تحلية المياه مفتاحًا لتجنب نقص المياه العالمي.. الوقت عامل حاسم والتكنولوجيا والطاقة الجديدة معيار النجاح

المياه العذبة النظيفة أمر بالغ الأهمية لاستدامة حياة الإنسان، ومع ذلك، فإن 1.1 مليار شخص يفتقرون إلى الوصول إليها في جميع أنحاء العالم.

تمثل تحلية المياه طريقة شائعة بشكل متزايد لمعالجة هذا الأمر، التحلية هي عملية استخلاص الملح من المياه المالحة لجعلها صالحة للشرب.

هناك نوعان رئيسيان من تحلية المياه:

– التحلية الحرارية – يتم استخدام الحرارة، ينتج عن ذلك بخار ماء يتكثف على الأنابيب في مياه عذبة، لا تزال هذه العملية مهيمنة في جميع أنحاء الشرق الأوسط، حيث يتم إنتاج ما يقرب من نصف المياه المحلاة في العالم.

-العملية الثانية هي تحلية الغشاء، والتي يشار إليها عادة باسم التناضح العكسي، تُستخدم هذه العملية في 60٪ من النباتات في جميع أنحاء العالم، يتم دفع المياه المالحة تحت ضغط عالٍ من خلال غشاء شبه منفذ تكون مسامه صغيرة جدًا بحيث لا يمكن لجزيئات الملح أن تمر من خلاله.

أين تستخدم تحلية المياه؟

تستخدم تحلية المياه لتمديد إمدادات المياه الصالحة للشرب بما يتجاوز ما هو متاح بشكل طبيعي، لذلك فإن المناطق التي تعاني من ندرة المياه تعتمد بشكل خاص على التكنولوجيا.

نظرًا للحد الأدنى من تكلفة الضخ ، تكون تحلية المياه أكثر اقتصادا في المواقع الساحلية الكبيرة، ومع ذلك ، يساهم المناخ المتغير في زيادة نقص المياه في المناطق المعتدلة عادةً، مما يستلزم التوسع في محطات تحلية المياه في الداخل ومن المياه قليلة الملوحة.

تعمل الصين والولايات المتحدة وأمريكا الجنوبية على توسيع قدرتها على تحلية المياه.

في حين أن تحلية المياه قد تكون تقنية قادرة على مواجهة النقص العالمي في المياه، إلا أن هناك قضايا تتعلق بتكلفتها وكفاءتها.

كميات كبيرة من الطاقة مطلوبة لدفع العملية، وينطبق هذا بشكل خاص على التحلية الحرارية، حيث تمثل تكاليف الطاقة ما يصل إلى نصف تكلفة الإنتاج الكاملة للمحطة.

تتطلب عملية التناضح العكسي عمومًا متطلبات طاقة أقل، ومع ذلك ، فإن معالجة المياه شديدة الملوحة تظل كثيفة الاستخدام للطاقة، وذلك لأن ارتفاع الملوحة يعني الحاجة إلى مزيد من الضغط لإجبار الماء على اختراق الغشاء.

يجب أيضًا معالجة مصادر المياه شديدة التلوث قبل تحلية المياه، مما يتطلب بنية تحتية مكلفة مثل خزانات الترسيب وأنظمة الترشيح، يمنع العلاج تراكم الحطام على أسطح الأغشية التي قد تعيق عملية التناضح العكسي .

زيادة تكاليف المعالجة

ستزداد تكاليف المعالجة مع زيادة الاعتماد على تحلية المياه وتطبيق العملية على مصادر المياه الداخلية الملوثة والمعتدلة الملوحة، في مواجهة مناخ جاف بشكل متزايد.

ينتج أيضًا عن إنتاج لتر واحد من مياه الشرب 1.6 لترًا من المحلول الملحي، وهو منتج نفايات عالي الملوحة يمكن أن يلحق الضرر بالبيئة، يمكن أن تؤدي الرواسب الملحية في قاع البحر إلى تدمير النظم البيئية البحرية ، بينما يقلل تصريف المحلول الملحي من محتوى الأكسجين في مياه البحر.

