دریافت لینک صفحه با کد QR
شیرین‌سازی آب دریا؛ فرصت یا تهدید
8 اسفند 1400 ساعت 13:15
گروه اقتصادی: تغییرات آب و هوایی، بحران‌های مربوط به آب را تشدید می‌کند و تمرکز جهانی بر استفاده از دستگاه‌های نمک‌زدایی و شیرین‌سازی آب دریا به‌عنوان بخشی از راه‌حل این معضل رو به افزایش است.
در حال حاضر کمبود آب ۴۰ درصد از جمعیت جهان را تحت‌تأثیر قرار داده و این معضل به دلیل گرم شدن کره زمین در حال تشدید و بدترشدن است، اکنون مهم‌تر از هر زمان دیگری یافتن راهحلهای پایدار برای خنثی کردن اثرات کم آبی باید مدنظر قرار گیرد.
به گزارش ایسنا، شیرین‌سازی آب دریا یکی از سیاست‌های موفق کشورهای مختلف در مواجه با کم‌آبی در سراسر دنیا است. به‌طوریکه رشد سریع آب شیرینکنهای دریایی در ده سال اخیر منجر به دو برابر شدن ظرفیت تولید آب شیرین از منابع آب شور طی یک دهه شده است. ظرفیت کلی شیرین‌سازی آب دریا در جهان ۱۰۰ میلیون متر مکعب در شبانه‌روز است که از این ظرفیت ۳۹ درصد در خاورمیانه، ۸ درصد آفریقا، ۲۱ درصد در آسیا، ۱۱ درصد در اروپا ، ۱۲ درصد در آمریکا و ۳ درصد در سایر مناطق انجام می‌پذیرد.منطقه خاورمیانه یکی از مناطق پیشرو در توسعه آب‌شیرین‌کن‌های صنعتی در سال‌های اخیر بوده است؛ خصوصاً کشورهای حاشیه خلیج فارس مانند عربستان، امارات و قطر که در ده‌های گذشته در توسعه ظرفیت‌های شیرین‌سازی آب دریا پیشرفت‌های چشمگیری داشته‌اند.
مکانسیم کار دستگاه‌های آب شیرینکن
مهراد فرهادیان، رئیس پژوهشکده محیط زیست دانشگاه اصفهان در توضیح مکانیسم کار دستگاه‌های آب شیرینکن، اظهار کرد: نمک‌زدایی آب شور و آب دریا یکی از راه‌های مناسب برای تأمین آب شیرین است که فرآیندهای مختلف شیرین‌سازی آب به دو دسته کلی حرارتی و غشایی تقسیم‌بندی می‌شود.
وی افزود: در فرآیند شیرین‌سازی به روش حرارتی تغییر فاز صورت می‌گیرد و برای این تغییر فاز انرژی حرارتی زیادی مورد نیاز است. این فرآیند به سه دسته مهم تبخیر چندمرحله‌ای، تبخیر چنداثره و بخار فشرده تقسیم می‌شود.
عضو هیئت علمی گروه مهندسی شیمی دانشگاه اصفهان در توضیح چگونگی مکانیسم شیرین‌سازی به روش غشایی، خاطرنشان کرد: شیرین‌سازی به روش غشایی از روش‌های مرسوم در شیرین‌سازی و تصفیه آب است که تغییر فازی در آن صورت نمی‌گیرد. این روش‌ها به دو دسته کلی اسمز معکوس و الکترودیالیز تقسیم می‌شود. فرآیند الکترودیالیز کاهش شوری آب را در غشاء تحت تأثیر اختلاف پتانسیل الکتریکی، از طریق انتقال یون‌های حاصل از تجزیه آب انجام می‌دهد. با عبور جریان الکتریکی از میان محلول آب لب شور که نقش الکترولیت را دارد، اجزاء محلول‌شده یونی با بار مثبت، مانند سدیم و کلسیم، جذب الکترود منفی (کاتد) و یون‌های دارای بار منفی، مانند کلر و کربنات‌ها، جذب الکترود مثبت (آند) شده و از غشاء عبور می‌کنند و در نهایت آب باقیمانده در میان این غشاء، عاری از نمک می‌شود.
