معلومات عن طرق تحلية المياه أهميتها

الماء ضروري جدًا للحياة وهو من أكثر الموارد الموجودة على الأرض وفرة ، حيث يغطي حوالي 3/4 من سطح الأرض. على الرغم من أنه يغطي الجزء الأكبر من الأرض ، إلا أن هناك نقصًا حادًا في مياه الشرب في العديد من البلدان حول العالم ، وخاصة البلدان النامية ودول منطقة الشرق الأوسط. والسبب في هذا الوضع هو أن ما يقرب من 97.5٪ من مياه الأرض عبارة عن مياه مالحة موجودة في المحيطات والباقي 2.5٪ مياه عذبة وهي على شكل مياه جوفية وجبال جليدية وبحيرات وأنهار ، والتي تخدم معظم احتياجات الإنسان والحيوان.

وفقًا لبرنامج الأمم المتحدة للبيئة ، يعيش ثلث سكان العالم في بلدان تفتقر إلى موارد مياه عذبة كافية. ومن ثم فإن الأمر يتطلب جهودًا ضخمة لإتاحة موارد مائية جديدة وتقليل نقص المياه في البلدان التي تعاني من نقص في المياه العذبة. تنص إرشادات منظمة الصحة العالمية على أن الحدود المسموح بها للملوحة في مياه الشرب هي 500 جزء في المليون وفي حالات قليلة قد تمتد حتى 1000 جزء في المليون. تتراوح ملوحة معظم المياه الموجودة على الأرض حتى 10000 جزء في المليون وبالنسبة لمياه البحر قد تكون في حدود 35000-45000 جزء في المليون بسبب أملاحها الذائبة.

كل 20 عامًا ، يتضاعف معدل استهلاك المياه ليتجاوز ضعف معدل النمو السكاني. إن موارد المياه الصالحة للشرب آخذة في الانخفاض والطلب على المياه مرتفع. في الآونة الأخيرة ، أدت الأنشطة الصناعية والتنموية المختلفة إلى زيادة التلوث وتدهور جودة المياه. وبالتالي ، يعتبر نقص المياه ونوعية المياه غير الموثوق بها من العوائق الرئيسية للتنمية المستدامة للمجتمع.

الموارد المائية الحالية آخذة في التناقص وذلك بسبب التوزيع غير المتوازن لمياه الأمطار والجفاف والاستغلال المفرط لموارد المياه الجوفية وعدم كفاية التغذية لها.

نظرًا لأن موارد المياه العذبة محدودة جدًا لتلبية الاحتياجات الرئيسية للسكان ، كما أن المياه المالحة غير مناسبة للعديد من التطبيقات ، فإن تحلية المياه المالحة (مياه البحر) تظهر كنعمة لمعظم السكان لتلبية احتياجاتهم.

في هذا البحث سنقدم معلومات مفصلة عن تقنيات التحلية المختلفة المستخدمة في جميع أنحاء العالم. كما سنسلط الضوء على المزايا والعيوب التي تنطوي عليها هذه العمليات.

تحلية المياه

تحلية المياه هي العملية التي تزيل الأملاح الزائدة والمعادن من المياه أو العملية الكيميائية لتحويل مياه البحر إلى مياه صالحة للشرب. يمكن استخدام هذه العمليات للاستخدامات البلدية أو الصناعية أو أي استخدامات تجارية.

قد تشمل المصادر المياه المالحة أو مياه التغذية مياه البحر ، والمياه المالحة ، والآبار ، والسطحية (الأنهار والجداول) ، ومياه الصرف. مع التقدم التكنولوجي ، أصبحت عمليات تحلية المياه فعالة من حيث التكلفة مقارنة بالطرق الأخرى لإنتاج المياه الصالحة للاستخدام لتلبية الطلبات المتزايدة.

