فناوری‌های نمک‌زدایی برای دهه‌ها در دسترس بوده است. گرچه تا امروز ملاحظات اقتصادی رواج آن را محدود ساخته است. توسعه‌ی فناوری‌های جدید، هزینه‌های سرمایه‌گذاری و راهبری را کاهش داده به‌طوری‌که اکنون نمک‌زدایی گزینه‌ی مناسبی در بسیاری از مناطق به‌ویژه برای کشورهایی که با کمبود جدی آب روبرو هستند، می‌باشد، ما در این مقاله به ارزیابی هزینه‌های نمک‌زدایی آب و علل مختلف آن و همچنین هزینه های تمام شده میپردازیم.
هزینه‌های آب تولیدی از طریق تأسیسات نمک‌زدایی به دلیل کاهش قیمت تجهیزات، کاهش برق مصرفی و پیشرفت در طراحی دستگاه و تجربیات بهره‌برداری، کاهش چشمگیری داشته است. ازآنجاکه هزینه‌های تصفیه‌ی متعارف آب به دلیل برداشت بیش‌ازاندازه از حوضه‌های آبریز و افزایش آلودگی منابع آب رو به افزایش است، نمک‌زدایی آب گزینه‌ای مناسب برای تصفیه‌ی آب به شمار می‌رود. هزینه‌های نمک‌زدایی نسبت به تأسیسات انتقال آب از دوردست، با توجه به هزینه‌های بهره‌برداری و نگهداری قابل رقابت هستند.
کلمات کلیدی: نمک‌زدایی، هزینه‌های سرمایه‌گذاری و بهره‌برداری ، قیمت تمام‌شده
سرآغاز
آب منبعی مهم برای بقا و حیات و ثبات محیط زیست است. از کل آب‌های کره‌ی زمین ۹4 درصد آب‌شور اقیانوس‌ها و ۹ درصد آب شیرین است که از این میزان 6 درصدی، حدود ۲۷ درصد در قطب‌ها و ۷۲ درصد در زیرزمین موجود است. درواقع اکثر آب موجود در روی کره‌ی زمین برای استفاده بشر با میزان شوری بیش از ۳۰ هزار میلی‌گرم بر لیتر بسیار شور می‌باشد (اغلب آب قابل‌قبول برای تأمین آب شرب جوامع باید دارای میزان كل جامدات محلول حدود ۱۰۰۰ میلی‌گرم بر لیتر باشد).
ارزیابی هزینه‌های نمک‌زدایی آب
به دلیل پتانسیل دسترسی نامحدود به آب دریا تلاش‌های بسیاری در جهت توسعه‌ی فناوری‌های نمک‌زدایی و بررسی هزینه‌های نمک‌زدایی آب انجام شده که این باعث ارزان شدن این فرآیند برای تبدیل آب‌شور به آب آشامیدنی شده است. فناوری‌های نمک‌زدایی متنوعی طی سالیان توسعه‌یافته است که اساساً شامل دو فرایند گرمایی و غشایی می‌باشد. نمک‌زدایی گرمایی به‌طور تاریخی فرآیند متداول‌تری برای نمک‌زدایی آب بوده است.
درحالی‌که فناوری‌های غشایی مانند اسمز معکوس در مقایسه با فناوری‌های گرمایی به نسبت جوان هستند و تنها بیش از ۳۰ سال از کاربرد فرایند غشایی اسمز معکوس در تصفیه آب‌های لب‌شور و دریا می‌گذرد و به‌تازگی فناوری غشایی اسمز معکوس نسبت به فرایندهای گرمایی توسعه‌ی بیشتری یافته است و اکنون سامانه‌های اسمز معکوس نماینده‌ی سریع‌ترین رشد تجارت نمک‌زدایی هستند. این رشد سریع ناشی از هزینه‌ی سرمایه‌گذاری کمتر این فناوری نسبت به فرایندهای گرمایی، توسعه‌ی بهره‌وری و کاهش هزینه‌ی کاربرد فناوری‌های غشایی همراه با نیاز جهانی در حال ارشد برای آب نمک‌زدایی با مصرف انرژی کمتر است.
