جهان به طور فزاینده ای تحت تأثیر آلودگی آب، دید تازه ای در برداشت آب دارد. به نظر می رسد به اندازه کافی ساده است: نمک را از آب بیرون آورید تا نوشیدنی باشد.

اما این بسیار پیچیده تر از آن است که در نگاه اول ظاهر می شود. این در جهان نیز به طور فزاینده ای حیاتی است که منابع آب شیرین به طور روزافزونی با رشد جمعیت، توسعه، خشکسالی، تغییرات آب و هوایی و موارد دیگر تشدید می شود. به همین دلیل است که محققان و شرکتهای ایالات متحده به استرالیا، یک مفهوم قرنها پیش را تنظیم می کنند که ممکن است آینده رفع تشنگی در جهان باشد.

تام پانکرتز، مشاور مشاوره آب شیرین کن و سردبیر فعلی نشریات تجاری هفتگی می گوید: "هنگامی که به افزایش منابع آب کمک می کند، شما چهار گزینه دارید: افزایش میزان استفاده مجدد، افزایش ذخیره سازی، حفظ آن یا تبدیل به منبع جدید" گزارش نشت آب. "و برای بسیاری از نقاط جهان، تنها منبع جدید، نمک زدایی است."

فرایند پر هزینه

فن آوری آب شیرین کن برای قرن ها در پیش است. در خاورمیانه مردم آب های زیرزمینی یا آب دریا را از بین می برد و سپس آب بخار را برای تولید آب نمکی برای نوشیدن یا در بعضی موارد برای آبیاری کشاورزی استفاده می کند.

با گذشت زمان فرایند پیچیده تر شده است. اکثر تاسیسات آب شیرین کن از اسمز معکوس استفاده می کنند که در آن آب از طریق غشای نیمه رسانا تحت فشار بالا قرار می گیرد که نمک و سایر مواد معدنی را حذف می کند.

در سراسر جهان در مورد 300 میلیون نفر برخی از آب شیرین از گیاهان آب شیرین سازی 17,000 در کشورهای 150. کشورهای خاورمیانه در این بازار از نیاز و دسترسی به انرژی غرق شده اند، اما با تهدید کمبود آب شیرین در سراسر جهان، دیگران به سرعت در حال پیوستن به صفوف خود هستند. ظرفیت صنعت در حدود 8 درصد در سال در حال رشد است، با توجه به رندی ترابی، حسابرس و رئیس جمهور گذشته انجمن بین المللی نشت آب، یک گروه صنعتی با "انفجار فعالیت" در مکان هایی مانند استرالیا و سنگاپور.

در ایالات متحده، یک کارخانه $ 1 میلیارد در Carlsbad، کالیفرنیا، ساخته شده است تا حدود 7 درصد نیازهای آب آشامیدنی منطقه سن دیگو را تامین کند. هنگامی که 2015 در اواخر اواخر سال به بازار عرضه خواهد شد، در آمریکای شمالی بزرگترین ظرفیت 50-میلیون گالن در روز خواهد بود. در حال حاضر در کالیفرنیا پیشنهادات مربوط به کارخانه نمک زدایی 16 موجود است.

اکثر آب های موجود در زمین در اقیانوس ها و دیگر اقیانوس ها یافت می شود.

اما نمک زدایی گران است Pankratz می گوید، هزار گالن آب شیرین از یک گیاه خلل و نابودی، به طور متوسط ​​قیمت مصرف کنندگان 2.50 $ 5 به $ 2، در مقایسه با $ XNUMX برای آب شیرین معمولی، هزینه می کند.

این نیز یک پرورش انرژی است: گیاهان آب شیرین کن در سراسر جهان مصرف می کنند بیش از 200 میلیون کیلووات ساعت در هر روزبا هزینه انرژی، تخمین زده می شود که 55 درصد کل عملیات و هزینه های نگهداری گیاهان. بیشتر گیاهان اسمز معکوس در مورد 3 به کیلووات ساعت انرژی 10 طول می کشد تا یک متر مکعب آب شیرین از آب دریا تولید شود. گیاهان تصفیه آب سنتی معمولا تحت 1 کیلو وات ساعت در هر متر مکعب استفاده می شوند.

و این می تواند مشکلات زیست محیطی را از جابجایی موجودات اقامتی اقیانوس به تاخیر در تغییر غلظت نمک اطراف آنها منجر شود.

تحقیق در مجموعه ای از پیشرفت های آب شیرین سازی دریایی در حال انجام است تا روند را ارزان تر و محیط زیست سازگار تر کند - از جمله کاهش وابستگی به انرژی حاصل از سوخت های فسیلی، که از طریق کمک به تغییر آب و هوا کمک می کند که به کمبود آب شیرین کمک می کند.

