کلینیک تصفیه آب ایران

نمك زدايي آب دريا

بيش از 97 درصد آب روي زمين به دليل شوري براي مصرف انسان نامناسب است. اكثريت قريب به اتفاق (حدود 99٪) از اين آب دريا است، و بيشتر مابقي آن را آب هاي زيرزميني شور تشكيل مي دهد .نمك زدايي آب شور نويد منابع آبي تقريباً نامحدود را براي تمدن هاي بشري در مناطق ساحلي دارد.

با اين حال، تصفيه آب دريا گران و انرژي بر است و اغلب اثرات نامطلوب زيادي بر اكوسيستم دارد.

با وجود اين اشكالات، نمك زدايي مي تواند يك انتخاب تكنولوژيكي مناسب در تنظيمات خاص باشد.

پيشرفت هاي تكنولوژيكي همچنان باعث كاهش هزينه هاي اقتصادي و زيست محيطي نمك زدايي مي شود (WHO، 2007).

تكامل تكنولوژيكي: قابل اجرا بودن مستقيم (ده ها كارخانه نمك زدايي در حال حاضر در ژاپن در حال فعاليت هستند)
نيازهاي موجود: نياز به كاهش اثرات خشكسالي در مناطقي كه ممكن است به دليل تغييرات آب و هوايي دچار خشكسالي شوند. اين نيازها به ويژه در جزاير كوچك و جاهايي كه منابع آب شيرين محدودي دارند زياد است.
اثرات سازگاري: تأمين منابع آب براي مقابله با خشكسالي ناشي از تغييرات آب و هوايي
نماي كلي و ويژگي ها
سه روش براي نمك زدايي وجود دارد:
تبخير: روشي براي به دست آوردن آب شيرين با تراكم بخار حاصل از تبخير آب دريا.
اسمز معكوس: روشي براي به دست آوردن آب شيرين با فيلتر كردن آب دريا تحت فشار با استفاده از يك غشاي نيمه تراوا كه آب دريا نمي تواند از آن عبور كند.
الكترودياليز: روشي براي به دست آوردن آب شيرين با استفاده از غشاء مخصوصي كه مي تواند آب دريا را به ماده رقيق و غليظ جدا كرده و سپس آب شيرين را از ماده رقيق استخراج كند. اين در مرحله تحقيقات تجربي است
كارخانه هاي نمك زدايي در خاورميانه و منطقه مديترانه در حال معرفي هستند و به ويژه روش اسمز معكوس به سرعت در حال گسترش است.

[caption id="attachment_3987" align="alignnone" width="458"] نمك زدايي آب دريا[/caption][caption id="attachment_3999" align="alignnone" width="750"] نمك زدايي با روش اسمز معكوس[/caption]توضيح نمك زدايي آب دريا
نمك زدايي آب دريا فرآيندي است كه در آن نمك و ساير اجزاي تشكيل دهنده براي توليد آب خالص حذف مي شود. تقريباً 75 ميليون نفر در سراسر جهان به نمك‌زدايي متكي هستند.

انتظار مي‌رود كه اين تعداد افزايش يابد زيرا منابع آب شيرين توسط رشد جمعيت تحت فشار قرار مي‌گيرند . در نتيجه ميليون‌ها نفر ديگر به شهرهاي ساحلي با منابع آب شيرين ناكافي نقل مكان مي‌كنند .

نمك زدايي بيشترين كاربرد را در مناطق خشك دارد. بيش از نيمي از ظرفيت (حجم) نمك زدايي جهان در خاورميانه و شمال آفريقا قرار دارد.

آب دريا بيش از 50 درصد از منابع آب شيرين كن در سراسر جهان را تشكيل مي دهد. با اين حال، تا سال 2005 در ايالات متحده، تنها 7 درصد از كارخانه هاي نمك زدايي از آب دريا استفاده مي كردند.

آب هاي شور اكثريت آب هاي منبع براي نمك زدايي را تشكيل مي دهند . بيشتر مابقي آن را آب رودخانه ها و فاضلاب تشكيل مي دهند .

