آب شیرین کن چیست

رای دهی: 5 / 5

فعال سازی ستارهفعال سازی ستارهفعال سازی ستارهفعال سازی ستارهفعال سازی ستاره
 

Desalination.jpg

نمک زدایی یا شیرین سازی (desalination) آب فرآیندی است که مواد معدنی را از آب شور خارج می‌کند. به طور کلی نمک زدایی شامل زدودن نمک‌ها و مواد معدنی است؛ به عنوان مثال می‌توان نمک زدایی را در مورد خاک نیز انجام داد.

برای تولید آب شیرینی که برای مصرف انسان و یا آب‌یاری (irrigation) مناسب باشد، آب شور نمک زدایی می‌شود. یک محصول جانبی بالقوه از نمک زدایی، نمک است. نمک زدایی در کشتی‌های بزرگ و زیردریایی‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد. بیش‌تر سرمایه‌گذاری‌های اخیر در نمک زدایی، بر توسعه راه‌های مقرون به صرفه تامین آب شیرین برای استفاده انسان متمرکز شده‌اند. در کنار بازیافت فاضلاب (wastewater recycling)، شیرین‌سازی یکی از چندین منبع تامین آب مستقل از بارندگی است.

 

Desalination-Plant.jpg

یک پلانت شیرین‌سازی آب دریا

 

به دلیل مصرف بسیار بالای انرژی، شیرین سازی آب دریا معمولا گران‌تر از آب شیرین رودخانه‌ها، آب‌های زیر زمینی، آب بازیافتی و یا کاهش مصرف آب (water conservation) است. البته این راه‌های جایگزین همیشه در دسترس نیستند و تقلیل ذخایر در تمام دنیا به یک مشکل تبدیل شده‌اند. در حال حاضر در حدود 1 درصد از جمعیت جهان برای تامین نیاز آب روزانه خود به آب شیرین‌کن‌ها وابسته هستند و سازمان ملل پیش‌بینی می‌کند که 14 درصد از جمعیت دنیا تا سال 2025 با فقدان آب مواجه می‌شوند. نمک زدایی به ویژه برای کشورهایی مانند استرالیا مناسب است که برای تامین منابع آب آشامیدنی خود به طور سنتی بر جمع‌آوری بارش در پشت سدها تکیه دارند.

 

Desalination-Capacity-Countaries.jpg

ظرفیت شیرین‌سازی آب در کشورهای مختلف دنیا در سال 2009

 

در سال 2015 طبق برآورد انجمن جهانی نمک زدایی (International Desalination Association)، در سراسر جهان 18426 واحد شیرین‌سازی در حال بهره‌برداری بوده که 86.8 میلیون متر مکعب در روز تولید و آب را برای 300 میلیون نفر فراهم کرده‌اند. این میزان نسبت به تولید 78.4 میلیون متر مکعب در سال 2013 افزایش پیدا کرده است: 10.71 درصد افزایش در 2 سال. انرژی فراوان ذخیره شده در کشورهای خاورمیانه به همراه کمیابی آب در این منطقه، احداث مجتمع‌های عظیم و وسیع نمک زدایی را ممکن کرده است. در سال 2014 بزرگ‌ترین پروژه شیرین‌سازی آب راس الخیر در عربستان با تولید 1.025.000 متر مکعب آب شیرین نام دارد که انتظار می‌رود رکورد آن به وسیله یک پلانت در کالیفرنیا شکسته شود. فاز 2 نمک زدایی جبل علی در امارات متحده عربی که یک پلانت تولید تولید هم‌زمان (cogeneration) است، از فناوری MSF برای شیرین سازی آب استفاده می‌کند و توانایی تولید 300میلیون متر مکعب آب در سال را دارا است.

 

RO-Plant.jpg

 

از سال 2004 عمده‌ترین روش مورد استفاده در شیرین سازی آب، روش اسمز معکوس است که 85 درصد تولید کل جهان را به خود اختصاص داده است.


