الطاقة والبيئة

هل سيساعد تحويل مياه البحر إلى مياه الشرب على نقص المياه؟

هل سيساعد تحويل مياه البحر إلى مياه الشرب على نقص المياه؟


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

صدق أو لا تصدق ، ولكن هناك مشكلة متزايدة في الحصول على مياه عذبة نظيفة وصالحة للشرب في أجزاء كثيرة من العالم. من خلال مجموعة من الأنشطة البشرية وتغير المناخ ، يتوقع الكثيرون أن أزمة مياه عالمية خطيرة ستواجهنا قريبًا.

لهذا السبب ، يبحث الباحثون عن حلول لإنشاء المياه العذبة بشكل مصطنع. تسمى تحلية المياه ، هل يمكن أن يكون تحويل المياه المالحة ، مثل مياه البحر ، إلى مياه عذبة هو الحل الذي كنا نبحث عنه؟

ما هي أزمة المياه العذبة؟

لدينا "الكوكب الأزرق" اسمه على نحو مناسب. مع تقريبا 70% من سطحه المغطى بالمياه ، قد يبدو من غير المفهوم أن المياه يمكن اعتبارها موردًا نادرًا في أجزاء كثيرة من العالم ليست حتى مناطق صحراوية.

المشكلة هي أن معظم هذه المياه هي مياه البحر ، وهي ليست صالحة للشرب بالضبط ، لأنها حرفياً مشبعة بالملح. من مياه الأرض ، فقط حولها 3% منها طازجة وآمنة للشرب.

لكن حولها فقط 1% من المياه العذبة المتاحة متاحة للاستخدام البشري بسهولة. الغالبية العظمى من الباقي محبوس في الأنهار الجليدية أو القمم الجليدية أو التربة الصقيعية أو مدفون في أعماق الأرض.

هذا يعني أن فقط حول 0.007% من الماء على الأرض متاح بالفعل للاستخدام من قبل سكان العالم الذين يتزايد عددهم باستمرار. مشكلة أخرى هي أن هذه المياه العذبة التي يسهل الوصول إليها ليست موزعة بالتساوي في جميع أنحاء العالم.

ذات الصلة: أزمة المياه العذبة ومحطات تحلية المياه

نظرًا لأن المياه الصالحة للشرب ضرورية للحياة على الأرض ، فهي ليست مثالية للأماكن الموجودة في "ندرة المياه". لكننا نستخدم المياه أيضًا لإنتاج الطعام والملابس ، وبناء أشياء مثل أجهزة الكمبيوتر والسيارات ، وللصرف الصحي ، على سبيل المثال لا الحصر.

إنه أمر حيوي لجميع جوانب الحياة البشرية.

توضح National Geographic سبب ذلك ، "نظرًا للجغرافيا والمناخ والهندسة والتنظيم والتنافس على الموارد ، تبدو بعض المناطق غارقة نسبيًا بالمياه العذبة ، بينما تواجه مناطق أخرى الجفاف والتلوث المنهك. وفي معظم العالم النامي ، تكون المياه النظيفة إما يصعب الحصول عليها أو سلعة تتطلب عملاً شاقًا أو عملة كبيرة للحصول عليها ".

مشكلة أخرى هي أن كمية المياه العذبة على الكوكب ظلت ثابتة نسبيًا لمليارات السنين.

في الواقع ، من الممكن أن تكون قد ابتلعت ، في مرحلة ما من حياتك ، جزيئات الماء التي شربتها أيضًا الديناصورات ، يوليوس قيصر ، أو أي شخصية تاريخية أخرى. فكرة رائعة جدا.

يبدو أن ارتفاع درجات الحرارة العالمية على مدى العقود القليلة الماضية يزيد من احتمالية حدوث ظواهر مناخية قاسية ، بما في ذلك حالات الجفاف في المناطق المعرضة للإصابة في العالم. بالنسبة للمناطق المتضررة ، يعتبر نقص المياه مشكلة خطيرة للغاية.

مع تزايد عدد السكان كل عام ، والإفراط في استخدام إمدادات المياه المتضائلة بالفعل لأشياء مثل الزراعة أو السلع الاستهلاكية التي يمكن التخلص منها ، تواجه بعض أجزاء العالم "أزمة مياه عذبة" حقيقية للغاية.

لكن البشر ليسوا سوى عبقريين. هل يمكننا استخدام تقنيتنا للحد من تأثير هذه الأزمة؟ ربما حتى "خلق" المياه العذبة؟

هيا نكتشف.

هل من الآمن شرب الماء المالح من البحر؟

الإجابة المختصرة هي بالطبع لا. شرب المياه المالحة ، مثل مياه البحر ، يمكن أن يكون مميتًا للبشر (والعديد من الكائنات الحية الأخرى).

