چگونه آب شور را به آب شیرین تبدیل کنیم؟ معرفی 8 روش

پیش‌بینی می‌شود تا سال 2050، مشکل کمبود آب به یک مشکل جدی تبدیل می‌شود. تغییرات آب و هوایی، صنعتی شدن و رشد جمعیت به عنوان عوامل اصلی این موضوع در سراسر جهان ذکر شده است. بنابراین نیاز به تأمین منابع آب شرب با استفاده از فرآيندهای شیرين سازی رو به افزايش است. بنابراین به منظور تامین آب کافی با کیفیت مطلوب، تنها حفاظت از آب های موجود کافی نیست و باید به بررسی و شناخت منابع جدید آب پرداخت که این امر سبب جذب محققین به این موضوع و بالا رفتن توجه آن ها بر روی انواع مختلف تکنولوژی های مربوط به سیستم های آب شیرین کن به هدف استفاده از آب های شور به خصوص آب دریا شده است، از جمله این روش‌ها می‌توان برای تبدیل آب شور به آب شیرین به وسیله اسمز معکوس، MED و استفاده از انواع آب شیرین‌کن‌های خورشیدی اشاره کرد که برای مصارف کشاورزی کاربرد دارند. در ادامه با ما همراه باشید تا به سوال چگونه آب شور را به آب شیرین تبدیل کنیم به طور کامل پاسخ دهیم.

چگونه آب شور را به آب شیرین تبدیل کنیم؟

فرآیندهای شیرین‌سازی آب شور، اکنون که بیشتر کشورهای جهان به منابع آب شیرین دسترسی ندارند اهمیت ویژه‌ای دارد. ازاین‌رو، به عنوان یکی از بهترین راهکارها برای تصفیه آب دریاها، بهره‌گیری از روش‌های آب شیرین کن هاست. برای نمک زدایی آب های شور از تکنیک های مختلفی می توان بهره برد که در نهایت، نتیجه این فرایندها جداسازی آب شرب از نمک خواهد بود.

به‌طورکلی دو تکنولوژی برای تبدیل آب شور به آب شیرین استفاده می‌شود:

1. گرمایی که یکی از تکنیک‌های قدیمی و مؤثر برای حذف نمک‌ها و آلاینده‌ها از آب شور است.
2. غشایی که بر اساس تبخیر آب و سپس تقطیر بخار به آب شیرین است.

پیشنهاد می‌کنیم به صفحه آب شیرین کن صنعتی مراجعه کنید و خریدتان را انجام دهید.

1. روش های حرارتی گرمایی برای تبدیل آب شور به آب شیرین

روش های حرارتی ، یکی از تکنیک های قدیمی و موثر برای حذف نمک ها و آلاینده ها از آب شور (عمدتا آب دریا) است. در این فرایند، برای تبخیر آب و جداسازی املاح و مواد معدنی از آب، از انرژی حرارتی استفاده میشود. بخار به وجود آمده مجددا متراکم شده و به آب شیرین تبدیل می‌شود.

✔ تقطیر چند مرحله‌ای (Multi-Stage Flash Distillation – MSF)

این مراحل بر اساس تبادل گرمایی انجام می‌گیرد. اﺳﺎس ﮐﺎر این فرآیند ﺑﺮ ﭘﺎﯾﻪ ﺗﺒﺨﯿﺮ آب درﯾﺎ و ﺳﺮد ﮐﺮدن ﺑﺨﺎر ﺧﺎﻟﺺ ﻣﯽ ﺑﺎﺷﺪ بدین صورت که آب در هر مرحله تحت فشار کاهش یافته و به سرعت تبخیر می‌شود و بخار تولید شده سپس جمع‌آوری و تقطیر می‌شود. این روش در تأسیسات بزرگ و صنعتی کاربرد دارد.