روش‌های شیرین سازی آب

روش سنتی مورد استفاده در عملیات شیرین سازی آب، تقطیر در خلاء (vacuum distillation) است که اساس آن جوشاندن آب و باقی گذاشتن ناخالصی‌ها است. در این فرآیند فشار کاهش می‌یابد تا دمای جوشش آب کم شود. زمانی که فشار بخار با فشار محیط برابر شود، جوشش انجام می‌شود. فشار بخار با افزایش دما افزایش می‌یابد. به دلیل کاهش دما، می‌توان از حرارت اتلافی کم دمای تولید شده در نیروگاه‌ها و فرآیندهای صنعتی استفاده کرد.

 

Desalination-Methods.jpg

روش‌های شیرین‌سازی آب دریا

 

فرآیندهای رقیب برای نمک زدایی، از ممبران یا غشا (membrane) و اغلب در فرآیند اسمز معکوس (reverse osmosis) یا RO استفاده می‌کنند. فرآیندهای غشایی از غشای نیمه تراوا (semipermeable membranes) و فشار برای جداسازی نمک از آب استفاده می‌کنند. به طور معمول سیستم‌های ممبرانی پلانت‌های اسمز معکوس، نسبت به تقطیر گرمایی انرژی کم‌تری مصرف می‌کنند که این منجر به کاهش کلی هزینه آب شیرین‌کن‌ها در طول یک دهه گذشته شده است. نمک زدایی همچنان نیاز به انرژی دارد و هزینه‌های آتی آن به هم قیمت انرژی و هم به قیمت فناوری نمک‌زدایی بستگی خواهد داشت.

 

Desalination-Processes.jpg

روش‌های شیرین‌سازی آب دریا


تقطیر فلش چند مرحله‌ای

در تقطیر فلش چند مرحله‌ای (Multi-Stage Flash Distillation) یا MSF آب تبخیر شده و به وسیله تقطیر ناگهانی (flash distillation) از آب دریا جدا می‌شود. هر فرآیند فلش بعدی از انرژی آزاد شده از میعان بخار آب از مرحله قبل بهره می‌گیرد.

 

MSF-Schematic.gif


تقطیر چند اثره

تقطیر چند اثره (multiple effect distillation) یا MED به وسیله تعدادی از مراحل به نام اثر (effect) کار می‌کند. آب ورودی بر روی لوله‌هایی که در راستای افقی یا عمودی قرار دارند اسپری و گرم می‌شود تا این که به بخار تبدیل شود. سپس بخار تولید شده برای گرم کردن حجم بعدی از آب ورودی دریا استفاده می‌شود. جهت‌گیری افقی لوله‌ها متداول‌تر است. بخار مورد استفاده برای گرم کردن آب دریا می‌تواند از نیروگاه‌های مجاور تامین شود تا این که فرآیند را کارآمدتر کند. اگرچه از نظر ترمودینامیکی این روش کارآمدترین است، محدودیت‌هایی همانند بیشینه دما و بیشینه تعداد اثر وجود دارد.

 

MED-Diagram.gif


تقطیر تراکمی بخار

دو روش برای تکنیک تقطیر تراکمی بخار (vapor compression distillation) وجود دارد: کمپرسور مکانیکی (mechanical compressor) و جریان جت. در این تکنیک بخار فشرده و از آن برای ایجاد حرارت مورد نیاز برای تبخیر آب دریا استفاده می‌شود. از آن‌جا که این سیستم تنها نیاز به توان دارد، اگر در یک مقیاس کوچک نگه داشته شود، کارآمدتر است.

 

Vapor=Compression-Desalination.jpg


فرآیند پاسارل

فرآیند پاسارل (Passarell process) برای به کار انداختن آب شیرین‌کن تبخیری، به جای گرمایش از کاهش فشار اتمسفری استفاده می‌کند. بخار آب خالص تولید شده توسط تقطیر با استفاده از یک کمپرسور (compressor) پیشرفته، فشرده و مایع می‌شود. فرآیند تراکم همراه با ایجاد فشار کم در محفظه تبخیر باعث بهبود راندمان تقطیر می‌شود. پس از این که بخار آب خالص از یک مه‌زدا (demister) عبور کرد، کمپرسور آن را سانتریفیوژ می‌کند و باعث می‌شود که بر روی سطح خارجی لوله‌های یک محفظه جمع‌آوری متراکم شود. میزان تراکم بخار با دما افزایش می‌یابد. حرارت به آب ورودی پایین رونده داخل لوله‌ها منتقل و باعث تبخیر آب درون لوله‌ها می‌شود. بخار آب در خارج از لوله‌ها به عنوان آب محصول میعان می‌شود. با ترکیب چندین فرآیند فیزیکی، پاسارل امکان بازیافت بیش‌تر انرژی سیستم را از طریق تبخیر، مه‌زدایی، تراکم بخار، میعان و فرآیندهای حرکت آب فراهم می‌کند.