مياه البحر ، كما نحن على يقين من أنك تدرك أكثر من ذلك ، تحتوي على الكثير من الأملاح. عندما تشربه ، فأنت تتناول كلا الماء (وهو أمر جيد) ولكن أيضًا هذه الأملاح.

بينما يمكنك بسعادة أن تستهلك كمية صغيرة من الملح ، فإن المحتوى في مياه البحر أعلى بكثير مما يستطيع جسمك معالجته بفعالية.

تعتمد خلايا جسمك بالفعل على كلوريد الصوديوم (ملح الطعام) ، وبشكل أساسي على محتوى الصوديوم فيه ، للحفاظ على التوازن والتفاعلات الكيميائية للجسم. لكن الكثير منها يمكن أن يكون مميتًا.

هذا لأن كليتيك ، وتحديداً النيفرون ، يمكنها فقط إنتاج بول أقل ملوحة من مياه البحر. هذا يعني أنك إذا كنت ستشرب مياه البحر حصريًا ، فسيحتاج الأمر إلى مزيد من الماء لتخفيف الملح وإخراجها من الماء الذي تلقيته من شربه.

بعبارة أخرى ، سيكون لديك خسارة صافية للمياه. لهذا السبب ، ستموت في النهاية من الجفاف (وتصبح أكثر عطشًا بمرور الوقت) إذا كان مصدر المياه الوحيد لديك هو مياه البحر.

لهذا السبب ، يجب ألا تشرب كميات كبيرة من مياه البحر.

ما هي طرق تحلية المياه؟

مع وجود هذه النسبة الصغيرة من إجمالي المياه المتاحة على الأرض مثل المياه العذبة ، قد تتساءل عما إذا كانت هناك طريقة يمكننا من خلالها الاستفادة من الخزان الهائل لمصادر المياه الأخرى على الأرض ، مثل البحر. كما اتضح يمكننا ذلك ، وإن كان ذلك بجهد كبير وتكاليف كبيرة.

في الوقت الحالي ، هناك ثلاث طرق رئيسية على الأقل لتحلية المياه:

  • التحلية الحرارية (التقطير).
  • التحلية الكهربائية.
  • تحلية الضغط (التناضح العكسي).

تحلية المياه الحرارية يُعرف أيضًا باسم التقطير ، وهو الأقدم من بين الثلاثة وقد تم استخدامه بالفعل منذ آلاف السنين. يتم غلي الماء المالح ، ثم يتم تبريد البخار وتكثيفه كمياه عذبة ، تاركًا بلورات الملح في الوعاء الساخن.

ومع ذلك ، تتطلب هذه الطريقة استثمارًا كبيرًا في الطاقة لتحقيقها. ووفقًا لجامعة ستانفورد ، فإن الأساليب الأكثر حداثة "تستفيد من تقنيات مختلفة مثل أوعية الضغط المنخفض لتقليل درجة حرارة غليان الماء وبالتالي تقليل كمية الطاقة المطلوبة لتحلية المياه".

يستخدم هذا الشكل من تحلية المياه على نطاق واسع في أماكن مثل الشرق الأوسط ، حيث تساعد الموارد الهيدروكربونية الوفيرة في خفض تكلفة الوقود. تتكون التحلية الحرارية من ثلاث عمليات حرارية كبيرة الحجم.

هؤلاء هم:

  • التقطير الومضي متعدد المراحل (MSF).
  • تقطير متعدد التأثير (MED).
  • التقطير بضغط البخار (VCD).

توجد طريقة حرارية أخرى أيضًا ؛ التقطير الشمسي ، يستخدم عادة لمعدلات إنتاج صغيرة جدًا. كما أنها تستخدم بشكل شائع لإنتاج الملح للأكل ، عن طريق وضع مياه البحر في برك ضحلة وانتظار تبخر المياه العذبة بشكل طبيعي - تاركة وراءها ملح البحر.

هناك طريقة أخرى لإزالة الملح من مياه البحر وهي استخدام غشاء لفصل الأملاح. يمكن تحقيق ذلك باستخدام التيار الكهربائي أو الضغط.

مرة أخرى ، تُستخدم هذه الأساليب بشكل أساسي في الأماكن ذات مصادر الطاقة الوفيرة ، مثل الولايات المتحدة.

التحلية الكهربائيةأحد الأمثلة على تحلية المياه باستخدام الأغشية ، يستخدم التيار الكهربائي لفصل جزيئات الملح والماء. بهذه الطريقة ، يقوم تيار كهربائي بتوجيه الأيونات عبر غشاء قابل للنفاذ انتقائيًا يحمل الملح معه.

