در حال
جستجو...
تصفیه آب به روش خورشیدی
نمک‌زدایی
نمک‌زدایی به معنای حذف املاح محلول از آب دریا و در بسیاری از موارد از آب‌های لب‌شور داخلی، آب‌های زیرزمینی بسیار معدنی‌شده (مانند آب‌نمک‌های زمین‌گرمایی) و فاضلاب‌های شهری است. این فرآیند آبی را که در غیر این صورت قابل استفاده نیست، برای مصرف انسان، آبیاری و طیف وسیعی از کاربردهای صنعتی قابل استفاده می‌کند. فناوری‌های امروزی نمک‌زدایی معمولاً نیازمند مقادیر چشمگیر انرژی هستند که اغلب از سوخت‌های فسیلی تأمین می‌شود؛ همین امر به هزینه و اثرات زیست‌محیطی می‌افزاید. بنابراین، نمک‌زدایی عموماً در مناطقی که منابع آب شیرین متعارف اندک یا از نظر اقتصادی در دسترس نیستند، اجرا می‌شود.
از جمله نگرانی‌های زیست‌محیطی مرتبط با نمک‌زدایی می‌توان به انتشار گازهای گلخانه‌ای ناشی از مصرف انرژی و تخلیهٔ برین و سایر جریان‌های پسماند متمرکز اشاره کرد که در صورت مدیریت نادرست می‌توانند اکوسیستم‌های ساحلی را تحت تأثیر قرار دهند. برای کاهش این اثرات، اپراتورها به‌طور فزاینده‌ای از دستگاه‌های بازیابی انرژی، راهبردهای بهتر رقیق‌سازی و دفع برین و اتصال به سیستم‌های انرژی تجدیدپذیر استفاده می‌کنند.
فرآیندهای نمک‌زدایی
روش‌های نمک‌زدایی عمدتاً به دو دسته تقسیم می‌شوند: روش‌های حرارتی که از انتقال حرارت و تغییر فاز استفاده می‌کنند و روش‌های غشایی که آب را از املاح محلول با استفاده از غشاهای نیمه‌تراوا جدا می‌کنند. هر رویکرد مزایا و معایبی از نظر مصرف انرژی، هزینهٔ سرمایه‌ای، اشغال فضا و پیچیدگی عملیاتی دارد.
روش‌های حرارتی
تبخیر چندمرحله‌ای (MSF) یک تکنیک حرارتی گسترده برای تولید مقادیر زیاد آب شیرین است. این روش بر فشارهای پایین‌تر پیوسته در یک سری مراحل بسته تکیه دارد؛ به‌طوری‌که آب دریا پیش‌گرم‌شده در هر مرحله به بخار تبدیل (فلش) شده و بخار روی سطوح مبدل حرارتی میعان می‌یابد تا آب تازه تولید شود. تأسیسات بزرگ MSF می‌توانند صدها میلیون لیتر در روز تولید کنند، به‌ویژه هنگامی که با منابع حرارتی صنعتی یکپارچه شوند.
روش‌های حرارتی ساده‌تر شامل نمک‌زدایی خورشیدی با رطوبت‌گیری—که برای جوامع کوچک و مناطق پرآفتاب مناسب است—و جداسازی بر پایهٔ انجماد می‌شود؛ در روش انجماد، بلورهای یخ با محتوای نمک به‌مراتب کمتری شکل می‌گیرند. با این‌حال، روش‌های مبتنی بر انجماد در مقیاس بزرگ به ندرت استفاده می‌شوند؛ زیرا برین باقی‌مانده بین بلورهای یخ و نیاز به شست‌وشوی یخ‌ها، بازده خالص را کاهش می‌دهد.