 

Passarell-Process.jpg


آب شیرین‌کن گرمایی کم دما

آب شیرین‌کن گرمایی کم‌دما (low-temperature thermal desalination) یا LTTD از تحقیقات مربوط به تبدیل انرژی گرمایی اقیانوسی متولد شده است و از جوشاندن آب در فشار کم، حتی در دمای محیط استفاده می‌کند. این سیستم از پمپ‌هایی برای ایجاد یک محیط کم فشار و کم دما استفاده می‌کند که در آن آب در یک گرادیان دمای 8 تا 10 درجه سانتی‌گرادی بین دو حجم از آب می‌جوشد. آب سرد اقیانوسی از اعماق تا 600 متر تامین می‌شود. این آب از میان کویل‌هایی پمپ می‌شود تا بخار آب را تقطیر کند. میعانات به وجود آمده، آب تصفیه شده هستند. LTTD می‌تواند از گرادیان دمای موجود در نیروگاه‌هایی استفاده کند که در آن مقدار زیادی پساب گرم از پلانت خارج می‌شود.

 

LTTD2.jpg

LTTD.jpg


انجماد و ذوب

آب شیرین‌کن انجماد و ذوب (freeze-thaw desalination) برای خارج کردن آب شیرین از آب یخ زده دریا از انجماد استفاده می‌کند.


اسمز معکوس

فرآیندهای اصلی رقیب که از غشا برای شیرین‌سازی استفاده می‌کنند، اغلب روش اسمز معکوس (reverse osmosis) را به کار می‌برند. فرآیندهای غشایی (membrane processes) از ممبران‌های نیمه تراوا (semipermeable membranes) و فشار برای جداسازی نمک از آب استفاده می‌کنند. سیستم‌های ممبرانی اسمز معکوس نسبت به تقطیر حرارتی از انرژی کم‌تری استفاده می‌کنند.

 

RO-Principle.jpg

RO-Diagram.jpg


الکترودیالیز

الکترودیالیز (electrodialysis) برای جابه‌جا کردن نمک‌ها از درون یک ممبران از پتانسیل الکتریکی استفاده می‌کند.

 

Electrodialysis.jpg


فرآیند ترمویونیک

فرآیند ترمویونیک (thermoionic process) از حرارت خورشیدی و یا دیگر منابع گرمایی برای ایجاد یک جریان یونی استفاده می‌کند تا تمام یون‌های سدیم و کلر آب را با استفاده از غشاهای تبادل یونی خارج کند.


شوک الکتروکینتیک

فرآیند به کارگیری امواج شوک الکتروکینتیک (electrokinetic shocks) را می‌توان برای آب شیرین کن بدون ممبران در فشار و دمای محیط مورد استفاده قرار داد. در این فرآیند، آنیون‌ها و کاتیون‌های داخل آب نمک با استفاده از امواج شوک الکتروکینتیک به ترتیب با آنیون‌های کربنات و کاتیون‌های کلسیم رد و بدل می‌شوند. یون‌های کلسیم و کربنات با هم واکنش نشان می‌دهند کربنات کلسیم تشکیل می‌دهند که رسوب می‌شود و آب شیرین را ترک می‌کند. راندمان انرژی تئوری این روش هم‌تراز با الکترودیالیز و اسمز معکوس است.


تبخیر و میعان برای گیاهان

گلخانه آب دریا (seawater greenhouse) بر مبنای فرآیندهای تبخیر و میعان طبیعی داخل یک گلخانه طراحی شده است و از انرژی خورشیدی برای کشت محصولات در زمین ساحلی خشک استفاده می‌کند.


