شیرین سازی آب دریا

نمک‌زدایی عبارت است از اعمال چندین مرحله متفاوت روی آب شور یا بد مزه جهت زدودن نمک اضافی و بقیه مواد معدنی از آن و یا به طور کلی‌تر نمک زدایی شامل زدودن نمک ها و مواد معدنی است همچنانکه در نمک زدایی از خاک مشاهده می کنیم .

آب به گونه ای به آب شیرین برگردانده می‌شود که جهت مصرف یا آبیاری مناسب باشد. بعضی از مواقع محصول فرایند نمک‌زدایی، فراوردن نمک خوراکی است که این فراورده در بسیاری از کشتی‌ها و زیر دریایی‌ها مورد استفاده قرار می گیرد .
بیشترین توجه درنمک‌زدایی بر روی راه‌های موثرتر تهیه ‌آب شیرین متمرکز شده است و البته برای استفاده بشر و در نواحی که در آنجا دسترسی به آب محدود است .
در مقیاس‌های بزرگ نمک‌زدایی خورشیدی به طور ویژه‌ای مقادیر بزرگ انرژی را از خورشید جذب می‌کنند و این ساختار گران، آن را در مقایسه با آب‌های شیرین رودخانه‌ای و یا آب‌های زیرزمینی بسیار گران می‌کند .
انرژی فراوان ذخیره شده در کشورهای خاورمیانه به همراه کمیابی آب در انجا احداث مجتمع های عظیم و وسیع نمک زدایی را ممکن کرده است. تا سال ۲۰۰۷ نمک‌زدایی در خاورمیانه به ۴/۳ظرفیت کل جهان رسید .
بزرگترین کارخانه نمک‌زدایی در جهان کارخانه نمک‌زدایی جبل علی (فاز ۲) در امارات متحده عربی است. این کارخانه یک تسهیل کننده دو منظوره می‌باشد و از فناوری MSF استفاده می‌کند و قادر بر تولید ۳۰۰میلیون متر مکعب آب در هر سال است . بزرگترین طرح نمک زدایی در ایالات متحده درTampa-Bay فلوریدا قرار دارد که ۲۵میلیون گالن آب در هر روز نمک‌زدایی می‌کند. این کارخانه %۱۲بازده کارخانه جبل علی را داراست.

