آب شیرین کن: جنبه های اقتصادی و زیست محیطی

اقتصادی 

فاکتورهایی که تعیین کنندهٔ هزینهٔ آب شیرین کن هستند عبارتند از: ظرفیت و نوع تأسیسات، محل، آب، نیروی کار، انرژی، منابع مالی، و جمع‌آوری دور ریز. دستگاه‌های تقطیر نمک زدایی در حال حاضر فشار، دما و غلظت آب نمک را جهت بهینه‌سازی بهره‌وری کنترل می‌کنند. آب شیرین کن با انرژی هسته‌ای ممکن است در مقیاس بزرگ مقرون به صرفه باشد.
با توجه به هزینه‌های در حال کاهش، دید مثبتی در مورد این تکنولوژی برای مناطق نزدیک به اقیانوس وجود دارد. یک مطالعه در سال ۲۰۰۴ استدلال کرده، "آب نمک زدایی شده برای برخی مناطق که کمبود آب وجود دارد، و فقیر نیز نیستند، دور از دریا یا در ارتفاع بالا قرار دارند، می‌تواند راه حل مناسبی باشد. متأسفانه، این شامل مناطقی است که بزرگترین مشکلات را در زمینهٔ آب دارند. "، و،" در واقع، باید نیاز به بالابردن آب تا ارتفاع ۲۰۰۰ متر (۶٬۶۰۰ فوت)، یا حمل آن به بیش از ۱۶۰۰ کیلومتر (۹۹۰ مایل) دورتر وجود داشته باشد تا هزینه‌های انتقال با هزینه‌های آب شیرین کن برابر شود. در نتیجه، ممکن است انتقال آب شیرین از جای دیگر مقرون به صرفه تر از نمک زدایی آن باشد. در مناطق دور از دریا، مانند دهلی نو، یا در جاهای‌های مرتفع مانند مکزیکو سیتی، هزینه‌های بالای انتقال را باید به هزینه‌های زیاد نمک زدایی افزود.

در جاهایی که هم تا حدودی دور از دریا هستند و هم مرتفع، مانند ریاض و حراره هزینه نمک زدایی آب گران است. در برخی موارد، هزینه شیرین کردن آب غالب است نه انتقال آن، بنابراین، این فرایند می‌تواند در جاها یی مانند پکن، بانکوک، ساراگوسا و فونیکس نسبتاً ارزانتر باشد، والبته، در شهرهایی ساحلی مانند ترابلس. پس از اینکه در جبیل، عربستان سعودی، آب نمک زدایی شده به ۲۰۰ مایل (۳۲۰ کیلومتر) دورتر، به شهر ریاض بو سیلهٔ یک خط لوله فرستاده می‌شود. برای شهرهای ساحلی، نمک زدایی آب به طور فزاینده‌ای به عنوان یک منبع آب بکر و نامحدود در نظر گرفته می‌شود.

واحد نمک زدایی اسمز معکوس در بارسلون، اسپانیا

در سال ۲۰۰۵ در اسرائیل، هزینه‌های نمکزدایی ۵۳ سنت به ازای هر متر مکعب و در سال ۲۰۰۶، در سنگاپور نمکزدایی از آب ۴۹ سنت به ازای هر متر مکعب رسید. در سال ۲۰۰۶ شهر پرت شروع به بهره‌برداری از کارخانه نمک زدایی آب دریا به روش اسمز معکوس نمود، و دولت استرالیای غربی اعلام کرده که کارخانه دومی نیز جهت برآورده کردن نیاز شهرها ساخته خواهد شد. در حال حاضر در بزرگترین شهر استرالیا، سیدنی، کارخانه آب شیرین کن در حال بهره‌برداری است و کارخانه نمک زدایی دیگری در Wonthaggi، ویکتوریا در دست ساخت است.
بخشی از انرژی کارخانه آب شیرین کن پرت از نیروگاه بادی Emu downs تأمین می‌شود. نیروگاه بادی Bungendore در نیو سات ولز برای تولید انرژی برگشت‌پذیر طراحی شده تا کمبود برق مورد نیاز واحد سیدنی را جبران کند، این اقدام به منظور کاهش نگرانی‌ها در مورد انتشار گازهای گلخانه‌ای، استدلالی رایج که در مخالفت با نمک زدایی آب دریا بکار می‌رود، انجام گرفته است. در دسامبر ۲۰۰۷، دولت استرالیا جنوبی اعلام کرد که یک کارخانه نمک زدایی آب دریا برای شهر آدلاید در استرالیا، واقع در بندر Stanvac خواهد ساخت. بنا بود تا سرمایهٔ این کارخانه آب شیرین کن از محل افزایش بهای آب برای استهلاک کامل هزینهٔ آن تأمین شود. نظر سنجی آنلاین، غیرعلمی، نشان داد نزدیک به ۶۰در صد از آراء به نفع افزایش نرخ آب برای ساخت واحد نمک زدایی بود.
۱۷ ژانویه ۲۰۰۸، در وال استریت ژورنال مقاله‌ای به این موضوع اشاره داشت که:

"در ماه نوامبر، شرکتی که دفتر مرکزی آن در کانکتیکات است بنام پوزئیدون ریسورس (Poseidon Resources Corp) برنده پروژه‌ای برای ساخت واحد آب شیرین کن ۳۰۰ میلیون دلاری Carlsbad در شمال سان دیگو شده است. تأسیسات۵۰٬۰۰۰٬۰۰۰ گالن آمریکا (۱۹۰٬۰۰۰٬۰۰۰ لیتر ۴۲٬۰۰۰٬۰۰۰ گالن انگلیس) در روز آب نوشیدنی تولید می‌کند، که برای تأمین آب حدود ۱۰۰٬۰۰۰ خانه کفایت می‌کند. فناوری بهینه شده، هزینه هارا به نصف هزینه‌های در دهه گذشته تقلیل داده، و آن را رقابتی تر کرده … پوزئیدون در نظر دارد آب را ۹۵۰ دلار به ازای هر هکتار- فوت(۱۲۰۰متر مکعب یا۴۲۰۰۰ فوت مکعب) در مقایسه با متوسط ۷۰۰ دلار هر هکتار- فوت (۱۲۰۰ مترمربع) است که سازمان‌های محلی در حال حاضر برای آب پرداخت می‌کنند. هر۱۰۰۰ دلار در هر هکتار- فوت معادل ۰۶/۳ دلار به ازای هر۱۰۰۰ گالن، یا ۸۱ سنت به ازای هر متر مکعب است.
در برابر این مانع قانونی، پوزئیدون قبل از تصویب نهایی پروژه‌ای برای کاهش آسیبهای وارد شده به زندگی آبزیان، که در قانون ایالت کالیفرنیا الزامی بود ،نتوانست پروژهٔ دیگری شروع کند. شرکت پوزئیدون به رغم تلاش‌های ناموفق برای تکمیل ساختار Tempa BayDesal، یک واحد آب شیرین کن در خلیج تمپا، فلوریدا، در سال ۲۰۰۱، به پیشرفتهایی در Carlsbad دست یافت .
هیئت مدیره Tempa Bay water، در سال ۲۰۰۱ مجبور به خرید Tempa BayDesal از پوزئیدون شد تا از سومین شکست این پروژه جلوگیری کند. Tempa Bay water پیش از بهره بردای کامل از این تأسیسات در سال ۲۰۰۷، با پنج سال مشکلات مهندسی و بهره‌برداری با ۲۰ ٪ ظرفیت برای محافظت از زندگی دریایی که نزدیک به فیلترهای اسمز معکوس قرار داشتند، روبرو شد.
در سال ۲۰۰۸، یک شرکت در سان لیندرو، کالیفرنیا، آب را ۴۶ سنت به ازای هر متر مکعب نمک زدایی می‌کرد.
در حالی که نمکزدایی ۱۰۰۰ گالن آمریکایی (۳۸۰۰ لیتر؛ ۸۳۰ گالن انگلیس) آب می‌تواند در حدود ۳ دلار باشد، که مساوی همان مقدار آب بطری به ارزش ۷٬۹۴۵ دلار است.