شیرین‌سازی جذبی

شیرین‌سازی جذبی (adsorption-based desalination) یا AD بر جذب رطوبت به وسیله مواد جاذب رطوبت همانند سیلیکا ژل متکی است.


کدام بهتر است: اسمز معکوس یا روش‌های تبخیری؟

هر دو سیستم حذف نمک‌ها و سایر مواد جامد را از آب دریا به خوبی انجام می‌دهند. انتخاب سیستم حرارتی یا ممبرانی بر اساس مکان‌های مختلف، نوع کاربری و ملزومات خاصی صورت می‌گیرد که برخی از آن‌ها در زیر بررسی شده‌اند.

1 نوع و میزان دسترسی به انرژی

از آن‌جایی که انرژی عامل مهمی در هزینه آب شیرین‌کن‌ها است، بررسی کامل مسایل مرتبط با انرژی ضروری است. با توجه به هزینه کم انرژی الکتریکی، روش‌های RO و گاهی روش تراکم مکانیکی بخار (mechanical vapor compression) یا MVC توصیه می‌شود. اگر در جایی میزان زیادی بخار یا حرارت اضافی با هزینه پایین در دسترس باشد، در این صورت استفاده از روش‌های MSF و MED در اولویت قرار می‌گیرند.

 

RO-Train.jpg

مجموعه RO

 

2. اندازه واحد آب شیرین‌کن

در یونیت‌های با اندازه کوچک، روش‌های RO و MVC بیش‌تر به کار می‌روند و با بزرگ شدن واحد، کاربرد سیستم‌های RO، MSF یا MED بهینه‌تر می‌شود.

 

Desalination-Plant2.jpg

یک پلانت شیرین‌سازی آب دریا

 

3. کیفیت آب خام

در صورت کیفیت پایین آب خام، فرآیند تبخیری ترجیح دارد زیرا نیاز به فرآیند پیش تصفیه (pretreatment) در فرآیندهای MED، MSF و MVC بسیار کم‌تر از سیستم RO است.

 

MED-Diagram-2.jpg

دیاگرام شماتیک یک پلانت MED

 

4. سادگی بهره‌برداری

سیستم‌های MSF به نگهداری و تعمیرات کم‌تری نیاز دارند. نیازهای بهره‌برداری و نگهداری درباره سیستم‌های MED کمی بیش از سیستم MSF است. پیچیدگی سیستم RO معمولا مربوط به ملزومات پیش تصفیه آن است. اگر چه بهره‌برداری MVC نسبتا ساده است، اما کمپرسورهای (compressors) موجود در این سیستم به نگهداری و تعمیرات زیادی نیاز دارند.

 

RO-Plant.jpg

 

 

5. کیفیت آب تولید شده

اگرچه سیستم‌های آب شیرین‌کن به منظور تولید آب با کیفیت در حد نیاز مطلوب طراحی می‌شوند، اغلب سیستم‌های تبخیری از فرآیند تقطیر استفاده می‌کنند که در آن محصول آب تولید شده دارای کیفیت بالا و TDS آن کم‌تر از 25 میلی‌گرم در لیتر است؛ در حالی که سیستم‌های RO برای دستیابی به یک کیفیت مشابه نیاز به دو یا چند مرحله دارند.

 

RO-Plant-Diagram.jpg

دیاگرام شماتیک یک پلانت RO

 

6. مقدار آب ورودی

سیستم‌های RO و MVC نسبت به سیستم‌های MSF و MED نیاز به میزان کم‌تری از آب ورودی دارند که علت آن عدم نیاز آن‌ها به آب سرد برای خنک‌کاری است.

 

RO-Diagram2.jpg

دیاگرام شماتیک یک پلانت RO

 

7. هزینه سرمایه‌گذاری

هزینه‌های سرمایه‌گذاری سیستم RO کم‌تر از فرآیندهای تبخیری است.