دو جريان آب از نمك زدايي حاصل مي شود:
(1)  آب محصول خالص
(2)جريان زباله يا آب نمك با غلظت بالا
روش‌هاي اصلي نمك‌زدايي به دو دسته تقسيم مي‌شوند: فرآيندهاي حرارتي (شكل 1) و فرآيندهاي غشايي (شكل 2).
عمليات حرارتي از گرما براي تبخير آب استفاده مي‌كند . نمك‌هاي محلول يا جريان زباله را پشت سر مي‌گذارد و آن را از آب خالص جدا مي‌كند.
فرآيندهاي غشايي از اسمز معكوس و فشار بالا استفاده مي كنند تا آب شور را از فيلترهاي بسيار ظريف و متخلخل عبور دهند. نمك ها را حفظ مي كنند و آب خالص را در يك طرف غشاء و جريان زباله را در طرف ديگر باقي مي گذارند.
 بخش عمده اي از آب زمين در درياها و اقيانوس ها يافت مي شود. نمك زدايي فرصتي را براي جوامع ساحلي ايجاد مي كند تا به منابع آب شيرين تقريبا نامحدود دسترسي داشته باشند.
علاوه بر اين، مي توان از تكنيك هاي نمك زدايي براي تصفيه آب شور در مناطقي كه آب دريا نفوذ مي كند، استفاده كرد. با توجه به سازگاري با تغييرات اقليمي، اين يك منبع حياتي براي مناطقي است كه منابع آب شيرين موجود ديگر نمي‌تواند از جمعيت محلي پشتيباني كند .
[caption id="attachment_3988" align="alignnone" width="512"] شكل1[/caption]شكل 1

[caption id="attachment_3989" align="alignnone" width="468"] شكل2[/caption]شكل2

نمك زدايي حرارتي
فرآيندهاي نمك‌زدايي حرارتي معمولاً از گرما براي تبخير آب استفاده مي‌كنند و اجزاي محلول را پشت سر مي‌گذارند.  طي فرايندي بخار آب متراكم شده و  آب  بدست مي ايد. تقطير ساده ترين  فرآيندهاي حرارتي است و بهره وري انرژي اين فرآيند ساده رو به بهبود مي باشد .

تقطير
رايج ترين فرآيند نمك زدايي حرارتي امروزه تقطير چند مرحله اي فلاش (MSF) است. در سال 2005، MSF 36 درصد از نمك‌زدايي در سراسر جهان را تشكيل مي‌دهد (شكل 3). MSF كارايي انرژي تقطير ساده را با استفاده از يك سري محفظه‌هاي كم فشار، بازيافت گرماي اتلاف، بهبود مي‌بخشد و در برخي موارد، مي‌تواند با استفاده از گرماي اتلاف يك نيروگاه مجاور با راندمان بالاتري كار كند.

تبخير
تبخير با اثر چندگانه (MEE) (همچنين به عنوان تقطير با اثر چندگانه شناخته مي شود) فرآيند حرارتي ديگري است كه از محفظه هاي كم فشار استفاده مي كند. دستيابي به كارايي بسيار بيشتر در MEE نسبت به MSF امكان پذير است. با اين حال، MEE آنقدر محبوب نيست (شكل 3 را ببينيد) زيرا طرح هاي اوليه با پوسته پوسته شدن مواد معدني مواجه بودند.

طرح هاي جديدتر پوسته پوسته شدن مواد معدني را كاهش داده اند و MEE در حال افزايش محبوبيت است . براي عمليات هاي كوچكتر با نياز به حجم حدود 3000 متر مكعب در روز، تقطير فشرده سازي بخار (VCD) مي تواند يك گزينه تقطير حرارتي مناسب باشد.

VCD از نظر فني يك فرآيند ساده، قابل اعتماد و كارآمد است كه براي استراحتگاه ها، صنايع و مكان هاي كاري كه در آن آب شيرين كافي در دسترس نيست، محبوب است .

نمك زدايي غشايي
فرآيندهاي نمك‌زدايي غشايي از فشار بالا استفاده مي‌كنند تا مولكول‌هاي آب را از طريق منافذ بسيار كوچك (سوراخ‌ها) وارد كنند در حالي كه نمك‌ها و ساير مولكول‌هاي بزرگ‌تر را حفظ مي‌كنند. اسمز معكوس (RO) پركاربردترين فناوري نمك‌زدايي غشايي است و در سال 2005 46 درصد از ظرفيت نمك‌زدايي جهاني را به خود اختصاص داده است (شكل 3).

