گرم شدن کره زمین و رشد سریع جمعیت در نیم قرن گذشته، تقاضای آب را در دنیا به شدت افزایش داده است. این درحالی است که در دهه های گذشته، منابع آب شیرین در دنیا افزوده نشده است. افزونی تقاضا به منابع آب شیرین منجر به بروز کم آبی در بسیاری از مناطق کره زمین شده است. آب شیرین کن آب دریا برای شیرین سازی آب دریا جهت مصارف شرب، صنعتی و کشاورزی با استفاده از فرایندهای اسمز معکوس یا حرارتی طراحی و ساخته می شود. میزان شوری، فعالیت بیولوژیک، آلودگی های زیست محیطی و به طور کلی کیفیت آب در دریاها و اقیانوس ها متفاوت بوده و طراحی آب شیرین آب دریا وابسته به این شرایط انجام می شود.

آب های شور اقیانوس ها و دریاها ۷۰ درصد سطح کره زمین را اشغال کرده اند و در کمال شگفتی ۹۶ درصد از کل موجودی آب کره خاکی ساکن این آب ها هستند. یقیناً استفاده از این منابع آبی که گستردگی بالایی در سطح کره زمین دارند، راهکار مناسبی برای جبران بخشی از کم آبی در دنیاست. شوری بالای آب دریاها در گذشته مانعی برای شیرین سازی آب دریا به شماره می رفت ولی اکنون آب شیرین کن های بزرگ آب دریا در نقاط مختلف دنیا مشغول به کار بوده و آب آشامیدنی جمعیت بالایی را تأمین می کنند.

این در حالی است که توسعه شهر نشینی در کنار تغییرات اقلیم و کاهش منابع آب شرب در سرتاسر دنیا ضرورت وجود یک فناوری قابل اعتماد جهت شیرین سازی آب های شور خصوصاً آب های دریا را بیش از پیش مشخص نموده است. هزینه های تولید آب شیرین در واحدهای آب شیرین کن دریایی مشتمل به دو گروه هزینه های بهـره برداری و نگهداری(OpEx) و هزینه سرمایه گذاری اولیه(CapEx) است. هزینه های بهره برداری و نگهداری مشتمل بر کلیه هزینه های تولید آب شیرین است. هزینه های دستمزد نیروی انسانی، برق مصرفی، مواد شیمیایی، مواد مصرفی، قطعات یدکی، تعمیرات و غیره از مهم ترین عناوین هزینه های مرتبط با تولید آب شیرین هستند. سرمایه گذاری اولیه نیز در قالب مدل اقتصادی طرح در طول مدت زمانِ بازگشت سرمایه، مستهلک شده و به هزینه تولید آب افزوده می شود.  

مک زدایی به عنوان یک فرآیند مقرون به صرفه جهت تامین آب شیرین مورد نیاز در مناطق گرمسیری و مناطقی که با کمبود آب شرب مواجه هستند مورد استفاده قرار می گیرد. تا کنون تنها سه فناوری اسمز معکوس، تقطیر حرارتی و الکترودیالیز برای شیرین سازی آب دریا به صورت اقتصادی توسعه یافتند که مطابق بررسی ها و مطالعات مختلف در سال های اخیر فناوری اسمز معکوس در شرایط یکسان از منظر اقتصادی فناوری برتر شیرین سازی آب دریا می باشد.

اسمز معکوس بر پایه انتقال جرم با استفاده از غشای نیمه تراوا و نیز فشار هیدرواستاتیک، فرایندی است که به طور وسیع در تولید آب آشامیدنی از آب دریا و یا آبهای زیرزمینی و سطحی شور در دستگاه های تصفیه آب صنعتی مورد استفاده قرار می گیرد. اگرچه فناوری اسمز معکوس، فناوری برتر در تولید آب شیرین از آب دریا می باشد. لیکن طراحی و بهره برداری از واحدهای اسمز معکوس نیازمند تخصص و تجربه لازم برای حصول به هزینه های سرمایه گذاری و بهره برداری بهینه می باشد. جانمایی های متنوعی برای واحدهای شیرین سازی به روش اسمز معکوس وابسته به شرایط و محیط آب خام وجود دارد. ولی مهمترین هدف دستیابی به حداقل انرژی و هزینه برای تولید آب شیرین می باشد که در غیاب تخصص و تجربه این مهم محقق نخواهد شد.