التخلص الآمن من المحلول الملحي مكلف. يتم ضخ معظم المحلول الملحي الذي يتم إنتاجه مرة أخرى في البحر ، وفقًا لمعايير الجودة البيئية، إذا كان تصريف المحلول الملحي لا يفي بهذه المعايير ، فإنه يتطلب مزيدًا من العلاج.

يمكن معالجة المحلول الملحي في أحواض التبخير أو تخفيفه بمصدر مياه منفصل قبل تصريفه، تظل التكلفة الباهظة لمعالجة المياه المالحة عائقاً كبيراً أمام التطبيق الأوسع لتحلية المياه.

هل يمكن أن تصبح تحلية المياه أرخص؟

قد يؤدي تقليل كثافة الطاقة في العملية إلى تخفيضات كبيرة في التكلفة، تقنيات مثل التناضح الأمامي، والتي تسمح بتحلية المياه في درجات حرارة وضغوط منخفضة، قيد التطوير.

في حين أن هذه التقنيات واعدة ، إلا أنها لا تزال في مهدها، السوق صغير وهناك عدد قليل من المنشآت التجارية، يستغرق التطور التكنولوجي وقتًا ، وستكون هناك حاجة إلى مزيد من التطوير لضمان قدرة هذه العمليات على إنتاج مياه صالحة للشرب على نطاق تجاري.

سيؤدي تطوير أغشية أكثر متانة أيضًا إلى تقليل تكلفة تحلية المياه.

باستخدام مواد مختلفة ، قام المصنعون اليابانيون ببناء أغشية ترفض بنجاح جزيئات الملح عند ضغوط التشغيل المنخفضة. كلاهما يقلل من تكلفة استبدال الأغشية ومتطلبات الطاقة للعملية.

يمكن أيضًا تشغيل تحلية المياه من خلال مصادر أرخص للطاقة المتجددة، يمكن أن تولد التقنيات الحرارية الشمسية حرارة مباشرة ، والتي يمكن استخدامها بعد ذلك لتبخير مياه البحر، ستتمتع محطة ميتيتو لتحلية المياه بالطاقة الشمسية قيد الإنشاء في المملكة العربية السعودية بقدرة إنتاجية مبدئية على إنتاج 30 ألف متر مكعب من مياه الشرب يوميًا.

ومع ذلك ، فإن تكنولوجيا تحلية المياه بالطاقة الشمسية مليئة بالتعقيدات، إمدادات الطاقة الشمسية غير متسقة وتظل تكنولوجيا تخزين الطاقة باهظة الثمن ، مما يعيق تطبيقها على نطاق أوسع.

لذلك ، فإن معظم مشاريع تحلية المياه بالطاقة الشمسية صغيرة جدًا لإنتاج مياه الشرب للاستخدام التجاري.

يجب أيضًا استكشاف الحلول الجديدة لإدارة المحلول الملحي .

يمكن إعادة تدوير المحلول الملحي خلال عملية التحلية، يعد استخدام محلول ملحي في تصنيع هيبوكلوريت الصوديوم، وهو مطهر كيميائي يمكن أن يحل محل الكلور، تطورًا واعدًا.

أظهرت الأبحاث أن إنتاج هيبوكلوريت الصوديوم في الموقع يمكن أن يوفر أكثر من 300000 جنيه إسترليني سنويًا لمحطات تحلية المياه في منطقة البحر الكاريبي .

يمكن لمرافق تحلية المياه أن تستغل نفايات المحلول الملحي من خلال عمليات مثل التحليل الكهربائي ، حيث يتحلل المحلول الملحي إلى مواد أبسط من خلال التيارات الكهربائية.

يجب أن تبحث الدراسات المستقبلية في إمكانية استخدام المنتجات الثانوية لهذا التحليل الكهربائي ، الهيدروجين والأملاح ، لإنتاج الطاقة.

على الرغم من تزايد انعدام الأمن المائي في جميع أنحاء العالم ، لا تزال تقنية تحلية المياه باهظة الثمن للاستخدام على نطاق واسع.

وقد بُذلت جهود لخفض تكلفتها، وكان الكثير منها واعدًا، ومع ذلك ، فإن التطور التكنولوجي يستغرق وقتًا وسيستغرق عقودًا قبل أن تنخفض التكاليف إلى مستوى يسهل التوسع الأوسع في تحلية المياه.