شیرین‌سازی آب دریا؛ فرصت یا تهدید
در حال حاضر کمبود آب ۴۰ درصد از جمعیت جهان را تحت تأثیر قرار داده و این معضل به دلیل گرم شدن کره زمین در حال تشدید و بدتر شدن است، اکنون مهم‌تر از هر زمان دیگری یافتن راهحلهای پایدار برای خنثی کردن اثرات کم‌آبی باید مدنظر قرار گیرد.
شیرین‌سازی آب دریا یکی از سیاست‌های موفق کشورهای مختلف در مواجه با کم‌آبی در سراسر دنیا است. به‌طوری‌که رشد سریع آب‌شیرین‌کن‌های دریایی در ده سال اخیر منجر به دو برابر شدن ظرفیت تولید آب شیرین از منابع آب‌شور طی یک دهه شده است. ظرفیت کلی شیرین‌سازی آب دریا در جهان ۱۰۰ میلیون مترمکعب در شبانه‌روز است که از این ظرفیت ۳۹ درصد در خاورمیانه، ۸ درصد آفریقا، ۲۱ درصد در آسیا، ۱۱ درصد در اروپا ، ۱۲ درصد در آمریکا و ۳ درصد در سایر مناطق انجام می‌پذیرد. منطقه خاورمیانه یکی از مناطق پیشرو در توسعه آب‌شیرین‌کن‌های صنعتی در سال‌های اخیر بوده است؛ خصوصاً کشورهای حاشیه خلیج‌فارس مانند عربستان، امارات و قطر که در دهه‌های گذشته در توسعه ظرفیت‌های شیرین‌سازی آب دریا پیشرفت‌های چشمگیری داشته‌اند.
مکانیسم کار دستگاه‌های آب‌شیرین‌کن
مهراد فرهادیان، رئیس پژوهشکده محیط‌زیست دانشگاه اصفهان در گفت‌وگو با ایسنا، در توضیح مکانیسم کار دستگاه‌های آب‌شیرین‌کن، اظهار کرد: نمکزدایی آب‌شور و آب دریا یکی از راه‌های مناسب برای تأمین آب شیرین است که فرآیندهای مختلف شیرین‌سازی آب به دودسته کلی حرارتی و غشایی تقسیم‌بندی می‌شود. وی افزود: در فرآیند شیرین‌سازی به روش حرارتی تغییر فاز صورت می‌گیرد و برای این تغییر فاز انرژی حرارتی زیادی موردنیاز است. این فرآیند به سه دسته مهم تبخیر چندمرحله‌ای، تبخیر چنداثره و بخار فشرده تقسیم می‌شود. عضو هیات علمی گروه مهندسی شیمی دانشگاه اصفهان در توضیح چگونگی مکانیسم شیرین‌سازی به روش غشایی، خاطرنشان کرد: شیرین‌سازی به روش غشایی از روش‌های مرسوم در شیرین‌سازی و تصفیه آب است که تغییر فازی در آن صورت نمی‌گیرد. این روش‌ها به دودسته کلی اسمز معکوس و الکترودیالیز تقسیم می‌شود. فرآیند الکترودیالیز کاهش شوری آب را در غشاء تحت تأثیر اختلاف‌پتانسیل الکتریکی، از طریق انتقال یون‌های حاصل از تجزیه آب انجام می‌دهد. با عبور جریان الکتریکی از میان محلول آب لب‌شور که نقش الکترولیت را دارد، اجزاء محلول‌شده یونی با بار مثبت، مانند سدیم و کلسیم، جذب الکترود منفی (کاتد) و یون‌های دارای بار منفی، مانند کلر و کربنات‌ها، جذب الکترود مثبت (آند) شده و از غشاء عبور می‌کنند و درنهایت آب باقی‌مانده در میان این غشاء، عاری از نمک می‌شود. فرهادیان اضافه کرد: در فرآیند اسمز معکوس از غشاهای نیمه‌تراوا برای جداسازی آب شیرین از محلول نمک استفاده می‌شود. در این فرآیند از غشاهای نیمه‌تراوا برای جداسازی آب شیرین از محلول نمک استفاده می‌شود.
