دورة في تحلية المياه وطرق التحلية الـ3 للقرن 21
التفجير أو التحلية أو التحلية عبارة عن سلسلة من العمليات الصناعية المستخدمة لإزالة كل أو جزء من الأملاح والمعادن الزائدة من المياه. تم استخدام المصطلح لإزالة الأملاح والمعادن الذائبة من الماء. ويمكن تحلية مياه البحر بحيث يمكن استخدامها في الحياة الواقعية مثل الزراعة والشرب والصناعة.
يشمل هذا العلم التطبيقي الآن عددًا كبيرًا من البلدان التي تعاني من ندرة المياه ومن المتوقع أن ينمو بشكل كبير في العقد القادم بسبب أزمة المياه المتوقعة في العديد من دول العالم، حيث تشير بعض الإحصاءات إلى أنه بسبب نقص المياه النقية، هناك مئات الآلاف ماتوا إنسانية. كما تقوم دول الخليج العربي بتحلية المياه على المستوى الصناعي. في الوقت الحالي، عانت كاليفورنيا من نقص حاد في هطول الأمطار والجفاف على مدى السنوات القليلة الماضية، ولهذا السبب بدأوا في بناء 17 محطة تحلية على نطاق صناعي.
تتطلب عملية تحلية المياه تقنيات تستهلك الكثير من الطاقة والمال ولها تأثير ضار على البيئة. يعد استهلاك الطاقة في عملية التحلية من المشكلات المهمة والعقبات الصعبة التي يجب التغلب عليها، كما أنه أحد الأهداف التي يعمل عليها مركز العلوم لإيجاد بدائل أقل استهلاكًا للطاقة وأكثر كفاءة. وصديق للبيئة.
تختلف الاتجاهات العالمية الحالية بين تحلية المياه أو النفايات ومعالجة مياه الأمطار وإعادة استخدامها. وجدنا أن معظم محطات التحلية تقع في الخليج العربي وليبيا، بينما تقع معظم محطات المعالجة في أجزاء مختلفة من العالم، مثل الولايات المتحدة وسنغافورة والدول الأوروبية.
تتم عملية التحلية على ثلاث مراحل أساسية قبل التوزيع والضخ في الشبكة وهي كالتالي:
- المعالجة الأولية للمياه
- عملية إزالة الأملاح للمياه
- المعالجة النهائية للمياه
طرق تحلية المياه
تتمحور الأساليب الحالية لتحلية المياه حول نهجين:
- يعد استخدام الغشاء، الذي يسمى أحيانًا التناضح العكسي، طريقة كهربائية.
- باستخدام التبخير الحراري، تسمى هذه الطريقة بالتقطير.
استخدام الغشاء: في عملية التحلية، يتم استخدام غشاء شبه منفذ يسمى غشاء التناضح العكسي لأن هذا الغشاء يسمح للمياه العذبة بالمرور في اتجاه الضغط المنخفض دون السماح للأملاح والبكتيريا بالمرور من خلاله. وهذا يتطلب زيادة الضغط على جانب الغشاء المملوء بمياه البحر، وهو حوالي 70 بار (70 ضغط جوي). عادة ما يتم إنشاء هذا الضغط بواسطة مضخة كهربائية. تُستخدم أغشية أخرى أيضًا لهذه العملية، مثل الرحلان الكهربي. هناك أنواع أخرى قيد الدراسة، مثل التناضح الأمامي، والترشيح النانوي، وأغشية تحلية المياه، وتركز معظم الأبحاث الحالية على إيجاد أغشية أفضل وأكثر كفاءة، لذلك من المتوقع أن يتم نشر تحلية المياه في العديد من الأماكن. الخمس وعشرون سنة القادمة.
التقطير: تتضمن هذه العملية رفع درجة حرارة المحلول الملحي إلى درجة الغليان وتشكيل بخار الماء، والذي يتكثف بعد ذلك في ماء مقطر، مما يجعل الماء المقطر خاليًا من الملح. هذا الماء المقطر ليس له طعم ويتم معالجته بعد ذلك بمواد مضافة لجعله مناسبًا للشرب أو الري. تُستخدم هذه التقنية عادةً عند الحاجة إلى العلاج محلول ملحي شبه خالٍ للتطبيقات الصناعية والكيميائية والبيولوجية، إلخ.
يمكن أن تأتي الطاقة الحرارية المستخدمة من الغاز الطبيعي أو الفحم أو المفاعلات النووية أو من تبخير الماء.
تستخدم أربعة أنواع من التقطير في عملية التحلية:
- التقطير العادي: يغلي المحلول الملحي في خزان بدون ضغط. يرتفع بخار الماء إلى أعلى الخزان ويخرج عبر مسار متصل بمكثف، والذي يقوم بتكثيف بخار الماء في قطرات الماء التي يتم تجميعها في خزان الماء المقطر. تستخدم هذه الطريقة في محطات تحلية المياه ذات الطاقة الإنتاجية الأصغر.