ارتقا غشاء

اکثر کارشناسان می گویند که اسمز معکوس به همان اندازه کارآمد است. اما بعضی از محققان تلاش می کنند با افزودن غشاهای جدا شده از آب از آب، بیشتر فشرده شوند.

غشاها که در حال حاضر برای دفع زباله استفاده می شوند، عمدتا پلی آمید نازک است که به لوله های توخالی که از طریق آن آب می شود، نورد می شود. یکی از راه های صرفه جویی در مصرف انرژی این است که قطر غشا را افزایش دهد، که به طور مستقیم با مقدار آب شیرین آنها می تواند ارتباط برقرار کند. شرکت ها به طور فزاینده ای از غشاهای قطر 8-16-4 که ​​دارای چهار منطقه فعال هستند حرکت می کنند.

هارولد فرل جار، مدیر اجرایی شرکت می گوید: "شما می توانید آب بیشتری تولید کنید، در حالی که کاهش ریزموج برای تجهیزات، کاهش می یابد. انجمن فناوری غشای آمریکایی، سازمان ای که از استفاده از سیستم های تصفیه آب پیشرفت می کند.

بسیاری از تحقیقات غشایی بر روی نانومواد قرار دارند - مواد در مورد 100,000 بار کمتر از قطر موی انسان. محققان موسسه فناوری ماساچوست در 2012 گزارش دادند که غشاء ساخته شده از ورقه اتم کربن یک اتم کربن به نام گرافن می تواند به خوبی کار کند و به فشار کمتری نیاز دارد تا آب را از طریق پلی آمید که حدود هزار بار ضخیم تر است، فشار آورد. فشار کمتر به معنای انرژی کمتر برای استفاده از سیستم است، و به همین دلیل، صورتحساب های انرژی پایین تر.

گرافن نه تنها با دوام و فوق العاده نازک است، بلکه بر خلاف پلی آمید، به ترکیبات آب مانند کلر حساس نیست. در 2013، لاکهید مارتین غشای پروفنن را ضبط کرد، که یک اتم ضخیم با حفره هایی است که به اندازه کافی کوچک هستند تا بتوانند نمک و سایر مواد معدنی را به دام اندازند، اما اجازه می دهند که آب عبور کند.

فیلیپ دیویس، یکی از محققان دانشگاه آستون که متخصص در سیستم های کارآمد انرژی برای تصفیه آب است، یکی دیگر از راه حل های رایج نانومواد را نانولوله های کربنی می داند. نانولوله های کربنی به دلایلی مشابه جذب گرافن هستند - مواد قوی و با دوام و بسته بندی شده در یک بسته کوچک - و می توانند بیش از 400 درصد از وزن خود را در نمک جذب کنند.

غشاء باید تعویض شوند، بنابراین دوام و جذب نانولوله های کربنی می تواند موجب کاهش فرکانس جایگزینی، صرفه جویی در وقت و هزینه شود.

Pankratz می گوید: فناوری غشایی همه "برای تلفن های موبایل سکسی است، اما آسان نیست". "هنگام ساخت چیزی بسیار نازک که هنوز یکپارچگی را حفظ می کند، چالش های مهندسی وجود دارد."

وندل الا، یکی از استادان شیمی و مهندسی محیط زیست آریزونا می گوید، نانولوله های گرافنی و کربن دهه ها دور از استفاده گسترده است. "من آنها را تأثیر میبینم، اما این یک راه است."

تربی گفت موانع تجاری سازی شامل مهندسی چنین مواد کوچک و ساخت غشاهای جدید با سازه های فعلی و زیرساخت ها سازگار است.

او می گوید: "این کلید برای ارتقاء سیستم ها بدون ریز کردن آنها و ساخت یک کارخانه کاملا جدید خواهد بود."

اسموز به جلو

دیگران به دنبال فرایند اسمز معکوس به فرآیند دیگری به نام اسمز معکوس هستند. در اسمز معکوس، آب دریا به وسیله یک راه حل که دارای نمک ها و گازها است، ایجاد می شود که باعث ایجاد اختلاف فشار اسمزی بین راه حل ها می شود. راه حل ها از طریق یک غشا عبور می کنند و نمک را پشت سر می گذارند.

الا می گوید اسمز معکوس ممکن است به عنوان پیش درمان شود و نه به عنوان یک درمان مستقل در گیاهان دریایی تجاری "، زیرا اسمز معکوس در مقیاس وسیع بهتر عمل می کند. به عنوان یک پیش درمان اولیه، اسمز معکوس میتواند طول عمر غشای اسمز معکوس را افزایش دهد و سلامت کلی سیستم را با کاهش میزان ضدعفونی کننده های مورد نیاز و سایر گزینه های پیش درمان بهبود بخشد.