اگر داخل ظرفی یک غشاء نیمه‌تراوا نصب شود و در یک سمت آن آب‌شور و در سمت دیگر، آب خالص ریخته شود با عبور آب خالص از غشاء سطح آب‌شور بالا و به‌طور هم‌زمان ارتفاع سمت آب خالص پایین می‌آید. به این فرآیند که شامل عبور آب خالص به سمت آب‌شور است، فرآیند اسمزی گفته می‌شود؛ اما اگر فشار سمت آب‌شور افزایش یابد، به این معنی که نمک محلول در آب‌شور از غشاء عبور نکرده و بنابراین حجم آب خالص در سمت دیگر غشاء افزایش یابد، فرآیند را اسمز معکوس می‌نامند. فشار اعمالی در این فرآیند به حدود ۸۰-۵۰ اتمسفر جهت عبور آب‌شور از غشاء می‌رسد. آب ورودی تحت‌فشار بالا پمپ قرارگرفته و جریانی در میان سطح غشاء ایجادشده است. آب ورودی تحت این فشار بالا از غشاء عبور کرده و بیشتر جامدات محلول در آن از آب حذف و آب شیرین تولید می‌شود. این روش مصرف انرژی نسبتاً پایینی دارد و عمدتاً برای شیرین‌سازی آب دریا مورداستفاده قرار می‌گیرد. ازجمله مزایای فرآیند اسمز معکوس نسبت به سایر روش‌ها می‌توان به راندمان بالای نمکزدایی، عدم نیاز به مواد شیمیایی و نیاز کمتر به افراد متخصص و تمام‌وقت را نام برد. مصرف انرژی و تولید گازهای گلخانه‌ای این فرآیند در مقایسه با تقطیر چندمرحله‌ای و تقطیر چنداثره کمتر است. وی توضیح داد: در تصویر شماره ۱ توزیع جهانی واحدهای اسمز معکوس، تبخیر ناگهانی چندمرحله‌ای، تبخیر چنداثره، الکترودیالیز را نشان داده است. همان‌طور که مشاهده می‌شود ظرفیت ۳ فناوری اسمز معکوس، تقطیر چندمرحله‌ای و تقطیر چنداثره بالاتر از سایر فناوری‌ها است.
اثرات زیست‌محیطی دستگاه‌های آب‌شیرین‌کن
رئیس پژوهشکده محیط‌زیست دانشگاه اصفهان در پاسخ به این پرسش که این دستگاه‌ها چه اثرات زیست‌محیطی دارند؟ تصریح کرد: آب‌شیرین‌کن کن‌ها با توجه به نوع روش شیرین‌سازی و نحوه بهره‌برداری از آن‌ها در کوتاه‌مدت و بلندمدت می‌توانند آثار زیست‌محیطی مختلفی را بر محیط اطراف خود داشته باشند. از مهم‌ترین انواع آلودگی‌های تولیدشده توسط این صنایع می‌توان به آلودگی‌های صوتی، حرارتی و شیمیایی اشاره کرد. با توجه به اینکه بسته به نوع فرایند شیرین‌سازی در حدود ۲۰ تا ۷۰ درصد آب تغذیه آب‌شیرین‌کن‌ها را پساب تشکیل می‌دهد، مهم‌ترین آثار زیست‌محیطی ناشی از این فعالیت‌ها مربوط به تخلیه پساب آن‌ها به محیط است. فرهادیان در توضیح اینکه پساب این دستگاه‌ها به چه صورت آثار نامطلوبی بر محیط‌زیست ایجاد می‌کند؟، ادامه داد: پساب آب‌شیرین‌کن‌ها به علت وجود سه عامل شوری، حرارت و مواد شیمیایی آثار زیست‌محیطی نامطلوبی را بر محیط پیرامون خود ایجاد می‌کند. به‌علاوه در اثر آبگیری آب شیرین‌ها از دریا، مقادیری از آبزیان همچون ماهی‌ها، ستاره دریایی، حلزون‌ها و جلبک‌ها به همراه آب وارد لوله‌های ورودی آب شیرین‌کن می‌شوند و از بین می‌روند.
این استاد دانشگاه، دیگر اثر زیست‌محیطی بسیار مهم آب‌شیرین‌کن‌ها را تغییرات غلظت نمک ناشی از شورابه آن‌ها دانست و افزود: غلظت بالای نمک دریا منجر به افزایش کدورت آب می‌شود، درنتیجه از ورود نور به آب جلوگیری کرده و در فرایند فتوسنتز تداخل ایجاد می‌کند. با افزایش غلظت نمک دریاها از تعداد پلانکتون‌ها کاسته می‌شود. خرچنگ‌ها و بی‌مهرگان دریایی حساس به افزایش شوری است و این امر تاثیر منفی بر حیات آن‌ها دارد. میزان نمک در آب دریاها و اقیانوس‌ها در حدود ۳۰-۳۷ گرم بر لیتر گزارش‌شده، این در حالی است که مقدار غلظت نمک در دهانه خروجی آب‌شیرین‌کن‌ها در حدود ۸۰ گرم بر لیتر است.
وی همچنین اضافه کرد: به‌علاوه در پساب سیستم آب‌شیرین‌کن عمدتاً فلزاتی مانند نیکل، مس، آهن، روی، کروم وجود دارد که حدود ۲۰۰ برابر بیشتر از غلظت آن‌ها در دریا است. فلزات سنگین می‌توانند در پیکره آبی، زنجیره غذایی و بافت آبزیان تجمع کرده، و در طولانی‌مدت اثرات جبران‌ناپذیری بر جای گذارند، آلودگی‌های حرارتی ناشی از پساب آب‌شیرین‌کن‌ها نیز از دیگر آثار زیست‌محیطی بسیار مهم این تجهیزات است. دمای پساب خروجی از آب‌شیرین‌کن‌ها به بیش از ۵۷ درجه سانتی‌گراد در محل تخلیه پساب می‌رسد. حرارت آب اقیانوس‌ها و دریاها ۱۰-۲۵ درجه سانتی‌گراد و نوسانات حرارتی در محل خروجی آب شیرین‌کن ۱۰-۴۰ درجه سانتی‌گراد است، این اختلاف دمایی تأثیر مستقیمی بر کاهش جمعیت فیتوپلانگتون‌ها و ماهی‌ها در نواحی اطراف خروجی آب‌شیرین‌کن‌ها دارد.