طرق تحلية المياه

تم تطوير عمليات تحلية مختلفة ، بعضها قيد البحث والتطوير حاليًا. التقنيات الرئيسية التي تستخدم بشكل رئيسي لتحلية المياه هي:

1. تكنولوجيا التحلية الحرارية
2. تكنولوجيا تحلية المياه بواسطة الأغشية

تشتمل كلتا التقنيتين على عدد من العمليات المختلفة ، وجزء من هذه التقنيات البديلة مثل التجميد والتبادل الأيوني التي لا تستخدم بشكل عام. كل هذه التقنيات تحتاج إلى طاقة للعمل. تُستخدم الطاقة التقليدية أو الطاقة المتجددة عمومًا في هذه الطرق.

عمليات التحلية الحرارية

والمعروف عمومًا باسم التقطير. وهي من أقدم طرق تحلية مياه البحر وتحويلها إلى مياه شرب. نادرًا ما تستخدم هذه التقنية لتحلية المياه قليلة الملوحة لأنها باهظة الثمن.

تعتمد هذه التقنية على مبادئ غلي الماء المالح وتبخيره ثم تجميع البخار المكثف للحصول على ماء نقي. يُترك الملح ويتم جمع ناتج التقطير.

تنقسم عمليات التحلية الحرارية إلى الأنواع التالية

1. التقطير الومضي متعدد المراحل.
2. تقطير متعدد التأثير (ميد)
3. التقطير بضغط البخار (VC)
4. التوليد المشترك للطاقة
5. تحلية المياه بالطاقة الشمسية

1. التقطير الومضي متعدد المراحل.

يتضمن مبدأ عملية التقطير الومضي متعدد المراحل التقطير من خلال العديد من الغرف (متعددة المراحل). هنا تعمل كل مرحلة متتالية من مراحل المصنع عند ضغوط منخفضة تدريجيًا. يتم تسخين مياه التغذية مبدئيًا تحت ضغط عالٍ ويتم تمريرها إلى غرفة الفلاش الأولى. في غرفة الوميض الأولى يتم تحرير الضغط مما يؤدي إلى غليان الماء بسرعة مما يؤدي إلى التبخر أو الوميض السريع. وتستمر هذه العملية في كل مرحلة متتالية لأن الضغط في المرحلة التالية أقل من المرحلة السابقة. يتم تحويل البخار الناتج عن الوميض إلى ماء عذب عن طريق تكثيفه على أنبوب مبادل حراري موجود في كل مرحلة. ثم يتم تبريد الأنابيب بمياه تغذية مبردة واردة.

تقطير فلاش متعدد المراحل.

في عملية تقطير فلاش متعدد المراحل. ، يتم تسخين مياه التغذية (المياه المالحة) في وعاء يعرف باسم سخان المحلول الملحي حتى تصل درجة حرارته إلى أقل من درجة حرارة الغليان المشبعة.

ثم تتدفق مياه البحر الساخنة عبر سلسلة من الأوعية ، بالتتابع ، حيث يؤدي الضغط المنخفض إلى غليان الماء بسرعة وتبخره. يشار إلى هذا الإدخال المفاجئ للماء الساخن في غرفة الضغط المنخفض باسم “التأثير الوامض” لأن الماء تقريبًا يتحول إلى بخار.

يتم تحويل نسبة صغيرة من هذا الماء إلى بخار ماء وتعتمد هذه النسبة بشكل أساسي على الضغط داخل المرحلة. يتم تحويل البخار الناتج عن الوميض إلى ماء عذب عن طريق تكثيفه على أنابيب المبادلات الحرارية (المكثف) التي تمر عبر كل مرحلة.

تقوم مياه التغذية الواردة التي تذهب إلى سخان المحلول الملحي بتبريد الأنابيب. يؤدي هذا في المقابل إلى تسخين مياه التغذية وبالتالي زيادة الكفاءة الحرارية عن طريق تقليل كمية الطاقة الحرارية التي يتطلبها سخان المحلول الملحي لرفع درجة حرارة مياه البحر.

بدأ بناء محطات التقطير فلاش متعدد المراحل. في أواخر الخمسينيات من القرن الماضي. بعض هذه المحطات يمكن أن تتكون من 15-25 مرحلة.