فرهادیان اضافه کرد: در فرآیند اسمز معکوس از غشاهای نیمه تراوا برای جداسازی آب شیرین از محلول نمک استفاده می‌شود. در این فرآیند از غشاهای نیمه تراوا برای جداسازی آب شیرین از محلول نمک استفاده می‌شود. اگر داخل ظرفی یک غشاء نیمه تراوا نصب شود و در یک سمت آن آب شور و در سمت دیگر، آب خالص ریخته شود با عبور آب خالص از غشاء سطح آب شور بالا و به‌طور همزمان ارتفاع سمت آب خالص پایین می‌آید. به این فرآیند که شامل عبور آب خالص به سمت آب شور است، فرآیند اسمزی گفته می‌شود؛ اما اگر فشار سمت آب شور افزایش یابد، به این معنی که نمک محلول در آب شور از غشاء عبور نکرده و بنابراین حجم آب خالص در سمت دیگر غشاء افزایش یابد، فرآیند را اسمز معکوس می‌نامند. فشار اعمالی در این فرآیند به حدود ۸۰-۵۰ اتمسفر جهت عبور آب شور از غشاء می‌رسد. آب ورودی تحت فشار بالا پمپ قرار گرفته و جریانی در میان سطح غشاء ایجاد شده است. آب ورودی تحت این فشار بالا از غشاء عبور کرده و بیشتر جامدات محلول در آن از آب حذف و آب شیرین تولید می‌شود. این روش مصرف انرژی نسبتاً پایینی دارد و عمدتاً برای شیرین‌سازی آب دریا مورد استفاده قرار می‌گیرد. از جمله مزایای فرآیند اسمز معکوس نسبت به سایر روش‌ها می‌توان به راندمان بالای نمک‌زدایی، عدم نیاز به مواد شیمیایی و نیاز کمتر به افراد متخصص و تمام وقت را نام برد. مصرف انرژی و تولید گازهای گلخانه‌ای این فرآیند در مقایسه با تقطیر چندمرحله‌ای و تقطیر چنداثره کمتر است.
وی توضیح داد: در تصویر شماره ۱ توزیع جهانی واحدهای اسمز معکوس، تبخیر ناگهانی چندمرحله‌ای، تبخیر چنداثره، الکترودیالیز را نشان داده است. همانطور که مشاهده می‌شود ظرفیت ۳ فناوری اسمز معکوس، تقطیر چندمرحله‌ای و تقطیر چنداثره بالاتر از سایر فناوری‌ها است.
شکل ۱: سهم فناوری های مختلف در نمک زدایی در جهان.
اثرات زیست محیطی دستگاه‌های آب شیرینکن
رئیس پژوهشکده محیط زیست دانشگاه اصفهان در پاسخ به این پرسش که این دستگاه‌ها چه اثرات زیست محیطی دارند؟ تصریح کرد: آب‌شیرین کن‌ها با توجه به نوع روش شیرین‌سازی و نحوه بهره‌برداری از آنها در کوتاه مدت و بلندمدت می‌توانند آثار زیست محیطی مختلفی را بر محیط اطراف خود داشته باشند. از مهم‌ترین انواع آلودگی‌های تولیدشده توسط این صنایع می‌توان به آلودگی‌های صوتی، حرارتی و شیمیایی اشاره کرد. با توجه به اینکه بسته به نوع فرایند شیرین‌سازی در حدود ۲۰ تا ۷۰ درصد آب تغذیه آب شیرین کن‌ها را پساب تشکیل می‌دهد، مهم‌ترین آثار زیست محیطی ناشی از این فعالیت‌ها مربوط به تخلیه پساب آنها به محیط است.