زیست‌محیطی

ورودی آبگیری

در ایالات متحده، با توجه به حکم دادگاه در سال ۲۰۱۱ تحت قانون آب پاک، مصرف آب اقیانوس بدون کاهش مرگ و میر ناشی از آبزیان در اقیانوس، پلانکتونها، تخم، ماهی‌ها و لارو ماهی‌ها تا حد ۹۰٪، دیگر عملی نیست. گزینهٔ جایگزین چاه‌های ساحلی برای از بین بردن این نگرانی است، اما نیاز به انرژی بیشتر و هزینه‌های بالاتر دارد، در حالی که خروجی را محدود می‌کند.

خروجی

تمام فرایندهای نمک زدایی، تولید مقدار زیادی کنسانتره می‌کنند، که ممکن است با درجه حرارت افزایش یابد و باقی‌مانده‌های مواد پیش تصفیه و تمیز کننده‌های شیمیایی، محصولات جانبی نتیجهٔ واکنش آنها، و فلزات سنگین ناشی از خوردگی را شامل می‌شود. مواد پیش تصفیه و تمیز کننده‌های شیمیایی در بیشتر واحدهای آب شیرین کن یک ضرورت است، که به طور معمول شامل پیشگیری رسوب بیولوژیکی، پوسته پوسته شدن، کف و خوردگی در واحدهای حرارتی، و در برابر رسوب بیولوژیکی، ذرات معلق و رسوبات پوسته‌ای در واحدهای غشایی می‌باشد.

برای محدود کردن اثرات زیست‌محیطی بازگرداندن آب نمک به اقیانوس، می‌توان آن را با یکی دیگر از جریانهای آب رقیق کرد، مثلاً خروجی تصفیه خانهٔ پساب یا خروجی نیروگاه. از آنجاییکه خروجی آب خنک‌کننده نیروگاه‌هایی از آب دریا برای خنک کردن استفاده می‌کنند به اندازهٔ خروجی تصفیه خانهٔ پساب شیرین نیست، شوری کاهش می‌یابد. جریان آب خنک‌کننده نیروگاه در یک نیروگاه متوسط یا بزرگ در مقایسه با یک واحد آب نمک زدایی، حداقل چندین بار بزرگتر از جریان خروجی واحد نمک زدایی است. روش دیگر برای کاهش شوری این است که آب شور را بوسیلهٔ یک دیفیوزر در یک «محدودهٔ اختلاط» مخلوط می‌کنند. برای مثال، هنگامی که خط لوله حاوی آب نمک به کف دریا می‌رسد، می‌توان آن را به شاخه‌های بسیاری تقسیم کرد، که هر یک به تدریج از طریق سوراخهایی کوچک در امتداد طولشان، آب شور خارج می‌کنند. مخلوط را می‌توان با خروجی رقیق شدهٔ نیروگاه یا تصفیه خانه پساب ترکیب کرد.

آب شور با توجه به بالاتر بودن غلظت املاح چگال تر از آب دریا است. کف اقیانوس بیشتر در معرض خطر است، زیرا آب نمک پایین رفته و به اندازه کافی مدت زیادی باقی می‌ماند تا به اکوسیستم آسیب بزند. ورود با دقت آب نمک می‌تواند این مشکل را به حداقل برساند. به عنوان مثال، کارخانه‌های آب شیرین کن و سازه‌های خروجی به اقیانوس در سیدنی اواخر سال ۲۰۰۷ ساخته شده است، و متخصصین آب بیان داشتند که خروجی به اقیانوس را می‌توان در بستر اقیانوس قرار داد تا پراکندگی آب تغلیظ دریا را به حداکثر می‌رساند، به طوری که در فاصلهٔ بیش از ۵۰ تا ۷۵ متر از خروجی، غیرقابل تشخیص خواهد بود. شرایط معمولی اقیانوسی دور از سواحل به محصول فرعی اجازه می‌دهد تا به سرعت رقیق شود، در نتیجه آسیب به محیط زیست به حداقل می‌رسد.