هزینه‌ی نمک‌زدایی در فرایندهای مختلف
هزینه‌های نمک‌زدایی عمدتاً به‌اندازه و نوع تأسیسات، منبع و کیفیت آب خام، مکان تأسیسات، شرایط محلی و بهره‌برداری، هزینه‌ی انرژی و طول عمر تأسیسات وابسته است. آب خام ورودی با میزان کم شوری نیاز به مصرف برق کمتر و نیز تزریق کمتر مواد شیمیایی بازدارنده‌ی رسوب دارد. تأسیسات با ظرفیت بالا، قیمت آب را به دلیل اقتصادی‌تر بودن اندازه کاهش می‌دهند.
همچنین هزینه‌های کمتر انرژی و طول عمر طولانی‌تر تأسیسات، باعث کاهش قیمت تمام‌شده‌ی آب می‌شود. مهم‌ترین بخش هزینه‌های نمک‌زدایی هزینه‌ی سرمایه‌گذاری و هزینه‌ی بهره‌برداری سالانه است. هزینه‌ی سرمایه‌گذاری شامل هزینه‌ی خرید تجهیزات اصلی، تجهیزات جانبی، زمین، نصب، بالاسری‌های مدیریتی و… است. هزینه‌های سرمایه‌گذاری تأسیسات نمک‌زدایی آب دریا در طی سالیان به دلیل توسعه‌ی فرایند، شیوه‌ی اجرا، نوع مواد و لوازم کاهش‌یافته است.
هزینه‌های بهره‌برداری سالانه شامل هزینه‌ی انرژی، دستمزد بهره‌برداران، مواد شیمیایی، لوازم مصرف شدنی و یدکی است. بخش‌های متداول هزینه‌های بهره‌برداری یک فرایند گرمایی شامل انرژی، مواد شیمیایی و حقوق کارکنان است که به ترتیب معادل 87/0 ، 05/0 و 08/0 می‌باشد. هزینه انرژی نقش مهمی در فرایندهای گرمایی ایفا می‌کند. هزینه‌های تقطیر به دلیل تغییر هزینه‌ی انرژی بیش از R0 دارای نوسان است. در مناطقی که انرژی به نسبت گران است، RO به دلیل مصرف کمتر انرژی، انتخاب بهتری ازا سایر فرایندهای گرمایی است.
در جدول شماره‌ی ۱ هزینه‌های سرمایه‌گذاری، انرژی و مواد شیمیایی برای فرایندهای مختلف نمک‌زدایی بر اساس هزینه‌های اعلام‌شده از برخی تأسیسات نمک‌زدایی ارائه‌شده است. در اشکال ۱و ۲ نیز هزینه‌های سرمایه‌گذاری نسبی و قیمت تمام‌شده آب در تأسیسات نمک‌زدایی آب دریا نشان داده‌شده است.
هزینه‌های فرایندهای MSF
مهم‌ترین کاربران فرایندهای MSF کشورهای خاورمیانه و شمال آفریقا مانند عربستان سعودی، امارات متحده عربی، کویت، ایران و لیبی هستند. کاربران اصلی آب نمک‌زدایی شده شامل جوامع شهری، صنایع و نیروگاه‌ها بوده و اکثر تأسیسات برای تصفیه‌ی آب دریا طراحی شده‌اند.
قیمت تمام‌شده‌ی آب به‌طور قابل‌توجهی نسبت به فناوری‌های اولیه‌ی MSF کاهش‌یافته است که هزینه‌های نمک‌زدایی آب را بسیار کاهش داده است. متوسط قیمت تمام‌شده‌ی آب از طریق فرایند MSF از ۹ دلار در سال ۱۹۹۰ به حدود ۱ دلار بر مترمکعب در سال ۲۰۰۲ کاهش‌یافته است که نشان‌دهنده‌ی توسعه و پیشرفت در فناوری MSF است. متوسط نرخ کاهش سالانه‌ی قیمت آب در این فناوری حدود ۵ / ۳ درصد، طی ۵۰ سال گذشته بوده است.
هزینه‌های فرایند RO
فرایند RO در طی دهه‌های گذشته به دلیل پیشرفت فناوری فراگیرتر بوده است. هزینه‌ی بهره‌برداری تأسیسات RO به دو دلیل زیر کاهش‌یافته است:
- هزینه کمتر، شار بالاتر، غشاهای با جداسازی بالاتر نمک که در فشارهای کمتر و موثرتر راهبری می‌شوند.
- کاربرد ابزار بازیافت انرژی.