الا می گوید که این فرایند باید از انرژی کمتر نسبت به اسمز معکوس استفاده کند، زیرا از طریق ترمودینامیک هدایت می شود. اما دانشمندان MIT تابستان گذشته گزارش دادند که اسمز معکوس برای آب شیرین کن ممکن است انرژی بیشتری را نسبت به اسمز معکوس به دلیل غلظت نمک زیاد در محلول حاصل از مرحله اول اثبات کند.

شرکت انگلیس آب مدرن اولین کارخانه اسمز معکوس تجاری در عمان، در ساحل جنوب شرقی عربستان است. در هر گالن 26,000، سیستم ظرفیت بسیار کوچکتری نسبت به اکثر سیستم های اسمز معکوس دارد. مقامات شرکت درخواستی برای نظر در مورد این کارخانه ارسال نکردند. با این حال گزارش یک شرکت اشاره کرد که این کارخانه نسبت به اسمز معکوس کاهش انرژی 42 را دارد.

هدر کولی، مدیر برنامه آب با موسسه اقیانوس آرام، یک سازمان تحقیقاتی پایداری مبتنی بر کالیفرنیا، می گوید: بیشتر فناوری اسمز معکوس هنوز در مرحله تحقیق و توسعه قرار دارد و استفاده تجاری پنج سال است که به 10 می رسد.

راه حل انحلال

یکی دیگر از رویکردهای کاهش هزینه انرژی مشروبات الکلی، RO-PRO یا اسمز معکوس اسمز معکوس است. RO-PRO با عبور از یک منبع آب شیرین مانند فاضلاب، از طریق غشاء به محلول بسیار شور از محلول اسمز معکوس عمل می کند که معمولا به اقیانوس تخلیه می شود. مخلوط کردن این دو باعث تولید فشار و انرژی می شود که برای پمپ اسمز معکوس استفاده می شود.

با الهام از یک سیستم استفاده شده توسط Statkraft، یک شرکت تولید برق آبی و انرژی تجدید پذیر در نروژ، پروفسور مهندسی محیط زیست در جنوب کالیفرنیا، امی Childress و همکارانش در حال حاضر از RO-PRO در کالیفرنیا استفاده می کنند. Childress می گوید برآورد "خوش بینانه" نشان می دهد RO-PRO می تواند انرژی مورد نیاز برای اسمز معکوس 30 درصد را کاهش دهد. او یادآور می شود که برخی از شرکت های نامشخص به خلبان خود علاقه نشان داده اند.

تجدید و تجدید انرژی

فریل می گوید بسیاری از گیاهان در حال تلاش برای جذب انرژی از داخل پروسه هستند. برای مثال توربوشارژرها انرژی سینتیکی را از جریان خروجی آب نمکی متمرکز کرده و دوباره آن را به طرف دریای ورودی وارد می کنند. "شما ممکن است 900 [پوند در هر اینچ مربع] در سمت خوراک داشته باشید و کنسانتره ممکن است در 700 psi بیرون بیاید. این مقدار انرژی در جریان کنسانتره است، "او می گوید.

استفاده از انرژی تجدید پذیر به سمت ورودی انرژی چیزها یک رویکرد به خصوص امیدوار کننده برای افزایش پایداری نمک زدایی است. پر کردن آب قبل از اینکه به غشاء برود، همچنین می تواند انرژی را ذخیره کند. فراول می گوید: "بهتر است قبل از اینکه به اسمز معکوس بروید آب را تمیز می کنید، بهتر است که آن را اجرا کنید." گیاهان در بحرین، ژاپن، عربستان سعودی و چین از پیش آماده سازی برای فرآیند اسمز معکوس استفاده می کنند.

ترکیب انرژی های تجدید پذیر به سمت ورودی انرژی چیزها یک رویکرد به خصوص امیدوار کننده برای افزایش پایداری نمک زدایی است. در حال حاضر تخمین زده شده از 1 درصد آب نمکی از انرژی از منابع تجدیدپذیر، عمدتا در تاسیسات کوچک است. اما گیاهان بزرگتر شروع به اضافه کردن انرژی های تجدید پذیر به نمونه های انرژی خود می کنند.

پس از سالها مبارزه با خشکسالی، استرالیا شش کارخانه نمک زدایی را از 2006 به 2012 به صورت آنلاین به ارمغان آورد و بیش از $ 10 میلیارد دلار سرمایه گذاری کرد. پانکراتز می گوید که گیاهان از انرژی های تجدید پذیر برای قدرت استفاده می کنند، بیشتر از طریق مزارع بادی نزدیک که انرژی را به شبکه منتقل می کنند. کارخانه آب شیرین سازی آب سیدنی، که حدود٪ 15 آب را به پرطرفدارترین شهر استرالیا عرضه می کند، توسط جبران خسارت های مزرعه باد پایتخت توربین 67 در حدود 170 مایل به جنوب است.

