نمک زدایی یا آب شیرین کردن،(به انگلیسی: Desalination or desalinisation) اشاره به هر یک از چند فرایندی است که مقداری نمک و سایر مواد معدنی را از آب شور جدا می‌کند. همچنین به طور کلی، منظور از نمک زدایی حذف نمک ها و مواد معدنی می باشد همانند نمک زدایی خاک. [۱]
آب شور جهت تولید آب شیرینی که برای مصرف انسان و یا آبیاری مناسب است، نمک زدایی می‌شود. یک محصول جانبی بالقوه از نمک زدایی، نمک است. نمک زدایی در کشتی‌های بزرگ وزیردریایی مورد استفاده قرار می‌گیرد. بیشتر سرمایه گزاری‌های اخیر در نمک زدایی، بر توسعه راه‌های مقرون به صرفه تأمین آب شیرین برای استفاده انسان، متمرکز شده‌است. در کنار بازیافت آب از فاضلاب، این یکی از چندین منابع تامین آب مستقل از بارش است.
در مقیاس بزرگ نمک زدایی به طور معمول با استفاده از مقدار زیادی انرژی، زیرساخت های اختصاصی و گران قیمت است، که آن را از آب تازه بدست آمده از منابع معمول مانند رودخانه ها یا آبهای زیرزمینی گران تر می گرداند. [۲]
نمک زدایی به ویژه مناسب کشورهایی مانند استرالیا ست، که به طور سنتی بر روی جمع آوری بارش پشت سدها برای تامین منابع آب آشامیدنی خود اتکا می کند. به گفته انجمن بین‌المللی نمک زدایی در سال ۲۰۰۹، ۱۴۴۵۱ واحد نمک زدایی در سراسر جهان در حال بهره برداری بوده که ۹/۵۹ میلیون متر مکعب در روز تولید می کرده‌اند ،با افزایش تولید سالیانه برابر۳/۱۲٪ . تولید در سال ۲۰۱۰ برابر ۶۸ میلیون متر مکعب بوده و انتظار می رود که تا سال ۲۰۲۰ به ۱۲۰ میلیون متر مکعب برسد ، ۴۰ میلیون متر مکعب در خاور میانه برنامه ریزی شده است.[۳] بزرگترین کارخانه آب شیرین کن در جهان کارخانه نمک زدایی جبل علی (فاز ۲) در امارات متحده عربی است.

 

 
نمایی از نمک زدایی به روش تقطیر چند مرحله ای
A - ورودی بخار
B - ورودی آب دریا
C - خروجی آب آشامیدنی
D - خروجی پسآب
E - خروجی بخار
F - مبدل حرارتی
G - جمع آوری آب میعان شده
H - هیتر

 

محتویات

  [نهفتن] 
  • ۱ روش ها
  • ۲ نقد و بررسی
    • ۲.۱ تولید همزمان
    • ۲.۲ اقتصادی
    • ۲.۳ زیست محیطی
  • ۳ ورودی آبگیری
  • ۴ خروجی
  • ۵ جایگزین های بدون آلودگی
  • ۶ جایگزین هایی برای نمکزدایی
  • ۷ منابع

روش ها

روش سنتی مورد استفاده در این عملیات تقطیر خلاء می باشد که اساس آن جوشش آب در فشار کمتر از اتمسفر و در نتیجه دمای بسیار پایین تر از حد نرمال است. دلیل این است که جوشش یک مایع زمانی اتفاق می افتد که فشار بخار برابر فشار محیط باشد و فشار بخار با دما افزایش می یابد. بنابراین، به دلیل کاهش درجه حرارت ، انرژی ذخیره می شود. روش پیشرفته تقطیر چند مرحله ای ، ۸۵٪ از نیاز جهان در سال ۲۰۰۴ را برآورده کرده است.
درفرایندهای رقابتی که برای نمک زدایی، غشاء بکار میرود، اساساً از فناوری اسمز معکوس استفاده می کنند. فرایندهای غشایی با استفاده از غشاء نیمه تراوا و فشار ، نمک را از آب جدا می کنند. سیستم واحد های اسمز معکوس به طور معمول با انرژی کمتر نسبت به روش تقطیر حرارتی کار می کنند، که منجر به کاهش کلی هزینه آب شیرین کن ها در طول دهه گذشته شده است. نمک زدایی کماکان انرژی زیادی مصرف می کند، با این حال، هزینه ها ی بعدی آن هم به قیمت انرژی بستگی خواهد داشت وهم به قیمت فناوری نمک زدایی.