فرهادیان در توضیح اینکه پساب این دستگاه‌ها به چه صورت آثار نامطلوبی بر محیط زیست ایجاد می‌کند؟، ادامه داد: پساب آب شیرین‌کن‌ها به علت وجود سه عامل شوری، حرارت و مواد شیمیایی آثار زیست محیطی نامطلوبی را بر محیط پیرامون خود ایجاد می‌کند. به علاوه در اثر آبگیری آب شیرین‌ها از دریا، مقادیری از آبزیان همچون ماهی‌ها، ستاره دریایی، حلزون‌ها و جلبک‌ها به همراه آب وارد لوله‌های ورودی آب شیرینکن می‌شوند و از بین می‌روند.این استاد دانشگاه، دیگر اثر زیست محیطی بسیار مهم آبشیرینکنها را تغییرات غلظت نمک ناشی از شورابه آنها دانست و افزود: غلظت بالای نمک در دریا منجر به افزایش کدورت آب می‌شود، در نتیجه از ورود نور به آب جلوگیری کرده و در فرایند فتوسنتز تداخل ایجاد می‌کند. با افزایش غلظت نمک در دریاها از تعداد پلانکتون‌ها کاسته می‌شود. خرچنگ‌ها و بی‌مهرگان دریایی حساس به افزایش شوری است و این امر تاثیر منفی بر حیات آنها دارد. میزان نمک در آب دریاها و اقیانوس‌ها در حدود ۳۰-۳۷ گرم بر لیتر گزارش شده، این در حالی است که مقدار غلظت نمک در دهانه خروجی آبشیرینکنها در حدود ۸۰ گرم بر لیتر است.
وی همچنین اضافه کرد: به علاوه در پساب سیستم آبشیرینکنها عمدتاً فلزاتی مانند نیکل، مس، آهن، روی، کروم وجود دارد که حدود ۲۰۰ برابر بیشتر از غلظت آنها در در دریا است. فلزات سنگین می‌توانند در پیکره آبی، زنجیره غذایی و بافت آبزیان تجمع کرده، و در طولانی مدت اثرات جبران‌ناپذیری بر جای گذارند، آلودگی‌های حرارتی ناشی از پساب آب شیرین‌کن‌ها نیز از دیگر آثار زیست محیطی بسیار مهم این تجهیزات است. دمای پساب خروجی از آب شیرین‌کن‌ها به بیش از ۵۷ درجه سانتی‌گراد در محل تخلیه پساب می‌رسد. حرارت آب اقیانوس‌ها و دریاها ۱۰-۲۵ درجه سانتی‌گراد و نوسانات حرارتی در محل خروجی آب شیرینکن ۱۰-۴۰ درجه سانتی‌گراد است، این اختلاف دمایی تأثیر مستقیمی بر کاهش جمعیت فیتوپلانکتون‌ها و ماهی‌ها در نواحی اطراف خروجی آب شیرین‌کن‌ها دارد.
راهکارهای مدیریت اثرات زیست محیطی آبشیرینکنها
عضو هیئت علمی گروه مهندسی شیمی دانشگاه اصفهان در پاسخ به این پرسش که چه راهکارهایی برای مدیریت این اثرات وجود دارد؟ گفت: استفاده از فناوری‌های نوین شیری‌سازی آب که به انرژی کمتری نیاز دارند، استفاده از منابع انرژی تجدیدپذیر در صورت امکان و احداث تأسیسات شیرین‌سازی آب در نزدیکی نیروگاه به منظور استفاده از انرژی‌های قابل بازیابی نیروگاه مانند بخار خروجی از آنها از جمله برخی راهکارها است.