- الوميض متعدد المراحل: استنادًا إلى حقيقة أن درجة غليان السائل تتناسب مع الضغط الواقع عليه، فكلما انخفض الضغط على السائل، انخفضت نقطة غليانه. في هذه الطريقة، يتم تسخين المياه المالحة وتمريرها عبر غرف الضغط المنخفض المتتالية، ويتحول الماء إلى بخار ماء يتكثف على سطح بارد. يتم جمعها ومعالجتها بكميات مناسبة للشرب. تستخدم هذه الطريقة في محطات تحلية المياه ذات الطاقة الإنتاجية الكبيرة (30000 متر مكعب، أو حوالي 8 مليون جالون من المياه يوميًا).
- التقطير متعدد المراحل (متعدد التأثيرات): لا يزال التأثير المتعدد يستخدم البخار المتصاعد من المبخر الأول للتكثيف في المبخر الثاني. لذلك، يتم استخدام حرارة التكثيف لغلي المحلول الملحي في المبخر الثاني، وبالتالي يعمل المبخر الثاني كمكثف للبخار من المبخر الأول، والذي يصبح المهمة في المبخر الثاني مماثلة لتسخين البخار في المبخر الأول. وبالمثل، يعمل المبخر الثالث كمكثف للثاني، وهكذا، يُطلق على كل مبخر في السلسلة تأثير.
- التقطير باستخدام الطاقة الشمسية: تعتمد هذه الطريقة على استخدام الطاقة الشمسية لتسخين المحلول الملحي إلى درجة التبخر، حيث يتم تكثيفه على سطح بارد وتجميعه في أنابيب.
مراحل تحلية المياه
- معالجة المياه الأولية: يزيل المواد الصلبة العالقة مثل الأوساخ والبكتيريا من معظم المياه. يتم إجراؤه عن طريق معالجة المياه الأولية التقليدية أو عن طريق معالجة المياه الأولية الحديثة. خلال هذه العملية، تتم إضافة بعض المواد الكيميائية لتسهيل عمليات المعالجة.
- عملية التحلية: تقوم بإزالة جميع الأملاح الذائبة والفيروسات والمواد الأخرى من المياه مثل المواد الكيميائية والعضوية التي يتم نقلها وتذويبها في الماء. وهي مصنوعة باستخدام الغشاء أو التقطير. انظر طرق التحلية
- المعالجة النهائية للمياه: حيث يتم إضافة بعض الملح ومواد أخرى لجعل المياه صالحة للاستخدام البشري، وفقط إذا كان الغرض من العملية هو خدمة المرافق المتعلقة بالاستهلاك البشري المباشر (مثل الشرب أو الاستخدام المنزلي أو الزراعة). لا يضاف الملح إذا تم استخدام الملح في التطبيقات الصناعية والمستحضرات الصيدلانية، حيث يمكن أن تؤثر سلبًا على جودة المنتج.
المشاكل البيئية وعوامل يجب النظر إليها
يجب مراعاة القضايا البيئية عند دراسة تحلية المياه. تستهلك عملية التحلية بأكملها الكثير من الطاقة التي يتم الحصول عليها عن طريق حرق الوقود أو الزيت أو استخدام الكهرباء أو الطاقة النووية، أو رفع نسبة ثاني أكسيد الكربون أو القلق من مضاعفات التسرب الإشعاعي. بالإضافة إلى ذلك، المخاوف البيئية بقايا عملية التحلية، المسماة بالمحلول الملحي، عندما تُلقى في البحر تزيد من كمية الأملاح الذائبة فيها، مما يؤثر سلبًا على الحياة البحرية. من الضروري اختيار مكان سحب المياه وكيفية ضخ المياه إلى محطة التحلية، حيث قد يؤدي ذلك إلى زيادة الطاقة المستخدمة، وكذلك اختيار مكان معالجة المياه. ركز مع الملح لتجنب الآثار الضارة على الحياة المائية. المواد الكيميائية المستخدمة في عملية التحلية لها مشاكل أخرى، وإذا تم تجاوز حدودها، فإنها يمكن أن تسبب المرض على المدى الطويل.
مجالات البحث والتطوير
في مراكز الأبحاث حول العالم، أجرِ بحثًا حول أحد الموضوعات التالية:
- البحث عن بدائل لطرق عملية التحلية الحالية: من خلال إيجاد أغشية جديدة أفضل من تلك الموجودة واختيار العوامل الكيميائية والتشغيلية المناسبة في عملية فصل الأملاح.
- إيجاد بدائل للمواد الكيميائية المضافة: استخدام الهندسة الوراثية لتسريع تنقية المياه والمعالجة الميكروبية
- ابحث عن بدائل للطاقة المستخدمة في عملية التحلية: استخدم مصادر الطاقة المتجددة مثل الطاقة الشمسية أو طاقة الرياح أو طاقة الأمواج.
