تصفیه آب دریا و آب‌های شور
نیاز به آب شیرین یک نیاز اساسی برای بقاست. بیش از ۱٫۵ میلیون کیلومتر مکعب آب، ٪۷۰ سطح زمین را پوشانده است؛ اما ٪۹۷٫۵ این حجم از آب را آب‌های شور تشکیل می‌دهد. ٪۹۹ آب‌های شیرین باقیمانده نیز به شکل یخچال‌های طبیعی و یا رطوبت خاک در زمین وجود دارند و استفاده از آنها برای انسان ممکن نیست. ٪۱ باقیمانده به‌عنوان آب مناسب که می‌تواند به مصرف جانداران برسد، در نظر گرفته می‌شود. متأسفانه منابع آب شیرین بر روی کره زمین با سرعتی در حدود ۲۰۰ میلیارد مترمکعب بر روز در حال مصرف است و همین منابع آب شیرین محدود نیز به شکل مناسبی بر روی کره زمین تقسیم‌نشده است.
در حال حاضر بیش از نیمی از جمعیت جهان که از ساکنین بیش از ۸۸ کشور تشکیل می‌شوند، از کمبود منابع آب شیرین رنج برده و پیش‌بینی می‌شود تا سال ۲۰۳۰، این مقدار به بیش از ٪۶۰ برسد. دلیل این امر رشد سریع جمعیت جهان، تغییر در سبک زندگی مردم، افزایش فعالیت‌های صنعتی و افزایش آلاینده‌هاست که منابع آب شیرین را آلوده می‌کند. استفاده از آب ناسالم دلیل بروز بیش از ٪۸۰ بیماری‌هاست و یک‌سوم آمار مرگ‌ومیر در کشورهای درحال‌توسعه به دلیل عدم دسترسی به منابع آب شیرین سالم و کافی اتفاق می‌افتد.
شیرین سازی و تصفیه آب دریا
شیرین سازی به معنای استخراج آب شیرین از آب دریا و آب‌های لب‌شور است و یک راه مناسب برای تأمین آب شیرین شهرها و کشورهایی است که با مشکل کمبود آب روبرو هستند. در بسیاری موارد مانند بیابان عربستان که بزرگ‌ترین منطقه بدون رودخانه موجود در جهان است، استفاده از صنعت شیرین سازی آب با سرعت زیادی در حال افزایش است. افزایش علاقه‌مندی و اهمیت شیرین سازی آب در سطح جهان نیز روزبه‌روز در حال افزایش است. در سال ۱۹۶۶ میلادی تنها ۵ واحد تصفیه آب دریا در جهان با میزان تولید پنج هزار مترمکعب آب در طول روز فعالیت می‌کردند؛ درحالی‌که این میزان در سال ۱۹۷۷ میلادی به ۱۲۵۰۶ واحد شیرین سازی با میزان تولید ۲۲٫۸ میلیون مترمکعب در طول روز رسید. امروزه از واحدهای آب شیرین کن و تصفیه آب دریا در بیش از ۱۲۰ کشور جهان استفاده می‌شود و کشورهای پیشرو در این زمینه، عربستان سعودی با ٪۲۷، ایالات‌متحده با ٪۱۵، امارات متحده عربی با ٪۱۱ و کویت با ٪۸ حجم بازار هستند.
فرآیندهای تجاری و صنعتی تصفیه آب دریا و شیرین سازی آن را می‌توان به دودسته اصلی تقسیم کرد:
- فرآیندهای حرارتی (تقطیری) مانند تبخیر ناگهانی چندمرحله‌ای (MSF)، تقطیر چندمرحله‌ای (MED)، فشرده‌سازی حرارتی بخار (TVC) و فشرده‌سازی مکانیکی بخار (MVC).
- فرآیندهای غشایی نظیر اسمز معکوس (RO)، اسمز مستقیم (FO) و الکترودیالیز (ED).
