شیرین سازی آب شور دریا

رشد روزافزون جمعیت و رقابت بخش های گوناگون مصرف کننده ی آب از یک سو و از دیگر سو، روند رو به گسترشِ آلودگی های آب ها، محدودیت منابع آب شیرین را بیش از گذشته تشدید کرده است. شورای جهانی آب با برپایی همایش ها و گردهمایی های گوناگون تلاش کرده است تا ضمن جلب توجه جهانیان به موضوع آب، راهکارهایی برای حل دشواری های موجود ارایه دهد.

متن حاضر ترجمه سخنرانی آقای رن کلمپ (COULOMB RENE) قایم مقام مدیرعامل شورای جهانی آب، در مراسم افتتاحیه ی کنفرانس بین‌المللی نمک‌زدایی هسته ای آب که از تاریخ 16 الی 18 اکتبر 2002 به میزبانی کشور مغرب برگزار شده بود می‌باشد. نامبرده در بخش دوم سخنرانی خود بر اهمیت بکارگیری فناوری هسته ای در نمک زدایی آب به عنوان یکی از گزینه های برتر برای پاسخ به نیازهای آینده و رویارویی با محدودیت های منابع آب تاکید کرده که در ادامه آمده است.

بخش نخست سخنرانی آقای ” رن کلمب ” مربوط به پیشینه ی شورای جهانی آب، ماموریت ها، سیاست ها و نقش این شورا در چاره اندیشی برای مسایل جهانی آب، همایش های برگزار شده و دستاوردهای آن ها می‌باشد که پیشتر به چاپ رسیده است.

انرژی هسته ای و شیرین سازی آب شور دریا :

آقای رییس، میهمانان عالی رتبه، خانم ها و آقایان: مفتخرم که از سوی ریاست شورای جهانی آب و وزیر آبیاری و منابع کشور مصر، دکتر محمود ابوزید، که نتوانستند در این کنفرانس بین‌المللی حضور یابند، سخنرانی خود را پیرامون نقش شورای جهانی آب در مواجهه با چالش های گریز ناپذیر آب و اهمیت نمک زدایی آب برای بسیاری از کشورها و نیز استفاده از شیوه ی نمک زدایی ارزان آب با بهره گیری از انرژی هسته ای، ارایه دهم.

مشکل کم آبی در بسیاری از مناطق خشک یا نیمه خشک مساله ای حاد و بحرانی است. ظهور کلان شهرهای جدید نیاز به توسعه ی منابع آب بیشتر و بیشتر و منابع آب جدید هر سال از منابع شهری دورتر و دورتر می شوند. حداقل فاصله ی منابع آب در 70 درصد از شهرهایی که جمعیت بیش ا یک میلیون نفر دارند، از 50 کیلومتر بیشتر است. به همین دلیل، نمک دایی آب دریا یا آب های لب شور گزینه ای رقابتی برای جبران کمبود آب در مناطق ساحلی است زیرا هزینه ی انتقال آب از منابع آب شیرین اغلب بیش از هزینه ی نمک زدایی است.

نمک زدایی هسته ای آب :

شیوه های نمک زدایی بهبود مستمر داشته اند، به بطوریکه محدوده ی هزینه ی تولید هر متر مکعب آب به 0/4-0/8 دلار آمریکا تقلیل یافته است. این میزان بسیار پایین تر از نرخ های ده سال قبل که به تقریب 5-3 دلار بود و نیز هزینه های سه تا پنج سال قبل که حدود 1/5 – 2/5 دلار بود، می باشد.

بسیاری از شهرهای بزرگ یا در مجاورت دریا قرار دارند و یا خیلی از آن دور نیستند. بیش از 65 درصد رشد جمعیت طی 50 سال آینده، به احتمال در فاصله ای کمتر از 100 کیلومتری دریا رخ خواهد داد. تا سال 2025، جمعیت برخی از کلان شهرهای مناطق ساحلی به 4 تا 5 میلیون نفر خواهد رسید. تامین آب شیرین از دریا برای چنین جمعیتی از فشار بی مورد بر منابع آب موجود خواهد کاست .

نمک زدایی، پیش تر نیز شیوه ای اساسی در تولید آب شیرین برای برخی از کشورهای جهان بوده است. مجموع ظرفیت تولید آب شیرین کن های جهان در سال 1995 و 2000 میلادی به ترتیب در حدود 20/3 و 26 میلیون مترمکعب در روز بوده است که 60% آن مربوط به آب دریا و مابقی به آب های لب شور اختصاص داشته است. رشد سالانه ی نمک زدایی آب طی دو دهه ی گذشته، بالغ بر 6 درصد و حجم آب شیرین شده از این طریق، هر ده سال، 8/1 برابر شده است.