راهکارهای مدیریت اثرات زیست‌محیطی آب‌شیرین‌کن‌ها
عضو هیات علمی گروه مهندسی شیمی دانشگاه اصفهان در پاسخ به این پرسش که چه راهکارهایی برای مدیریت این اثرات وجود دارد؟ گفت: استفاده از فناوری‌های نوین شیرین‌سازی آب که به انرژی کمتری نیاز دارند، استفاده از منابع انرژی تجدید پذیر در صورت امکان و احداث تأسیسات شیرین‌سازی آب در نزدیکی نیروگاه به‌منظور استفاده از انرژی‌های قابل بازیابی نیروگاه مانند بخار خروجی از آن‌ها ازجمله برخی راهکارها است.
فرهادیان توضیح داد: مهم‌ترین اثرات زیست‌محیطی ایجادشده توسط فرایندهای شیرین سازی در اثر دفع پساب حاصل می‌شود. به همین خاطر تخلیه پساب باید در مناطقی صورت گیرد که اکوسیستم حساسیت کمتری در مقابل بار آلاینده‌های ورودی داشته باشند و یا ترکیبات خروجی پساب باید قبل از ورود به دریا کاملاً تصفیه شوند، یکی از پیشنهاد‌های کاهش اثرات زیست‌محیطی، دفع پساب در محل‌هایی است که کمترین مخاطرات زیست‌محیطی را به دنبال داشته باشند. برخی از روش‌های دفع عبارت‌اند از تبخیر پساب‌ها و تولید نمک جامد، تزریق پساب‌ها به درون چاه‌های عمیق، استفاده در کاهش یخبندان‌های جاده‌ای و یا تولید محصولات باارزش افزوده بیشتر همچون تولید گاز کلر، آب‌ژاول، اسیدکلریدریک و سود سوزآور است.
وضعیت تولید دستگاه‌های آب‌شیرین‌کن در دنیا
این استاد دانشگاه در خصوص وضعیت تولید دستگاه‌های آب‌شیرین‌کن در دنیا، گفت: در کشورهای حوزه خلیج‌فارس و دریای مدیترانه تجمع واحدهای آب شیرین‌کن بسیار شدید است. همچنین درصد بسیار زیادی از واحدها (حدود ۶۲ درصد) از آب دریا تغذیه می‌کنند. بیشترین ظرفیت آب‌شیرین‌کن‌های دنیا در منطقه خاورمیانه و دریای خلیج‌فارس قرارگرفته است.
فرهادیان افزود: ظرفیت کلی شیرین سازی آب دریا در جهان ۱۰۰ میلیون مترمکعب در شبانه‌روز است که از این ظرفیت ۳۹ درصد در خاورمیانه، ۸ درصد آفریقا، ۲۱ درصد در آسیا، ۱۱درصد در اروپا، ۱۲درصد در آمریکا و ۳ درصد در سایر مناطق انجام می‌پذیرد.
وی بابیان اینکه عربستان دارای بزرگ‌ترین بازار شیرین‌سازی آب دریا است، توضیح داد: عربستان با تولید بیش از ۱۴ میلیون مترمکعب آب در شبانه‌روز، رتبه نخست دنیا در استفاده از صنعت نمکزدایی را دارد. ظرفیت تولید آب شیرین در واحدهای نمکزدایی در کشورهای امارات، کویت، قطر، بحرین و عمان به ترتیب ۹، ۳، ۱.۸، ۱.۱ و ۱ میلیون مترمکعب در شبانه‌روز است.
رتبه ایران در استفاده از آب‌شیرین‌کن‌ها
عضو هیات علمی گروه مهندسی شیمی دانشگاه اصفهان، در پاسخ به این پرسش که وضعیت ایران در این زمینه به چه صورت است؟ گفت: ظرفیت ایران در تولید آب شیرین حدود ۵۰۰ هزار مترمکعب در شبانه‌روز است.
وی افزود: برای نمکزدایی و آب‌شیرین‌کن برای استان‌های بوشهر، هرمزگان و سیستان و بلوچستان، مجوز ۴.۴ میلیارد مترمکعب در سال داده‌شده است درحالی‌که تاکنون ۷۶۰ میلیون مترمکعب در سال آب‌شور برای تولید ۲۳۰ میلیون مترمکعب آب شیرین در سال برداشت می‌شود. بر اساس آخرین آمار ارائه‌شده توسط وزارت نیرو، اکنون میزان مصرف آب در کشور سالانه ۹۶ میلیارد مترمکعب است که در حال حاضر در ایران میزان مصرف آب در بخش صنعت ۲ درصد، در بخش خانگی ۶ درصد و در بخش کشاورزی ۹۲ درصد است.
