شیرین کردن آب دریا در خطوط ساحلی چین و کالیفرنیا

علیرغم اینکه حدود 75% از سطح جهان را آب پوشانده است، اما کمبود آب شیرین بخش های متعددی از جهان را درگیر خود نموده است. بطوریکه استفاده از انواع دستگاه تصفیه آب صنعتی و کارخانه های مجهز به آب شیرین کن دریایی در اقصی نقاط دنیا رواج داشته است. آمریکا و چین به عنوان دو قطب صنعتی برتر جهان، سرمایه گذاری‌های فراوانی را بر روی انواع آب شیرین کن دریایی داشته اند. چنانکه شاهد راه اندازی سیستم های شیرین‌ سازی آب دریاها در نقاط بندری این دو کشور هستیم.

فارغ از صنعتی بودن آمریکا و چین، جمعیت بالای این دو کشور نیز نیاز به تأمین آب شرب را صدچندان می‌کند. چنانکه چین به تنهایی دارای بیش از 1.700.000 نفر جمعیت است. جالب است بدانید که هر دو کشور در بحث تولید تجهیزات آب و فاضلاب نیز حضور گسترده ای در سطح جهان دارند. امری که موجب کنترل بهتر فاضلابها و تصفیه مقرون بصرفه آب در این سرزمین‌ها شده است.

آب شیرین کن های دریایی در تیانجین چین

شهر بندری تیانجین به شدت به آب نیاز دارد. منابع آب سطحی و زیرزمینی این کلانشهر وسیع شمال شرقی چین، به دلیل:

• چندین دهه کاهش بارندگی و
• بهره برداری بیش از حد از رودخانه هایی که از میانه‌ی شهر می گذرد،

به میزان خطرناکی کاهش یافته است. ازهمین‌رو روی آوری مسئولان این شهر به استفاده از آب شیرین کن های دریایی، امری عاقلانه محسوب میشود. بر اساس گزارش اداره حفاظت از محیط زیست تیانجین، سرانه منابع آب این شهر یک بیستم میانگین ملی چین است. کمیتی قابل تأمل که بسیار کمتر از معیار سازمان ملل برای منطقه ای با تنش آبی فراوان است. با وجود ترویج صرفه جویی و اندازه گیری آب در میان کاربران مسکونی و صنعتی، تیانجین همچنان با کمبودهایی مواجه است که باعث وابستگی آن به:

• زیرساخت های تامین آب در مقیاس بزرگ؛ مانند پروژه انتقال آب جنوب به شمال؛ و
• نمک زدایی آب دریا

می شود. فلذا به جهت نمک زدایی آبهای دریا، خرید آب شیرین کن صنعتی دریایی بعنوان یکی از گزینه های مقرون بصرفه بشمار میرود.

وضعیت نمک زدایی آب در کالیفرنیا

در ایالات متحده نیز وضعیت مشابهی در حال رخ دادن است. پس از یک خشکسالی طولانی بین سال‌های 2011-2015، سرمایه‌گذاری کالیفرنیا در راه‌حل‌های نمک‌زدایی برای تامین آب شیرین به مناطق جنوبی خشک این ایالت، به‌طور تصاعدی در حال رشد بوده است. درحالی که بیشتر کارخانه‌های نمک‌زدایی آمریکایی برای تصفیه «آب شور» از رودخانه‌ها و خلیج‌ها استفاده میکنند (با میزان شوری کمتر)، عملیات‌های آب دریا در مقیاس بزرگتری در:

• کالیفرنیا،
• فلوریدا؛
• و همچنین تگزاس،

در جریان می‌باشند. کالیفرنیا به تنهایی دارای 11 کارخانه آب شیرین کن دریایی شهری است. البته با توجه به کمبودها، 10 واحد دیگر شیرین‌سازی و نمک زدایی آب برای این ایالت پیشنهاد شده‌است. موسسه «Poseidon Water LLC» مستقر در کالیفرنیای جنوبی، بزرگترین تاسیسات نمک زدایی آمریکا را در کارلزباد در سال 2015 افتتاح کرد. این مجموعه تأسیسات در حال حاضر حدود 10 درصد از نیاز آب سن دیگو را برآورده می سازد. با ظرفیت تولید 54 میلیون گالن نمک زدایی آب در روز، کارخانه آب شیرین کن دریایی موردنظر و همچنین یکی دیگر از کارخانه‌هایی که در حال حاضر در ساحل هانتینگتون آمریکا در حال کار است، می‌تواند امنیت آب را در جنوب کالیفرنیا تضمین کند.