آب شیرین کن دریایی فجیره امارات

در هر حال نمک زدایی با فرهنگ متولیان آب، اغلب سازگار نیست. به دلیل مقاومت احساسی دراز مدت در برابر استفاده از تاسیسات آب شیرین کن بزرگ، هم اکنون تنها حدود یک درصد از آب آشامیدنی جهان به این شیوه تولید می‌شود. سهم مصارف صنعتی حتی از این مقدار هم کمتر و سهم کشاورزی در عمل صفر است. از نظر تاریخی، نمک زدایی آب گران، بلند پروازانه، بسیار فنی و مانعی برای ارتقای آگاهی و مدیریت موثر آب محسوب می شده است.

نمک زدایی آب به عنوان روشی که نیاز به مقادیر قابل توجهی سوخت فسیلی دارد، محسوب می‌شود. در کشور عربستان 9 درصد از مصرف کل انرژی بخش شهری، برای تولید آب با دستگاه های آب شیرین کن مصرف می‌شود. براین اساس، با این که شیرین سازی میتواند سبب کاهش وابستگی به منابع آب تجدید ناپذیر شود (نظیر لیبی)، اما وابستگی به سوخت فسیلی را افزایش می‌دهد.

شیوه های نمک زدایی آب دریا

ما ناچاریم تاکید کنیم که آب هیچ جایگزینی ندارد، در صورتی که منابع انرژی چند گانه هستند و در سرتاسر جهان داد و ستد می‌شوند. به علاوه، ما انرژی هسته ای را برای جایگزینی سوخت های فسیلی در اختیار داریم. شیوه های نمک زدایی آب به منبع انرژی اولیه وابسته نیستند و بنابراین نمک زدایی هسته ای، فناوری ویژه ای نبوده و ترکیب کاملی از فرآیند نمک زدایی و راکتور هسته ای است که در محل مشترکی قرار گرفته‌اند و انرژی مورد نیاز فرآیند نمک زدایی توسط راکتور اتمی انجام می‌شود. این امر در مکان هایی که فاقد سوخت فسیلی هستند گزینه ی مناسبی به شمار میرود، ضمن آن که کاربرد انرژی هسته ای سبب انتشار آلاینده ها و گازهای گلخانه‌ای نیز نمی‌شود.

دو فناوری اصلی برای نمک زدایی آب دریا وجود دارد. نخست، فرآیند تقطیر که قدیمی‌ترین شیوه برای نمک زدایی آب دریاست و با گذشت زمان پیشرفته تر شده است. در این روش، منبع انرژی، بخار نیروگاه های حرارتی برق است که برای دو هدف تامین آب و الکتریسیته تولید می‌شود و دوم، فرآیند جداسازی غشائی و بطور عمده اسمز معکوس است، که منبع انرژی آن الکتریسیته می‌باشد. هر دو شیوه مزایا و معایبی به شرح زیر دارند :

• برای تاسیسات بزرگ، تقطیر بسیار با صرفه است، اما اسمز معکوس صرفه جویی های اندکی دارد.
• در اسمز معکوس مصرف انرژی حدود یک کیلوگرم سوخت به ازاء هر مترمکعب آب است، در حالی که این میزان در فرآیند تقطیر حدود 4/3 کیلوگرم سوخت به ازاء هر مترمکعب آب می باشد.
• در فرآیند تقطیر، تولید آب و برق پیوندی ناگسستنی دارند، در صورتی که در روش اسمز معکوس تولید آب بر اساس تقاضا و به طور ساعتی می تواند تنظیم شود.
• هر دو فناوری، بی خطر هستند. تقطیر، فناوری کاملی با تداوم هزینه در طول زمان است و اسمز معکوس فناوری اثبات شده ای است که جای پیشرفت دارد.
• در فرآیندهای تقطیر، بین آب و تولید انرژی ارتباط وجود دارد. نسبت بهینه ی آب به برق، به وسیله ی فناوری تعیین شده است. اکثر فناوری های موثر جدید، آب کمتری برای همان قدرت خروجی تولید می کنند. برعکس، رشد تقاضای آب در خاورمیانه سریعتر از رشد تقاضای برق است و ما به دلیل افزایش این عدم تطابق در شرایط خطر (Risk) به سر می بریم. به همین دلیل، ترکیب تقطیر با اسمز معکوس در تاسیسات مرکب، می تواند جالب توجه باشد. این امر انعطاف بیشتری برای فرآیندهای مضاعف (آب و برق) تولید به وجود می آورد، زیرا با توجه به تغییر تقاضا، امکان تنظیم نسبت آب به قدرت، برای کارآمدی قابل قبول تری به دست می آید. بر این اساس، در زمان تقاضای کم برق، هزینه ی ظرفیت تولید بلا استفاده ی برق در حداقل نگه داشته می شود.