 

Desalination-Plant-Schematic-Layout.jpg

جانمایی شماتیک یک پلانت شیرین‌سازی آب

 

تکنیک‌های مورد استفاده در پلانت‌های آب شیرین‌کن


تولید هم‌زمان

فرآیند تولید هم‌زمان (cogeneration)، تولید برق می‌کند و از حرارت پس‌ماند آن استفاده می‌کند. تولید هم‌زمان می‌تواند حرارت مصرفی شیرین‌سازی را در یک مجتمع یک‌پارچه دو منظوره فراهم کند. در مجتمع تولید هم‌زمان، یک نیروگاه (power plant) انرژی مورد نیاز برای واحد تولید آب شیرین را تامین می‌کند. در روش دیگر، انرژی تولیدی یک واحد نیروگاهی (واحد مستقل) صرف تولید آب آشامیدنی می‌شود و در صورت وجود برق اضافی می‌توان آن را به شبکه برق (power grid) تزریق نمود.

تولید هم‌زمان انواع مختلفی دارد. از نظر تئوری هر نوعی از انرژی تولیدی می‌تواند در آن مورد استفاده قرار گیرد. با این حال بیش‌تر پلانت‌های موجود و آتی شیرین‌سازی تولید هم‌زمان، از سوخت‌های فسیلی (fossil fuels) یا انرژی هسته‌ای به عنوان منبع انرژی خود استفاده می‌کنند. بیش‌تر این پلانت‌ها در خاورمیانه و شمال آفریقا هستند که از منابع نفت خود برای جبران محدودیت منابع آبی استفاده می‌کنند. مزیت واحدهای دو منظوره (dual-purpose facilities)، راندمان بالاتر در مصرف انرژی است که باعث توجیه‌پذیرتر شدن ساخت واحد آب شیرین‌کن می‌شود.

 

Cogeneration-Desalination.jpg

رآکتورهای هسته‌ای می‌توانند جهت تولید مقدار زیادی آب شیرین به کار روند. این فرآیند در بسیاری از نقاط جهان همچون هند، ژاپن و روسیه استفاده شده‌اند. تنها در ژاپن 8 رآکتور هسته‌ای در زمینه نمک زدایی فعالیت می‌کنند. این پلانت‌ها منبع تولید مقدار زیادی از آب شیرین ژاپن هستند.

روند کنونی در واحدهای دو منظوره، آرایش هایبرید (hybrid configurations dual-purpose facilities) است که در آن محصول (permeate) یک واحد آب شیرین‌کن اسمز معکوس (RO) با محصول (distillate) آب شیرین‌کن گرمایی مخلوط می‌شود. در واقع دو یا چند فرآیند نمک زدایی با تولید انرژی ترکیب می‌شوند. چنین تاسیساتی در حال حاضر در عربستان در شهر جده و ینبع اجرا شده است.


حرارت اتلافی

معمولا در مناطق دور افتاده دیزل ژنراتورها (diesel generators) وظیفه تامین برق را انجام می‌دهند. حدود 40 تا 50 درصد از انرژی خروجی، حرارت کم ارزشی است که از راه اگزوز موتور را ترک می‌کند. اتصال یک سیستم تقطیر غشایی (membrane distillation) به اگزوز موتور دیزل از این حرارت با ارزش پایین برای آب شیرین‌کن استفاده می‌کند. این سیستم به طور فعال دیزل ژنراتور را سرد می‌کند و راندمان آن را بهبود و تولید برق آن را افزایش می‌دهد. یک نمونه از این پلانت در مارس 2014 به وسیله شرکت هلندی Aquaver در مالدیو راه‌اندازی شده است.


شیرین‌سازی تبخیری خورشیدی

تبخیر خورشیدی از سیکل طبیعی آب تقلید می‌کند که در آن خورشید آب دریا را به اندازه کافی گرم می‌کند تا تبخیر رخ دهد. پس از تبخیر، بخار آب بر روی یک سطح سرد مایع می‌شود.

 

Solar-Desalination.jpg

 

نمک زدایی خورشیدی انرژی را مقیاس بزرگ از خورشید در جذب می‌کند. ساختار گران آب شیرین‌کن‌های خورشیدی، آب تولیدی آن‌ها را در مقایسه با آب‌های شیرین رودخانه‌ای و یا آب‌های زیرزمینی بسیار گران می‌کند.