نام اين فرآيند از اين واقعيت ناشي مي شود كه از فشار براي هدايت مولكول هاي آب در سراسر غشاء در جهتي بر خلاف جهت حركت طبيعي آنها به دليل فشار اسمزي استفاده مي شود. از آنجايي كه بايد بر فشار اسمزي غلبه كرد، انرژي مورد نياز براي هدايت مولكول‌هاي آب در سراسر غشا مستقيماً با غلظت نمك مرتبط است.

RO
بنابراين، RO اغلب براي آب هاي شور استفاده مي شود كه غلظت نمك كمتري دارند و در سال 1999، تنها 10 درصد از نمك زدايي آب دريا در سراسر جهان را به خود اختصاص داده است .

با اين حال، بهره وري انرژي و اقتصاد RO با توسعه غشاهاي پليمري بادوام تر، بهبود مراحل پيش تصفيه و اجراي دستگاه هاي بازيابي انرژي به طور قابل توجهي بهبود يافته است. در بسياري از موارد، RO در حال حاضر مقرون به صرفه تر از روش هاي حرارتي براي تصفيه آب دريا است.

نمك زدايي توسط چهار فرآيند حرارتي و غشايي كه در بالا مورد بحث قرار گرفت نشان داده مي شود 90 درصد از حجم جهاني را دربرمي گيرد.

ساير فرآيندهاي نمك زدايي عبارتند از: الكترودياليز، انجماد، تقطير خورشيدي، هيبريدي (حرارتي/غشايي/نيروي)، و ساير فناوري هاي نوظهور (شكل 3).

[caption id="attachment_3990" align="alignnone" width="331"] شكل3[/caption]شكل3

الكترودياليز
الكترودياليز (ED) از جريان براي حذف يون‌ها از آب استفاده مي‌كند. برخلاف فرآيندهاي غشايي و حرارتي كه در بالا توضيح داده شد، ED نمي تواند براي حذف مولكول هاي بدون بار از آب منبع استفاده شود (Miller, 2003). نمك زدايي آب با انجماد در دماي كمي كمتر از 0 درجه سانتي گراد نيز امكان پذير است، اما اين كار شامل مراحل پيچيده اي براي جداسازي فاز جامد و مايع است و معمولاً انجام نمي شود.

با اين حال، در آب و هواي سرد، چرخه هاي طبيعي انجماد-ذوب براي تصفيه آب با هزينه هاي رقابتي با RO مهار شده است . علاقه به برداشت انرژي خورشيدي منجر به پيشرفت قابل توجهي در فرآيندهاي تقطير خورشيدي شده است.

نمك زدايي هيبريدي
نمك‌زدايي هيبريدي كه فرآيندهاي حرارتي و غشايي را تركيب مي‌كند و معمولاً به موازات يك تأسيسات توليد برق عمل مي‌كند، يك فناوري نوظهور اميدواركننده است كه با موفقيت اجرا شده است .

غشاهاي نانوفيلتراسيون (NF) نمي‌توانند شوري آب دريا را تا حد قابل شرب كاهش دهند، اما براي تصفيه آب‌هاي شور استفاده شده‌اند. غشاهاي NF در صورت همراه شدن با RO يك مرحله پيش تصفيه محبوب هستند.

پيشرفت در فناوري نمك‌زدايي افزايشي بوده است كه منجر به بهبود مداوم در بهره‌وري انرژي، دوام و كاهش بهره‌برداري و نگهداري در بسياري از فناوري‌ها شده است.

با اين حال، فناوري هاي جديد در تحقيق و توسعه به طور بالقوه مي تواند منجر به پيشرفت هاي بزرگ شود. اين فناوري هاي نوظهور شامل نانو لوله ها ، غشاهاي پيشرفته الكترودياليز و غشاهاي بيوميمتيك هستند.

نمك‌زدايي آب دريا چه زماني مؤثر است؟
نمك‌زدايي آب دريا زماني مؤثر است كه در بخش‌هاي آبي با سياست‌هاي قوي آب، منابع آبي مشخص و تقاضا، و تخصص فني قوي اجرا شود. با توجه به بودجه و تقاضاي محلي براي منابع آب شيرين، گزينه‌هاي متعددي براي نيروگاه‌هاي نمك‌زدايي، روش‌هاي تصفيه آب و منابع انرژي بالقوه براي نمك‌زدايي (مانند انرژي جايگزين مانند باد) وجود دارد.

