فناوری جدید شیرین‌سازی آب، کمبود آب جهانی را کاهش می‌دهد

شور زدایی: تبدیل اقیانوس به آب آشامیدنی

آیا تا به حال تصور کرده اید که شیر آب را روشن کنید تا آب را پیدا کنید که نه از رودخانه ها یا دریاچه ها بلکه از اقیانوس های وسیع سرچشمه می گیرد؟منابع آب شیرین به طور فزاینده ای کم شده استتکنولوژی تخلیه نمک به عنوان یک راه حل بالقوه برای کمبود آب در سراسر جهان در حال ظهور است. اما دقیقاً چگونه آب دریا به آب آشامیدنی تبدیل می شود؟ فناوری های جریان اصلی فعلی چیست؟و آینده برای این فرآیند حیاتی چه خواهد بود؟?

در اصل، شور زدایی فرآیند حذف نمک از آب دریا است تا با استانداردهای آب آشامیدنی مطابقت داشته باشد. این "تصفیه معکوس" آب دریا با نمک زیاد را به آب شیرین با نمک کم تبدیل می کند.در حالی که این مفهوم ممکن است ساده به نظر برسد، این فرآیند نشان دهنده یک تقاطع قابل توجه از فیزیک، شیمی و علوم مواد است.

ریشه های ترشح آب مدرن به جنگ جهانی دوم برمی گردد. در سال 1952، کنگره ایالات متحده قانون آب شور را تصویب کرد و حمایت فدرال را برای توسعه فناوری ترشح آب فراهم کرد.بعد از دهه ها پیشرفت، تخلیه نمک به طور فزاینده ای مقرون به صرفه شده است و باعث می شود برای کاربردهای شهری، صنعتی و تجاری رقابتی شود.

یک لحظه تاریخی در سال 1961 به وجود آمد وقتی که یکی از اولین کارخانه های نمایی شورش در آمریکا در فریپورت، تگزاس افتتاح شد.وزارت داخله مي تونه 1 ميليون گالن (حدود 3رئیس جمهور جان اف کندی شخصاً این نیروگاه را از کاخ سفید فعال کرد و در سخنرانی خود اعلام کرد: "No water resources program is of greater long-range importance than our efforts to convert water from the world's most abundant and lowest-cost natural resource—the ocean—into water suitable for homes and industry. این پیشرفت می تواند به مبارزه های شدید بین همسایگان، ایالت ها و ملت ها پایان دهد".

سخنان کندی امروز هم به اهمیت خود ادامه می دهد. تخلیه نمک چیزی بیش از یک تکنولوژی است، بلکه امید به حل بحران آب و ترویج صلح و توسعه جهانی را فراهم می کند.

اصل اساسی ترشح شامل جدا کردن آب دریا با نمک زیاد به دو جریان است: آب شیرین با نمک کم (آب محصول) و آب نمک بسیار متمرکز (آب رد).تکنولوژی های کنونی ترشح نمک در جهان به دو دسته اصلی تقسیم می شوندروش های حرارتی و روش های غشا.

آب دریا در آب گرم می شود تا بخار ایجاد شود و سپس به آب شیرین تبدیل می شود. این فرآیند شبیه چرخه آب در طبیعت است اما با کارایی و کنترل بیشتر انجام می شود.روش های اولیه حرارتی عبارتند از::

• فلش چند مرحله ای (MSF):پیشرفته ترین تکنولوژی حرارتی، MSF از طریق "فلاش کردن" متوالی عمل می کند. آب دریا گرم به تدریج به اتاق های فشار پایین تر وارد می شود که بخش هایی بلافاصله تبخیر می شوند.بخار فشرده شده به آب شیرین تبدیل می شوددر حالی که سازمان پزشکان بدون مرز حجم زیادی را به طور قابل اعتماد اداره می کند، نیازهای انرژی آن قابل توجه است.
• تقطیر چند تاثیری (MED):شبیه به MSF اما با استفاده از چندین تبخیرگر در فشار های مختلف بخار از یک تبخیرگر بعدی را گرم می کند، بهبود بهره وری انرژی.MED نیاز به انرژی کمتری نسبت به MSF دارد اما شامل تجهیزات پیچیده تر است.
• تقطیر فشار بخار (VCD):از کمپرسور بخار برای افزایش دمای بخار و فشار استفاده می کند، سپس از این بخار فشرده برای گرم کردن آب دریا استفاده می کند. اغلب با MED ترکیب می شود یا در کاربردهای کوچکتر مانند استراحتگاه ها استفاده می شود.