اسمز معکوس اغلب برای تصفیه‌ی آب با شوری کمتر مانند آب‌های لب‌شور، رودخانه و فاضلاب استفاده می‌شود، باید خاطرنشان کنیم که هزینه‌های نمک‌زدایی آب توسط سیستم ro یا اسمزمعکوس بسیار گران است. البته از دهه‌ی گذشته به‌طور وسیع برای تصفیه‌ی آب دریا به کار گرفته‌شده و در حال حاضر قابل‌رقابت با فرایندهای گرمایی است. متوسط قیمت آب فرایند RO از 5 دلار بر مترمکعب در سال ۱۹۷۰ به کمتر از ۱ دلار بر مترمکعب در زمان حاضر کاهش‌یافته است.
هزینه‌های فرایندهای MED ، VC ، ED
تقطیر چندمرحله‌ای (MED) و بخار متراکم (VC) در زمره‌ی فرایندهای گرمایی محسوب شده و عمدتاً برای نمک‌زدایی آب دریا به کار می‌روند درحالی‌که ED فرایند غشایی است و اغلب برای آب‌های با شوری کمتر مورداستفاده قرار می‌گیرد.
هزینه‌ی نمک‌زدایی فرایند MED از ۱۰ دلار بر مترمکعب در سال ۱۹۵۰ به حدود 1 دلار بر مترمکعب در سال ۲۰۰۲ کاهش‌یافته است. همچنین برای فرایند VC هزینه به طرز قابل‌توجهی باگذشت زمان از 5 دلار بر مترمکعب در سال ۱۹۷۰ به حدود ۱ دلار بر مترمکعب در سال ۲۰۰۲ کاهش‌یافته است. برای فرایند ED این کاهش هزینه قابل‌توجه است و متوسط قیمت آب 5/3 دلار بر مترمکعب در سال ۱۹۹۰ به کمتر از ۱ دلار بر مترمکعب در سال ۲۰۰۲ رسیده است که دلیل آن کاربرد آب لب‌شور به‌عنوان آب خام ورودی به فرآیند ED است و در حال حاضر برای نمک‌زدایی آب لب‌شور متوسط قیمت آب توسط ED حدود 6/0 دلار بر مترمکعب است.
قیمت آب در تأسیسات نمک‌زدایی به طرز قابل‌توجهی طی ۵۰ سال گذشته کاهش‌یافته است که دلیل آن پیشرفت فناوری نمک‌زدایی، غشاء و نیز تجربیات بهره‌برداری است. با نگاهی به فرایندهای مختلف مشاهده می‌شود که در حال حاضر ظرفیت MSF تنها 5/3 درصد کل ظرفیت جهانی است که از ظرفیت 3/51 درصد در طی دهه گذشته به این رقم کاهش‌یافته است. در مقام مقایسه امروزه ظرفیت تأسیسات اسمز معکوس از 7/32 درصد در سال ۱۹۹۳ به 2/67 درصد افزایش‌یافته است.
در تأسیسات نمک‌زدایی آب دریا، در حال حاضر MSF با 6/61 درصد پیشرو است درحالی‌که RO تنها 7/29 درصد ظرفیت را دارا می‌باشد. این نسبت در سال ۱۹۹۹ به ترتیب برای MSF، 7/2 درصد و برای RO، 18/1 درصد بوده است. همچنین MSF هنوز در تأسیساتی با ظرفیت بیش از 5 هزار مترمکعب بر روز رتبه‌ی نخست است.
همان‌طور که بیان شد فرایند MSF هنوز فرایند پیشرو در نمک‌زدایی آب دریا است و قیمت نمک‌زدایی آب دریا به حدود ۱ دلار بر مترمکعب یا کمتر کاهش‌یافته است. فرایندهای RO و ED در اغلب مواقع برای تصفیه آب‌های لب‌شور، فاضلاب و رودخانه به کار می‌روند و قیمت آب نمک‌زدایی آب لب‌شور از طریق این فرایندها به حدود 6/0 دلار بر مترمکعب کاهش‌یافته است.
به دلیل هزینه‌های کمتر، توسعه ظرفیت تأسیسات RO در طی چند سال گذشته شگرف بوده است، مخصوصا برای اسمز معکوس آب دریا مناقصات اخیر، هزینه‌های کمتر تأسیسات بزرگ اسمز معکوس آب دریا را نشان می‌دهد. درواقع اسمز معکوس در آینده پتانسیل بزرگی برای تبدیل شدن به اقتصادی‌ترین فرایند نمک‌زدایی آب دریا را دارا است و به تبع با رشد فناوری و بهره‌برداری هزینه‌های نمک‌زدایی نیز کاهش می یابد.