شیرین سازی و تصفیه آب دریا به روش MSF
MSF یک روش شیرین سازی حرارتی آب دریاست که بر پایه تبخیر و میعان استوار است. مراحل تبخیر و میعان در این روش با یکدیگر جفت شده و گرمای نهان تبخیر در آن بازیابی شده تا از آن در پیش‌گرمایش آب ورودی استفاده شود. برای بیشینه کردن بازیابی آب، هر مرحله از یک واحد MSF در یک فشار پایین عمل می‌کند. شاخصه اصلی طراحی یک سیستم MSF، جوشاندن توده‌ای مایع است. این موضوع، اثرات ناشی از تشکیل رسوب در لوله‌های انتقال حرارت را کاهش می‌دهد. در کشورهای حوزه خلیج‌فارس معمولاً واحدهای بزرگ MSF با توربین‌های بخار و یا گازی جفت شده تا از سوخت، استفاده بهتری شود. بخار تولیدشده در دما و فشار بالا براثر مصرف انرژی درون توربین انبساط یافته و برق تولید می‌کند و بخار با دما و فشار متوسط یا پایین خارج‌شده از توربین، به‌عنوان نیروی محرکه جهت فرآیند شیرین سازی به کار می‌رود.
شیرین سازی و تصفیه آب دریا به روش اسمز معکوس (RO)
اسمز معکوس یک فرآیند جداسازی غشایی است که آب را با ایجاد یک فشار اسمزی بیش از فشار اسمزی آب دریا، از آن جدا می‌کند. ایالات‌متحده آمریکا به‌عنوان یکی از کشورهای بزرگی که از این تکنولوژی برای تصفیه آب دریا، آب لب‌شور و آب‌های سطحی استفاده می‌کند شناخته می‌شود. ممبران اسمز معکوس از عبور نمک از درون خود ممانعت کرده و تنها به آب اجازه عبور می‌دهد. درنتیجه آب دریا پس از تصفیه به دو بخش آب شیرین‌تر و آب شورتر تقسیم می‌شود.
تحت‌فشار قرار دادن آب دریا برای شیرین سازی نیاز به انرژی بالایی دارد؛ چراکه فشار ایجادشده بایستی بیش از فشار اسمزی آب دریا بوده و هر چه شوری آب بیشتر باشد نیاز به ایجاد فشار، بالاتر و درنتیجه مصرف انرژی بالاتر است. در تصفیه آب لب‌شور که شوری آب کمتر است، استفاده از روش تصفیه و شیرین سازی به کمک فیلتر RO می‌تواند بهترین انتخاب باشد. فشار اعمال‌شده در فرآیند اسمز معکوس برای تصفیه آب دریا چیزی در حدود ۸۰-۵۴ بار و برای آب لب‌شور در حدود ۲۵-۱۵ بار است. ازآنجاکه شورابه ایجادشده در فرآیند اسمز معکوس بسیار غلیظ است، نرخ بازیابی آب در این فرآیند پایین بوده و چیزی در حدود ٪۴۰ است.
بسیاری از هدر رفت انرژی در فرآیندهای اسمز معکوس ناشی از رهاسازی شورابه دارای فشار بالاست؛ بنابراین سیستم‌ها و واحدهای بزرگ تصفیه آب صنعتی دریا به روش RO امروزه با ابزارهایی جهت بازیابی انرژی فشرده‌سازی مکانیکی از جریان شورابه تجهیز شده‌اند که می‌تواند کارایی این سیستم‌ها را تا ٪۹۵ افزایش دهد. در این واحدها انرژی لازم برای شیرین سازی آب دریا چیزی در حدود ۹ کیلوژول به ازای یک کیلوگرم آب تولیدی است.
سیستم‌های اسمز معکوس به pH، اکساینده‌ها، ترکیبات مختلف آلی، جلبک‌ها و باکتری‌ها حساس‌اند؛ بنابراین پیش‌تصفیه آب دریا یک امر ضروری است و تأثیر بسزایی بر هزینه نهایی استفاده از سیستم‌های تصفیه اسمز معکوس دارد.
شیرین سازی و تصفیه آب دریا به روش الکترودیالیز (ED)
الکترودیالیز از یک منبع جریان مستقیم و تعدادی کانال جریان که با غشاهای انتخاب‌پذیر آنیونی و کاتیونی به‌صورت یکی در میان از هم جدا می‌شوند برای تصفیه و شیرین سازی آب دریا و جداسازی آب از نمک استفاده می‌کند. الکترودیالیز چون از الکتریسیته به‌عنوان نیروی محرکه استفاده می‌کند، برخلاف سیستم‌های اسمز معکوس و تقطیری تنها می‌تواند اجزای یونی را از محلول جدا سازد.