فرهادیان توضیح داد: مهم‌ترین اثرات زیست محیطی ایجادشده توسط فرایندهای شیرین سازی در اثر دفع پساب حاصل می‌شود. به همین خاطر تخلیه پساب باید در مناطقی صورت گیرد که اکوسیستم حساسیت کمتری در مقابل بار آلاینده‌های ورودی داشته باشند و یا ترکیبات خروجی پساب باید قبل از ورود به دریا کاملاً تصفیه شوند، یکی از پیشنهادات کاهش اثرات زیست‌محیطی، دفع پساب در محل‌هایی است که کمترین مخاطرات زیست محیطی را به دنبال داشته باشند. برخی از روش‌های دفع عبارتند از تبخیر پساب‌ها و تولید نمک جامد، تزریق پساب‌ها به درون چاه‌های عمیق، استفاده در کاهش یخبندان‌های جادهای و یا تولید محصولات با ارزش افزوده بیشتر همچون تولید گاز کلر، آب ژاول، اسید کلریدریک و سود سوزآور است.
وضعیت تولید دستگاه‌های آب شیرین کن در دنیا
این استاد دانشگاه درخصوص وضعیت تولید دستگاه‌های آب شیرین کن در دنیا، گفت: در کشورهای حوزه خلیج فارس و دریای مدیترانه تجمع واحدهای آب شیرینکن بسیار شدید است. همچنین درصد بسیار زیادی از واحدها (حدود ۶۲ درصد) از آب دریا تغذیه می‌کنند (شکل ۲). در شکل ۳ سهم کشورهای مختلف در شیرین سازی آب دریا در منطقه خلیج فارس برای سال ۲۰۲۰ نشان داده شده است. همانطور که مشاهده می‌شود بیشترین ظرفیت آب شیرینکنهای دنیا در منطقه خاورمیانه و دریای خلیج فارس قرار گرفته است.
فرهادیان افزود: ظرفیت کلی شیرین‌سازی آب دریا در جهان ۱۰۰ میلیون متر مکعب در شبانه روز است که از این ظرفیت ۳۹ درصد در خاورمیانه، ۸ درصد آفریقا، ۲۱ درصد در آسیا، ۱۱درصد در اروپا، ۱۲درصد در آمریکا و ۳ درصد در سایر مناطق انجام می‌پذیرد.
وی با بیان اینکه عربستان دارای بزرگ‌ترین بازار شیرین‌سازی آب دریا است، توضیح داد: عربستان با تولید بیش از ۱۴ میلیون متر مکعب آب در شبانه‌روز، رتبه نخست دنیا در استفاده از صنعت نمک‌زدایی را دارد. ظرفیت تولید آب شیرین در واحدهای نمک‌زدایی در کشورهای امارات، کویت، قطر، بحرین و عمان به ترتیب بابر با ۹، ۳، ۱.۸، ۱.۱ و ۱ میلیون متر مکعب در شبانه روز است.
رتبه ایران در استفاده از آبشیرینکنها
عضو هیئت علمی گروه مهندسی شیمی دانشگاه اصفهان، در پاسخ به این پرسش که وضعیت ایران در این زمینه به چه صورت است؟ گفت: ظرفیت ایران در تولید آب شیرین حدود ۵۰۰ هزار مترمکعب در شبانه روز است.
الف)
ب)
شکل ۲: توزیع جهانی ظرفیت‌های نمک زدایی الف) بر حسب میلیون‌متر مکعب در روز تا سال ۲۰۱۳، ب) سهم قاره‌های مختلف جهان تا سال ۲۰۲۰.
وی افزود: برای نمک‌زدایی و آب‌شیرین برای استان‌های بوشهر، هرمزگان و سیستان و بلوچستان، مجوز ۴.۴ میلیارد متر مکعب در سال داده شده است در حالی که تاکنون ۷۶۰ میلیون متر مکعب درسال آب شور برای تولید ۲۳۰ میلیون متر مکعب آب شیرین در سال برداشت می‌شود. بر اساس آخرین آمار ارائه شده توسط وزارت نیرو، اکنون میزان مصرف آب در کشور سالانه ۹۶ میلیارد مترمکعب است که در حال حاضر در ایران میزان مصرف آب در بخش صنعت ۲ درصد، در بخش خانگی ۶ درصد و در بخش کشاورزی ۹۲ درصد است.
کد مطلب: 323472