آب شیرین کن های آب دریا با توجه به آنالیز آب دریا یا اقیانوس و به طور معمول در مناطق ساحلی ساخته می شوند. در آب شیرین های مبتنی بر فرایند غشایی از فرایند اسمز معکوس برای شیرین سازی آب استفاده می شود. ممبران یا غشای نیمه تراوا به عنوان قلب یک واحد آب شیرین کن است که جریان آب شور ورودی را به دو جریان شیرین و شورتر تقسیم می کند. برای حصول طول عمر بهینه برای ممبرانهای اسمز معکوس، تمامی آب شیرین کن ها باید به وسیله پیش تصفیه مناسب تجهیز و محافظت شوند.

بکارگیری پیش تصفیه مناسب در تاسیسات شیرین سازی آب به روش اسمز معکوس درافزایش طول عمر، کارکرد بهینه تجهیزات، کیفیت و کمیت آب تولیدی تاثیر گذار است. بر اساس کیفیت آب تولیدی مورد نیاز، دما و شوری آب، سیستم اسمز معکوس می تواند به صورت یکبار گذر و یا دو بارگذر در نظر گرفته شود. در اغلب موارد، استفاده از سیستم یک بار گذر جهت دستیابی به کیفیت مطلوب آب آشامیدنی بر اساس استاندار اروپا برای غلظت عنصر بور(یک میلی گرم در لیتر) مناسب می باشد. در صورت نیاز به دستیابی به غلظت بور براساس استاندارد سازمان بهداشت جهانی(۵/۰ میلی گرم در لیتر)، پیش بینی گذر دوم برای واحد اسمز معکوس ضرورت پیدا می کند.

پمپ فشار قوی واحدهای آب شیرین کن آب دریا بزرگترین مصرف کننده انرژی به شمار می رود. امروزه بهینه سازی انرژی در این پمپ ها از مهم ترین دغدغه های تولید کننده های پمپ های فشار قوی است. استفاده از انرژی جریان شورابه(Concentrate) یکی از اصلی ترین اقدامات در زمینه بهینه سازی مصرف انرژی است. سیستم بازیافت انرژی(Energy Recovery) به عنوان یک عامل تعیین کننده در مصرف انرژی به شمار می رود که با توجه به طراحی واحد آب شیرین کن، شرایط زیست محیطی و هزینه انرژی مصرفی توسط تولید کنندگان پمپ فشار قوی در نظر گرفته می شود.

 سیستم دفع پساب های تولیدی خصوصاً شورابه، به عنوان یک مسئله زیست محیطی و اقتصادی به خصوص در مناطقی که گونه های حیوانی و گیاهی نسبت به افزایش شوری آب دریا حساسیت بیشتری دارند، قابل توجه بوده و بایستی براساس نیازمندی های پروژه و شرایط حاکم بر آن مورد مطالعه قرار گرفته و طراحی شود. آب شیرین کن ها به ازای ورود هر دو مترمکعب آب ورودی، یک مترمکعب آب با شوری دو برابر را به دریا دفع می کنند. حجم بالا و شوری بالای شورابه در صورت عدم رعایت استاندارهای آزاد سازی به دریا منجر به تغییر اکوسیستم دریا در آن منطقه و خسارات قابل توجه به کلیه آبزیان می شود. لذا طراحی سیستم دفع شورابه برای احداث آب شیرین کن آب دریا بسیار حایز اهمیت است.

کارایی سیستم پیش تصفیه آب ورودی به سیستم اسمز معکوس، به صورت مستقیم به منبع تأمین آب و کیفیت آن وابسته بوده و از آنجایی که میزان بالای ذرات جامد معلق، ذرات کلوییدی، رشد میکروارگانیسم ها در آب خام به دلیل ایجاد گرفتگی غشای ممبران ها هزینه های اولیه و جاری زیادی را به پروژه تحمیل میکند، در نظر گرفتن یک سیستم پیش تصفیه مناسب به عنوان یک عامل تعیین کننده در عملکرد سیستم اسمز معکوس بایستی مورد توجه قرار گیرد. در نظر گرفتن سیستم پیش تصفیه نامناسب و ناکارآمد بیشترین تاثیر را در افزایش گرفتگی ممبران و در نتیجه افزایش دفعات تعویض ممبران و افزایش میزان استفاده از مواد شیمیایی دارد از اینرو در شرایط گرفتگی ممبران ها، میزان آب تولیدی و کیفیت آن کاهش و میزان نمک عبوری از ممبران افزایش می یابد و تمامی موارد ذکر شده که در نتیجه عدم بکارگیری سیستم پیش تصفیه مناسب رخ می دهد باعث افزایش هزینه های بهره برداری و نگهداری واحد آب شیرین کن می شود.