 

Solar-Desalination2.jpg


شیرین‌سازی خورشیدی در مقیاس کوچک

آمریکا، فرانسه و امارات متحده عربی در حال کار برای توسعه عملی آب شیرین‌کن خورشیدی در مقیاس کوچک (small scale solar desalination) هستند. در این روش یک کلکتور گرمایی خورشیدی معمولی دارای اندازه دو متر مربعی می‌تواند 40 تا 60 لیتر در روز آب را از هر منبع آب محلی تقطیر کند که 5 برابر بیش از دستگاه‌های تقطیر معمولی است. این باعث حذف نیاز به بطری‌های پلاستیکی و یا انتقال انرژی بر آب می‌شود.

 

Solar-SALT-Water-Desalination.jpg


زمین گرمایی

انرژی زمین گرمایی می‌تواند یک آب شیرین‌کن را به راه اندازد. در اغلب مناطق، آب شیرین‌کن زمین گرمایی (geothermal desalination) بر استفاده از آب‌های زیرزمینی کمیاب و یا آب‌های سطحی برتری دارد و سازگار با محیط زیست و اقتصادی است.


نانوتکنولوژی

ممبران‌های نانوتیوبی (nanotube membranes) موثر بودن خود را برای فرآیندهای تصفیه آب و آب شیرین‌کن به اثبات رسانده‌اند و نسبت به روش اسمز معکوس نیاز به انرژی بسیار کم‌تری دارند.

ممبران‌های نانو کامپوزیت سولفونه نشان داده‌اند که قادر به کاهش تقریبا تمام اشکال آلودگی به میزان بخش در میلیارد (ppb) هستند. این نانو مواد، با استفاده از یک فرآیند اسمز غیر معکوس، حساسیت کم و یا هیچ حساسیتی به میزان غلظت بالای نمک ندارند.


بیواسمز

ممبران‌های بیومیمتیک (biomimetic membranes) از المان‌های بیولوژیکی و یا از مفاهیم و ایده‌های گرفته شده از سیستم‌های زیستی استفاده می‌کنند. این سیستم‌ها می‌توانند از استراترژ‌ی‌هایی که در طول میلیاردها سال در طبیعت تکامل یافته‌اند برای بهبود شیرین‌سازی استفاده کنند.


الکتروشیمیایی

در سال 2008، شرکت تکنولوژی‌های آب زیمنس از یک تکنولوژی اعمال میدان‌های الکتریکی پرده برداشت که برای نمک‌زدایی از یک متر مکعب آب، تنها از 1.5 کیلووات ساعت انرژی استفاده می‌نماید. به بیان دقیق‌تر، این فرآیند به اندازه نیمی از فرآیندهای دیگر انرژی مصرف می‌کند. از سال 2012 یک پلانت نمایشی در سنگاپور مشغول به کار بوده است.


ملاحظات و نقد


مصرف انرژی

مصرف انرژی نمک زدایی آب دریا تا میزان 3 کیلووات ساعت بر متر مکعب کاهش یافته است، که شامل پیش فیلتر کردن و تجهیزات جانبی می‌شود. این مقدار با مصرف انرژی برای حمل دیگر منابع آب شیرین در مسافت‌های بزرگ برابری می‌کند؛ اما بسیار بالاتر منابع از آب شیرین محلی با مصرف حدود 0.2 کیلووات ساعت بر متر مکعب یا کم‌تر است.

کمینه مصرف انرژی برای شیرین‌سازی آب دریا در حدود 1 کیلووات ساعت در متر مکعب تعیین شده است، که این شامل پیش فیلتراسیون و پمپاژ ورودی و خروجی آب دریا نمی‌شود. کم‌تر از 2 کیلووات ساعت در متر مکعب با تکنولوژی غشایی اسمز معکوس (reverse osmosis) به دست می‌آید و به نظر می‌رسد امکان کاهش بیش‌تر انرژی بسیار باشد.

تهیه تمام آب خانگی آمریکا به وسیله آب شیرین‌کن مصرف انرژی را حدود 10 درصد افزایش می‌دهد که در حدود میزان انرژی استفاده شده توسط یخچال‌های خانگی است. مصرف خانگی بخش نسبتا کمی از کل مصرف آب است.