بر طبق گزارش شرکت بین المللی نمک‌زدایی در Wall Street Journalدر ۱۷ ژانویه ۲۰۰۸در کل جهان ۱۳۰۸۰ کارخانه نمک‌زدایی بیش از ۱۲ بیلیون گالن آب در هر روز تولید می‌کنند .
از ماه جولای سال ۲۰۰۴عمده ترین روش مورد استفاده روش اسمز معکوس است که %۸۵تولید کل جهان را به خود اختصاص داده است .
در روشهای سنتی آب در فشار کمتر از اتمسفر به جوش می‌آید و بنابر این در دمای کمتر از دمای جوش قرار می گیرد، چون جوش زمانی اتفاق می‌افتد که فشار بخار برابر با فشار اعمال شده باشد و فشار بخار با درجه حرارت افزایش می‌یابد بنابر این چون دما کاهش می یابد انرژی ذخیره می شود .
فرایند غشایی از غشاهای نیمه تراوا و فشار استفاده می‌کنند تا بتوانند نمک را از ‌آب جدا نماید . سیستم‌های غشایی معمولا از انرژی‌های پایین‌تر از انرژی تقطیر حرارتی استفاده می‌کنند که باعث کاهش هزینه‌های نمک‌زدایی در ده سال اخیر شده است . نمک‌زدایی انرژی زیادی مصرف می‌کند و قطعا اقتصاد آینده نمک‌زدایی به قیمت انرژی و تکنولوژی نمک‌زدایی وابسته است .
در ۲۶دسامبر ۲۰۰۷ یک پروفسور هسته ای و مهندس پرتو شناسی در مجله Atlanta Journal of Costitution نوشت: راکتورهای هسته‌ای می‌توانند جهت تولید مقدار زیادی آب شیرین استفاده شوند . پیش از آن، این فرایند در نقاط زیادی از جهان همچون، هند، ژاپن و روسیه استفاده شده است .
Cogeneration عبارت است از فرایند استفاده از گرمای اضافی آزاد شده از نیروگاههای تولید برق جهت انجام پروژه های دیگر. در مورد نمک‌زدایی ، Cogeneration عبارت است از تولید آب اشامیدنی از آب دریا یا آبهای زیرزمینی شورمزه با استفاده از گرمای آزاد شده از نیروگاهها . چندین فرم cogeneration در نمک‌زدایی وجود دارد ، به صورت تئوری همه فرمهای تولید انرژی می‌توانند قابل استفاده باشند ولی اکثر طرح‌های کارخانه‌های نمک‌زدایی از انرژی سوخت فسیلی یا هسته ای استفاده می کنند. بیشتر کارخانه‌ها در خاورمیانه یا آفریقای شمالی قرار دارند. در این کشورها به دلیل وجود منابع عظیم انرژی ، ساخت واحدهای دو منظوره می توانند در تولید آب ارزان تاثیرگذار باشند .
تنها در ژاپن ۸ راکتور هسته‌ای در امر نمک‌زدایی فعالیت می‌کنند. این کارخانه‌ها منبع تولید مقادیر عظیمی از آب شیرین در جزیره ژاپن هستند .
به علاوه ، فرایندهایی که در حال حاضر در تاسیسات دو منظوره جاری است عبارت است از ترکیب دو یا چند روش نمک زدایی با تاسیسات دومنظوره . به عنوان مثال در جده و همچنین در ینبع مدینه آب شیرین حاصل از روش اسمز معکوس با آب شیرین حاصل از آب شیرین‌کنهای حرارتی که با انرژی مازاد یک نیروگاه تولید می‌شوند مخلوط می‌گردند . در یک برنامه نظامی ایالات متحده آمریکا نیز از توان هسته‌ای جهت نمک‌زدایی ۴۰۰۰۰۰ گالن آب در هر روز بهره می‌گیرند .
فاکتورهای زیادی بر اقتصاد یک واحد نمک‌زدایی موثرند ، مانند ظرفیت و سهولت دسترسی ، کیفیت آب ورودی، موقعیت ، نوع مصرف آب ( گیاه ، حیوان یا انسان ) ، نیروی کار ، انرژی ، سرمایه و تمرکز مصرف‌کنندگان . در حال حاضر واحدهای نمک‌زدایی فشار، دما و میزان شوری را جهت بهینه ساختن بازده استخراج آب کنترل می‌کنند. نمک‌زدایی با انرژی هسته‌ای می‌تواند ( ممکن است ) در مقیاس‌های بزرگ اقتصادی باشد . یک طرح آزمایشی در اتحاد جماهیر شوروی سابق در این زمینه انجام شده است .
کارشناسان به هزینه‌های بالای نمک‌زدایی اشاره دارند . به خصوص به خاطر گستردگی کشورها ، غیر عملی بودن هزینه‌های انتقال اب توسط لوله کشی که باید مقادیر عظیمی از آب نمک زدایی شده را درون کشورهای بزرگ انتقال دهند، همچنین فراورده فرعی تغلیظ اب دریا، که به ادعای محیط‌ بانان محیط زیست یکی از مهمترین علل آلودگی دریا هنگام برگرداندنشان به اقیانوس در دمای بالا می‌باشد . روش اسمز معکوس از این جهت بر سایر روشها ارجحیت دارد چرا که پساب آن گرم نیست .
در جایی که هیچ‌گونه نزولات ارزشمندی نداریم و نزدیک به اقیانوس هستند ، نمک‌زدایی می‌تواند یک راه حل مناسب برای کاهش فشار کمبود آب در این نواحی باشد ، اما برای نواحی دور از ساحل همچون مناطق داخلی قاره‌ها یا سرزمین‌های بلند نمک‌زدایی راه حل مناستی نیست . البته این نواحی با بزرگترین مشکلات کمبود آب هستند ولی در چنین مناطقی گاهی لازم است آب را تا ارتفاع ۲۰۰۰متر و یا به طول ۱۶۰۰کیلومتر از سواحل انتقال دهیم و چنین امری باعث برابری هزینه انتقال آب با شیرین کردن آن می‌شود . بنابر این در چنین مواردی انتقال آب شیرین از منابع طبیعی اقتصادی‌تر از شیرین کردن آب است . به عنوان مثال در نواحی دور از دریا مانند دهلی نو یا در مکانهای مرتفع مانند مکزیکو سیتی هزینه بالای انتقال آب به هزینه‌ی گزاف نمک‌زدایی افزوده می‌شود . در بعضی نواحی مانند ریاض و حراره که هم تا حدی از دریا دورند و هم در نواحی مرتفع قرار دارند مشکل دوچندان می‌شود .
در نواحی نزدیک دریا مانند پکن ، بانکوک ، زاراگوزا ، فونیکس و یک شهر ساحلی نظیر تریپولی هزینه انتقال حذف میشود و فقط هزینه شیرین‌سازی باقی می‌ماند ولی در منطقه جبیل در عربستان سعودی آب پس از نمک‌زدایی دویست مایل ( ۳۲۰ کیلومتر ) پمپ می‌شود تا به ریاض پایتخت عربستان برسد . برای شهرهای ساحلی، به تدریج، نمک‌زدایی به یک منبع لایزال تامین آب تبدیل می‌شود .
در حال حاضر ، اسراییل آب را با هزینه‌ای معادل ۵۳/۰ دلار آمریکا برای هر متر مکعب شیرین می‌کند . این مبلغ در سنگاپور معادل ۴۳/۰ دلار می‌باشد . در بسیاری از کشورهای پیشرفته هزینه شیرین سازی با هزینه تامین و انتقال آب از سایر منابع متعارف مقایسه می‌شود. مطالعات نشان می‌دهد در سیدنی هزینه شیرین کردن آب شور از جمع‌آوری آب باران و ایجاد زیر ساخت‌های گسترده آن ارزان‌تر تمام می‌شود . در بندر پرت استرالیا از سال ۲۰۰۶ تولید آب شیرین با استفاده از روش اسمز معکوس با موفقیت انجام شده‌است و دولت استرالیای غربی اعلام کرده است که فاز دوم این پروژه به زودی برای رفع نیازهای شهر پرت راه‌اندازی خواهد شد . همچنین واحدهای دیگری برای شهرهای بزرگی چون سیدنی ، ونتاگی و ویکتوریا در آینده نزدیک ساخته خواهند شد .
بخشی از انرژی مورد نیاز واحد نمک‌زدایی شهر پرت از انرژی باد و از محلی به نام Emu Downs Wind Farm تامین می‌شود . در سیدنی تمام انرژی مورد نیاز نمک‌زدایی از منابع تجدیدپذیر تامین می‌شود . بنابر این در این واحدها گازهای گلخانه‌ای در طبیعت آزاد نمی‌شوند ولی استفاده از انرژی‌های تجدیدپذیر سرمایه‌گذاری اولیه و در بعضی موارد هزینه‌های نگهداری را نیز افزایش می‌دهند . هرچند که تجربیات جدید در سیدنی و پرت نشان می‌دهد هزینه‌های اضافی ناشی از تامین انرژی از منابع تجدید‌پذیر از نظر جوامع قابل قبول است .