مقایسه اجمالی آب شیرین کن های دریایی چین و آمریکا

چین در حال حاضر دارای 140 کارخانه آب شیرین کن دریایی است. درحالیکه ایالات متحده آمریکا بیش از 400 کارخانه شهری دارد که صدها نیروگاه کوچک دیگر نیز در صنعت نفت و گاز، با آن مرتبط هستند. حدود دو سوم آب شیرین‌شده ایالات متحده آمریکا، سیستم‌های آب شهری را تغذیه می‌کنند. این در حالیست که صنایع سنگین تنها 18 درصد از آب های شیرین تولیدشده را مصرف می‌کنند. آمارها جایی جالبتر میشود که بدانید:

در مقابل، چین دو سوم آب شیرین شده خود را به نیروگاه ها، فولادسازی و تولیدات پتروشیمی لوله اختصاص میدهد. کارخانه‌های کوچک و باقیمانده‌ی مجهز به آب شیرین کن دریایی، آب جوامع جزیره‌ای منزوی یا شهرهای ساحلی را تامین می‌کنند.

در حال حاضر، نمک ‌زدایی تنها 1.2 درصد از منابع آب خانگی چین را تشکیل می‌دهد. البته همین سیستم های تولید آب شیرین قادرند تا با تبدیل آب دریا و آبهای شور به منابع شرب، به شدت از خشکسالی چین جلوگیری نمایند. بطور کلی، بخش نمک‌زدایی کالیفرنیا کارآمدتر از صنعت نوپا در چین است. بنابراین از مزایای رقابت در هزینه‌ها و مدیریت های زیست‌محیطی، برخوردار می‌باشند.

محصول پیشنهادی: ازن ژنراتور

قیمت مناسب آب شیرین کن دریایی

قیمت انواع دستگاه آب شیرین کن دریایی اسمز معکوس (RO) بسیار مناسب است. علیرغم چالش های فزاینده امنیت آب، قیمت آب های زیرزمینی و سطحی در تیانجین و سایر شهرهای چین جزء پایین‌ترین شاخص‌ها در میان اقتصادهای بزرگ جهانی می‌باشد. درحالی که دولت مرکزی افزایش قیمت‌ها را برای مصرف آب خانگی و تجاری آزمایش کرده است. اما تعرفه‌های آب در چین، 70 تا 80 درصد کمتر از استانداردهای بین‌المللی باقی می‌ماند.

آب شیرین کن دریایی، برعکس متکی به فناوری وارداتی گران قیمت است. بطوریکه بین 50 تا 140 درصد بیشتر از آب معمولی در هر تن، قیمت دارد. البته هزینه‌های تولید آب شرب با دستگاه تصفیه آب صنعتی اسمز معکوس، بسیار اقتصادی و با صرف انرژی کمتر است. مجموعاَ تعداد کمی از صنایع چینی مایلند از منابع آب شیرین ارزان برای خرید دستگاه‌های موردنظر استفاده کنند.

کارخانه آب شیرین کن پکن در تیانجین کمتر از 35 درصد از ظرفیت خود را می فروشد. یعنی تقریباً 53 میلیون گالن در روز؛ که برای سرپا ماندن به یارانه های عظیم دولتی نیاز دارد. برای ایجاد بازاری مناسب برای نمک زدایی و ترویج حفظ بهتر آب، دولت چین می‌تواند به مدل کالیفرنیا برای تعیین قیمت آب شهری برای منعکس‌کننده ارزش واقعی آب رجوع نماید. بدلیل خشکسالی 2011-2015، دولت ایالتی کالیفرنیا و شرکت های آب محلی قیمت‌ها را افزایش دادند. ازهمین رو سیاست‌های سختگیرانه‌ای را برای حفظ آب وضع کردند. ترکیبی از:

• قیمت‌های بالاتر و
• فناوری‌های نوآورانه برای کاهش هزینه‌های راه‌اندازی کارخانه‌های نمک ‌زدایی و تولید آب شیرین،

به کالیفرنیا کمک نموده تا بازار نسبتاً پایدار و اقتصادی برای نمک زدایی آب ایجاد کند. در سال 2019، Businesswire گزارش داد که کارخانه کارلزباد از نظر مالی قویست و Fitch Ratings رتبه اوراق قرضه کارخانه را ارتقا داد. مسئله‌ای که منعکس کننده «سوابق عملیاتی قوی» و «انتظار ادامه روند مثبت در عملکرد آن» بود.

