چگونگی تصفیه آب و فرآیند نمک‌ زدایی از آب

نمک‌زدايي فرآيند ايجاد آب شيرين با حذف شوري (نمک) از توده‌ي آب نمک مي‌باشد. درجات مختلفي از شوري براي آب درنظر گرفته مي‌شود، که بر دشواري و هزينه‌ي مربوط به تصفيه تأثير دارد، و سطح شوري معمولاً به‌صورت قسمت در ميليون (ppm) سنجيده مي‌شود. سازمان زمين شناسي ايالات متحده طرحي کلي از ترکيبات مربوط به آب شور تهيه کرده است: 1000 ppm تا 3000 ppm شوري کم، 3000 ppm – 1000 ppm شوري متوسط و 10000 ppm – 35000 ppm شوري بالا است.
آبي که شوري آن کمتر از 1000 ppm باشد، کلاً آب شيرين در نظر گرفته مي‌شود، و براي آشاميدن و استفاده جهت مصارف خانگي و کشاورزي بدون ضرر مي‌باشد. براي يک نقطه مبنا، شوري آب اقيانوس معمولي حدود 35000 ppm، شوري درياچه بزرگ نمک بين 50000 - 270000 ppm، و شوري متوسط درياي خزر در حدود 12000 ppm است. هرقدر که آب شورتر باشد، براي شيرين کردن آن بايد انرژي و تلاش بيشتري صرف گردد.

فرآيندهاي نمک‌زدايي (Desalination Processes)
براي نمک‌زدايي روش‌هاي متعددي وجود دارد که در متن زير توضيح داده مي‌شوند. اسمز معکوس در حال حاضر رايج‌ترين نوع نمک‌زدايي است و تقطير سريع چندمرحله‌اي روشي است که هم‌اکنون بيشترين مقدار آب را شيرين مي‌کند. (روش‌هاي ديگري نيز براي نمک‌زدايي و منابع انرژي وجود دارند که کمتر متداول بوده و در اينجا مورد بحث قرار نمي‌گيرند.)

اسمز معکوس (Reverse Osmosis)
اسمز معکوس فرآيندي است که در آن از وارد کردن فشار بر روي محلول آبي جهت عبور دادن آن از ميان غشاء استفاده مي‌شود و غشاء مانع از عبور املاح بزرگتر (نمک) مي‌گردد. به‌طور کلي اسمز معکوس در بين همه‌ي فرآيندهاي با مقياس بزرگ، داراي حداقل مصرف انرژي مي‌باشد.
چندين اشکال براي فرآيند اسمز معکوس وجود دارد. غشاء‌هاي کنوني مستعد تجمع باکتري‌هاي بسيار و "مسدود شدن" هستند، البته وقتي‌که براي اولين بار مورد استفاده قرار مي‌گيرند، اين امر در آنها اصلاح مي‌گردد. اگر از کلر براي برطرف کردن باکتري‌ها استفاده شود، وضعيت ممبرين‌ها بدتر مي‌شود. اشکال ديگر، کيفيت آب مورد بحثي است که اسمز معکوس آن‌را توليد مي‌کند، همراه با پيش تصفيه در نظر گرفته شده‌اي که آب شور لازم دارد.

اسمز رو به‌جلو (Forward Osmosis)
در اسمز رو به جلو از فرآيند اسمز طبيعي استفاده مي‌شود؛ يک ماده از منطقه‌اي با غلظت کم به منطقه‌اي با غلظت بالا حرکت مي‌کند. هزينه‌ي لازم براي انجام اين فرآيند معمولاً نصف هزينه‌ي اسمز معکوس است، زيرا براي تکميل فرآيند انرژي کمتري استفاده مي‌شود. به‌جاي وارد کردن نيرو به محلول و ايجاد اختلاف فشار، اين فرآيند اجازه مي‌دهد که اين کار به‌طور طبيعي انجام شود. در هنگام نمک‌زدايي از آب، محلولي از آب دريا از ميان يک غشاي نيمه تراوا به‌سمت محلولي که غلظت زيادي از نمک‌هاي آمونياک دارد حرکت مي‌کند، در نتيجه نمک‌هاي دريا در طرف ديگر ممبرين باقي مي‌مانند. سپس، محلول گرم مي‌شود تا نمک آمونياک تبخير شده و براي استفاده مجدد آماده گردد.
اشکال اصلي در مورد اسمز رو به‌جلو، داشتن پتانسيل بسيار زياد آن است، اما هنوز هم نمک‌زدايي در مقياس بزرگ، کاري جديد محسوب مي‌شود و بنابراين نيازمند بودجه و پژوهش جهت بررسي امکاناتي است که بتواند آن را اصلاح کند و موجب کاهش هزينه‌هاي مربوط به انرژي شود.

