شرح طرق تحلية مياه البحر
تغطي المياه ثلاثة أرباع الكره الأرضية،
ولكن نسبة المياه العذبة منها قليله جداً، حيث تبلغ نسبة المياه المالحة حوالي 97%،
بينما نسبة المياه العذبة 3% فقط من مجمل كميه المياه التي يحتويها كوكبنا. وكما نعلم،
فإن المصادر الطبيعية للمياه الأنهار والبحيرات العذبة، إضافة للمياه الجوفية التي
يتجمع معظمها في باطن الأرض نتيجة سقوط الأمطار.
ونظراً لقله موارد المياه العذبة الطبيعة
فإن دول كثيره في العالم تعاني من نقص كبير في المياه العذبة، وهي بذللك تواجه
مشكله كبيره في إمداد سكانها بالمياه العذبة الضرورية للحياة.
إن تزايد الحاجة للمياه العذبة جعلت
من الضروري اللجوء إلى موارد مياه عذبه بديلة. وحيث أن البلدان التي تقع على ساحل
البحر مثل البحر الأبيض المتوسط وغيرها. فقد تم نظر إلى تحلية مياه البحر كأحد
البدائل المتوفرة لسد العجز الناشئ عن النقص الحاد في المياه العذبة.
وقد تعددت طرق تحلية مياه البحر في
محاوله لخفض تكاليف هذه العملية مع زيادة وجوده في الإنتاج.
وهناك توجت عدة قطاعات لتحلية المياه
من المصادر مختلفة منها البحر، وقد تم بالفعل إنشاء محطات لتحليه مياه البحر في
محطات متخصصة، مستخدمة تكنولوجيا حديثة في عملية التحلية، إلا أنها لا تكاد تلبي الحاجة
على المستوى المطلوب. لذلك سنقوم بمناقشة الأهداف التالية:
1- تقدير خطورة ندره المياه الصالحة للشرب.
2- تتبع مسار التطور التكنولوجي في تحلية المياه.
ما هي تحلية المياه؟
يقصد بتحلية المياه عملية إزالة الملوحة
من المياه، وتحويلها الى مياه عذبة خالية من الاملاح، وصالحة للإستخدام في الشرب والزراعة
والصناعة وغيرها، ويتم ذلك عبر الطرق عديده للتحلية مثل: التقطير والتناضج العكسي،
والبلورة والتجميد.
نبذه تاريخه
تعتبر المملكة العربية السعودية من أقدم
الدول التي اهتمت بتحليه المياه، حيث أنشأت أول منشأة لتحليه المياه عرفت بالكنداسة،
ولكنها لم تدم طويلاً وذلك لاعتمادها على وقود الفحم الحجري الذي لم يكن متوافراً
في ذاك الوقت، وخاصة أنه لم يكن هناك مصدر بديل للطاقة، ومن ثم قد عملت على إنشاء
وحدتي تكثيف لتقطير مياه البحر بنفس التقنية، التي إنتهت الى إنشاء المؤسسة العامة
لتحليه المياه المالحة، حيث تم استثمار المليارات لإقامة عشرات من محطات التحلية
على البحر الأحمر والخليج العربي، وتمديد شبكات من أنابيب نقل المياه المحلاة الى
المدن والمحافظات في مختلف مناطق السعودية عبر الصحاري والسلاسل الجبلية الوعرة.
أما في وقتنا الحالي، فإن المملكة العربية
السعودية لديها أكبر قاعدة صناعية لتحلية المياه المالحة في العالم، وقد اكتشفت
تقنية أغشية (النانو) وحصلت على جائزه منظمه التحلية العالمية لعام 1999م.
طرق تحلية مياه البحر
هناك العديد من الطرق المستخدمة في
تحليه المياه المالحة، منها :(التقطير، الأغشية، البلورة والتجميد).
اولاً: التقطير
تعتمد على رفع درجه حرارة المياه المالحة
الى درجه الغليان، حتى يتكون بخار الماء الذي يتم تكثيفه بعد ذلك، ليتحول الى ماء،
يتم معالجته ليصبح ماء صالح للاستخدام.