 

روش شیرین‌سازی

MSF

MED

MVC

RO

انرژی الکتریکی (KWh/m3)

4–6

1.5–2.5

7–12

3–5.5

انرژی گرمایی (KWh/m3)

50–110

60–110

ندارد

ندارد

معادل الکتریکی انرژی گرمایی (KWh/m3)

9.5–19.5

5–8.5

ندارد

ندارد

معادل الکتریکی کل انرژی (KWh/m3)

13.5–25.5

6.5–11

7–12

3–5.5

مصرف انرژی روش‌های مختلف شیرین‌سازی آب دریا

 

توضیح: معادل الکتریکی (electrical equivalent) اشاره به مقدار انرژی الکتریکی دارد که می‌تواند با استفاده از مقدار معینی از انرژی حرارتی و توربین ژنراتور مناسب تولید شود. این محاسبات مربوط به انرژی مورد نیاز برای ساخت و یا بازسازی اقلام مصرفی فرآیند نمی‌شود.


بحث اقتصادی

هزینه‌های شیرین سازی آب دریا (زیرساخت، انرژی و تعمیر و نگهداری) به طور کلی بالاتر از آب شیرین رودخانه، آب‌های زیرزمینی، بازیافت آب و یا حفاظت از آب است؛ اما گزینه جایگزین همیشه در دسترس نیست. در سال 2013 هزینه‌های آب شیرین‌کن در آمریکا از 0.45 دلار تا 1.00 دلار به ازای هر متر مکعب متغیر بود. بیش از نیمی از این هزینه به صورت مستقیم از هزینه‌های انرژی ناشی می‌شود و از آن‌جایی که قیمت انرژی بسیار ناپایدار است، هزینه‌های واقعی می‌توانند تغییر زیادی کنند. هزینه آب شیرین غیر تصفیه شده در کشورهای در حال توسعه می‌تواند به 5 دلار به ازای هر متر مکعب برسد.

فاکتورهای تعیین‌کننده هزینه آب شیرین‌کن عبارت‌اند از: ظرفیت و نوع تاسیسات، محل، آب ورودی، نیروی کار، انرژی، منابع مالی و دفع مواد دور ریز. دستگاه‌های شیرین‌سازی تقطیری فشار، دما و غلظت آب نمک را جهت بهینه‌سازی راندمان کنترل می‌کنند. آب شیرین‌کن با انرژی هسته‌ای نیز می‌تواند در مقیاس بزرگ مقرون به صرفه باشد.

با توجه به هزینه‌های در حال کاهش، دید مثبتی در مورد این تکنولوژی برای مناطق نزدیک به اقیانوس وجود دارد. یک مطالعه در سال ۲۰۰۴ استدلال کرده است که "آب شیرین شده برای برخی مناطق که کمبود آب وجود دارد، فقیر و دور از دریا نیستند و در ارتفاع بالا قرار ندارند، می‌تواند راه حل مناسبی باشد." این شامل مناطقی است که بزرگ‌ترین مشکلات را در زمینه آب دارند. در صورت نیاز به بالا بردن آب تا ارتفاع ۲۰۰۰ متر یا حمل آن به بیش از ۱۶۰۰ کیلومتر دورتر، هزینه‌های انتقال با هزینه‌های آب شیرین‌کن برابر می‌شود. در نتیجه ممکن است انتقال آب شیرین از جای دیگر مقرون به صرفه‌تر از نمک‌زدایی آن باشد.

 

ناحیه

مصرف USgal/person/day

مصرف litre/person/day

هزینه شیرین‌سازی آب US$/person/day

آمریکا

100

378

0.38

اروپا

50

189

0.19

آفریقا

15

57

0.06

کمینه توصیه شده توسط سازمان ملل

13

49

0.05

میانگین مصرف آب و هزینه تامین آب به وسیله شیرین‌سازی آب دریا، دلار به ازای هر متر مکعب (±50%)


