تصفیه آب دریا با دستگاه آب شیرین کن دریایی

دلیل استفاده از سیستم های آب شیرین کن دریایی (آب شور) و روش اسمز معکوس تصفیه آب دریا Sea Water filtration در دستگاه های تصفیه آب صنعتی چیست؟ چرا باید با هزینه بسیار بالا نسبت به تصفیه آب شور اقدام کنیم در حالی که آب چاه را میتوان استفاده نمود؟ سوال اینجاست که آیا این منابع ابدی است؟ پاسخ خیر، همانطور که در سال های گذشته شاهد بودیم کاهش منابع آبی در بسیار از بخش های کشور چالش آفرین شد
خش عمده ‏ای از سطح سیاره زمین را آب فرا گرفته است. با این همه، نزدیک به 97 درصد این آب ‏ها شور و غیر قابل نوشیدن هستند و از 3 درصد باقی مانده نیز بخشی به صورت یخ زده و غیر قابل مصرف در قطب ‏ها و بر فراز قله کوه ‏ها وجود دارد.
به همین دلیل است که نزدیک به یک پنجم جمعیت جهان از کمبود یا نبود آب آشامیدنی مطلوب رنج می‏برد و پیش‏بینی می‏شود در دهه ‏های آینده بخش بیشتری از جمعیت جهان دچار کم آبی و پیامدهای منفی ناشی از آن شوند.
کاربرد آب شیرین کن دریایی
یکی از گزینه‏ های مطرح برای مقابله با بحران کم ‏آبی، شیرین کردن آب دریاها و نمک زدایی از آنهاست که البته راه حلی گران و پرهزینه است و به مقدار قابل توجهی انرژی نیاز دارد در نتیجه، با توجه به تلاش کشورها برای کاستن از مصرف انرژی و بحث گرمایش زمین، ادامه دادن به طرح‏ های شیرین‏ سازی آب دریاها با استفاده از روش ‏های سنتی و رایج، توجیه چندانی ندارد
تصفیه آب دریا (آب شیرین کن دریایی) به روش اسمز معکوس Sea Water Desalination
با این وجود، ابتکار جدید دو مهندس کانادایی در زمینه شیرین کردن آب دریا که از نظر مصرف انرژی، بسیار مقرون به صرفه و از نظر هزینه‏ ها نیز کاملا اقتصادی و ارزان است، بارقه‏ ای از امید را در دل طرفداران ایده استفاده از آب شیرین شده دریاها در دهه ‏های آینده به وجود آورده است.
«بن آسپارو» و «جاشوا زوشی»، از پژوهشگران دانشگاه سیمون فراسو در ونگوو، ایده جدیدی را برای شیرین کردن آب دریاها مطرح کرده‏اند که براساس آن، به جای انرژی الکتریکی، از گرمای خورشید برای جدا کردن نمک از آب دریا و در نهایت شیرین کردن آب شور استفاده می‏شود.