الغشاء القابل للنفاذ بشكل انتقائي هو الغشاء الذي يسمح لجزيئات معينة بالمرور عبره مع استبعاد البعض الآخر. تم إنشاء أغشية اصطناعية أو بوليمرية لمختلف العمليات البحثية والصناعية.

هناك طريقتان رئيسيتان لتحلية المياه بواسطة الغشاء الكهربائي:

  • الديلزة الكهربائية (ED).
  • عكس غسيل الكلى (EDR).

تتطلب كلتا الطريقتين في تحلية المياه كميات متفاوتة من الطاقة لتحقيقها ، اعتمادًا على محتوى الملح في مصدر المياه. في حين أنها مناسبة للاستخدام مع تركيزات منخفضة من الملح ، إلا أنها تستهلك الكثير من الطاقة لاستخدامها في مياه البحر.

التناضح العكسي شكل آخر من أشكال تحلية المياه يستخدم الضغط لدفع المياه من خلال غشاء قابل للنفاذ بشكل انتقائي. هذه العملية ، مثل العمليات الأخرى ، تفصل الملح عن المحلول.

يشبه ظاهريًا تحلية المياه التي تعمل بالكهرباء ، فإن كمية الطاقة المطلوبة للتناضح العكسي على نطاق واسع تعتمد على محتوى الملح الأولي للمياه. بالنسبة لمياه البحر ، تعني الطاقة المطلوبة أنها غير مجدية اقتصاديًا في معظم الحالات.

باعتبارها الشكل الأكثر شيوعًا لتحلية المياه ، قد يكون من المفيد استكشاف هذه العملية بمزيد من التفصيل.

ما هو التناضح العكسي وهل يعمل التناضح العكسي؟

كما ذكرنا سابقًا ، فإن التناضح العكسي هو عملية تحلية تستخدم الضغط لدفع جزيئات الماء عبر الغشاء. على عكس الترشيح العادي (حيث يتم استبعاد بعض الشوائب حسب الحجم) ، يتضمن التناضح العكسي نشر المذيب عبر غشاء يسمح بمرور الماء فقط.

يتضمن التناضح المنتظم الحركة الطبيعية للمذيب من منطقة ذات تركيز منخفض الذائبة (إمكانات مائية عالية) إلى تركيز عالي الذائبة (احتمال ماء منخفض) حتى يتحقق التوازن. في التناضح العكسي ، كما يوحي الاسم ، يتم استخراج الماء من تركيز عالي الذائبة لمياه التغذية (مثل مياه البحر) عن طريق الضغط لعكس التدفق الطبيعي للمذيب أثناء التناضح.

بصرف النظر عن الضغط ، فإن أحد المكونات الرئيسية لعملية التناضح العكسي هو استخدام غشاء قابل للنفاذ بشكل انتقائي.

يسمح هذا الغشاء بمرور جزيئات معينة من خلاله ، وخاصة الماء ، تاركًا وراءه مواد مذابة (مثل الملح) وملوثات أخرى. في التناضح العكسي ، يتم استخدام غشاء رقيق مركب (TFC أو TFM) لهذا الغرض فقط.

يتم تصنيع هذه الأغشية بشكل أساسي لأنظمة تنقية وتحلية المياه. كما أن لها خصائص معينة تجعلها مفيدة للاستخدام في بطاريات وخلايا وقود معينة.

تتكون هذه الأغشية بشكل عام من طبقتين أو أكثر من المواد. تم تطوير الأغشية متباينة الخواص شبه المنفذة من قبل البروفيسور سيدني لوب وسرينيفاسا سوريراجان ، وعادة ما تكون مصنوعة من مادة البولي أميد.

تحتوي هذه المادة على بعض الخصائص المفيدة للغاية ، بما في ذلك تقاربها مع الماء وعدم نفاذيةها النسبية لبعض الشوائب الذائبة مثل أيونات الملح والجزيئات الصغيرة الأخرى.

في أنظمة التناضح العكسي النموذجية ، تتدفق مياه التغذية ، تحت ضغط عالٍ ، من خلال نمط حلزوني متحد المركز من الأغشية التي تفصل بالتناوب الماء والملوثات قبل تجميع الماء في أنبوب ماء المنتج في المركز. لتحقيق أقصى قدر من الكفاءة ، يتم توصيل عدة وحدات غشائية في سلسلة.

هل يمكن أن يساعد تحويل مياه البحر إلى مياه شرب في حل مشكلة نقص المياه؟

باختصار ، نعم. لكنه يأتي بتكلفة كبيرة.