در حالی که روش های حرارتی موثر ثابت شده اند، هنوز هم انرژی فشرده و گران هستند، که عمدتا در مناطق غنی از انرژی مانند خاورمیانه استفاده می شود.

روش های غشا از غشا های نیمه نفوذ پذیر استفاده می کنند که نمک را مسدود می کنند در حالی که اجازه عبور مولکول های آب را می دهند. دو رویکرد اصلی عبارتند از:

• الکترودیالیز (ED) و معکوس سازی الکترودیالیز (EDR):فرآیندهای ولتاژ محور که یون ها را از طریق غشای انتخابی حرکت می دهند و آب شیرین را از آب نمک جدا می کنند. عمدتا برای تصفیه آب شور استفاده می شود.
• اسموز معکوس (RO):تکنولوژی غشا غالب امروز. RO فشار را برای فشار دادن آب دریا از طریق غشا که نمک را مسدود می کند اعمال می کند. اجزای کلیدی شامل:
  • سیستم های پیش پردازشبرای حذف ناخالصی ها
  • پمپ های فشار بالا(150 psi برای آب شور، 800-1000 psi برای آب دریا)
  • ماژول های غشا(طراحی های چرخش مارپیچ یا فیبر توخالی)
  • بعد از درمانبرای تثبیت آب و ضد عفونی کردن

پیشرفت های RO ٬ از جمله مواد بهبود یافته غشا و دستگاه های بازیابی انرژی ٬ به طور قابل توجهی هزینه های عملیاتی را کاهش داده است. غشا های مدرن جریان آب بالاتر، رد نمک بهتر،و طول عمر طولانی ترسیستم های بازیابی انرژی می توانند مصرف انرژی RO را 25 تا 35 درصد کاهش دهند.

در اوایل دهه 2000، ظرفیت تخلیه نمک جهانی به حدود 7 میلیارد گالن در روز (26.5 میلیون تن) رسید، به طور مساوی بین روش های حرارتی و غشا تقسیم شد.ظرفیت تقریباً 12 درصد در سال رشد کردامروزه بیش از ۸۶۰۰ نیروگاه ترشح در سراسر جهان فعالیت می کنند که حدود ۲۰ درصد آن ها در ایالات متحده واقع شده اند.

علیرغم این که وعده می دهد، شور زدایی با چالش های قابل توجهی روبرو است:

• هزینه:به ویژه برای روش های حرارتی، کاهش هزینه ها برای پذیرش گسترده تر همچنان حیاتی است.
• مصرف انرژی:تقاضای انرژی بالا، به ویژه برای فرآیندهای حرارتی، نیاز به بهبود بهره وری دارد.
• تاثیرات زیست محیطی:تخلیه محلول نمک اگر به درستی مدیریت نشود خطرات زیست محیطی ایجاد می کند.
• آلودگی غشا:تجمع آلاینده عملکرد RO و طول عمر غشا را کاهش می دهد.

تحولات نوظهور به سمت چند روند کلیدی اشاره دارد:

• مواد پیشرفته غشا:توسعه غشا با جریان بیشتر، رد نمک و مقاومت در برابر آلودگی.
• بهبود بازیافت انرژی:بهبود سیستم هایی که انرژی را از جریان های آب نمک بازیافت می کنند.
• مدیریت آب نمک:ایجاد روش های ایمن تر و موثر تر برای تصفیه آب نمک
• ادغام منابع تجدیدپذیر:ترکیب شورش با انرژی خورشیدی، بادی و دیگر منابع انرژی پاک.

شورش از آب به عنوان یک راه حل حیاتی برای کمبود آب جهانی است. در حالی که چالش ها ادامه می یابد، پیشرفت های تکنولوژیک نشان می دهد که آن را به یک منبع آب شیرین به طور فزاینده حیاتی تبدیل خواهد شد.کمک به تضمین آینده پایدار بشریت.