آسپارو و زوشی که شرکتی به نام «سالت ورک تکنولوژی» را تاسیس کرده‏اند. در نخستین گام به منظور آزمایش این روش جدید، بخشی از ساحل دریا در ونکوور را به پروژه خود اختصاص دادند و آن را به سه بخش جداگانه تقسیم کردند و در هر کدام از آنها، از روش خاصی برای شیرین کردن آب شور دریاها بهره بردند.
در روش اول، آنها اقدام به گرما دادن به آب دریا و بخارکردن بخشی از آن کردند و پس از آن، بخار تولید شده را تحت فشار قرار دادند (که البته در این بخش، به مقدار زیادی انرژی برق نیاز است.)
در روش دوم، فرایند اسمزی به صورت معکوس اجرا می‏شود؛ به این ترتیب که با استفاده از پمپ‏های فشار قوی، آب شور به سمت یک پرده مخصوص که دارای سوراخ ‏های بسیار ریزی است، پاشیده می‏شود و در نتیجه نمک موجود در آب دریا از آب شیرین جدا می‏شود.
این روش نیز نیازمند مصرف مقادیر قابل توجهی انرژی برق است. به عنوان مثال، برای شیرین کردن هزار لیتر آب دریا و تبدیل آن به آب قابل آشامیدن، 7/3 کیلووات ساعت برق مورد نیاز است.
در روش سوم، که ‏روش ابتکاری و جدید آسپارو و زوشی محسوب می‏شود، مقدار بیشتری آب شیرین با استفاده از مقدار کمتری انرژی تولید می‏شود. در این روش، ابتدا آب دریا به درون یک استخر کم‏عمق و با کف سیاه‏ رنگ ريخته می‏شود. سیاه بودن کف استخر موجب می‏شود تا حجم بیشتری گرما از خورشید جذب و به آب موجود در استخر منتقل شود؛ و میزان غلظت نمک موجود در آب دریا از 5/3 درصد اولیه (حالت طبیعی) به بیش از 20 درصد افزایش می‏یابد، بدون اینکه هیچ‏گونه برق یا هر انرژی دیگری غیر از انرژی رایگان خورشیدی برای تبخیر آب شور استفاده شود. در مرحله بعد، این آب به سمت محوطه ویژه ‏ای که حاوی آب تصفیه نشده دریا است. هدایت و از آنجا به سمت واحد نمک‏زدایی منتقل می‏شود.
آنچه که آسپارو و زوشی طراحی کرده‏اند، یک نوع مدار الکتریکی طبیعی است که در آن، به جای اینکه جریان الکتریکی به وسیله الکترون‏ها حمل شود، از اتم‏های بارداری به نام یون برای جابه جایی جریان الکتریکی استفاده شده است که در نتیجه فعل و انفعالات شیمیایی بین آب ‏هایی با درجه غلظت متفاوت نمک به وجود آمده‏اند.
در توضیح این پدیده، می‏توان گفت که نمک از دو یون تشکیل شده است: یکی یون دارای بار مثبت به نام «سدیم» و دیگری یون دارای بار منفی یعنی «کلرید».
این دو یون، در دو جهت مخالف هم در مدار حرکت می‏کنند؛ و در زمان مخلوط شدن چهار جریان آب وارد شده از چهار استخر مختلف (که دارای درجات متفاوتی از غلظت نمک هستند)، به اوج فعالیت و فعل و انفعال شیمیایی خود می‏رسند.
این چهار جریان در محلی به نام «پل‏های یونی» که از جنس پلی آستیون است، با هم تلاقی می‏کنند. پلی آستیون دارای خاصیت جداسازی یون‏های مثبت و منفی است؛ به این صورت که فقط یکی از دو یون سدیم یا کلرید می‏تواند از آن عبور کند در این زمان، یک واکنش کاملاً طبیعی دیگر نیز بین جریان‏های مختلف آب ورودی به این محوطه روی می‏دهد و آن، انتقال نمک از آب‏ های پرنمک‏تر به سمت آب ‏های کم نمک ‏تر است.
این واکنش طبیعی، به واسطه تفکیک شدن یون‏ های سدیم و کلرید در منطقه پل‏ های یونی تقویت شده و در نهایت، آب شیرین و بدون نمکی در بخشی از مدار به دست می‏آید که می‏توان آن را به سمت بخش بسته ‏بندی یا لوله ‏های مخصوص انتقال یا تصفیه آب (بخش میکروب ‏زدایی) هدایت کرد.
به عبارت روشن ‏تر، آسپارو و زوشی توانسته ‏اند با کمک گرفتن (و به عبارت بهتر الهام گرفتن) از طبیعت، سیستمی را طراحی کنند که در آن، پس از افزودن بر غلظت نمک موجود در بخشی از آب شور ورودی سیستم، آن را در مجاورت آب ‏های شوری با غلظت پایین ‏تر قرار می‏دهند و از خاصیت انتقال طبیعی نمک از آب‏ های شورتر به سمت آب‏ های کم ‏نمک ‏تر، به بهترین نحو بهره می‏گیرند و این کار را با صرف کمترین انرژی الکتریکی انجام می ‏دهند.
نکته جالب ‏تر اینکه آسپارو و زوشی طرح جامعی را در دست بررسی دارند که براساس آن، می ‏توان این سیستم تصفیه آب شور را در دو مقیاس صنعتی و خانگی مورد استفاده قرار داد.
آنچه که در بالا ذکر شد، وصف سیستم صنعتی تصفیه طبیعی آب ‏شور بود. در سیستم خانگی تمامی مراحل کار در یک دستگاه به اندازه یک یخچال متوسط انجام می‏شود و تنها بخشی از کار که نیازمند مصرف انرژی است، همان پمپاژ آب به درون سیستم است؛ چرا که بقیه کارها را خود طبیعت یعنی آب دریا و خورشید انجام می‏دهند.

چگونگی عملکرد دستگاه تصفیه آب دریایی
متوسط شوری آب اقیانوس 35 قسمت در هزار است. توزیع تقریبی مواد معدنی حل شده چنین است: کلرید، 55٪؛ سدیم، 31٪؛ سولفات، 8٪؛ منیزیم، 4٪؛ کلسیم، 1٪؛ و پتاسیم، 1٪؛ قرار گرفتن سیستم میکروفیلتراسیون به‌عنوان پیش‌تصفیه برای اسمز معکوس می‌تواند مقدار نمک را تا 500 mg/l کاهش دهد. معمولاً با استفاده از فرآیند نمک‌زدایی می‌توان از هر 1000 گالن آب دریا، 300 تا 500 گالن آب خالص تولید نمود.