 هدف اصلی یک سیستم پیش تصفیه مناسب، کاهش عوامل ایجاد کننده فولینگ ممبران در آب خام ورودی نظیر ذرات کلوییدی، میکروارگانیسم ها، ذرات معلق و جلوگیری از ایجاد رسوب های شیمیایی و بیولوژیکی جهت دستیابی به شرایط پایدار و طولانی مدت استفاده از ممبران های اسمز معکوس است. معیارهای سیلت(SDI) و کدورت(Turbidity) از مهم ترین شاخص های اندازه گیری کارایی یک پیش تصفیه مناسب است.

شاخص اندازه گیری سیلت به عنوان معیار اندازه گیری ذرات معلق نامحلول در تعیین پتانسیل گرفتگی ممبران ها توسط تولید کنندگان مورد استفاده و مدت زمان گارانتی غشا، بر اساس آن تخمین زده می شود. میزان مجاز SDI کمتر از ۳ در ۹۵ درصد مواقع و کمتر از ۴ برای ۱۰۰% توسط تولید کنندگان ممبران توصیه می شود. هر چقدر میزان SDI ورودی کمتر باشد، میزان مصرف انرژی، مواد شیمیایی مصرفی جهت شستشوی ممبران و دفعات تعویض ممبران کاهش می یابد. در اندازه گیری کدورت آب نیز پرتوهای نور ساطع شده توسط ذرات معلق و جذب شده توسط ذرات رنگی حل شده در آب، مشخص می شود که به دلیل سهولت اندازه گیری کدورت، استفاده از این فاکتور در تعیین میزان حذف آلاینده ها در پیش تصفیه متداول تر می باشد.

 تصفیه نهایی

آب تولیدی توسط آب شیرین کن های آب دریا از منظر املاح محلول به میزان کافی غنی نیست. عناصر معدنی ضروری برای متابولیسم و سلامت بدن انسان، متجاوز از ۲۱ عنصر است. کلسیم، منیزیم، پتاسیم، سدیم، آهن، روی، برن، ید، سلنیم و …. عناصر معدنی هستند که کمبود آنها در بدن انسان ممکن است منجر به بیماری، اختلال در سیستم ایمنی، بیماریهای قبلی-عروقی، کاهش توانایی بدنی و نقصان در سلامت ذهنی افراد شود. در فرایند تصفیه نهایی املاح محلول آب با هدف تناسب با بدن انسان اصلاح می شود. یکی از فرایندهای تصفیه نهایی که جهت ثبات و تعادل یون ها در آب تولیدی استفاده می شود، تزریق مواد شیمیایی نظیر آب آهک و دی اکسید کربن به آب است که منجر به افزایش محتوای کلسیم و بیکربنات آب برای شرب می شود. لازم به ذکر است که تصفیه نهایی آب شرب، تنظیم PH آب آشامیدنی را نیز شامل می شود.

بهای تمام شده آب شیرین از دریا

بهای تمام شده شیرین سازی آب دریا با بهره گیری از مدل های حسابداری و مالی و با لحاظ کلیه هزینه های مستقیم و غیر مستقیم تولید آب شیرین محاسبه می شود. هزینه استهلاک سرمایه ثابت و هزینه های بهره برداری و نگهداری، مشخص کننده بهای تمام شده آب شیرین هستند. با توجه به تفاوت عوامل تأثیرگذار در این دو بخش، بهای تمام شده آب شیرین در نقاط مختلف دنیا با یکدیگر متفاوت است.

تفاوت در کیفیت آب دریا، قوانین و مقررات کشورهای مختلف در مالیات ها، قوانین زیست محیطی، نرخ بهره و مالکیت و همچنین تفاوت بهای انرژی الکتریکی، دستمزد نیروی انسانی و غیره سبب می شود که بهای شیرین سازی آب دریا در نقاط مختلف متفاوت شود. در حال حاضر بهای تمام شده آب شیرین در کارخانه های بزرگ آب شیرین کن صنعتی از 0/95 دلار تا 1/45 دلار برای هر مترمکعب، متغیر هست. با توجه به هزینه های بالای شیرین سازی آب دریا، بهره گیری از این فناوری، تنها در مناطقی که از کمبود آب برای مصارف شرب و صنعتی رنج می برند، از لحاظ اقتصادی توجیه پذیر است. هزینه بالای تولید آب شیرین در کنار ملاحظات زیست محیطی مربوط به واحدهای نمک زدایی، اهمیت حفظ منابع آب شیرین را برای یکایک ما بیشتر از پیش نمایان می کند. یقیناً منابع آبی کشور ذخایر و منابع طبیعی ارزشمندی هستند که بازتولید آن ها هزینه های بالایی را به اقتصاد ملی تحمیل می کند.