بنابر این یک شهر می‌تواند بدون وارد آوردن صدمه‌ای به محیط زیست ذخایر آبش را افزایش دهد . دولت محلی کوئینزلند جدیدا طرح نمک‌زدایی را در سواحل طلایی علام کرده است که انرژی مورد نیاز این طرح کاملا توسط منابع تجدید پذیر تامین خواهد شد .
در دسامبر ۲۰۰۷ دولت استرالیای جنوبی اعلام کرد که در حال طراحی یک واحد نمک‌زدایی آب دریا برای شهر آدلاید می‌باشد . هزینه این طرح به طور کامل از محل افزایش قیمت آب تامین می‌شود . یک نظرسنجی غیر رسمی نشان می دهد که نزدیک به %۶۰ افراد بر تولید سریع آب از طریق افزایش هزینه‌های آن اتفاق نظر دارند .
وال استریت ژورنال در مقاله ای در۱۷ ژانویه ۲۰۰۸ اعلام کرد که : شرکت Connecticut-Based Poseidon Resources Corp برنده ساخت یک کارخانه نمک‌زدایی اب شده است که ارزش آن ۳۰۰ میلیون دلار آمریکا می‌باشد. محل این واحد در کارلسباد در شمال سان‌دیه‌گو است. این پروژه که بزرگترین پروژه در نیم کره غربی محسوب می‌شود قادر است روزانه ۵۰میلیون گالن (۱۹۰۰۰۰متر مکعب) آب آشامیدنی در هر روز جهت فراهم کردن آب مورد نیاز حدود ۱۰۰۰۰۰ خانه را تامین کند . بهبود تکنولوژی هزینه‌های نمک‌زدایی را در دهه گذذشته به نصف کاهش داده است و آن را به صورت رقابتی درآورده است . در این طرح قرار است آب با قیمت ۹۵۰ دلار آمریکا برای ۱۲۰۰ متر مکعب به بازار عرضه شود. این در حالی است که در حال حاضر بنگاه‌های محلی ۷۰۰ دلار برای همین میزان آب اخذ می‌کنند .
مجله فوربس در مقاله‌ای در ۹ مه ۲۰۰۸ عنوان نموده است که شرکت Energy Recovery در سن لیندرو در کالیفرنیا آب را با قیمت ۴۶/۰ دلار آمریکا شیرین می‌کند .
بر طبق مقاله ۵ ژوئن ۲۰۰۸ مجله Globe and mail یک دانشجوی اردنی دانشگاه اوتاوا به نام محمد رسول تکنولوژی جدیدی جهت نمک‌زدایی ابداع کرده است که مدعی است بین ۶۰۰ تا ۷۰۰ درصد کارآمدتر از تکنولوژی‌های رایج است . بر طبق همین مقاله، شرکت جنرال الکتریک به دنبال تکنولوژی مشابهی می‌باشد و بنیاد ملی علوم آمریکا اعتباری را برای تحقیق بر روی این موضوع در اختیار دانشگاه میشیگان قرار داده است . در این مقاله فناوری ادعایی محمد رسول خیلی مبهم توضیح داده شده است .

