شیرین‌سازی یا تصفیه آب شور به معنی حذف نمک و سایر مواد معدنی از آب است. آبی که از این فرایند به دست می‌آید برای آشامیدن، کشاورزی و صنایع مختلف استفاده می‌شود. ازآنجایی‌که در سال‌های اخیر بسیاری از کشورهای دنیا وارد بحران آب شده‌اند و با مشکل تأمین آب مواجه‌اند، روش های شیرین سازی آب و تصفیه آب شور با استقبال و توجه بیشتری مواجه شده است. البته ما در شرکت خلیج فارس در این مقاله برایتان توضیحاتی در مورد انواع روش های شیرین سازی آب صحبت کرده‌ایم. خوشحال می شویم تا انتها همراه ما باشید.
انواع روش های شیرین سازی آب
در شیرین‌سازی آب، آب شور به دو قسمت تقسیم می‌شود که یکی غلظت نمک کمی دارد که همان آب تصفیه شده است و دیگری که غلظت نمک بیشتری دارد، با عنوان کنسانتره شناخته می‌شود. در جهان از دو نوع فناوری حرارتی و غشایی برای شیرین کردن آب استفاده می‌شود که در ادامه بررسی می‌کنیم.
فناوری حرارتی
در این فناوری‌ها آب گرم می‌شود و بخار غلیظ شده آن به‌صورت آب مقطر جمع‌آوری می‌شود. این فناوری‌ها هزینه بالایی دارند و به‌صرفه نیستند. اما برای نمک‌زدایی آب دریا در سه گروه استفاده می‌شوند.
تقطیر فلش چند مرحله ای (MSF)
در این روش تقطیر در چند مرحله و چند محفظه انجام می‌شود. فشار محفظه‌ها به‌تدریج پایین می‌آید؛ یعنی سرعت جوشیدن آب در محفظه اول از آخر بیشتر است. در هر مرحله آب تقطیر شده جمع‌آوری شده، خنک می‌شود و به مرحله بعد می‌رود. این روش از اواخر دهه ۱۹۵۰ استفاده شد و برخی از آنها ۱۵ تا ۲۵ مرحله دارند؛ اما ظرفیت بسیار کمی در حدود ۱۵ میلی‌گرم در روز دارند.
در روش های شیرین سازی آب مبتنی بر تقطیر، کارخانه‌ها در معرض خوردگی و فرسایش شدید هستند و باید از فولاد ضدزنگ استفاده شود. معمولاً این کارخانه‌ها در خاورمیانه که منابع انرژی ارزان است ساخته می‌شوند.
تقطیر چند اثر (MED)
تقطیر چند اثره یا مالتی افکت در یک سری ظروف (افکت) انجام می‌شود که از تبخیر و میعان در فشار کمتر از محیط استفاده می‌کند. با کم شدن فشار، آب در دمای کمتری به جوش می‌آید؛ بنابراین بخار آب هر ظرف به‌عنوان عامل گرم‌کننده ظرف بعدی عمل می‌کند. هرچه تعداد افکت‌ها بیشتر باشد نمک‌زدایی هم بهتر انجام می‌شود. این دستگاه‌ها می‌توانند به‌صورت لوله‌های افقی، عمودی یا ترکیبی باشند.
تقطیر فشرده سازی بخار (VCD)
این روش هم می‌تواند به‌تنهایی، هم در ترکیب با سایر روش‌ها مثل MED استفاده شود. گرمای حاصل از تبخیر آب به‌جای تبادل مستقیم گرما از بخار تولید شده در دیگ بخار، از فشرده‌سازی بخار به دست می‌آید. واحد فشرده‌سازی بخار یا VC به شکل‌ها و با ساختارهای مختلفی ساخته می‌شود. معمولاً برای تولید گرمای تبخیر از کمپرسور مکانیکی استفاده می‌شود. معمولاً واحدهای فشرده‌سازی بخار ظرفیت کمی دارند و از آنها در هتل‌ها، اقامتگاه‌ها و برای کاربردهای صنعتی استفاده می‌شود.
