منظور از شیرین سازی آب، فرآیند نمک زدایی آب میباشد که امروزه به روش های مختلفی همچون تقطیر،الکترودیالیز،نانوفیلتراسیون و آب شیرین کن و... انجام میشود. در فرآیند نمکزدایی و شیرین سازی آب، از طریق جدا کردن نمکهای محلول موجود در آب شور یا لبشور، آب قابل مصرف تولید میگردد. شیرین سازی آب و حذف املاح موجود در آب شور یکی از راهکارهای مناسب برای استفاده از آب دریا در مناطقی می باشد که با خشکسالی و کمبود آب شرب مواجه میباشند. زیرا یکی از بزرگترین محدودیت ها در تمام دنیا، کمبود آب شیرین است که مشکلات زیادی را در صنعت و زندگی روزانه انسان ها بوجود آورده است. در ادامه به بررسی رایج ترین تکنیک های شیرین سازی آب خواهیم پرداخت.
با توجه به اهمیت بسیار زیاد فرآیندهای نمک زدایی آب، روش های متعددی برای این منظور مورد استفاده قرار میگیرند که هر یک دارای مزیا و معایب خاص خودشان می باشند. از رایج ترین روش های شیرین سازی آب می توان به موارد زیر اشاره نمود:
فرآیندهای حرارتی شیرین سازی
در این روش، جداسازی نمک و املاح از آب به کمک حرارت دادن آن صورت میگیرد و جهت شیرین سازی آب دریا و آبهای با حجم بالا مناسب میباشد. بدین صورت که با استفاده از انرژی حرارتی آب شور تبخیر و سپس بخار تولید شده، تقطیر و به آب تقریباً خالص تبدیل میشود. با توجه به اینکه در این روش آب مقطر تولید میشود در صورت نیاز طی فرایند تصفیه‌ی تکمیلی، به این آب املاحی اضافه میشود تا به آب قابل شرب یا آب قابل مصرف در موارد دیگر تبدیل شود. فرایند حرارتی شیرین سازی آب به سه روش زیر انجام میشود:
- تقطیر فلش چند مرحله ای: این روش که قدیمی ترین و رایج ترین روش شیرین سازی آب دریا میباشد، بر اساس کاهش فشار بعد از ورود آب به مخزن گرم کن و در نهایت تبخیر سریع به صورت فلاشینگ عمل میکند. از معایب این روش به بالا بودن هزینه راه اندازی و ایجاد رسوب در لوله ها میتوان اشاره نمود.
- تقطیر چند اثره: این روش نیازی به انجام مراحل پیش تصفیه نداشته و با ورود بخار با دمای بالا به لوله های حرارتی، آب تغذیه در مرحله اولیه با این لوله ها تماس برقرار نموده و تبخیر می گردد. آب تغذیه پس از تبخیر وارد مرحله دوم شده و آب شور به محض ورود به این مرحله با بخار آب موجود تبادل دمایی انجام داده و به بخار تبدیل می شود. با تبخیر آب شور حجم زیادی از نمک و املاح آن حذف شده و به مرحله بعد وارد میشود. در این روش نیز وجود رسوب در لوله ها امری انکار ناپذیر است.
- تقطیر فشرده سازی بخار: در این روش از بخار متراکم که دارای دما و فشار بالایی می باشد، استفاده میشود. آب شور در تماس با این بخار تبادل دمایی انجام داده و در نهایت تبخیر می گردد. این روش از نظر اقتصادی مقرون به صرفه بوده اما برای مخازن بزرگ نمک زدایی آب کاربرد ندارد.
در حالت کلی و با مقایسه سه روش حرارتی مورد استفاده برای نمک زدایی آب، تقطیر فلش چند مرحله ای بیشتری کارایی و بازدهی را دارد اما میزان مصرف انرژی آن بیشتر از تقطیر چند اثره می باشد.
فرآیندهای غشایی شیرین سازی آب
این فرایند به کمک غشای نیمه تراوا به نمک زدایی آب شور میپردازد. بدین صورت که آب شور با اعمال فشار از غشاهای نانومتری عبور داده شده و این غشاها مانند یک فیلتر عمل می‌کنند و با جدا کردن ذرات ناخالصی موجود در آب، آن را شیرین می‌کنند. آب تولیدی این فرایند کیفیتی نزدیک به آب شرب دارد. رایج ترین روش های شیرین سازی آب با کمک غشا یا فیلتر عبارتند از:
- اسمز معکوس: در این فرایند میتوان از محلولی دارای ناخالصی، به کمک یک غشا نیمه تراوا، حلال تقریباً خالص تهیه نمود.بدین صورت که، آب با فشار از میان غشایی گذرانده میشود و مواد معدنی مانند نیترات و بسیاری از مواد شیمیایی و باکتری ها را حذف میکند. اسمز معكوس قادر است تا 98% مواد معدنی حل‌شده و مواد آلی و كلویید آب را حذف کند سپس،نیم تا دو سوم آب پشت غشا باقی می‌ماند که به عنوان آب پسمانده دور ریخته میشود.همچنین میتوان پسماند خروجی را مجدداً به سیستم بازگرداند تا در مصرف آب صرفه جویی به عمل آید. این روش از نظر اقتصادی مقرون به صرفه بوده و کارایی و بازدهی بالایی دارد.
- نانوفیلتراسیون: عبور آب با فشار الکتریکی از غشای نیمه تراوای بارور و حذف مواد آلی و برخی از یون ها و مواد آلاینده موجود در آب، اساس کار فرایند نانوفیلتراسیون میباشد. در حالت کلی کاتیون های دو ظرفیتی و ویروس ها و هرگونه مواد معلق آلاینده در آب امکان عبور از غشا را دارا نمی باشند و به همین دلیل می توان از آن برای شیرین سازی آب استفاده نمود.
- الکترودیالیز: این روش نیز با استفاده از غشا و با ایجاد اختلاف پتانسیل بین آند و کاتد به جداسازی یون ها از آب کمک می کند. غشاهای مورد استفاده در این روش، دارای صفحاتی از رزین بوده و در برابر رسوبات و لجن ها از مقاومت بالایی برخوردار می باشند. در این روش نمک ها به صورت یون های مثبت و منفی تبدیل شده و بارهای منفی یا آنیون ها توسط کاتیون ها جذب شده و از غشا نیز امکان عبور را پیدا نخواهند کرد.
روش هیبریدی شیرین سازی آب
در این روش که به آب شیرین کن ترکیبی نیز معروف است، با ترکیب روشهای حرارتی و غشایی، از مزایای هرکدام استفاده میشود. روشهای هیبریدی میتوانند در دمایی پایین تر عمل نمک زدایی را انجام داده و در نتیجه رسوب کمتری نیز تولید خواهند نمود. همچنین موجب بهره‌گیری از برق مازاد در شبکه برای فرآیند غشایی در مواقعی که نیاز به آب ضروری میباشد نیز میشود. استفاده از این روش شیرین سازی آب، در کشورهای حاشیه خلیج فارس بسیار شایع میباشد.