تاثیرات زیست‌محیطی :

یکی از ملاحظات مهم در مورد آب شیرین‌کن‌ها نحوه تامین آب شور ورودی واحد نمک‌زدایی به ویژه در مواردی که آب شیرین‌کن با یک نیروگاه ترکیب شده است ، می‌باشد . علیرغم این که نحوه تامین آب شور ورودی تاثیر قابل ملاحظه‌ای بر زندگی موجودات دریایی دارد ولی در بسیاری از واحدهای نمک‌زدایی این موضوع مورد غفلت واقع شده است . تخمین زده می‌شود که نود درصد جانوران دریایی موجود در آب ورودی ، اعم از پلانکتون‌ها ، تخم و لارو ماهی‌ها، در حین فرایند شیرین‌سازی از بین می‌رود .

در همه واحدهای نمک‌زدایی صرف نظر از این‌ که از چه فناوری برای شیرین‌سازی استفاده می‌شود ، مسئله پساب شور خروجی مسئله دیگر زیست محیطی است . این ماده غلیظ بر اساس تقسیم‌بندی آژانس حفاظت محیط زیست ایالات متحده آمریکا به عنوان یک پساب صنعتی شناخته شده است . در نواحی ساحلی می‌توان بدون این که نگران تغییر در غلظت نمک اقیانوس‌ها بود این پساب را به دریا باز گرداند . ولی در مورد روش اسمز معکوس به علت این که غلظت پساب دو برابر آب دریا است ممکن است باعث تغییر در غلظت نمک دریاها شود و به خصوص در مورد گونه‌هایی که در اعماق اقیانوس‌ها زندگی می‌کنند این تغییرات باعث تهدید حیات آن‌ها وجود . در حال حاضر مشکل اصلی در نواحی سرزمینی است که دفع پساب شور باعث وارد آمدن آسیب جدی به محیط زیست به ویژه سفره‌های آب‌های زیرزمینی، رودخانه‌ها و دریاچه‌ها می‌شود و از سوی دیگر دفع صحیح این پساب باعث افزایش هزینه‌های شیرین‌سازی می‌شود .