ثانياً: البلورة والتجميد
تعتمد هذه الطريقة على إزالة ملوحة
المياه بالتجميد، حيث يتم خفض حرارة المياه الى درجات متدنية مما يؤدي الى ترسيب الأملاح.
ثالثاً: الأغشية
تعتمد هذه الطريقة على ضخ كميات كبيره
من مياه البحر عبر مجرى يحتوي على أغشيه لفصل الأملاح عن المياه، وتسمى هذه الطريقة
بالترشيح، حيث يتم التخلص من الأملاح عبر مجرى خاص، بينما تذهب المياه التي تم
ترشيحها الى ما يسمى بوحدة المعالجة المركزية، التي تقوم بمعالجتها وتحويلها لمياه
صالحه للشرب.
طريقة التناضح العكسي لتحلية مياه البحار
ما هو تعريف التناضح؟
إن التناضح يعني نزوح السائل من محلول
منخفض التركيز الى محلول عالي التركيز عبر غشاء شبه نفاذ.
ما هو تعريف التناضح العكسي؟
للحصول على الماء العذب انطلاقا من
الماء البحر، يتم اخضاع ماء البحر الى ضغط عال، مما يسمح بتصفية الماء وعزل الأملاح
وهو ما يعرف بالتناضح العكسي.
وهذه التكنولوجيا مستخدمه في العديد
من الدول والقطاعات، حيث يوجد محطات تحليه لمياه البحار والآبار، ومن المعروف أن
تقنيه تحليه المياه بواسطة التناضح العكسي من التقنيات عالية التكلفة، حيث يتطلب
تشغيلها طاقة ومال بشكل كبير تؤثر سلباً على البيئة.
مراحل تحليه مياه البحر بطريقه التناضح العكسي
المرحلة الاولى: المعالجة الأولية
1- نقل مياه البحر
ويتم فيها نقل مياه البحر عبر قنوات
وضخها باستخدام مضخات الى محطة التحلية، أو عن طريق حفر مجموعه من الآبار على شاطئ
البحر وسحب المياه منها عن طريق مضخات ومن ثم تحفظ في خزان خاص بماء البحر، ويتم
اضافة الكلور كتعقيم أولي، ويتم نقل ماء البحر الى المرشحات الرملية باستخدام
مضخات الضغط المنخفض لأن نسبه الملوحة بين المنطقتين متساوية تقريباً، فلا نحتاج
للضغط العالي.
2- المعالجة الفيزيائية والكيميائية
المعالجة الفيزيائية: وفيها تعمل مضخات على دفع مياه البحر عبر مرشحات رملية ومرشحات دقيقه،
للحيلولة دون مرور المواد العالقة.
المعالجة الكيمائية: تعتمد هذه المعالجة على ضخ مواد كيميائية (كلوريد الحديد، حامض الكبريتيك).
وذلك لضبط حمضيه مياه البحر وتعقيمها قبل مرحله التناضح العكسي.
المرحلة الثانية: التناضح العكسي
يؤدي الضغط الذي تولده مضخات الضغط
العالي على مياه المالحة الى فصل المياه العذبة، فتترسب الأملاح ويتم إفراغها من
خلال أنابيب وتمر المياه من خلال الأغشية.
المرحلة الثالثة: تخزين المياه العذبة
تخضع المياه المعالجة لتعقيم ثان بالكلور،
وضبط حمضيتها وتخزينها الى أن يتم ضخها للمدن للاستهلاك، حيث يتم إضافة الصودا
(بيكربونات الصوديوم) لتقليل نسبه الحموضة (PH.) وضبط حموضة المياه المعالجة
لتعود الى معدلها الطبيعي مره أخرى.
مجالات البحث والتطوير لتحلية مياه البحار
تعرفت في الدرس السابق على تكنولوجيا
النانو وكيف نستطيع من خلالها الحصول على خصائص فريدة، وكيف ساهمت في تطوير التكنولوجيا،
وقد استخدمت أنابيب الكربون النانوية في صناعة الأغشية المستخدمة في تحلية مياه البحر.