 
واحد نمک زدایی اسمز معکوس در بارسلون، اسپانیا

نقد و بررسی

تولید همزمان

تولید همزمان فرایندی است که از گرمای اضافی ناشی از تولید برق برای انجام کار دیگری استفاده می شود. در نمک زدایی، تولید همزمان یعنی تولیدآب آشامیدنی از آب دریا یا آب زیرزمینی شور در یک واحد یکپارچه، یا "دو منظوره" است، که در آن یک نیروگاه منبع انرژی برای واحد تولید آب شیرین است. انرژی تولیدی واحد ممکن است صرف تولید آب آشامیدنی شود(واحد مستقل)، یا می توان انرژی اضافی تولید شده و را واردشبکه برق نمود(واحد تولید همزمان واقعی). تولید همزمان انواع مختلف دارد، و از نظرتئوری هر نوعی از انرژی می تواند مورد استفاده قرار گیرد. با این حال، اکثریت واحد های موجود و برنامه ریزی شده واحدهای نمک زدای تولید همزمان ، یا با سوخت های فسیلی یا انرژی هسته ای به عنوان منبع انرژی کار می کنند. اکثر واحدها در خاور میانه و شمال آفریقا هستند، که از منابع نفت خود برای جبران محدودیت منابع آبی استفاده می کنند.مزیت واحد دو منظوره، راندمان بالاتردر مصرف انرژی است، در نتیجه ساخت واحد آب شیرین کن برای تولید آب آشامیدنی گزینه ای مناسب خواهد بود. .[۴][۵]
در ۲۶دسامبر سال ۲۰۰۷، در ستون مجلۀ The Atlanta Journal-Constitution، نولان هرتل، استاد مهندسی هسته ای و رادیولوژیک در مؤسسه فناوری جورجیا، نوشت: "... رآکتورهای هسته ای می توانند برای ... تولید مقادیر زیادی آب آشامیدنی بکار روند. این فرایند در حال حاضر در سراسر جهان، از هندگرفته تا ژاپن و روسیه استفاده می شود. در ژاپن هشت رآکتور هسته ای به واحد آب شیرین کن متصل هستند... واحدهای آب شیرین کن هسته ای می توانند به عنوان منبع مقدار زیادی آب شرب باشند و توسط خطوط لوله صدها مایل دور تر برده شوند ... "[۶]

علاوه بر این، روش جاری در کارخانه های دو منظوره ترکیبی از دو روش است، که در آن محصول یک واحد آب شیرین کن به روش اسمز معکوس با محصول از آب شیرین کن حرارتی مخلوط شده می شوند. در واقع، دو یا چند فرایندهای نمک زدایی همراه با تولید انرژی ترکیب می شوند. چنین تأسیساتی در حال حاضر در عربستان سعودی در شهر جده و ینبع اجرا شده است.[۷] یک ناو هواپیمابر معمولی در ارتش ایالات متحده با استفاده از انرژی هسته ای در هر روز ۴۰۰٬۰۰۰ گالن آمریکا (۱۵۰۰٬۰۰۰ لیتر یا ۳۳۰٬۰۰۰ گالن انگلیس) آب نمک زدایی می کند.[۸]