یکی از اولین تاسیسات نمک زدایی مرکب بزرگ جهان، در فجیره (Fujairah) در امارات متحده ی عربی با ظرفیت تولید 454 هزار متر مکعب آب در هر روز ( 284 هزار متر مکعب تولید روزانه به وسیله ی تقطیر برقی چند مرحله ای و 170 هزار متر مکعب در هر روز به روش اسمز معکوس ) و 620 مگاوات ساعت انرژی در حال ساخت است.

مطمئنم این کنفرانس بین المللی بر نقش نمک زدایی آب و انرژی هسته ای تاکید خواهد کرد. نمک زدایی آب برای بسیاری از مناطق جهان، همچون خاورمیانه و مدیترانه، گزینه ای مناسب برای تداوم تامین آب شرب کافی خواهد بود.

شیرین سازی آب دریا مشکلی که برای شیرین کردن آب دریاها وجود دارد مقدار نمک یا شوری آب آن است که این خود هزینه های بسیار زیادی طلب می کند و نیاز به نیروی کار زیادی دارد در واقع شیرین سازی آب دریا مقرون به صرفه نیست . اما استفاده از آب رودخانه های شیرین با مقداری تصفیه فیزیکی و ابتدایی می تواند بسیار کم هزینه تر باشد یا برداشت آب شیرین از چاه های زیر زمینی . با افزایش استفاده از منابع آب های شیرین طبیعی و رشد روز افزودن جمعیت و گسترش صنایع روز به روز در حال کاهش و احتمال می رود که تنها بستری که برای استفاده باقی خواهد ماند همان آب شور اقیانوس ها یا دریاها باشد .

این کار در کشورهای پیرامون خلیج فارس مانند عربستان انجام شده که بزرگترین آب شیرین کن دنیا از آب شور خلیج فارس را در خود جای داده است و 100% موارد استفاده از آب شیرین توسط سیستم های اسمز معکوس بزرگ انجام می شود که البته هزینه های بسیار زیادی برای آنان رقم میزند. اما در این کشورها انرژی به وفور یافت می شود و بسیار ارزان است اما آب شیرین کمیاب ، با ارزش و بسیار گران تمام می شود .

روش های شیرین سازی آب دریا :

دو روش اساسی برای شیرین کردن آب شور دریاها وجود دارد تقطیر حرارتی و استفاده از غشاء یا اسمز معکوس که هر می توانند دارای مزایا و معایبی باشند که در ادامه به آنها خواهیم پرداخت . برای تقطیر می بایست از انرژی گرمایی زیادی استفاده کرد به نحوی که حجم بالایی از آب جوشانده شود سپس بخار آن سرد و پس از جدا سازی نمک ها تبدیل به آب شیرین گردد . اما این پروسه بسیار وقت گیر و برای استفاده های شهری و تامین آب شرب شهروندان امکان پذیر نیست و تنها روشی که باقی ماند استفاده از اسمز معکوس RO برای شیرین کردن آب دریاها می باشد .

در تصویر زیر روش تصفیه آب اسمز معکوس برای شیرین سازی آب شور دریا را نشان می دهیم :

شیرین سازی آب دریا در دنیا و مخصوصا در کشورهای درحال توسعه یا توسعه نیافته حجم زیادی از آب های شیرین برای مصارف کشاورزی مصرف می شود، نبود مدیریت صحیح منابع آبی یکی از مشکلاتی است که امروز گریبانگیر اکثر کشورها شده زیرا منابع آب های شیرین زیر زمینی در آن کشورها رو به کاهش است و جایگزینی برای آن ندارند همچنین عدم پیشرفت علم در برخی کشورها باعث شده تا نتوانند از تکنولوژی های روز دنیا برای این منظور استفاده کنند .

آب دریا را نمی توانیم بنوشیم

هر کدام از ما، بارها فیلم هایی در رابطه با زندگی در اقیانوس ها دیده ایم و میدانیم که انسان نمی تواند آب دریا را بنوشد زیرا بسیار شور و حاوی نمک است ، شیرین سازی آب دریا هزینه ها و مشکلات زیادی دارد ، اما اگر ما بتوانیم آب دریا را برای نوشیدن مناسب کنیم چه می شود ؟ به نظر می رسد که ما بتوانیم آب دریا را به آب شیرین و قابل شرب تبدیل کنیم . نمک زدایی یک فرایندی است که مواد معدنی حل شده ( از جمله آب نمکی ، آب شور و یا فاضلاب ) را توسط سیستم اسمز معکوس انجام می دهد .

هزینه های آب شیرین سازی برای کشورها بسیار پر هزینه تر از تامین هزینه های دیگر شهروندانشان است زیرا علاوه بر آن، نیاز به پروژه های بزرگ انتقال آب از دریا پس از شیرین سازی و پمپاژ آن به شهرها دارند . با این حال به علت شرایط خشکسالی و نگرانی در مورد افزایش نیاز به دسترسی آب ، پروژه های آب شیرین کن در بسیار از نقاط جهان در حال راه اندازی و ساخت می باشد زیرا تنها روش مقرون به صرفه در دنیا همان است .