✔ تقطیر چند اثره (Multi-Effect Distillation – MED)

تقطیر چنداثره (MED) یک فرآیند تقطیر است که اغلب برای شیرین‌سازی آب دریا استفاده می‌شود و شامل چندین مرحله یا “اثر” می‌باشد. در هر مرحله، آب ورودی توسط بخار در لوله‌ها گرم می‌شود که معمولاً با پاشیدن آب شور روی آنها انجام می‌گیرد. بخشی از آب تبخیر می‌شود و این بخار به لوله‌های مرحله بعدی انتقال می‌یابد، آب بیشتری را گرم کرده و تبخیر می‌کند. هر مرحله به طور اساسی از انرژی مرحله قبلی استفاده می‌کند و با دما و فشارهای متوالی کاهشی در مراحل بعدی همراه است. پیکربندی‌های مختلفی مانند تغذیه پیش‌رو (forward-feed) و تغذیه معکوس (backward-feed) وجود دارد. علاوه بر این، بین مراحل، این بخار مقداری حرارت برای پیش‌گرم کردن آب شور ورودی استفاده می‌شود.

✔ تقطیر خورشیدی (Solar Distillation)

این دستگاه‌ها، بر اساس قوانین تبخیر و تقطیر کار می‌کنند. ابتدا آب شور وارد دستگاه شده و توسط تابش نور خورشید که از سطح شیشه دستگاه عبور می‌کند گرم می‌شود. پس از آن آب شور وارد شده به داخل آب شیرین کن، شروع به تبخیر می‌کند. ذرات دورن آب (نمک، میکروب و…) در تشتک این دستگاه باقی می‌ماند و بخار آب حاصل از این فرآیند، عاری از هیچ گونه مواد خواهد بود.

در نهایت بخار آب حاصل به طرف بالا حرکت می‌کند و در سطح زیری شیشه تقطیر جمع می‌گردد. قطرات تقطیر شده از آنجا به سوی ظرف جمع کننده رفته و به عنوان آب شیرین جمع آوری می‌شود. اگرچه انرژی مورد استفاده گرمای خورشید است، اما به مناطق وسیعی از زمین نیاز است.

✔ تقطیر تحت خلأ از روش های تبدیل آب شور به آب شیرین

(Vacuum Distillation) یکی از انواع روش‌های تقطیر می‌باشد که توسط فشارکاهش‌یافته، انجام می‌شود. این روش مناسب برای تصفیه کردن ترکیباتی است که به راحتی در فشار محیطی تقطیر نمی‌شوند. این روش بر اساس تفاوت در نقاط جوش ترکیبات عمل می‌کند و هنگامی استفاده می‌شود که نقطه جوش ترکیب مورد نظر به سختی قابل دستیابی باشد یا باعث تجزیه ترکیب شود.

2. روش های غشایی برای تبدیل آب شور به شیرین

اخیراً، فناوری‌های غشایی به دلیل دارا بودن مزایایی از جمله مصرف انرژی کم، عدم نیاز به افزودن هرگونه ترکیب شیمیایی دیگر برای انجام فرایند جداسازی، قابلیت نصب آسان در کنار سایر واحدهای فرایندی و سهولت انجام عملیات، مورد توجه بسیاری قرار گرفته‌اند و همچنین روز به روز در حال رشد و توسعه می‌باشند. این روش‌ها به استفاده از غشاها برای جداسازی نمک و آلاینده‌ها از آب شور می‌پردازند. در زیر به توضیح انواع روش‌های غشایی پرداخته می‌شود:

✔ اسمز معکوس (Reverse Osmosis – RO)

به علت افزايش زياد جمعيت در هر سال منابع آب قابل استفاده به‌ازای  سرانه در حال كاهش می‌باشد. به همین دلیل لازم است در آينده نزديك، منابع آب يافت شود. منابع آب بالقوه آب دريا و  آب چاه می‌باشد كه هر دو اين ها نياز به نمک‌زدایی دارند. مطمئن‌ترین راه تصفيه براي آب شور اسمز معكوس می‌باشد. اصطلاح اسمز معکوس (RO)، به جداسازی یون‌های حل شده و مولکول‌های کوچک آلوده کننده آب به کمک  اعمال فشار خارجی برای معکوس کردن جریان طبیعی حلال خالص می باشد. فرآیند اسمز معکوس شبیه سایر کاربردهای فناوری غشا می‌باشد.