ويژگي هاي آب شور مانند شوري، دما، سطح عمومي آلودگي و غيره در انتخاب تكنولوژي تاثير زيادي دارد. به عنوان مثال، فرآيندهاي غشايي براي آب شور، كه معمولاً غلظت نمك كمتري دارد، مناسب‌تر هستند.

ممكن است قبل از شروع فرآيندهاي نمك‌زدايي، پيش تصفيه (مثلاً ميكروفيلتر كردن جلبك‌ها از آب دريا) مانند فرآيندهاي رسوب‌گذاري پيشرفته براي جريان زباله (از جمله خنك‌سازي در صورت لزوم) مورد نياز باشد.

مزاياي نمك زدايي آب دريا
نمك زدايي مي تواند تا حد زيادي به سازگاري با تغييرات آب و هوايي كمك كند، در درجه اول از طريق تنوع بخشيدن به منابع آب و انعطاف پذيري در برابر تخريب كيفيت آب مي تواند كمك كننده باشد.زماني كه منابع آب فعلي از نظر كمي يا كيفيت ناكافي باشند، تنوع بخشيدن به تامين آب مي تواند منابع جايگزين يا مكمل آب را فراهم كند.
فن‌آوري‌هاي نمك‌زدايي همچنين انعطاف‌پذيري را در برابر تخريب كيفيت آب فراهم مي‌كنند، زيرا معمولاً مي‌توانند آب محصول بسيار خالص را حتي از آب‌هاي منبع بسيار آلوده توليد كنند.
افزايش تاب آوري در برابر كاهش سرانه آب شيرين يكي از چالش هاي كليدي سازگاري با تغييرات آب و هوايي است. هم خشكسالي كوتاه مدت و هم روندهاي اقليمي بلندمدت كاهش بارندگي مي تواند منجر به كاهش سرانه آب در دسترس شود. اين روندهاي اقليمي به موازات رشد جمعيت، تغيير كاربري اراضي و كاهش آب هاي زيرزميني رخ مي دهند. بنابراين، كاهش سريع در دسترس بودن سرانه آب شيرين محتمل است.
دسترسي به منبع كافي آب شيرين براي مصارف شرب، خانگي، تجاري و صنعتي براي سلامت، رفاه و توسعه اقتصادي ضروري است (WHO، 2007)، و نمك زدايي مي تواند دسترسي به آب را براي مناطق بالقوه تحت تنش آبي يا خشك فراهم كند. در بسياري از تنظيمات، فرآيندهاي نمك‌زدايي مي‌توانند دسترسي به آب‌هاي شور فراواني را كه قبلاً غيرقابل استفاده بوده‌اند، فراهم كنند.
به دليل كيفيت بالاي آب خروجي، آب آشاميدني سالم را تامين مي كند. همچنين مي تواند براي ساير بخش ها مانند صنايعي كه به منابع آب بسيار خالص مانند داروسازي نياز دارند، آب تامين كند.
معايب نمك زدايي آب دريا
اشكالات عمده فرآيندهاي نمك زدايي فعلي شامل هزينه ها، انرژي مورد نياز و اثرات زيست محيطي است.

اثرات زيست محيطي شامل دفع جريان زباله متمركز و اثرات آبگيري و خروجي بر روي اكوسيستم هاي محلي است.

با وجود اين اشكالات، انتظار مي رود كه استفاده از نمك زدايي در قرن بيست و يكم به طور گسترده افزايش يابد، در درجه اول به دو دليل. تحقيق و توسعه ادامه خواهد داد تا نمك‌زدايي انرژي كمتري داشته باشد، از نظر مالي رقابتي‌تر و از نظر زيست‌محيطي بي‌خطرتر شود.

افزايش تقاضا: رشد جمعيت، توسعه اقتصادي و شهرنشيني منجر به افزايش سريع تقاضا براي تامين آب در مناطق ساحلي و ساير مناطق با دسترسي به آب هاي شور مي شود.

نيازهاي انرژي زياد فرآيندهاي نمك‌زدايي فعلي به انتشار گازهاي گلخانه‌اي كمك مي‌كند و مي‌تواند تلاش‌هاي كاهش تغييرات آب و هوايي را متوقف كند.