روش‌های غشایی
اسمز معکوس (RO) و الکتروودیالیز (ED) دو فرآیند اصلی مبتنی بر غشا هستند. در الکتروودیالیز، یک پتانسیل الکتریکی یون‌های مثبت و منفی را از طریق غشاهای تبادل یونی متناوب هدایت می‌کند و املاح را از آب جدا می‌سازد؛ ED به‌ویژه برای آب‌های لب‌شور با غلظت نمک کمتر مؤثر است. در اسمز معکوس، فشار بالا آب شور را بر خلاف جهت اسمز طبیعی به‌سمت غشاهای نیمه‌تراوا فشار می‌دهد؛ مولکول‌های آب عبور می‌کنند در حالی که مواد محلول حفظ و در جریان برین تغلیظ می‌شوند. سیستم‌های RO معمولاً به‌صورت ماژول‌های مارپیچی یا لوله‌ای آرایش می‌یابند که در vesselهای فشار در کنار هم قرار می‌گیرند تا فضای کمتری اشغال شود.
پیشرفت در مواد غشایی، از جمله ترکیبات نازک‌فیلم و نانومواد نوین، همراه با بهبود پیش‌تصفیه و راهبردهای ضدپلاگینگ، مصرف انرژی و هزینه‌های عملیاتی RO را کاهش داده است. دستگاه‌های بازیابی انرژی که انرژی فشار را از جریان برین بازیابی و مجدداً استفاده می‌کنند، اکنون در پالایشگاه‌های بزرگ استاندارد شده‌اند و مصرف انرژی خالص را به‌طور چشمگیری کاهش می‌دهند.
تولید جهانی و چشم‌انداز
نمک‌زدایی در بسیاری از مناطق خشک و پرجمعیت، تأمین‌کنندهٔ آب شهری است. تا سال 2019 تقریباً 18,000 کارخانهٔ نمک‌زدایی در سراسر جهان وجود داشت که بیش از 95 میلیون مترمکعب در روز آب قابل شرب تولید می‌کردند. تقریباً نیمی از این ظرفیت در خاورمیانه و شمال آفریقا قرار دارد و کشورهایی مانند عربستان سعودی، امارات متحده عربی و کویت از تولیدکنندگان پیشرو هستند. ایالات متحده حدود 13 درصد از تولید جهانی را به خود اختصاص داده است که عمدتاً در ایالت‌های فلوریدا، تگزاس و کالیفرنیا است.
اکثریت تأسیسات جدید از اسمز معکوس استفاده می‌کنند، در حالی که تبخیر چندمرحله‌ای همچنان گزینهٔ مهمی در مکان‌هایی است که منابع حرارتی یکپارچه در دسترس است. تأسیسات بزرگ MSF و RO نشان داده‌اند که نمک‌زدایی می‌تواند در مقیاس وسیع با اطمینان کار کند: نمونه‌هایی از تأسیسات بسیار بزرگ MSF با تولید صدها میلیون لیتر در روز و تأسیسات بزرگ RO با تولید چندصد هزار مترمکعب در روز وجود دارد.
روندهای اقتصادی نشان می‌دهد که با بهبود بهره‌وری انرژی و کاهش هزینه‌های سرمایه‌ای—به‌ویژه با استفادهٔ بیشتر از انرژی‌های تجدیدپذیر و فناوری‌های بازیابی انرژی—آب نمک‌زدایی‌شده ممکن است برای دامنهٔ وسیع‌تری از مصارف شهری، صنعتی و حتی برخی مصارف کشاورزی مقرون‌به‌صرفه گردد. در صورتی که هزینه‌های تولید و حمل‌ونقل به اندازهٔ کافی کاهش یابد، آب مشتق‌شده از دریا می‌تواند به آبیاری و توسعه مناطق ساحلی که در حال حاضر فاقد منابع آب قابل‌اعتماد هستند کمک کند.
اولویت‌های پژوهشی ادامه‌دار شامل کاهش مصرف انرژی به ازای هر واحد آب تولیدی، به حداقل رساندن اثرات زیست‌محیطی تخلیهٔ برین، افزایش دوام و مقاومت غشاها در برابر گرفتگی و توسعهٔ ادغام با سیستم‌های انرژی پایدار است. این پیشرفت‌ها تعیین‌کنندهٔ سرعت کمک نمک‌زدایی به امنیت آب جهانی خواهند بود.
توئیتر
فیس بوک
لینکدین
