثیرات زیست محیطی. تأثیرات زیست محیطی تاسیسات تصفیه آب دریا شامل دفع جریان غلیظ دورریز و اثرات آبگیری و تخلیه آن بر روی اکوسیستم‌های محلی می‌شوند.
مصرف بالای انرژی در فرآیندهای نمک‌زدایی فعلی منجر به انتشار گازهای گلخانه‌ای میشود و ممکن است تا حدی تلاش‌های جهانی برای کنترل این گازها را با مشکل روبرو کند.
با این وجود، انتظار می‌رود که استفاده از فناوری‌های نمک زدایی در قرن بیست و یکم به طور گسترده‌تر افزایش یابد. تحقیقات گسترده در حال انجام است تا این فناوری‌ها به بهره‌وری بیشتر در مصرف انرژی دست یابند و همچنین از نظر اقتصادی و محیط زیستی مناسب تر شوند. در همین حال، به دلیل افزایش جمعیت، وقوع تغییرات اقلیمی، توسعه اقتصادی و شهرنشینی، تقاضا برای تأمین آب افزایش می یابد و آینده جهان با محدودیت منابع آب شیرین روبرو خواهد شد.
مقاله پیشنهادی: روش های تصفیه آب
سخن پایانی
در این مقاله توضیح دادیم که تصفیه آب دریا به مجموعه‌ای از فرآیندها اشاره دارد که منجر به حذف املاح و مواد معدنی از آب می‌شوند. یکی از دلایل اصلی استفاده از این فرایندها، تأمین آب شرب در مناطقی است که به منابع کافی آب شیرین دسترسی ندارند. تصفیه آب دریا، به عنوان یک منبع جایگزین برای تامین آب، همراه با فرآیندهای بازیافت فاضلاب، به منظور تأمین آب در سطح جهان به شمار می‌رود. با توجه به مزایا و معایب مرتبط با فناوری‌های تصفیه آب دریا ، ضرورت بهبود و توسعه این فناوری‌ها با تمرکز بر کاهش مصرف انرژی، کاهش اثرات زیست محیطی و کاهش هزینه‌های اولیه مطرح میشود.