بیشتر بخوانید: کلر چیست و چه کاربردی دارد؟
فناوری غشایی
روش های شیرین سازی آب به شکل غشایی به دو دسته کلی الکترو دیالیز/ الکترودیالیز معکوس (ED/EDR) و اسمز معکوس (RO) تقسیم می‌شوند.
الکترودیالیز (ED) و الکترودیالیز معکوس (EDR)
الکترودیالیز یک فرایند غشایی مبتنی بر ولتاژ است. برای حرکت دادن نمک از پتانسیل الکتریکی استفاده می‌شود و در نهایت آب شیرین به‌عنوان محصول نهایی باقی می‌ماند. این روش در دهه ۱۹۶۰ معرفی شد و در ابتدا برای نمک‌زدایی آب‌های شور مثل آب دریا به کار می‌رفت.
الکترودیالیز طبق اصول زیر انجام می‌شود:
- اکثر نمک‌های محلول در آب یون‌هایی هستند که دارای بار مثبت (کاتیون‌ها) و یا دارای بار منفی (آنیون‌ها) هستند.
- ازآنجایی‌که قطب‌های مشابه یکدیگر را دفع می‌کنند و برخلاف قطب‌ها جذب می‌شوند، یون‌ها با بار الکتریکی مخالف به سمت الکترودها مهاجرت می‌کنند.
- غشاهای مناسبی را می‌توان ساخت تا امکان عبور انتخابی آنیون‌ها یا کاتیون‌ها را فراهم کند
در یک محلول نمکی، یون‌های مثبت سدیم و منفی کلرید با عبور از غشاهای مختلف به سمت الکترود مخالف مهاجرت می‌کنند. معمولاً غشاها به شکل یکی در میان، غشای آنیونی و غشای کاتیونی نصب می‌شوند. به‌این‌ترتیب محتوای نمک آب درون کانال کم شده ولی در نزدیکی الکترودها محلول غلیظی ایجاد می‌شود. محلول‌های غلیظ و رقیق در فضاهای بین غشاهای متناوب ایجاد می‌شود و این فضاهای محدود شده توسط دو غشای سلول نامیده می‌شود. دستگاه‌های ED از صدها سلول تشکیل می‌شوند که به آنها پشته می‌گویند و آب همواره در حال عبور از آنهاست تا آب شیرین و جریان آب‌نمک کنسانتره ایجاد شود.
در اوایل دهه ۱۹۷۰ فرایند معکوس دیالیز یا EDR هم معرفی شد که مثل ED عمل می‌کند؛ اما هر دو کانال محصول و کنسانتره یکی هستند. چند بار در ساعت قطبیت الکترودها معکوس می‌شود تا یون‌ها در جهت مخالف در همه غشاها جذب شوند. بلافاصله بعد از این معکوس شدن، آب شیرینی که به‌عنوان محصول تولید شده خارج می‌شود و سپس فرایند تصفیه از سر گرفته می‌شود. فرایند معکوس دیالیز برای شستن فلس‌ها، لجن‌ها و سایر رسوبات است که به کاهش رسوب غشا کمک می‌کند. روشی که توضیح دادیمف معمولاً برای آب‌هایی که شوری کمی دارند استفاده می‌شود.
اسمز معکوس (RO) و نانوفیلتراسیون (NF)
اسمز معکوس در دهه ۱۹۷۰ ارائه شد و یکی از پرکاربردترین روش های شیرین سازی آب است. در این فرایند آب با فشار وارد یک غشای نیمه‌تراوا می‌شود تا آب شیرین و آب‌نمک متمرکز ایجاد شود. نانوفیلتراسیون (NF) هم یک روش غشایی است که برای حذف یون‌های نمک دو ظرفیتی مثل کلسیم، منیزیم و سولفات استفاده می‌شود؛ اما روش اسمز معکوس یا RO برای حذف سدیم و کلرید از آب‌هایی مثل آب دریا به کار می‌رود.
اسمز یک پدیده طبیعی است که در آن، آبی که غلظت کمتری دارد از طریق یک غشای نیمه‌تراوا به محلول غلیظ‌تر منتقل می‌شود. وقتی به محلولی که نمک بیشتری دارد فشار وارد شود، آب از طریق غشای نیمه‌تراوا به‌صورت معکوس جریان می‌یابد و نمک پشت سر آن برجا می‌ماند. این فرایند اسمز معکوس یا RO است.