اقتصادی

فاکتوری هایی که تعیین کنندۀ هزینۀ آب شیرین کن هستند عبارتند از: ظرفیت و نوع تأسیسات، محل ، آب، نیروی کار، انرژی، منابع مالی، وجمع آوری دور ریز.دستگاههای تقطیر نمک زدایی در حال حاضر فشار، دما و غلظت آب نمک را جهت بهینه سازی بهره وری کنترل می کنند. آب شیرین کن با انرژی هسته ای ممکن است در مقیاس بزرگ مقرون به صرفه باشد.[۹][۱۰]
با توجه به هزینه های در حال کاهش ، دید مثبتی در مورد این تکنولوژی برای مناطق نزدیک به اقیانوس وجود دارد. یک مطالعه در سال ۲۰۰۴ استدلال کرده ، "آب نمک زدایی شده برای برخی مناطق که کمبود آب وجود دارد، و فقیرنیز نیستند ، دور از دریا و یا در ارتفاع بالا قرار دارند، می تواند راه حل مناسبی باشد. متأسفانه، این شامل مناطقی است که بزرگترین مشکلات را در زمینۀ آب دارند. "، و،" در واقع، باید نیاز به بالابردن آب تا ارتفاع ۲۰۰۰ متر (۶،۶۰۰ فوت)، یا حمل آن به بیش از ۱۶۰۰ کیلومتر (۹۹۰ مایل) دورتر وجود داشته باشد تا هزینه های انتقال با هزینه های آب شیرین کن برابر شود. در نتیجه، ممکن است انتقال آب شیرین از جای دیگرمقرون به صرفه تر از نمک زدایی آن باشد.در مناطق دور از دریا، مانند دهلی نو، و یا در جاهای های مرتفع مانند مکزیکو سیتی، هزینه های بالای انتقال را باید به هزینه های زیاد نمک زدایی افزود. در جاها یی که هم تا حدودی دور از دریا هستند و هم مرتفع، مانند ریاض و حراره هزینه نمک زدایی آب گران است. در برخی موارد، هزینه شیرین کردن آب غالب است نه انتقال آن ، بنابراین، این فرایند می تواند در جاها یی مانند پکن، بانکوک، ساراگوسا و فونیکس نسبتاً ارزانتر باشد، والبته، در شهرهایی ساحلی مانند ترابلس .پس از اینکه در جبیل، عربستان سعودی، آب نمک زدایی شده به ۲۰۰ مایل (۳۲۰ کیلومتر) دورتر ،به شهر ریاض بو سیلۀ یک خط لوله فرستاده می شود. برای شهرهای ساحلی،نمک زدایی آب به طور فزاینده ای به عنوان یک منبع آب بکر و نامحدود در نظر گرفته می شود.
در سال ۲۰۰۵ در اسرائیل، هزینه های نمکزدایی ۵۳ سنت به ازای هر متر مکعب و در سال ۲۰۰۶،در سنگاپور نمکزدایی از آب ۴۹ سنت به ازای هر متر مکعب رسید. در سال ۲۰۰۶ شهر پرت شروع به بهره برداری از کارخانه نمک زدایی آب دریا به روش اسمز معکوس نمود ، و دولت استرالیای غربی اعلام کرده که کارخانه دومی نیز جهت بر آورده کردن نیاز شهرها ساخته خواهد شد.در حال حاضر دربزرگترین شهر استرالیا ، سیدنی، کارخانه آب شیرین کن در حال بهره برداری است و کارخانه نمک زدایی دیگری در Wonthaggi ، ویکتوریا در دست ساخت است.
