مقاله مقدمه ای بر نمک زدایی

روش نمک زدایی آب مدت مدیدی است که توسط کشورهای مختلف در سراسر جهان برای تولید یا افزایش ذخایر آب آشامیدنی مورد بهره برداری قرار گرفته است.

همانطور که می دانیم روش نمک زدایی یک فرایند طبیعی و همیشگی است و بخش اساسی چرخه آب است. باران به روی زمین ریزش می‌کند و پس از آن به سوی دریا حرکت می‌کند و در مسیر  حرکت مواد معدنی و مواد دیگر را در خود حل می‌کند و به همین دلیل بسیار شور شده است، هنگامی که آب به اقیانوسهای جهان می رسد و یا در نقاط پست دیگر جمع می شود، بخشی از آب با انرژی خورشید تبخیر می شود که این تبخیر، نمک را بر جای می گذارد و بخارهای موجود مجدداً به صورت باران به زمین بر می گردد و این چرخه ادامه دارد و آب شور در اقیانوس ها باقی می ماند.

آغاز این پدیده (نمک زدایی) به قرن چهارم قبل از میلادمیسح، زمانی که سربازان یونانی عمل تبخیر را برای تقطیر آب دریا به کار می بردند بر می گردد.

در گذشته مردم سعی می کردند که آب شور را طوری عمل بیاورند که برای آشامیدن و کشاورزی قابل استفاده باشد. از کل آبهای کره زمین، 94 درصد آن آبهای شور اقیانوسها و دریاها هستند و تنها 6 درصد آن آب خالص است که از این میزان آب خالص هم 27 درصد آن به صورت کوه یخ است و تنها 73 درصد آن آبهای زیر زمینی قابل استفاده می باشد.

با آنکه آب شور برای صید .ماهی و حمل و نقل کشتی بسیار حائز اهمیت است ولی برای مصارف  انسانی و کشاورزی بسیار شور است، که روش های نمک زدایی باعث افزایش منابع آبی قابل مصرف برای مردم جهان شده اند، امروزه تکنولوژی نمک زدایی با بیش از 50 سال تجربه روش های متعددی را برای این صنعت در جهان به وجود آورده است.

شهرها، دهکده ها و کارخانجات صنعتی اکنون در بسیاری از مناطق خشک و کم آب جهان جایی که نزدیک آب دریا یا آب شور می باشد. توسعه یافته اند و با روش های نمک زدایی، آب مورد نیاز خود را تامین می نمایند. این فرایند در بخش هایی از آسیای شرقی، شمال ‏آفریقا و بعضی از جزایر کاریبین جایی که کمبود آب خالص است بسیار قابل توجه است.

امروزه آزمایشگاههای تقطیر در سراسر جهان ظرفیت تولید بیش از 6 بیلیون گالون آب را در روز دارا هستند. اوج پیشرفت در زمینه نمک زدایی در سال 1940 در طول جنگ جهانی دوم، هنگامی که بسیاری از نظامیان در مناطق خشک برای سیراب کردن سربازانشان به آب نیاز داشتند بود. به همین دلیل پس از جنگ این موضوع بسیار مورد اهمیت قرار گرفت و در بسیاری از کشورها این روش ادامه پیدا کرد. دولت آمریکا پس از تولید و تاسیس مرکز آب شور[1] (OSW) در اوایل سال 1960 و سازمانهای اداره تکنولوژی و تحقیق آب[2] (OWRT) فعالیت های گسترده ای را در این زمینه صورت داده است. حدود 30 سال است که دولت آمریکا به طور فعال تحقیق و توسعه خود را در زمینه نمک زدایی انجام داده و حدود 300 میلیون دلار در این رابطه خرج کرده است که این پول بیشتر برای تحقیقات اساسی و توسعه تکنولوژی های مختلف مصرف شده است.

در اواسط سال 1960 واحدهای تجاری در حدود 2 میلیون گالن در هر روز در آمریکا تولید آب خالص می کردند که این واحدهای صنعتی به صورت رانش- گرما به طور عمده برای نمک زدایی آب دریا به کار می رفتند، ولی در سال 1970، مراحل غشایی تجاری مثل الکترودیالیز (ED) و اسمز معکوس (RO) در همه جا کار می رفت.

در ابتدا، مراحل تقطیر برای نمک زدایی آب شور و آب دریا به کار می رفت ولی این روش هم گران بود و هم در خواستهای نمک زدایی برای اهداف شهری را محدود می کرد. هنگامی که ED معرفی شد، نمک زدایی آب شور را از لحاظ اقتصادی نسبت به تقطیر مقرون به صرفه تر کرد و بسیاری از درخواستها به آن متکی شد و در آمریکا از آن استقبال زیادی شد و از آن به عنوان وسیله ای برای تهیه آب شهری استفاده می گردید.

در سال 1980 تکنولوژی نمک زدایی پیشرفت بیشتری کرد و تکنولوژی تقطیر از تجربیات قبلی واحدهای صنعتی استفاده کرده و روش های جدیدی را ارائه کرده است و در سال 1990 بود که روش های جدیدی برای نمک زدایی در نقاط مختلف براساس موفقیت تجاریشان توسعه یافت.