در فرآیند الکترودیالیز، آب شور دریا به‌صورت موازی به هرکدام از کانال‌های مجزا وارد می‌شود. سپس کاتیون‌ها و آنیون‌ها با توجه به اختلاف‌پتانسیل اعمالی در جهت مخالف حرکت می‌کنند. به دلیل انتخاب پذیری غشا بر اساس بار ذرات، غلظت یون‌ها در هر کانال افزایش یا کاهش می‌یابد. یک دسته غشا از صدها کانال تشکیل می‌شود. ازآنجاکه مقاومت در یک دسته از بالا تا پایین کاهش می‌یابد، جداسازی در طی مراحل کوچک و متوالی اتفاق خواهد افتاد و فرآیند را مقرون به‌صرفه‌تر و قابل‌کنترل‌تر می‌کند؛ مانند اسمز معکوس، انرژی موردنیاز غشای الکترودیالیز وابسته به رسوب‌گیری است و بنابراین انجام عملیات پیش‌تصفیه نیز نیاز است. بااین‌وجود چون قرار به عبور آب دریا از درون ساختار غشا نیست، الکترودیالیز می‌تواند آبی را که حاوی ذرات بزرگ‌تر است نیز تصفیه کند.
از الکترودیالیز معکوس (RED) برای جلوگیری از رسوب‌گیری غشا استفاده می‌شود. در این فرآیند، قطبیت غشا در طول یک ساعت چندین بار تغییر داده می‌شود. این کار باعث خواهد شد تا کانال‌های آب شور به آب شیرین و بالعکس تبدیل شوند.
تصفیه آب دریا و آب‌های خیلی شور به روش اسمز مستقیم (FO)
اسمز مستقیم یک فرآیند اسمزی است که از غشاهای نیمه‌تراوا برای جداسازی آب از ذرات محلول استفاده می‌کند. نیروی محرکه این فرآیند اختلاف فشار اسمزی بین یک محلول با غلظت بالا که محلول کِشنده نامیده می‌شود و یک محلول با غلظت کمتر که خوراک نامیده می‌شود، است.
اختلاف فشار اسمزی موجب ایجاد جریانی از آب با غلظت کمتر از طریق غشا به محلول کشنده می‌شود و باعث تغلیظ محلول خوراک که می‌تواند آب دریا، پساب یا آب خیلی شور باشد، خواهد شد. محلول کشنده می‌تواند از یک یا چند نمک ساده و یا از موادی که به‌صورت اختصاصی برای فرآیند اسمز مستقیم ساخته‌شده‌اند، تشکیل شود.
استفاده از فرآیند اسمز مستقیم میزان مصرف انرژی و درنتیجه هزینه انجام عملیات شیرین سازی و تصفیه آب دریا را بسیار کاهش می‌دهد. مشکل بزرگ این فرآیند استفاده از محلول کشنده‌ای است که خود باعث بروز آلودگی‌های زیست‌محیطی نشده و تأمین آن مقرون‌به‌صرفه باشد. در سال‌های اخیر استفاده از این روش در تصفیه آب دریا و آب‌های خیلی شور بسیار موردتوجه قرارگرفته است.
راهکار
بهتا با سابقه‌ای طولانی در تصفیه و شیرین سازی آب دریا، آماده است تا در پروژه‌های تصفیه آب دریا از مصارف خانگی تا شهری و صنعتی مشارکت کند.
راهکارهای گسترده بهتا در شیرین سازی و تصفیه آب دریا بهترین راه‌حل ممکن را برای دست‌یابی به آب باکیفیت از آب دریا به مشتریان ارائه می‌دهد.
بهتا افتخار می‌کند اعلام دارد که با همکاری مرکز غشای دانشگاه صنعتی شریف، اولین شرکتی است که در زمینه شیرین سازی و تصفیه آب دریا به روش اسمز مستقیم در کشور فعالیت می‌کند و آماده است تا این فناوری را برای مقاصد مختلف صنعتی به کار گیرد.
علاوه بر فناوری اسمز مستقیم، طراحی و ساخت سیستم‌ها و دستگاه‌های آب شیرین کن اسمز معکوس و نانوفیلتراسیون برای تصفیه آب دریا و آب‌های شور نیز با بالاترین کیفیت و مطابق با نیاز شما توسط بهتا صورت می‌گیرد.