ولعل من أبرز الفوائد المبشرة والملموسة لتقنيه النانو هي مساهمتها في الحصول على
مياه صحية خاليه من الملوثات والشوائب الضارة، بواسطة أنظمه معالجة متقدمة تتضمن
وسائل تقنية نانو مترية.
ولاريب أن نجاح تصفية المياه بالطريقة
البدائية المعتمدة على أقمشه ملابس، المعروفة في بلدان الهند وما حولها، هي الأصل
في البحث عن منسوجات مشابهة، حيكت وعولجت بتقنية النانو لجعل عمليه التصفية أكثر
فاعلية وكفاءة.
فوائد استخدام أغشية النانو في تحليه المياه البحر
1- انخفاض تكلفة عمليات التحلية بنسبه
75%.
2- بقاء فارق الضغط عبر الأغشية
ثابتاً ومنخفضاً، مما يؤدي الى أداء أفضل لأغشيه التناضح ويزيد فتره تشغيلها.
3- انخفاض في استخدام
الكيماويات التي كانت ضرورية للتشغيل، حيث أثبتت العديد من التجارب أنه يمكن التشغيل
بدون مواد كيماويه عند درجه حرارة 130 درجه سلسيوس وبزيادة في الإنتاج تصل الى 40%.
جهود واعدة تسهم في تحقيق الأمن المائي باستخدام تكنولوجيا النانو
هناك العديد من الجهود لإنجاح عمليه
تحليه مياه البحر، باستخدام طرق مختلفة لعلها من أهمها: تقنية النانو، وتطوير
تكنولوجيا التناضح العكسي، والكيمياء الكهربائية.
حيث عملت شركه (Okeanos technologies) على تجربه نظام حديث
باستخدام الكيمياء الكهربائية، حيث أنها أبسط بكثير من الطرق التقليدية، من حيث
طريقه العمل والحجم والتكلفة، وتستهلك طاقة قليله جداً لا تتعدى ال 3 فولت، وتسمى
هذه التقنية باسم "تقنيه تحلية مياه البحار باستخدام الكيمياء الكهربائية".
فكرة تطبيق تكنولوجيا النانو في تحلية المياه المالحة
تقوم فكرة عمل هذه التكنولوجيا على
تطبيق جهد كهربائي بسيط على شريحة بلاستيكية مليئة بمياه البحر المالحة، وتحتوي
هذه الشريحة على قناة صغيرة بحجم 50 مايكرومتر تقريباً تنقسم الى فرعين، وعند مدخل
هذه القناة يوجد قطب كهربائي يقوم بعمل تحييد لأيونات الكلوريد الموجودة بالمياه المالحة
لينتج منطقة خالية من الأيونات، وبالتالي ينتج زيادة للمجال الكهربائي في هذه المنطقة
مقارنة بباقي القناة، وهذا التغير في المجال الكهربائي كافي ليعيد توجيه الأملاح
في فرع من فروع القناة والمياه العذبة في فرع آخر.
أسئلة شائعة على تقنية تحلية مياه البحر
ما هي نسبة ملوحة البحر الأبيض المتوسط؟
إن نسبة الملوحة في البحر الأبيض
المتوسط هي ما بين 40 الى 45 ألف مللي جرام في اللتر الواحد.
ما هي نسبة الملوحة في المياه الصالحة للشرب؟
لكي تصبح المياه صالحة للشرب
والاستخدام، يجب أن تكون نسبة الملوحة ما بين 500 الى 1000 ملجم / لتر حسب معايير
منظمة الصحة العالمية WHO.
ما الفائدة من إضافة كلوريد الحديد وحامض الكبريتيك للمياه أثناء معالجتها؟
يعمل كلوريد الحديد على تجميع الرواسب،
فهو يعمل كمانع للترسيب وحماية الأغشية من التكلس للمحافظة على الأغشية وإطالة عمر
المضخة.
أما حامض الكبريت فهو يخفض نسبة الـ PH (أي حموضة
الماء) وتخفف الضغط على الأغشية لتسهيل مرور الماء من خلالها.