نمودار ظرفیت کل تغییرات نمک زدایی

1-1-1. پذیرش جهانی:

رشد و توسعه ممتد نمک زدایی بعد از سالها از طریق تعدادی از فهرست های موجود در IDA [3] نشان داده شده است. یکی از این فهرست ها در سال 1998 توسط کالائوس وانگینک[4] نوشته شده است که این فهرست نشان می دهد که کل ظرفیت واحدهای صنعتی نمک زدایی حدود 7/22 میلیون  بوده و حدود 70 درصد بیشتر از گزارش سال 1990 می باشد که این رشد ناگهانی را شامل می شود. تجهیزات نمک زدایی اکنون در بیش از 100 کشور جهان به کار می رود.

طبق فهرست موجود، 10 کشور حدود 75 درصد کل ظرفیت موجود را تشکیل می‌دهند، بیش از نصف این ظرفیت نمک زدایی برای آسیای شرقی و شمال آفریقا به کار می رود.

عربستان سعودی اولین رتبه از کل ظرفیت (حدود 24 درصد ظرفیت جهان) دارا می باشد که بیشتر آن از واحدهای نمک زدایی از آب دریا می باشند. ایالت متحده آمریکا (U.S.A) رتبه دوم در کل ظرفیت، در حدود 16 درصد ظرفیت جهان را دارا می باشد. بیشتر ظرفیت در ایالت متحده شامل واحدهای صنعتی است که روش اسمز معکوس (RO) برای عمل آوری آب شور به کار می رود.

    فهرستها نشان می دهد که ظرفیت کل جهان بیشتر از تقطیر سریع چند مرحله ای و روشهای اسمز معکوس می‌باشد. این دو روش حدود 86 درصد کل ظرفیت را تشکیل می دهند، باقیمانده 13 درصد است که روش های متراکم کردن بخار، ED و تاثیر چندگانه تقطیر را تشکیل می دهد. در حالی که روش های فرعی حدود کمتر از یک درصد را تشکیل می دهد. براساس این آمار، روش های گرمایی و غشایی تقریباً یکسان هستند.

 ظرفیت تقطیر به روش های مختلف

1-1-2. نمک زدایی چیست؟

نمک زدایی فرآیندی است برای خارج کردن نمک و مواد معدنی محلول دیگر، همچنین ضایعات دیگری مثل فلزات غیر قابل حل، رادیونوکلیدها، موادآلی و باکتریایی که ممکن است توسط برخی روش های نمک زدایی جدا شوند.

به علاوه فرایند نمک زدایی برای بهبود کیفیت آب سنگین (غلظت بالای منیزیم و کلسیم) نیز کاربرد دارد.

  Energy

DESALTING

DEVICE

Brine

Saline

water

      Fresh

water

اساساً روش نمک زدایی آب را به دو حالت جدا می‌کند. یکی با غلظت پایین نمک های حل شده (آب خالص) و دیگری باقیمانده نمک های حل شده (آب شور و غلیظ) که این روش برای عمل نیازمند انرژی است و می تواند روشهای متفاوتی برای جداسازی به کار رود.

1-2. انوع روشهای نمک زدایی:

اصولاً روش های نمک زدایی به دو دسته  تقسیم می شوند: یکی روش های اصلی و دیگری روش های فرعی. روش های اصلی نیز خود به دو دسته روش های گرمایی و روش های غشایی تقسیم می شوند.

روش گرمایی شامل: تقطیر سریع چند مرحله ای، تقطیر با چندین واکنش و تراکم بخار می باشد.

روش های غشایی: الکترودیالیز و اسمز معکوس می باشد.

روش های فرعی هم به سه دسته: فریز کردن (سرد کردن)، تقطیر غشایی و رطوبت خورشیدی تقسیم می شوند.

روش های تجاری قابل دسترسی نمک زدایی:

تقطیر سریع چند مرحله‌ای

تقطیر با چندین واکنش

تراکم بخار

                             روشهای گرمایی

< >

الکترودیالیز

اسمز معکوس

روشهای اصلی

روشهای غشایی

فریز کردن (سرد کردن)

 تقطیر غشایی

رطوبت خورشیدی

1-2-1. روشهای گرمایی:[5]

حدود نصف آب مقطر جهان با حرارت دادن به آب دریا و تهیه آب خالص به دست می آید. این روش تقطیر به تقلید از همان چرخه طبیعی آب عمل می‌کند. به این ترتیب که آب شور تحت حرارت قرار می گیرد، بخار آب از آن متصاعد می شود و بعد بخار آب جمع شده و به صورت آب مقطر تهیه می شود. در واحدهای صنعتی و آزمایشگاهی، برای تهیه میزان ماکزیمم آب خالص، آب در حد نقطه جوش حرارت می بیند. برای انجام این کار از لحاظ اقتصادی در واحد صنعتی نمک زدایی، فشار به کار رفته آب جوش برای کنترل نقطه جوش، متعادل می شود.