تاثیرات زیست‌محیطی


آبگیر ورودی

در آمریکا سازه‌های آب خنک‌کاری تحت مقررات آژانس حفاظت از محیط زیست (EPA) قرار می‌گیرند. این سازه‌ها می‌توانند دارای اثراتی همانند ورودی آب شیرین‌کن (water intake) بر روی محیط زیست باشند. بر اساس EPA، سازه‌های آب‌گیر دارای اثرات زیست محیطی از جمله کشیدن ماهی‌ها و صدف‌ها و یا تخم آن‌ها به داخل سیستم صنعتی هستند که در آن‌جا موجودات زنده در اثر حرارت، تنش‌های فیزیکی و یا شیمیایی کشته و یا مصدوم می‌شوند. موجودات بزرگ‌تر ممکن است در اثر گیر افتادن در توری‌های موجود در ورودی سازه‌های ورودی کشته شوند. انواع ورودی‌های جایگزین می‌توانند این اثرات را کاهش دهند که شامل چاه‌های ساحلی می‌شوند؛ ولی این روش‌ها باعث افزایش قیمت و مصرف انرژی می‌شوند.

 

Desalination-Intake-Outfall.jpg


خروجی

فرآیندهای نمک‌زدایی مقدار زیادی آب نمک غلیظ یا براین (brine) تولید می‌کنند که احتمالا دمای آن از دمای محیط نیز بیش‌تر است و حاوی پس‌ماندهای پیش تصفیه (pretreatment)، مواد شیمیایی تمیز کننده، محصولات جانبی واکنش‌ها و فلزات سنگین ناشی از خوردگی می‌باشند. مواد شیمیایی پیش تصفیه و تمیز کننده‌ها در بیش‌تر واحدهای آب شیرین‌کن یک ضرورت هستند که به طور معمول در واحدهای حرارتی شامل عوامل پیش‌گیری از رسوب بیولوژیکی، پوسته پوسته شدن، ایجاد کف و خوردگی و در واحدهای غشایی و شامل عوامل جلوگیری از رسوب بیولوژیکی، ذرات معلق و رسوبات پوسته‌ای می‌باشند.

برای محدود کردن اثرات زیست محیطی بازگرداندن آب نمک به اقیانوس، می‌توان آن را با یک جریان دیگر آب ورودی به اقیانوس، همانند پساب تصفیه خانه یا خروجی نیروگاه (power plat) رقیق کرد.

برای یک مجتمع نیروگاه و آب شیرین‌کن متوسط تا بزرگ، جریان آب خنک‌کاری نیروگاه می‌تواند چندین برابر جریان خروجی واحد نمک زدایی باشد که این باعث کاهش شوری ترکیب آب‌های خروجی می‌شود. روش دیگر برای کاهش شوری این است که آب شور را به وسیله یک دیفیوزر در یک محدوده اختلاط (mixing zone) مخلوط می‌کنند. برای مثال هنگامی که خط لوله حاوی آب نمک به کف دریا می‌رسد، می‌توان آن را به شاخه‌های بسیاری تقسیم کرد که هر یک آب شور را به تدریج از طریق سوراخ‌هایی کوچک خارج می‌کنند. مخلوط را می‌توان با خروجی رقیق شده نیروگاه و یا تصفیه خانه پساب ترکیب کرد.

دانسیته آب شور از آب دریا بیش‌تر است؛ به همین دلیل آب نمک به پایین اقیانوس می‌رود و می‌تواند به اکوسیستم آسیب بزند. شرایط معمول اقیانوس‌ها امکان رقیق‌سازی سریع و در نتیجه کاهش آسیب را فراهم می‌کند.


جایگزین‌های شیرین سازی

افزایش بهره‌وری و حفاظت از آب، نخستین اولویت اقتصادی در مناطقی از جهان است که در آن‌ها پتانسیل زیادی برای بهبود بهره‌وری در شیوه‌های استفاده از آب وجود دارد. بازیافت پساب‌ها برای آب‌یاری و استفاده‌های صنعتی در مقایسه با روش شیرین‌سازی، چندین برابر مزیت دارد. جمع‌آوری روان‌آب‌های شهری و آب بارندگی نیز برای تصفیه، بازسازی و شارژ آب‌های زیرزمینی سودمند است.

یک جایگزین پیشنهادی برای شیرین‌سازی در جنوب غربی آمریکا، واردات عمده آب از مناطق غنی از آب با تبدیل نفتکش‌های بسیار بزرگ به حامل‌های آب و یا از طریق خطوط لوله است.

logo-samandehi

آخرین آگهی