بخشی از انرژی کارخانه آب شیرین کن پرت از نیروگاه بادی Emu downs تأمین می شود.[۱۱] نیروگاه بادی Bungendore در نیو سات ولز برای تولید انرژی برگشت پذیر طراحی شده تا کمبود برق مورد نیاز واحد سیدنی را جبران کند، این اقدام به منظورکاهش نگرانی ها در مورد انتشار گازهای گلخانه ای، استدلالی رایج که در مخالفت با نمک زدایی آب دریا بکار می رود، انجام گرفته است. در دسامبر ۲۰۰۷، دولت استرالیا جنوبی اعلام کرد که یک کارخانه نمک زدایی آب دریا برای شهر آدلاید در استرالیا، واقع در بندر Stanvac خواهد ساخت.بنا بود تا سرمایۀ این کارخانه آب شیرین کن از محل افزایش بهای آب برای استهلاک کامل هزینۀ آن تامین شود. نظر سنجی آنلاین، غیرعلمی، نشان داد نزدیک به ۶۰در صد از آراء به نفع افزایش نرخ آب برای ساخت واحد نمک زدایی بود.
۱۷ژانویه ۲۰۰۸، در وال استریت ژورنال مقاله ای به این موضوع اشاره داشت که: "در ماه نوامبر، شرکتی که دفتر مرکزی آن در کانکتیکات است بنام پوزئیدون ریسورس ( Poseidon Resources Corp) برنده پروژه ای برای ساخت واحد آب شیرین کن ۳۰۰ میلیون دلاری Carlsbad در شمال سان دیگو شده است. تأسیسات۵۰،۰۰۰٬۰۰۰ گالن آمریکا (۱۹۰٬۰۰۰٬۰۰۰ لیتر ۴۲٬۰۰۰٬۰۰۰ گالن انگلیس) در روز آب نوشیدنی تولید می کند ، که برای تامین آب حدود ۱۰۰٬۰۰۰ خانه کفایت می کند ... فناوری بهینه شده، هزینه هارا به نصف هزینه های در دهه گذشته تقلیل داده، و آن را رقابتی تر کرده ... پوزئیدون در نظر دارد آب را ۹۵۰ دلار به ازای هر هکتار- فوت( ۱۲۰۰متر مکعب یا۴۲۰۰۰ فوت مکعب) در مقایسه با متوسط ۷۰۰ دلار هر هکتار- فوت (۱۲۰۰ مترمربع) است که سازمان های محلی در حال حاضر برای آب پرداخت می کنند. هر۱۰۰۰ دلار در هر هکتار- فوت معادل ۰۶/۳ دلار به ازای هر۱۰۰۰ گالن، یا ۸۱ سنت به ازای هر متر مکعب است.
در برابر این مانع قانونی ، پوزئیدون قبل از تصویب نهایی پروژه ای برای کاهش آسیبهای وارد شده به زندگی آبزیان ، که در قانون ایالت کالیفرنیا الزامی بود ،نتوانست پروژۀ دیگری شروع کند . شرکت پوزئیدون به رغم تلاش های ناموفق برای تکمیل ساختار Tempa BayDesal، یک واحد آب شیرین کن در خلیج تمپا، فلوریدا، در سال ۲۰۰۱ ، به پیشرفتهایی در Carlsbad دست یافت .
هیئت مدیره Tempa Bay water ، در سال ۲۰۰۱مجبور به خرید Tempa BayDesal از پوزئیدون شد تا از سومین شکست این پروژه جلوگیری کند. Tempa Bay water پیش از بهره بردای کامل از این تأسیسات در سال ۲۰۰۷ ،با پنج سال مشکلات مهندسی و بهره برداری با ۲۰ ٪ ظرفیت برای محافظت از زندگی دریایی که نزدیک به فیلتر های اسمز معکوس قرار داشتند، روبرو شد.
در سال ۲۰۰۸، یک شرکت در سان لیندرو، کالیفرنیا، آب را ۴۶ سنت به ازای هر متر مکعب نمکزدایی می کرد.
در حالی که نمکزدایی ۱۰۰۰ گالن آمریکایی (۳۸۰۰ لیتر؛ ۸۳۰ گالن انگلیس) آب می تواند در حدود ۳ دلار باشد، که مساوی همان مقدار آب بطری به ارزش ۷٬۹۴۵ دلاراست.

