به گزارش اقتصاد سرآمد، شیرین‌سازی آب دریا یکی از سیاست‌های موفق کشور‌های مختلف در مواجه با کم‌آبی در سراسر دنیا است. به‌طوریکه رشد سریع آب شیرین‌کن‌های دریایی در ده سال اخیر منجر به دو برابر شدن ظرفیت تولید آب شیرین از منابع آب شور طی یک دهه شده است. ظرفیت کلی شیرین‌سازی آب دریا در جهان ۱۰۰ میلیون متر مکعب 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 خلیج فارس مانند عربستان، امارات و قطر که در ده‌های گذشته در توسعه ظرفیت‌های شیرین‌سازی آب دریا پیشرفت‌های چشمگیری داشته‌اند.

مکانسیم کار دستگاه‌های آب شیرین‌کن
مهراد فرهادیان، رئیس پژوهشکده محیط زیست دانشگاه اصفهان در گفتگو با ایسنا، در توضیح مکانیسم کار دستگاه‌های آب شیرین‌کن، اظهار کرد: نمک‌زدایی آب شور و آب دریا یکی از راه‌های مناسب برای تأمین آب شیرین است که فرآیند‌های مختلف شیرین­‌سازی آب به دو دسته 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 مورد نیاز است. این فرآیند به سه دسته مهم تبخیر چندمرحله‌­ای، تبخیر چنداثره و بخار فشرده تقسیم می‌­شود.

عضو هیئت 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 دو دسته کلی اسمز معکوس و الکترودیالیز تقسیم می­‌شود. فرآیند الکترودیالیز کاهش شوری آب را در غشاء تحت تأثیر اختلاف پتانسیل الکتریکی، از طریق انتقال یون­‌های حاصل از تجزیه آب انجام می­‌دهد. با عبور جریان الکتریکی از میان محلول آب لب شور 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 در نهایت آب باقی­مانده در میان این غشاء، عاری از نمک می­‌شود.

فرهادیان اضافه کرد: در فرآیند اسمز معکوس از غشا‌های نیمه تراوا برای جداسازی آب شیرین از محلول نمک استفاده می­‌شود. در این فرآیند از غشا‌های نیمه تراوا برای جداسازی آب شیرین از محلول نمک استفاده می­‌شود. اگر داخل ظرفی یک غشاء نیمه تراوا نصب شود و در یک سمت آن آب شور و در سمت دیگر، آب خالص ریخته شود با عبور آب خالص از غشاء سطح آب شور بالا و به‌طور همزمان ارتفاع سمت آب خالص پایین می­‌آید. به این فرآیند که شامل عبور آب خالص به سمت آب شور است، فرآیند اسمزی گفته می­‌شود؛ اما اگر فشار سمت آب شور افزایش یابد، به این معنی که نمک محلول در آب شور 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 آب شور از غشاء می‌­رسد. آب ورودی تحت فشار بالا پمپ قرار گرفته و جریانی در میان سطح غشاء ایجاد شده 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 مورد استفاده قرار می­‌گیرد. از جمله 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 تمام وقت 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 زیست محیطی دستگاه‌های آب­ شیرین‌­کن­
رئیس پژوهشکده محیط زیست دانشگاه اصفهان در پاسخ به این پرسش که این دستگاه‌ها چه اثرات زیست محیطی دارند؟ تصریح کرد: آب‌شیرین کن‌ها با توجه به نوع روش شیرین‌سازی و نحوه بهره‌برداری از آن‌ها در کوتاه مدت و بلندمدت می‌توانند آثار زیست محیطی 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 آب شیرین کن‌ها را پساب تشکیل می‌دهد، مهم‌ترین آثار زیست محیطی 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 محیط زیست ایجاد می‌کند؟، ادامه داد: پساب آب شیرین‌کن‌ها به علت وجود سه عامل شوری، حرارت و مواد شیمیایی آثار زیست محیطی نامطلوبی را بر محیط پیرامون خود ایجاد می‌کند. به علاوه 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 زیست محیطی بسیار مهم آب­‌شیرین­کن­‌ها را تغییرات غلظت نمک ناشی از شورابه آن­ها دانست و افزود: غلظت بالای نمک در دریا منجر به افزایش کدورت آب می­‌شود، در نتیجه از ورود نور به آب جلوگیری کرده و در فرایند فتوسنتز تداخل ایجاد می­‌کند. با افزایش غلظت نمک در 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 گزارش شده، این در حالی است که مقدار غلظت نمک در دهانه خروجی آب‌شیرین‌کن‌­ها در حدود ۸۰ گرم بر لیتر است.

وی همچنین اضافه کرد: به علاوه در پساب سیستم آب‌شیرین­کن‌­ها عمدتاً فلزاتی مانند نیکل، مس، آهن، روی، کروم وجود دارد که حدود ۲۰۰ برابر بیش­تر از غلظت آن­ها در در دریا است. فلزات سنگین می­‌توانند در پیکره آبی، زنجیره غذایی و بافت آبزیان تجمع کرده، و در طولانی مدت اثرات جبران‌ناپذیری بر جای گذارند، آلودگی­‌های حرارتی ناشی از پساب آب شیرین‌کن­‌ها نیز از دیگر آثار زیست محیطی بسیار مهم این تجهیزات است. دمای پساب خروجی از آب شیرین‌کن‌ها 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 فیتوپلانکتون­‌ها و ماهی‌­ها در نواحی اطراف خروجی آب شیرین‌کن­‌ها دارد.

راهکار‌های مدیریت اثرات زیست محیطی آب­‌شیرین­‌کن­‌ها

عضو هیئت 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 شیری­‌سازی آب که به انرژی کمتری نیاز دارند، استفاده از منابع انرژی تجدیدپذیر در صورت امکان و احداث تأسیسات شیرین‌سازی آب در نزدیکی نیروگاه به منظور استفاده از انرژی‌­های قابل بازیابی نیروگاه مانند بخار خروجی از آن‌ها از جمله برخی راهکار‌ها است.

فرهادیان توضیح داد: مهم‌ترین اثرات زیست محیطی 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 پیشنهادات کاهش اثرات زیست­‌محیطی، دفع پساب در محل­‌هایی است که کمترین مخاطرات زیست محیطی را به دنبال داشته باشند. برخی از روش‌­های دفع عبارتند از تبخیر پساب­‌ها و تولید نمک جامد، تزریق پساب‌­ها به درون چاه­‌های عمیق، استفاده در کاهش یخبندان­‌های جاده­ای و یا تولید محصولات با ارزش افزوده بیشتر همچون تولید گاز کلر، آب ژاول، اسید کلریدریک و سود سوزآور است.