برای به حداقل رساندن آثار زیان‌بار زیست محیطی بازگرداندن پساب شور به دریاها آن را با جریان‌های دیگر آب ، مثلا پساب نیروگاه‌ها یا … ، رقیق می‌کنند . اگر نیروگاه متوسط یا بزرگ باشد و واحد نمک‌زدایی کوچک باشد ، حجم آب واحد خنک‌کننده نیروگاه چند برابر پساب شور خواهد بود و به راحتی می‌توان آن را رقیق نمود. روش دیگر برای به حداقل رساندن آسیب‌های زیست محیطی پساب شور رها کردن آن در سطح وسیعی از دریا است به این ترتیب که پساب به چند بخش تقسیم شده و در قسمت‌های مختلف دریا رها می‌شوند .
پساب شور می‌تواند در بعضی از نواحی آسیب‌های جدی به محیط زیست وارد نماید، به عنوان مثال در مناطقی که میزانشفافیت پایین و سرعت تبخیر بالا است . خلیج فارس ، دریای احمر ، لاگون‌ها و جزایر مرجانی و سایر جزایر گرمسیری مثال‌های از این مناطق هستند . به علت این که پساب شور چگال‌تر از آب دریا است ، اکوسیستم بستر دریاها در معرض خطر بیشتری نسبت به سایر مناطق قرار دارد. دقت در رها سازی این پساب می‌تواند آسیب‌ها را به حداقل برساند . به عنوان مثال در یک واحد نمک‌زدایی که در اواخر ۲۰۰۷ در سیدنی استرالیا ایجاد گردید ، خروجی پساب در نقطه‌ای از اقیانوس ایجاد گردید که حداکثر پخش پساب در دریا انجام شود به گونه‌ای که در فاصله ۵۰ تا ۷۵ متری از محل خروجی پساب هیچ تفاوتی با آب دریا مشاهده نمی‌شود. شرایط اقیانوس‌شناختی سیدنی این شانس را به وجود آورده است که رقیق‌سازی پساب به آسانی و به سرعت انجام می‌شود و در نتیجه آسیب به محیط زیست به حداقل می‌رسد .
در پرت استرالیا و در سال ۲۰۰۷ یک واحد نمک‌زدایی ساخته شد که با انرژی باد کار می‌کند و آب را با سرعت ۱/۰ متر بر ثانیه به درون دستگاه می‌مکد. این سرعت پایین به ماهی‌ها اجازه فرار می‌دهد . ظرفیت تولید این واحد ۱۴۰۰۰۰ متر مکعب در روز است .
نمک زدایی در مقایسه با سایر منابع تامین آب : نمک‌زدایی از آب‌های شور در مقایسه با استفاده مجدد از فاضلاب جهت تامین آب نوشیدنی دارای مزیت نسبی است ، هرچند که استفاده مجدد از فاضلاب جهت مصارف صنعتی و کشاورزی کم هزینه‌تر است .
فناوری‌های جدید و پیشرفت‌های دیگر : بسیاری از فناوری‌های نمک‌زدایی جدید با میزان‌های متفاوت از موفقیت آزمایش و تحقیق شده‌اند. بعضی از آن‌ها هنوز در مرحله محاسبات کاغذی می‌باشند در حالی که برخی دیگر در مرحله جذب سرمایه مورد نیاز تحقیق هستند . برای مثال، برای تعادل بخشیدن به مصرف انرژی مورد نیاز نمک‌زدایی ، دولت آمریکا در حال فعالیت جهت گسترش نمک‌زدایی خورشیدی به صورت کاربردی است .
در حال حاضر یکی از مثال‌های موثر و جدید برای تحقیقات در نمک‌زدایی ، تمرکز بر روی بیشتر کردن راندمان انرژی و کاهش هزینه‌ها می باشد . فرایند پاسارل ( Passarell Process )در این‌ کار ممکن است مورد استفاده قرار گیرد .

یکی دیگر از فناوری‌ها، استفاده از انرژی زمین گرمایی است . یک کنسرسیوم بین‌المللی به نام SDSUCITI در این زمینه کار کرده است. در بسیاری از مناطق ، از نقطه نظر اقتصادی و زیست محیطی نمک‌زدایی با استفاده از انرژی زمین گرمایی با صرفه‌تر از نمک‌زدایی با استفاده از سوخت‌های فسیلی یا استفاده از آب‌های سطحی و زیرزمینی در معرض تهدید است .
تحقیقات اخیر نشان داده‌اند که غشاهای نانولوله‌ای به شدت در تصفیه آب موثرند و می توانند یک فناوری نمک‌زدایی حیاتی را به وجود آورند که انرژی بسیار کمتری از انرژی اسمز معکوس نیاز دارد .

operation.blogfa.com & fa.wikipedia.org                          :source