زیست محیطی

ورودی آبگیری

در ایالات متحده، با توجه به حکم دادگاه در سال ۲۰۱۱ تحت قانون آب پاک، مصرف آب اقیانوس بدون کاهش مرگ و میر ناشی از آبزیان در اقیانوس، پلانکتونها، تخم ، ماهی ها و لارو ماهی ها تا حد ۹۰٪، دیگر عملی نیست. گزینۀ جایگزین چاه های ساحلی برای از بین بردن این نگرانی است، اما نیاز به انرژی بیشتر و هزینه های بالاتر دارد، در حالیکه خروجی را محدود می کند.

خروجی

تمام فرایندهای نمک زدایی، تولید مقدار زیادی کنسانتره می کنند، که ممکن است با درجه حرارت افزایش یابد و باقی‌مانده های مواد پیش تصفیه و تمیز کننده های شیمیایی ، محصولات جانبی نتیجۀ واکنش آنها ، و فلزات سنگین ناشی از خوردگی را شامل می شود.مواد پیش تصفیه و تمیز کننده های شیمیایی در بیشتر واحد های آب شیرین کن یک ضرورت است، که به طور معمول شامل پیشگیری رسوب بیولوژیکی، پوسته پوسته شدن، کف و خوردگی در واحد های حرارتی، و در برابر رسوب بیولوژیکی ، ذرات معلق و رسوبات پوسته ای در واحد های غشایی می باشد. برای محدود کردن اثرات زیست محیطی بازگرداندن آب نمک به اقیانوس، می توان آن را با یکی دیگر از جریانهای آب رقیق کرد، مثلاً خروجی تصفیه خانۀ پسآب یا خروجی نیروگاه. از آنجاییکه خروجی آب خنک کننده نیروگاه هایی از آب دریا برای خنک کردن استفاده می کنند به اندازۀ خروجی تصفیه خانۀ پسآب شیرین نیست، شوری کاهش می یابد. جریان آب خنک کننده نیروگاه در یک نیروگاه متوسط یا بزرگ در مقایسه با یک واحد آب نمک زدایی ، حداقل چندین بار بزرگتر از جریان خروجی واحد نمک زدایی است. روش دیگر برای کاهش شوری این است که آب شور را بوسیلۀ یک دیفیوزر در یک "محدودۀ اختلاط" مخلوط می کنند. برای مثال، هنگامی که خط لوله حاوی آب نمک به کف دریا می رسد، می توان آن را به شاخه های بسیاری تقسیم کرد، که هر یک به تدریج از طریق سوراخهایی کوچک در امتداد طولشان ، آب شور خارج می کنند. مخلوط را می توان با خروجی رقیق شدۀ نیروگاه و یا تصفیه خانه پساب ترکیب کرد.

آب شور با توجه به بالاتر بودن غلظت املاح چگالتر از آب دریا است. کف اقیانوس بیشتر در معرض خطر است، زیرا آب نمک پایین رفته و به اندازه کافی مدت زیادی باقی می ماند تا به اکوسیستم آسیب بزند. ورود با دقت آب نمک می تواند این مشکل را به حداقل برساند. به عنوان مثال، کارخانه های آب شیرین کن و سازه های خروجی به اقیانوس در سیدنی اواخر سال ۲۰۰۷ ساخته شده است، و متخصصین آب اظهار داشتند که خروجی به اقیانوس را می توان در بستر اقیانوس قرار داد تا پراکندگی آب تغلیظ دریا را به حداکثر می رساند ، به طوری که در فاصلۀ بیش از ۵۰ تا ۷۵ متر از خروجی، غیر قابل تشخیص خواهد بود. شرایط معمولی اقیانوسی دور از سواحل به محصول فرعی اجازه می دهد تا به سرعت رقیق شود ، در نتیجه آسیب به محیط زیست به حداقل می رسد. واحد نمک زدایی در Kwinana در پرت استرالیا در سال ۲۰۰۷ افتتاح شد. آب در این محل و در واحد نمک زدایی Golden coast کوئینزلند و واحد نمک زدایی Kurnell در سیدنی فقط ۰٫۱ متر در ثانیه (۰٫۳۳ فوت / ثانیه)، خروجی دارند که به اندازه کافی آرام هست تا اجازه فرار به ماهیها بدهد. این کارخانه نزدیک به ۱۴۰٬۰۰۰ متر مکعب آب شیرین در هر روز (۴٬۹۰۰٬۰۰۰ فوت مکعب) تولید می کند.

جایگزین های بدون آلودگی

در برخی از روشهای نمک زدایی، به ویژه در ترکیب با برکۀ تبخیر و دستگاه خورشیدی (آب شیرین کن خورشیدی)، آب شور خارج نمی‌شود. آنها نه از مواد شیمیایی در فرایندهای خود استفاده می کنند و نه از سوخت های فسیلی. در این روشها با غشاء و یا دیگر قطعات حساس مانند اجزایی که شامل فلزات سنگین است کار نمی‌کنند، بنابراین پسماند سمی بجا نمی‌ماند و نگهداری نیز پر هزینه نیست. یک روش جدید سیستم زیست سازه ای یکپارچه است که مانند دستگاه خورشیدی می باشد، اما در مقیاس حوضچه تبخیر صنعتی. [۱۲] می توان این روش را " نمک زدایی کامل " در نظر گرفت، به دلیل اینکه کل مقدار آب شور ورودی را به آب مقطر تبدیل می کند. یکی از مزایای منحصر به فرد این نوع از آب شیرین کن با منبع انرژی خورشیدی، امکان بهره برداری دور از ساحل است. ازدیگر مزایایی این روش با توجه به استاندارد، این است که واحد آب شیرین کن هوا را آلوده نمی‌کند و خروجی آب خنک کننده نیروگاه نیز هیچ افزایش دمایی در آب ایجاد نمی‌کند تا زندگی آبزیان را در معرض خطر قرار دهد. یک مزیت مهم دیگر، تولید نمک دریا برای مصارف و غیر صنعتی است. در حال حاضر، ۵۰ درصد از تولید نمک دریا در جهان هنوز متکی به سوختهای فسیلی است.