مع تناقص توافر المياه العذبة عالية الجودة ، يتجه المزيد والمزيد من المجتمعات إلى تحلية المياه لإنتاج المياه الصالحة للشرب من المياه قليلة الملوحة والمياه المالحة. تم تصميم الحلول الحالية لاستخراج الماء وترك أكبر قدر من محتوى الملح وراءه.

التقنيات الحالية لها مزايا وعيوب اعتمادًا على القيود والمتطلبات الخاصة بالموقع. في حين أن بعض الأساليب واعدة ، هناك حاجة إلى مزيد من التطوير التكنولوجي لجعلها قابلة للحياة لإنتاج المياه العذبة على نطاق واسع.

توضح جامعة تكساس إيه آند إم أن "تحلية المياه قليلة الملوحة باستخدام اللقطات الشمسية هي طريقة واعدة في المواقع النائية حيث لا تتوفر مياه ذات نوعية جيدة للشرب والطهي. وللتنفيذ على نطاق أوسع ، تحتاج عمليات تحلية المياه إلى تحسينات تقنية وزيادة الطاقة كفاءة."

العقبة الرئيسية هي تكلفة العمليات - على وجه التحديد متطلبات الطاقة اللازمة لإنتاج المياه العذبة بكميات كبيرة. لهذا السبب ، تُستخدم الحلول الحالية بشكل أساسي في المناطق التي تفتقر إلى أي وسائل أخرى لاستيراد المياه العذبة ، وعلى متن السفن المدنية والعسكرية ، وفي بعض المركبات الفضائية.

ومع ذلك ، هناك بعض التطورات المثيرة للاهتمام في خفض تكلفة العملية. قبل بضع سنوات ، على سبيل المثال ، طور باحثون في جامعة تكساس في أوستن بديلاً مبتكرًا للطرق التقليدية.

حل آخر واعد يسمى إزالة الأيونات بالسعة وإزالة أقطاب البطارية. ومع ذلك ، فإن هذه الحلول بعيدة كل البعد عن كونها مجدية تجاريًا في الوقت الحاضر.

لكنها ليست مجرد تكلفة مالية. محطات التحلية الحالية ضارة بالبيئة أيضًا.

تستخدم مياه البحر بشكل مباشر كمصدر للمياه ، والتي يمكن أن تقتل أو تضر الأسماك وغيرها من الكائنات المحيطية الصغيرة حيث يتم تغيير مستويات المياه حول النبات. تميل العملية أيضًا إلى إنتاج نفايات عالية الملوحة تحتاج إلى التخلص منها.

ولهذا السبب ، تستخدم معظم محطات تحلية المياه المياه المالحة بدلاً من مياه البحر. محطات التحلية الكبيرة مكلفة أيضًا ، وعادة ما تكلف في مكان ما في منطقة مئات الملايين قطعة.

ومع ذلك ، تستثمر العديد من الشركات بكثافة في التكنولوجيا ، حيث تنتج بعض الأماكن ، مثل إسرائيل ، بالفعل ما يكفي من المياه لتزويد نصف البلاد.

بالنسبة للمناطق التي تعاني من ندرة المياه ، تقدم هذه الأنواع من النباتات نوعًا من بوليصة التأمين للأمن المائي. كاليفورنيا ، على سبيل المثال ، تقوم بالفعل ببناء سلسلة من النباتات.

يعتقد العديد من الخبراء أن الطريقة الوحيدة لجعل تحلية المياه على نطاق واسع قابلة للتطبيق هو دمج مصادر الطاقة المتجددة لتشغيلها. فقط من خلال خفض تكاليف التشغيل النسبية ، ستصبح مجدية اقتصاديًا.

مع ارتفاع درجات الحرارة العالمية وتزايد احتمالية حدوث حالات جفاف في أجزاء كثيرة من العالم ، من المرجح أن تصبح تحلية المياه أكثر انتشارًا. إذا تمكنا من التغلب على تكاليف الطاقة والتكاليف البيئية للعملية ، فيمكن أن تصبح تحلية المياه جزءًا مهمًا من الحل في حل مشكلة ندرة المياه.


شاهد الفيديو: اختراع جديد في الكويت لتحلية مياه البحر وبكلفة أقل (يوليو 2022).


تعليقات:

  1. Tukazahn

    أنا أتفق معك ، شكرًا على المساعدة في هذا السؤال. كما هو الحال دائمًا ، كل شيء رائع.

  2. Zadok

    يبدو لي ، أنت لست على حق

  3. Akinohn

    كل ما سبق قال الحقيقة. يمكننا التواصل حول هذا الموضوع.

  4. Muran

    أشعر بالأسف من أجلك.

  5. Daigar

    أعتقد أنك مخطئ. دعنا نناقش. أرسل لي بريدًا إلكترونيًا إلى PM ، سنتحدث.



اكتب رسالة