نگرانی زیست محیطی نمک زدایی آب در چین

علاوه بر هزینه، رشد سریع نمک زدایی در چین دو نگرانی عمده زیست‌محیطی را ایجاد می‌کند:

• ردپای بالای کربن در فرآیندها؛ و
• تخلیه آب نمک.

نمک زدایی از سوی نیروگاه‌ها و انرژی‌های خورشیدی، برترین راهکار برای تامین آب شیرین است. البته که تصفیه آبها با آب شیرین کن خورشیدی اسمز معکوس نیز بسیار مقرون بصرفه می‌باشد. نیروگاه ها در چین، عمدتاً با زغال سنگ کار می کنند. درنتیجه بین سال‌های 2006 تا 2016، مصرف انرژی سالانه صنعت نمک زدایی آب در چین، تقریباً 20برابر شد. به‌همین دلیل به انتشار کربن سالانه‌ی بیش از 1600 مگاتن منجر گردید. یعنی معادل 350 میلیون خودروی اضافی در جاده‌های این کشور!!.

در تیانجین، کارخانه‌های نمک‌زدایی حرارتی قدیمی‌تر منبع بزرگی از این انتشارها هستند. این در حالیست که کارخانه‌های مدرن‌تر آب شیرین کن دریایی و صنعتی که از طرح‌های «اسمز معکوس» مبتنی بر غشاء استفاده می‌کنند، ردپای کربن کمتری دارند. مانند کارخانه داگانگ که در سال 2009 به جمع دیگر واحدهای تأسیساتی تولید آب شیرین پیوست. آب نمک، محصول جانبی بسیار غلیظ آب دریا از فرآیند نمک زدایی می‌باشد. محصولی که ردپای محیطی بزرگ دیگری ایجاد می کند. این محلول فوق شور از:

• آب دریا و
• سایر مواد شیمیایی اضافه شده،

می تواند به اکوسیستم های آبی، در هنگام تخلیه مجدد به اقیانوس آسیب برساند. محققان دانشگاه نرمال پکن تخمین می‌زنند تا اواخر سال 2020، میزان تخلیه آب نمک به 1.5 میلیون متر مکعب در روز افزایش می‌یابد. بطوری که معادل بیش از 600 استخر شنا در اندازه المپیک در هر روز خواهد بود. ضمناَ باید گفت:

افزایش شوری اقیانوس ها که حاصل فعالیتهای مستمر کارخانه های آب شیرین کن دریایی و نمک زدایی است، در حال حاضر مانع تولید فیتوپلانکتون در خلیج جیائوژو در استان شاندونگ شده است. موضوعی که احتمالاً به افزایش شکوفه های جلبکی در دریای نزدیک استان هبی نیز می‌انجامد!!.

وضع قوانین سختگیرانه تولید آب شیرین در آمریکا

وجود جلبک‌ها موجب میشود که آبزی پروری مختل شده و به اقتصاد محلی و البته اکوسیسم آسیب می‌رساند. بنابراین در مقابل چین، مقررات سختگیرانه ای در کالیفرنیا آمریکا وضع شده است. وجود این قوانین سختگیرانه در مورد آلودگی و تخلیه آب نمک، صنعت نمک‌زدایی این ایالت را وادار کرده است تا ردپای زیست‌محیطی خود را کاهش دهد. تحت نظارت دولتی، کارخانه کارلزباد از انواع مبدل‌های فشار استفاده نمود. امری که مصرف انرژی نیروگاه را تا 46 درصد کاهش داد. ضمن اینکه انتشار کربن را نیز تا 42000 تن در سال کاهش می‌دهد. این نیروگاه همچنین دو ویژگی راهبردی را در کنار تصفیه آب به کمک آب شیرین کن های دریایی در دستور کار قرار داده است:

• امتیاز شرکتهای فعال در زمینه‌ی انرژی های تجدیدپذیر را خریداری می کند؛
• و در تلاش برای احیای جنگل ها برای جبران انتشار گازهای گلخانه ای خود، شرکت می کند.