موانع نمك زدايي آب دريا
اثرات جريان ضايعات متمركز بر اكوسيستم ها و تأثير ورودي آب دريا بر زندگي آبزيان.
نمك زدايي اگرچه با پيشرفت هاي تكنولوژيكي اخير در حال بهبود است. اما به دليل غلظت بالاي نمك هاي ضايعاتي و آثار شيميايي مي تواند اثرات منفي بر محيط زيست داشته باشد .
روش‌هاي نمك‌زدايي نسبتاً گران هستند و به انرژي زيادي نياز دارند. اگرچه امكانات فزاينده‌اي براي استفاده از انرژي‌هاي تجديدپذير مانند كوپلينگ نمك‌زدايي خورشيدي يا بادي وجود دارد.
كشورهاي در حال توسعه كه اغلب بيشترين نياز به آب شيرين را دارند، ممكن است نتوانند از نمك‌زدايي استفاده كنند.زيرا بهترين فرصت‌ها براي اجراي آن در بخش‌هاي آب با مديريت خوب با سياست‌هاي آب شفاف است.
استفاده بهينه مستلزم آموزش، تعمير و نگهداري منظم و دسترسي به قطعات يدكي است كه مي تواند يك عامل محدود كننده در جوامع دور و كوچكتر باشد.
تأثيرات زيست‌محيطي نمك‌زدايي بايد با تأثيرات ناشي از گسترش استفاده از منابع آب شيرين (مانند كاهش آب‌هاي زيرزميني، منحرف كردن جريان‌هاي آب سطحي) سنجيده شود .
اگرچه آب محصول RO تقريباً كاملاً خالص است، اين امكان وجود دارد كه برخي از تركيبات احتمالي وارد آب محصول شوند. فرآيندهاي قبل يا پس از درمان را مي توان براي رسيدگي به چند تركيبي كه به خوبي توسط RO حذف نمي شوند (مثلاً بور) استفاده كرد.

مسائل كليدي براي گسترش اين فناوري ها شامل :
كاهش هزينه هاي توليد آب شيرين،
تثبيت عملكرد كارخانه
و ايجاد روش هاي آسان براي بهره برداري، نگهداري و مديريت كارخانه است.
كاربرد تصفيه آب دريا در كشاورزي
مصرف آب در كشاورزي بسيار زياد است. استفاده از آب هاي شيرين و آشاميدني براي انجام اين كار به شدت به منابع آب زير زميني آسيب وارد مي كند.

در مناطقي كه فاصله كمي با دريا دارند مي توان با تصفيه آب هاي شور از آنها در كشاورزي و باغباني استفاده نمود.

با استفاده از روش هاي متعددي كه در طول متن به آنها اشاره شد، مي توان آب دريا را به استانداردهاي مورد نياز براي مصرف در كشاورزي رساند و از اين طريق از ورود سديم به خاك جلوگيري خواهد شد. علاوه براين، آبياري با آب بدون نمك و املاح منجر به توليد محصولات بهتر با كيفيت بيشتر خواهد شد.

كاربرد تصفيه آب شور در صنعت
از ديگر بخش هايي كه  مصرف آب بالايي داشته و همچنين منجر به ورود آلاينده ها به پساب ها مي شوند، كارخانجات مي باشند. به همين دليل استفاده از منابع آب هاي زير زميني در صنعت مي تواند يك تهديد بزرگ براي كاهش آب هاي قابل شرب محسوب شود.

علاوه براين، استفاده از آب هاي شور منجر به ايجاد رسوب بسيار زياد بر روي تجهيزات مختلف خواهد شد. اين امرخطرات متعددي را به همراه دارند. با نمك زدايي مقدار مصرف آب هاي شيرين و آشاميدني در محيط هاي صنعتي را مي توان كاهش داد. همچنين از آسيب وارد شدن به تجهيزات آنها نيز جلوگيري به عمل مي آيد.

كاربرد تصفيه آب دريا در آب آشاميدني
تنها يك تا دو درصد از كل آب موجود در كره زمين قابليت استفاده به عنوان آب آشاميدني و شرب را دارا مي باشند. علاوه براين، استفاده از آب با املاح و نمك زياد به شدت به سلامتي بدن آسيب وارد مي كند.

براي غلبه بر اين محدوديت در تصفيه خانه هاي بزرگ از روش هاي شيرين سازي آب هاي شور مي توان استفاده نمود.

تماس با ما:

تماس باما