الکترودياليز (Electrodialysis)
در الکترودياليز معکوس، مشابه با اسمز معکوس، از يک ممبرين استفاده مي‌شود، اما يک بار الکتريکي به محلول منتقل مي‌شود تا يون‌هاي فلزي از يک طرف جذب قطب مثبت شده، و يون‌هاي ديگر (مانند نمک) به‌طرف قطب منفي در سوي ديگر کشيده شوند. بارهاي الکتريکي به‌صورت دوره‌اي معکوس مي‌شوند تا ممبرين دچار آلودگي بيش از حد نشود، پديده‌اي که معمولاً در الکترودياليز منظم رخ مي‌دهد. يون‌هايي که بر روي دو صفحه قرار مي‌گيرند مي‌توانند برطرف شوند، و آب خالص پشت سر را ترک ‌کنند. اخيراً گزارش شده است ممبرين‌هايي توليد شده‌اند که در برابر کلر مقاوم هستند و در مقايسه با اسمز معکوس يون‌هاي مضر بيشتري (نه تنها نمک) را حذف مي‌کنند. مشکل اوليه‌ي الکترودياليز معکوس، هزينه مربوط به سرمايه‌گذاري جهت ايجاد تأسيسات، و نيز هزينه‌هاي انرژي مي‌باشد. آب شيرين کن دريايي

نمک‌زدايي حرارتي (Thermal Desalination)
آب شيرين‌کن حرارتي روشي براي تميز کردن آب است که مي‌تواند از طريق فرآيندهاي بسيار متفاوتي انجام گردد، و شامل حذف نمک و ديگر آلاينده‌ها مي‌باشد. کل نمک‌زدايي حرارتي عبارت است از فرآيند گرم کردن محلول آبي و جمع‌آوري آب خالص، هنگامي‌که بخار سرد مي‌شود و چگالش رخ مي‌دهد. دو روش نمک‌زدايي از آب که اغلب مورد استفاده قرار مي‌گيرند عبارتند از:

تقطير سريع چندمرحله‌اي (Multistage Flash Distillation)
تقطير سريع چند مرحله‌اي وقتي رخ مي‌دهد که آب گرم‌ توليدشده چند بار ديگر گرم شود، فشار در هر مرتبه عملياتي نيز نسبت به مرتبه قبل کمتر مي‌باشد. دستگاه‌هاي تقطير سريع چند مرحله‌اي در کنار نيروگاه‌هاي برق ساخته مي‌شوند تا از گرماي هدر رفته استفاده کنند. اين دستگاه نسبت به دستگاه‌هاي اسمز معکوس نياز به انرژي بسيار کمتري دارد. چند نيروگاه بزرگ در عربستان سعودي از روش تقطير سريع چندمرحله‌اي استفاده مي‌کنند، گزارش شده است که توليد آنها در حدود 85? از کل آب شيرين است، هر چند که تعداد دستگاه‌هاي اسمز معکوس از دستگاه‌هاي تقطير سريع چند مرحله‌اي بيشتر مي‌باشد. اشکال اصلي تقطير سريع چند مرحله‌اي، نياز به مصرف زياد‌تر آب نمک نسبت به روش اسمز معکوس، و نيز هزينه‌هاي سرمايه‌گذاري و نگهداري است که به‌طور قابل ملاحظه‌اي زياد مي‌باشد.

تقطير با تأثير چندگانه (Multi Effect Distillation)
تقطير با تأثير چندگانه، فرآيندي ساده شبيه به تقطير سريع چند مرحله‌اي است. محلول آب نمک گرم مي‌شود و آب خالص توليد شده به محفظه‌ي بعدي جريان مي‌يابد. انرژي گرمايي حمل شده با توليد بخار بيشتر دوباره براي جوشاندن مورد استفاده قرار مي‌گيرد. اشکال اصلي اين است که فقط در آب شيرين‌کن‌هاي با اندازه کوچک‌تر مي‌توان از آنها به‌صورت بهينه استفاده کرد. مقدار هزينه‌ها براي تأسيسات بزرگ، بسيار زياد مي‌باشد.

معکوس عمليات نمک‌زدايي (Negative of Desalination)
چند اشکال عمومي نيز براي فرآيندهاي نمک زدايي وجود دارد. مشکل اين فرآيند، برگشت محلول نمکي زائد به اقيانوس است که اين مسئله مي‌تواند به حيات اقيانوسي آسيب وارد نمايد. انرژي مورد نياز براي راه‌اندازي و همچنين نيروي لازم براي تأسيسات نمک‌زدايي بسيار گران است و چون اکثر منابع انرژي فعلي نيز از سوزاندن سوخت‌هاي فسيلي به دست مي‌آيند، معمولاً فقط بحران زيست محيطي، نسبت به مسائل ديگر ارجح مي‌باشد. در مورد انرژي، انرژي هسته‌اي به‌طور بالقوه مقرون به‌صرفه‌ترين منبع انرژي است، اما افکار عمومي موجب شده که داشتن يک نيروگاه هسته‌اي محلي يا مرکزي براي زباله تا حد زيادي متوقف شود. اگر مناطقي که براي استفاده از آب شيرين‌کن در نظر گرفته مي‌شوند دور از ساحل و يا در ارتفاع قرار داشته باشند، هزينه‌ي مربوط به انجام اين فرآيند باز هم بيشتر مي‌شود. در مناطق دور و مرتفع بايد آب را از اقيانوس و يا منبع آب شور تأمين نمود.  

خدمات و محصولات صنعتی