در سال 2015، «Poseidon Water» اعلام کرد که کارخانه جدید هانتینگتون بیچ در لس آنجلس از روش های جبرانی برای تبدیل شدن به اولین مرکز تصفیه آب صنعتی در مقیاس بزرگ همانند کالیفرنیا، استفاده خواهد کرد. درنتیجه فرآیندهای شیرین سازی آب در آن با ویژگی کربن کاملاَ خنثی صورت گرفت. کارخانه Carlsbad نیز به سرعت به سمت بی طرفی (حنثی سازی کربن‌های ناشی از تصفیه آب) حرکت میکند. امی چن، مدیر سازمان آب شهرستان سن دیگو در برنامه منطقه آب متروپولیتن نیز در مصاحبه ای اشاره کرد که نمک زدایی در کالیفرنیای جنوبی، نیاز به آب وارداتی را کاهش میدهد. آبهای وارداتی که از شمال و از طریق پروژه انتقال آب بر این ایالت، پمپ می شد.

اصلاحیه قوانین نمک زدایی آب در آمریکا

در کنار استفاده از دستگاه های آب شیرین کن دریایی اسمز معکوس مقرون بصرفه و با مصرف انرژی کم، اهدافی همچون:

• استفاده بیشتر از برق (به جای سوختهای فسیلی و بخصوص با تأمین توسط انرژی های پاک)؛ و
• جلوگیری از انتشار گازهای گلخانه ای،

فکر مسئولین ارگانهای شهری کالیفرنیا و بطورکلی کشور آمریکا را به خود مشغول ساخته است. برای مبارزه با آلودگی آب نمک، کالیفرنیا اصلاحیه نمک ‌زدایی آب را در سال 2016 تصویب کرد. مطابق این اصلاحیه:

• محدودیت‌های مصرف آب؛ و
• تخلیه آب نمک،

در کارخانه‌های سراسر ایالت کالیفرنیا تشدید شده است. بسیاری از کارخانه های نمک زدایی کالیفرنیا در حال نوآوری برای تمیز کردن آب نمک زباله خود هستند. کارخانه Carlsbad روزانه 299 میلیون گالن از تالاب Agua Hedionda برای رقیق کردن آب نمک (قبل از تخلیه) برداشت می کند. با توجه به این سازگاری، تخلیه از کارخانه کارلزباد تنها 20 درصد بیشتر از آب دریا معمولی (به جای 50 درصد استاندارد از سایر گیاهان)، شورتر است. کارخانه هانتینگتون بیچ به نوبه خود، قصد دارد یک سیستم پخش کننده آب نمک نصب کند؛ تا به پراکندگی آب نمک در اقیانوس پس از رهاسازی کمک کند. اقدام هوشمندانه ای که از تخلیه و تجمیع نقطه‌ای حجم زیادی از نمک و آسیب به اکوسیستم جلوگیری می‌کند.

محصول پیشنهادی: دستگاه کلرزن

تخلیه مایع صفر در آب شیرین کن دریایی

منظور از تخلیه مایع صفر در فرآیند تصفیه‌ آب با استفاده از آب شیرین کن دریایی، جلوگیری از پسماند مایع نمک هاست. بدین منظور ابتدا فرآیند پالایش آبهای دریا توسط دستگاه تصفیه آب صنعتی اسمز معکوس (مدلهای دریایی)، انجام میشود. همچنین ممکنست نمک زدایی آب با استفاده از سایر روشها (تقطیر، نانوفیلتراسیون و…) نیز صورت گیرد. پس از نمک زدایی، بایستی با بهره گیری ازا استخرهای تبخیر به جداسازی مایع از نمک اقدام نمود. یعنی درواقع آب نمک در فرآیند تبخیری استخرها، به نمک خوراکی قابل فروش تبدیل می‌گردد.

امروزه هم چین و هم ایالات متحده آمریکا شروع به اجرای آزمایش‌های تخلیه مایع صفر کرده‌اند. شیوه ای که طبق گفته های فوق، حتماَ نیاز به استخرهای تبخیر برای جداسازی نمک از مایعات دارد. استفاده از این شیوه برخلاف راه اندازی دستگاه های آب شیرین کن دریایی، هنوز چندان فراگیر نیست.