ينتج تقطير فلاش متعدد المراحل حوالي 64٪ من إجمالي المياه المحلاة في العالم في الوقت الحاضر. على الرغم من أن هذه العملية هي المصدر الأكثر موثوقية لإنتاج مياه الشرب من مياه البحر ، إلا أنها تعتبر عملية تتطلب طاقة تتطلب طاقة حرارية وميكانيكية كبيرة.

محطات التآكل الومضي متعدد المراحل عرضة للتآكل ما لم يتم استخدام الفولاذ المقاوم للصدأ. بالإضافة إلى التآكل ، تتعرض مصانع أطباء بلا حدود أيضًا لهجوم التآكل والاصطدام. يحدث هذا التآكل بشكل عام بسبب اضطراب مياه التغذية في غرفة الوميض ، عندما تنتقل من مرحلة إلى أخرى.

مزايا وعيوب تقطير فلاش متعدد المراحل

• تعتبر مصانع تقطير فلاش متعدد المراحل سهلة التركيب نسبيًا وسهلة التشغيل.
• لا تحتوي على أجزاء متحركة ، بخلاف المضخات التقليدية ، وتحتوي فقط على قدر معين من أنابيب التوصيل.
• تحتوي جودة مياه الصرف على 2-10 جزء في المليون من المواد الصلبة الذائبة مما يعني مستوى عالٍ من التنقية. لذلك يتم إعادة تمعدنها في عملية ما بعد المعالجة لجعلها مستساغة وصالحة للاستهلاك.
• على الرغم من أن تشغيل المصانع في درجات حرارة أعلى (أكثر من 115 درجة مئوية) يحسن كفاءتها ولكنه يسبب مشاكل في التقشر لأن الأملاح مثل كبريتات الكالسيوم تترسب على أسطح الأنابيب وتسبب مشاكل حرارية وميكانيكية مثل انسداد الأنبوب.
• تعتبر عملية كثيفة الطاقة ، وتتطلب طاقة حرارية وميكانيكية ، ولكن يمكن التغلب عليها من خلال نظام التوليد المشترك.
• تؤدي إضافة المزيد من المراحل إلى نظام أطقم فلاش متعدد المراحل إلى تحسين كفاءته وزيادة إنتاج المياه ، لكنه يزيد من تكلفة رأس المال ويسبب تعقيدًا تشغيليًا.

تقطير متعدد التأثير

تم استخدام عملية التقطير متعدد التأثيرات منذ أواخر الخمسينيات وأوائل الستينيات. يستخدم التقطير متعدد التأثيرات نفس مبادئ التقطير الومضي متعدد المراحل ولكن على عكس ذلك ، فإنه يحدث في سلسلة من الأوعية (التأثيرات) ويستخدم مبادئ التبخر والتكثيف عند الضغط المحيط المنخفض.

في عملية التقطير متعدد التأثيرات ، تنتج سلسلة من التأثيرات المبخرة للماء عند ضغوط منخفضة تدريجيًا. عندما يتناقص الضغط على التوالي ، يغلي الماء عند درجات حرارة منخفضة ويعمل بخار الماء في الوعاء الأول كوسيط تسخين للثاني ، وهكذا. كلما زادت المؤثرات ، ارتفعت نسبة الأداء.

من المعروف أن التقطير متعدد التأثيرات هو أقدم طريقة تقطير واسعة النطاق لتحلية مياه البحر. وتتمثل خصائصه الرئيسية في الماء المقطر عالي الجودة وسعة الوحدة العالية والكفاءة الحرارية العالية.

مزايا وعيوب التقطير متعدد التأثير

• تم تصميم عملية التقطير متعدد التأثيرات لتعمل في درجات حرارة منخفضة تصل إلى 70 درجة مئوية. هذا يقلل من تآكل الأنابيب وتكوين القشور على أسطحها.
• جودة مياه التغذية ليست بنفس أهمية تلك الموجودة في تقنية نظام التناضح العكسي. ومن ثم فإن تكلفة المعالجة المسبقة وتشغيل هذه التكنولوجيا منخفضة.
• استهلاك الطاقة في هذه التقنية أقل من استهلاك تقطير فلاش متعدد المراحل والأداء أعلى. ولكن يمكن اعتبار تقنية تقطير فلاش متعدد المراحل فعالة من حيث التكلفة وأقل كفاءة من تقنية التقطير متعدد التأثير فيما يتعلق بإنتاج مياه الشرب.