در کارخانه RO ابتدا پیش تصفیه انجام می‌شود تا هیچ ماده معلقی در آب نباشد. این کار با روش‌های شیمیایی، رسوب سازی، فیلتراسیون و غیره انجام می‌شود. در این کارخانه‌ها پمپ‌های فشار قوی هستند که فشار مورد نیاز برای عبور آب از غشا و دفع نمک را فراهم می‌کنند. خود غشا از یک مخزن تحت فشار و یک غشای نیمه‌تراوا در داخل تشکیل شده است که به آب اجازه عبور از آن را می‌دهد. غشاها به شکل مارپیچی و ورقه‌ای هستند. آب پس از عبور از این غشاها در لوله مرکزی جمع می‌شود و نمک باقی می‌ماند. مقداری از آب شیرین در این مرحله تخلیه می‌شود. میزان این آب می‌تواند بین ۲۰ تا ۵۰ درصد باشد.
البته برای تجربه ی این فرایند می توانید به صفحه قيمت دستگاه تصفیه آب سایت پرشین گلف مراجعه کنید دستگاهی را متناسب با نیاز تان خریداری کنید.
ساده ترین راه تصفیه آب شور چیست؟
تقطیر، ساده ترین راه تصفیه اب شور و نمک‌زدایی از آب دریاست. این روش را در بخش تقطیر فلش چند مرحله‌ای (MSF) توضیح دادیم. برای این کار نیاز به حداقل دو محفظه دارید که با لوله به هم متصل شده باشند. وقتی آب در یکی از محفظه‌ها می‌جوشد، بخار آن وارد محفظه دوم شده و در آنجا متراکم می‌شود. نمک که سنگین است و نمی‌تواند بخار شود در محفظه اول باقی می‌ماند.
می‌توان آب شور را با کمک انرژی خورشید هم تصفیه کرد به این شکل که دور یک ظرف بزرگ یک‌پارچه یا پلاستیک تیره می‌پیچیم و آب‌نمک را درون آن می‌ریزیم. ظرف کوچک‌تر را در مرکز ظرف بزرگ‌تری که آب دارد می‌گذاریم و روی هر دو ظرف را با پلاستیک می‌جوشانیم. زمانی که ظرف بزرگ در اثر گرمای خورشید گرم شود، آب بخار شده و تقطیر آن وارد ظرف کوچک می‌شود.
یکی دیگر از روش‌های ساده تصفیه آب شور استفاده از روش اسمز معکوس (RO) است که یون‌های نمک را محدود می‌کنند و فقط به آب اجازه عبور می‌دهند. البته این روش کمی گران است؛ اما در حال حاضر پنل‌های خورشیدی آن هم در بازار هستند.
مزایای شیرین سازی آب دریا و تصفیه آب شور
از جمله مزایای شیرین‌سازی آب دریا و آب‌های شور می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
- تأمین آب آشامیدنی سالم برای مردم
- تأمین آب سالم برای کشاورزی
- ارتقای کیفیت آب تا حدی که موجب بیماری و به خطر افتادن سلامت افراد نشود
- یک متد تست شده و مطمئن است.
- حفظ و استفاده کمتر از منابع آب شیرین کنونی
- حفظ گیاهان و آسیب ندیدن بافت گیاهی
- کمک به حفظ حیوانات و زیستگاه‌های مناطق مختلف
جمع‌بندی
روش‌های مختلفی برای تصفیه آب وجود دارد که هر کدام مزایا و معایب خاص خود را داشته و نیاز به تجهیزات مختلفی دارند. شیرین کردن آب با دو روش اصلی حرارتی و غشایی انجام می‌شود و در نتیجه آب، آب قابل‌آشامیدن و سالمی به دست می‌آید که می‌تواند نیازهای بدن انسان‌ها را تأمین کند و موجب بیماری آنها نشود. این روش‌ها درصد تصفیه مختلفی دارند و مناسب‌ترین روش، نسبت به فاکتورهای متفاوتی مثل شوری آب یا هزینه تأمین انرژی تعیین می‌شود.