آیا نمک زدایی یک بن بست است؟

با ظهور این فناوری، محیط بانان و تنظیم کنندگان دولتی به طور یکسان شروع به این سوال کرده اند که آیا نمک زدایی ارزش دردسرهای بعدی را دارد یا خیر؟!. برای چندین دهه، موسسه اقیانوس آرام تحقیقات دقیقی را در مورد هزینه های اقتصادی و چالش های زیست محیطی انجام داده است. هزینه‌هایی که هنوز هم صنعت شیرین سازی آب و نمک زدایی را در کالیفرنیا را رنج می دهد. «WWF» استدلال می کند که نمک زدایی، شهرها را از سرمایه گذاری روی گزینه های پایدارتری مانند:

• صرفه جویی در آب و
• استفاده مجدد از فاضلاب،

منحرف می کند. خرید پکیج تصفیه فاضلاب صنعتی، بعنوان یکی از راه های پالایش مناسب فاضلابها برای ارگانهای شهری محسوب می‌شود. البته در مثالی متناقض، تیانجین بعنوان یکی از «شهرهای نمونه چین برای حفظ آب» مطرح می‌باشد. اما مانند بسیاری از شهرهای کالیفرنیا، تیانجین نیز همچنان با کمبود شدید آب مواجه است.

از نظر مقامات آب چینی و کالیفرنیایی، تضمین امنیت شیرین ‌سازی آب در حال حاضر، ارزش این هزینه‌ها را دارد. اسکات هیوستون از ناحیه آب شهری وست بسین در کالیفرنیا می گوید: «این نیروگاه ها یک گلوله نقره ای نیستند و نمی توانند تمام چالش های تامین آب ما را حل کنند. اما دلیل اینکه شما به نمک زدایی و انواع تجهیزات آب شیرین کن دریایی و صنعتی نگاه می کنید، اینست که می توانند یک بخش 100 درصد قابل اعتماد از تامین آب شما باشند. همچنین “توسعه سریع استفاده از آب دریا” در کنگره ملی امسال چین، به عنوان راهکاری برای:

• کاهش عدم تعادل عرضه و تقاضا آب در مناطق ساحلی؛
• و کاهش بهره‌برداری از منابع گرانبهای آب زیرزمینی،

پیشنهاد شد.

کنترل عناصر مختلف در دستگاه آب شیرین کن دریایی

بطور کلی در مواجهه با صنعتی شدن سریع و کاهش گزینه های دسترسی به منابع آب شرب، نمک زدایی به بهترین امید برای هر دو کشور آمریکا و چین  برای فرار تبدیل شده است. ضمن اینکه با نصب سیستم های مقرون بصرفه آب شیرین کن دریایی اسمز معکوس، میتوانند از کمبود مزمن آب در سواحل آسیب دیده نجات یابند. بایستی اشاره داشت که:

انواع دستگاه آب شیرین کن صنعتی و دریایی، سیستم های کاملاَ قابل اعتمادی هستند. زیرا از میزان قلیاییت و کدورت آب گرفته تا TDS، TSS و میزان سولفات و نیترات آب، همه و همه در این نوع تجهیزات نمک زدایی و تصفیه بررسی میشوند.

اقیانوس ها 97 درصد ذخایر آب جهان را تشکیل می دهند. نمک زدایی با استفاده از فناوری غشای اسمز معکوس آب دریا (تجهیزات آب شیرین دریایی دارای فیلتراسیون اسمز معکوس = SWRO)، امروزه به گزینه ای مناسب برای توسعه منابع آب منطقه ای جدید تبدیل شده است. شرکت هاچ یکی از پیشروترین کمپانی‌های جهانی در تامین سیستم های پایش و اندازه گیری کیفیت آب قابل اعتماد برای دستگاه های نمک زدایی است. سیستم‌های تولیدی این شرکت، همچنین برای استفاده در آزمایشگاه ها و فرآیندهای حساس کاملاَ مناسب خواهد بود. به بیان دقیقتر، سیستم های اسمز معکوس دستگاه تصفیه آب صنعتی شرکت Hach قادرند به بررسی و کنترل تمام فاکتورهایی از جمله:

• میزان قلیایی بودن
• آلومینیوم
• آمونیاک
• بور
• کلرید
• کلر (F & T)
• تقاضای اکسیژن شیمیایی (COD)
• رسانایی
• اکسیژن محلول
• فلوراید
• سختی
• آهن
• منگنز
• مونوکلرامین ها
• pH
• فسفر کل
• نیترات
• نیتروژن کل
• سیلیس
• سولفات
• TSS
• درصد کدورت آب

و دیگر عناصری که بطور طبیعی یا از طریق پکیج تزریق مواد شیمیایی به آب وارد شده‌اند، بپردازند.