2. التقطير بضغط البخار (VC)

يتم تشغيل عملية التقطير بضغط البخار بشكل فردي أو يتم استخدامها جنبًا إلى جنب مع عمليات أخرى مثل التقطير متعدد التأثير. في هذه الطريقة ، تأتي حرارة تبخير ماء التغذية من انضغاط البخار وليس من التبادل المباشر للحرارة من البخار المنتج في المرجل.

• يدخل ماء البحر ( اواي ماء ) بدرجة حرارة =15 مئوية الى مبدل حراري ليمتص الطاقة الحرارية من الماء المقطر الخارج , والماء المالح الخارج .
• يدخل ماء البحر الى ناحية داخل انابيب المبخر بدرجة حرارة= 97 مئوية .
• يتولد البخار في المبخر لتصل درجة حرارتة الى 101مئوية .
• يسحب البخار من المبخر ويضغط بضاغط ليرتفع ضغطة الى 1.2جوي .وبذلك ترتفع درجة حرارتة الى 105 مئوية .
• يدفع البخار المضغوط الى ناحية خارج الانابيب المبخر بكمية الطاقة المكتسبة من الضاغط والتي رفعت حرارتة الى 105 مئوية .
• على السطح الخارجي لانابيب المبخر يتكثف البخار معطيا حرارتة ( عبر جدران الانابيب ) الى ماء البحر ليتبخر .
• يتكون الماء العذب على السطح الخارجي لانابيب المبخر ويخرج بدرجة حرارة =105مئوية  . 
• تستخدم كمية الحرارة في الماء العذب لتسخين ماء البحر الذاهب للمبخر .
• كما ترى ايضا فهناك خط مياة مالحة ( زائدة الملوحة ) خارج من المبخر ويعطي حرارتة (عبر المبدل الحراري ) لمياة البحر الداخلة للمبخر 
• عادة ما تكون هذه الوحدات أصغر من حيث السعة ، وتستخدم في الغالب في الفنادق والمنتجعات والصناعات.

مزايا وعيوب تبخر ضغط البخار

هذه الطريقة بسيطة وموثوقة وبالتالي يمكن اعتبارها خيارًا أفضل لوحدات تحلية المياه الصغيرة. عادة ما تبلغ طاقتها 3000 متر مكعب / يوم وتستخدم بشكل عام في المنتجعات والصناعات ومواقع الحفر التي تعاني من نقص المياه العذبة.

درجة حرارة التشغيل لتقطير VC أو التبخر منخفضة مما يجعلها عملية بسيطة وفعالة من حيث استهلاك الطاقة.

نظرًا لأن درجات حرارة التشغيل منخفضة (أقل من 70 درجة مئوية) ، يتم تقليل احتمالية تآكل الأنبوب.

تحلية المياه بالطاقة الشمسية

تُستخدم طريقة تحلية المياه بالطاقة الشمسية بشكل عام للعمليات الصغيرة. على الرغم من اختلاف تصميمات هذه الوحدات ، إلا أن المبدأ الأساسي هو نفسه.

هنا توفر الشمس طاقة حرارية لتبخير المياه العذبة من المياه المالحة.

في عملية التقطير الشمسي ، يتكثف بخار الماء الناتج عن عملية التبخر على غطاء زجاجي أو بلاستيكي شفاف ثم يتم تجميعه كمياه عذبة في حوض مكثف.

يتم استخدام الغطاء لأغراض مزدوجة ، أحدهما لنقل الطاقة المشعة والثاني للسماح لبخار الماء بالتكثف على سطحه الداخلي.

يجب التخلص من الملح المتبقي والماء غير المتبخر الموجود في الحوض الساكن بشكل مناسب.

يستخدم التقطير الشمسي في الغالب في المناطق القاحلة حيث لا تتوفر مياه عذبة آمنة. تنتج وحدات التقطير الشمسي كميات متفاوتة من المياه العذبة بناءً على تصميمها وموقعها الجغرافي.

المصدر: intechopen