در سال‌های اخیر با کاهش هزینه‌های شیرین سازی آب، این گزینه قابل‌رقابت با سایر روش‌های تأمین آب شده است. در ادامه خلاصه‌ای از میزگرد بررسی‌های موضوعی فناوری‌های انرژی با رویکرد به هزینه‌های شیرین سازی آب و آینده‌ی آن ارائه‌شده است. کلمات کلیدی: آب‌شیرین‌کن، سرمایه‌گذاری، هزینه‌ها
با توجه به چند دهه تحقیقات انجام‌شده بر روی روش‌های گوناگون نمک‌زدایی آب، سه روش اسمز معکوس (RO)، تقطیر چندمرحله‌ای (MED) و تقطير ناگهانی چندمرحله‌ای (MSF) به‌عنوان مناسب‌ترین روش‌هایی که به لحاظ اقتصادی و عملیاتی کاربری مطلوبی داشته‌اند، معرفی شدند.
روش‌های یاد شده در طی چند سال اخیر تأثیر چشمگیری بر کاهش هزینه‌های شیرین سازی آب دریا داشته‌اند. متوسط هزینه‌ی شیرین سازی آب دریا در تصفیه‌خانه‌هایی که از روش‌های مذکور استفاده می‌کنند، بین 5/1 تا ۳ دلار به ازای هر مترمکعب آب دریا برآورد گردیده است.
ضمن آن که با استفاده از فناوری‌های جدید در فرآیندهای یاد شده اکنون هزینه‌های شیرین سازی آب دریا به حدود ۱ دلار به ازای هر مترمکعب رسیده است. بر این اساس در ایالت کالیفرنیای آمریکا، هزینه می نمک‌زدایی آب لب‌شور با میزان TDS بیش از ۵۰۰۰ میلی‌گرم بر لیتر حدود 5/0 دلار به ازای هر مترمکعب بوده است. ضمن آن که دستیابی به هزینه‌های کمتر با مطالعه و بررسی بر روی تلفیق روش‌های یاد شده به طور مثال روش تقطیر ناگهانی چندمرحله‌ای (MSF) و اسمز معکوس (RO) امکان‌پذیر به نظر می‌رسد.
بر اساس روند کلی کاهش هزینه‌های تمام‌شده و توسعه‌ی روش‌های نمک‌زدایی آب، با توجه به برآوردهای انجام‌شده تا سال ۲۰۲۰ میلادی قیمت شیرین سازی آب‌های لب‌شور تا حدود ۱۵- ۲۰ سنت به ازای مترمکعب و شیرین سازی آب دریا تا حدود ۲۰- ۲۵ سنت به ازای هر مترمکعب کاهش خواهد یافت.
به لحاظ مقایسه‌ای، هم‌اکنون هزینه‌های تأمین آب شهری برای مصرف‌کننده‌های اروپایی در محدوده‌ی ۲-۱ دلار به ازای هر مترمکعب است. در انگلستان این هزینه‌ها به حدود 6 دلار به ازای هر مترمکعب و در آلمان با اضافه شدن هزینه‌های تصفیه فاضلاب تولیدشده، هزینه‌ی تأمین آب به‌مراتب افزایش می‌یابد. این نشان می‌دهد که در سال ۲۰۲۵ میلادی هزینه‌های تولید آب از آب لب‌شور یا آب دریا به‌مراتب کمتر از کل هزینه‌های صرف شده برای تأمین آب شهری و تصفیه‌ی فاضلاب خواهد بود.
نکته‌ی مهم در مقایسه و ارزیابی اقتصادی بین هزینه‌های تأمین آب شهری و شیرین سازی آب در نظر گرفتن عامل‌های کلیدی مانند قیمت سوخت فسیلی یا هسته‌ای)، شرایط و امکانات محلی، نرخ سود، هزینه‌ی سرمایه‌گذاری بر روی منابع انرژی مانند نیروگاه‌های هسته‌ای، نسبت آب تولیدشده به الکتریسیته‌ی مصرف‌شده و دیگر موارد می‌باشد که نقش تعیین‌کننده‌ای را در این مقایسه‌ها ایفا می‌نماید.
بدون دیدگاه