واحد نمک زدایی در Kwinana در پرت استرالیا در سال ۲۰۰۷ افتتاح شد. آب در این محل و در واحد نمک زدایی Golden coast کوئینزلند و واحد نمک زدایی Kurnell در سیدنی فقط ۰٫۱ متر در ثانیه (۰٫۳۳ فوت / ثانیه)، خروجی دارند که به اندازه کافی آرام هست تا اجازه فرار به ماهیها بدهد. این کارخانه نزدیک به ۱۴۰٬۰۰۰ متر مکعب آب شیرین در هر روز (۴٬۹۰۰٬۰۰۰ فوت مکعب) تولید می‌کند.

جایگزین‌های بدون آلودگی

در برخی از روشهای نمک زدایی، به ویژه در ترکیب با برکهٔ تبخیر و دستگاه خورشیدی (آب شیرین کن خورشیدی)، آب شور خارج نمی‌شود. آنها نه از مواد شیمیایی در فرایندهای خود استفاده می‌کنند و نه از سوخت‌های فسیلی. در این روشها با غشاء یا دیگر قطعات حساس مانند اجزایی که شامل فلزات سنگین است کار نمی‌کنند، بنابراین پسماند سمی بجا نمی‌ماند و نگهداری نیز پر هزینه نیست. یک روش جدید سیستم زیست سازه‌ای یکپارچه است که مانند دستگاه خورشیدی می‌باشد، اما در مقیاس حوضچه تبخیر صنعتی. می‌توان این روش را " نمک زدایی کامل " در نظر گرفت، به دلیل اینکه کل مقدار آب شور ورودی را به آب مقطر تبدیل می‌کند.

یکی از مزایای منحصر به فرد این نوع از آب شیرین کن با منبع انرژی خورشیدی، امکان بهره‌برداری دور از ساحل است. ازدیگر مزایایی این روش با توجه به استاندارد، این است که واحد آب شیرین کن هوا را آلوده نمی‌کند و خروجی آب خنک‌کننده نیروگاه نیز هیچ افزایش دمایی در آب ایجاد نمی‌کند تا زندگی آبزیان را در معرض خطر قرار دهد. یک مزیت مهم دیگر، تولید نمک دریا برای مصارف و غیر صنعتی است. در حال حاضر، ۵۰ درصد از تولید نمک دریا در جهان هنوز متکی به سوختهای فسیلی است.

جایگزین‌هایی برای نمک زدایی

افزایش بهره‌وری و حفاظت از آب، نخستین اولویت اقتصادی در مناطقی از جهان است که در آنها پتانسیل زیادی برای بهبود بهره‌وری در شیوه‌های استفاده از آب وجود دارد.بازیافت پساب‌ها برای آبیاری و استفاده‌های صنعتی در مقایسه با روش نمک زدایی، مزیتی چندین برابر دارد. .جمع‌آوری روان‌آب‌های شهری و آب توفان نیز برای تصفیه، بازسازی و شارژ آبهای زیرزمینی سودمند است.یک جایگزین پیشنهادی برای نمک زدایی در جنوب غربی آمریکا واردات عمدهٔ آب از مناطق غنی از آب با تبدیل نفتکشهای بسیار بزرگ به حامل آب، یا از طریق خطوط لوله است. این ایده به لحاظ سیاسی در کانادا محبوبیت ندارد، جایی که دولت ها، به سبب پروندهٔ یک ادعا در سال ۱۹۹۹ تحت فصل ۱۱ از توافقنامه تجارت آزاد آمریکای شمالی (NAFTA) توسط شرکت سان بلت واتر (Sun Belt Water Inc)، در اشاره به فشار نیازهای محلی با توجه به خشکسالی شدید در آن منطقه، موانع تجاری بر صادرات عمدهٔ آب اعمال کردند.

منبع:

کارگشا، سامانه جامع صنعت ساختمان

مطالب مرتبط:

تکنولوژی آب شیرین کن، راهکاری برای مقابله با بحران آب

سیستم های گاز رسانی + حل مثال( قسمت دوم)

چیلر های توربوکر (بدون روغن)

محاسبات بویلر چگالشی ( قسمت اول)