✔ فیلتر کردن غشایی (Membrane Filtration)

فیلتراسیون غشایی روشی برای جداسازی ذرات در محلول های مایع یا مخلوط های گازی است. این روش در طیف وسیعی از برنامه های صنعتی از فرآوری لبنیات تا تصفیه فاضلاب استفاده می‌شود. غشای نیمه نفوذپذیر به عنوان سدی عمل می‌کند که ذرات بزرگتر را در خود نگه می دارد، درحالی‌که به مولکول‌های کوچکتر اجازه می دهد از طریق غشا به داخل نفوذ کنند. مولکول ها به طور طبیعی از مناطق با غلظت بالا به غلظت کم منتقل می شوند. با اعمال فشار خارجی، مولکول ها میتوانند از مناطقی با غلظت کم به غلظت زیاد انتقال یابند.

اختلاف فشار در هر دو طرف غشا باعث می‌شود نفوذ صورت گیرد، در نتیجه، محیط مایع از ذرات ریز تصفیه شود. به‌طورکلی، فیلتراسیون غشایی تحت فشار براساس اندازه ماده ای که قرار است از مایع جدا شود، به چهار نوع اصلی تقسیم می شوند. این 4 مدل به ترتیب افزایش اندازه منافذ تحت عنوان اسمز معکوس، نانوفیلتراسیون، اولترافیلتراسیون و میکروفیلتراسیون شناخته شده‌اند.

✔ الکترودیالیز (Electrodialysis)

در فرآیند الکترودیالیز برای جداسازی یونهای حل شده در آب همراه یا (نمکزدایی)، از نیروی محرکه الکتروشیمیایی، به کمك غشاهای تبادل یونی، استفاده می‌شود. خوراک این فرایندها، برعکس فرآیندهای اسمز معکوس، در فشاري ناچیز حدود(7/1 اتمسفر) قرار دارد. در اثر اعمال میدان الکتریکی در فضاهای بین غشاهای تبادل کاتیون و آنیون،  از خوراك جدا می شوند. به فاصله هر دو غشای مجاور یک سل و به هر دو سل یک جفت سل گفته ميشود. سیستم های معمول استفاده شده در فرآیندهای الکترودیالیز که از صدها سل تشکیل شده اند، انباشته غشايی نامیده می شوند.

✔ غشای تبادل یونی (Ion Exchange Membranes)

غشای تبادل یون، یک غشای نیمه‌تراوا است که یون‌های حل‌شده خاصی را منتقل می‌کند، درحالی‌که یون‌ها یا مولکول‌های خنثی دیگر را مسدود می‌کند.بنابراین، غشاهای تبادل یون رسانای الکتریکی هستند. این غشاها اغلب در کاربردهای شیرین‌سازی آب و بازیابی مواد شیمیایی استفاده می‌شوند و یون‌ها را از یک محلول به محلول دیگر منتقل می‌کنند، درحالی‌که مقدار کمی آب از آن عبور می‌کند. نمونه‌های مهم غشاهای تبادل یون شامل غشاهای تبادل پروتون هستند که کاتیون‌های H⁺ را حمل می‌کنند، و غشاهای تبادل آنیون که در برخی از پیل‌های سوختی قلیایی برای حمل آنیون‌های OH^– استفاده می‌شوند.

سخن پایانی

در این مقاله به سوال چگونه آب شور را به آب شیرین تبدیل کنیم پاسخ دادیم و روش های مختلف را بیان کردیم. انتخاب بهترین روش تبدیل آب شور به آب شیرین بستگی به عوامل مختلفی مانند نوع آب ورودی، میزان نمک، هزینه، و نیازهای خاص منطقه دارد. درحالی‌که روش‌های حرارتی برای مقادیر بزرگ آب مناسب هستند، روش‌های غشایی به دلیل کارایی و مصرف انرژی کمتر، به طور فزاینده‌ای محبوبیت یافته‌اند. همچنین، روش‌های شیمیایی و طبیعی نیز می‌توانند بسته به شرایط خاص مورد استفاده قرار گیرند. در نهایت، باتوجه‌به چالش‌های جهانی؛ مانند تغییرات اقلیمی و کمبود منابع آبی، توسعه و بهبود فناوری‌های تبدیل آب شور به آب شیرین ضروری است تا بتوانیم به تأمین پایدار آب شیرین دست یابیم.