جایگزین هایی برای نمکزدایی

افزایش بهره وری و حفاظت از آب ، نخستین اولویت اقتصادی در مناطقی از جهان است که در آنها پتانسیل زیادی برای بهبود بهره وری در شیوه های استفاده از آب وجود دارد. [۱۲] بازیافت پسآبها برای آبیاری و استفاده های صنعتی در مقایسه با روش نمک زدایی، مزیتی چندین برابر دارد. .[۱۳]جمع آوری روانآبهای شهری و آب توفان نیز برای تصفیه، بازسازی و شارژ آبهای زیرزمینی سودمند است. [۱۴] یک جایگزین پیشنهادی برای نمک زدایی در جنوب غربی آمریکا واردات عمدۀ آب از مناطق غنی از آب با تبدیل نفتکشهای بسیار بزرگ به حامل آب، و یا از طریق خطوط لوله است. این ایده به لحاظ سیاسی در کانادا محبوبیت ندارد ، جاییکه دولتها، به سبب پروندۀ یک ادعا در سال ۱۹۹۹ تحت فصل ۱۱ از توافقنامه تجارت آزاد آمریکای شمالی (NAFTA) توسط شرکت سان بلت واتر(Sun Belt Water Inc.) ، در اشاره به فشار نیازهای محلی با توجه به خشکسالی شدید در آن منطقه، موانع تجاری بر صادرات عمدۀ آب اعمال کردند.

منابع

  1.  "Australia Aids China In Water Management Project." People's Daily Online, 2001-08-03, via english.people.com.cn. Retrieved on 2007-08-19.
  2.  Fischetti, Mark (September 2007). "Fresh from the Sea". Scientific American 297(3): 118–119. doi:10.1038/scientificamerican0907-118. PMID 17784633.
  3.  Opportunities aplenty | H2O Middle East. H2ome.net (2012-02-06). Retrieved on 2012-05-14.
  4.  Osman A. Hamed (2005). "Overview of hybrid desalination systems – current status and future prospects". Desalination 186: 207–214.doi:10.1016/j.desal.2005.03.095.
  5.  B.M. Misra and J. Kupitz (2004). "The role of nuclear desalination in meeting potable water needs in water scarce areas in the next decades". Desalination 166: 1–9. doi:10.1016/j.desal.2004.06.053.
  6.  Nuclear Desalination. Retrieved on 2010-01-07
  7.  Heinz Ludwig (2004). "Hybrid systems in seawater desalination – practical design aspects, present status and development perspectives". Desalination 164: 1–18.doi:10.1016/S0011-9164(04)00151-1.
  8. پرش به بالا↑ Tom Harris (2002-08-29) How Aircraft Carriers Work. Howstuffworks.com. Retrieved on 2011-05-29.
  9.  "Nuclear Desalination". World Nuclear Association. January 2010. Retrieved2010-02-01.
  10.  Barlow, Maude, and Tony Clarke, "Who Owns Water?" The Nation, 2002-09-02, via thenation.com. Retrieved on 2007-08-20.
  11.  Australia Turns to Desalination by Michael Sullivan and PX Pressure Exchangerenergy recovery devices from Energy Recovery Inc. An Environmentally Green Plant Design. Morning Edition, National Public Radio, June 18, 2007
  12.  Desalination without brine discharge – Integrated Biotectural System, by Nicol-André Berdellé, 02.20.2011
  13. Gleick, Peter H., Heather Cooley, David Groves. (September 2005.) "California water 2030: An efficient future.". Pacific Institute. Retrieved on 2007-09-20.
  14. Sun Belt Inc. Legal Documents. Sunbeltwater.com. Retrieved on 2011-05-29.