انرژی خورشیدی برای بسیاری از کشورهای غرقابی سنگین بسیار جذاب است - مخصوصا در کشورهای خاورمیانه و کارائیب که خورشید بسیار زیاد است. در یکی از پروژه های بلندپروازانه، شرکت انرژی مازار در امارات متحده عربی، در 2013 اعلام کرد که در حال کار بر روی بزرگترین گیاه خنک کننده خورشیدی جهان است که قادر است بیش از 22 میلیون گالن در روز تولید کند، با راه اندازی مجدد در 2020.

اثرات زیست محیطی

البته، برنامه هایی برای استفاده از آب دریا، باید پیامدهای زندگی دریا را در نظر بگیرد. بسیاری از امکانات آب شیرین کن با استفاده از مصرف آب های آزاد باز است. کوئلی می گوید اغلب آنها غربالگری می شوند، اما فرآیند آب شیرین سازی هنوز هم می تواند در طول مصرف یا در مراحل فرآوری گیاهان را از بین ببرد. مصرف بیش از حد زیر سطحی، که زیر شن و ماسه برای استفاده از آن به عنوان یک فیلتر طبیعی، می تواند به کاهش این نگرانی کمک کند.

همچنین، مشکل این است که چگونه از بسیاری از آب های بسیار آب پس از دفع زباله خلاص شوید. هر دو گالن یک تسهیلات طول می کشد به معنای یک گالن آب آشامیدنی و یک گالن آب است که حدود دو برابر به عنوان نمک است زمانی که آن را وارد شد. اکثر گیاهان این تخلیه بازگشت به همان آب بدن است که به عنوان منبع مصرف است.

الا می گوید که گیاهان کوچکتر مانند تاسیسات اسمز معکوس در عمان می تواند آینده تکنولوژی آب شیرین کنی باشد. تکنولوژی RO-PRO یک راه برای کاهش غلظت نمک در تخلیه است که می تواند به موجودات موجود در زیرزمینی آسیب برساند. یکی دیگر از روش های محبوبیت استفاده از پخش کننده ها، یک سری از نازل ها است که حجم مخلوط آب دریا را با تخلیه کنسانتره باعث جلوگیری از لکه های نمک بالا می کند.

در یکی از مطالعات اخیر اخیر که در مورد تخلیه اقیانوس بحث شده است، Davies از دانشگاه استون، گرمای باران را با انرژی خورشیدی گرم می کند تا کلرید منیزیم را به اکسید منیزیم تبدیل کند که او آن را "یک عامل خوب برای جذب دی اکسید کربن" می نامد. مراحل نزولی، اما میتواند منافع زیست محیطی دو برابر کاهش تخلیه و حذف CO را داشته باشد₂ از اقیانوس با استفاده از انرژی خورشیدی به تمرکز کن.

اندازه عاقلانه

الا میگوید گیاهان کوچکتر مانند تاسیسات اسمز معکوس در عمان می توانند آینده فناوری آب شیرین کن باشند. او می گوید، بسیاری از نوآوری های جدیدتر می توانند در مقیاس کوچک اقتصادی تر شوند و شرکت ها مجبور به سرمایه گذاری در زیرساخت ها نباشند.

الا می گوید: "به جای گیاهان بزرگ، ممکن است در گیاهان آب شیرین کن روزانه به 10,000 گالن برسیم." "من تمرکززدایی و گیاهان آب شیرین کننده را در خدمت جوامع کوچک می بینم."

او همچنین می گوید که این امر همچنین منافع زیست محیطی را به وجود می آورد که امکان استفاده از انرژی های تجدید پذیر را برای نقش بزرگتر فراهم می کند، زیرا کارخانه های کوچک با انرژی خورشیدی و باد بسیار آسان تر از آنهایی است که بزرگ هستند.

پانکرتز می گوید که مشروب فروشی همیشه گرانتر از درمان آب شیرین است. با این حال، نوآوری ها کمک می کند که آب شیرین کننده به یک گزینه ی فزاینده ای تبدیل شود زیرا تقاضا برای آب شیرین در دنیای فزاینده تشنه ایجاد می شود.

این مقاله در ابتدا در ظاهر Ensia

درباره نویسنده

برایان بینکوفسکی به عنوان سردبیر اخبار بهداشت محیط و سایت خواهر آن ، آب و هوای روزانه فعالیت می کند. وی دارای مدرک کارشناسی ارشد روزنامه نگاری محیط زیست و لیسانس بازاریابی از دانشگاه ایالتی میشیگان است. او با داشوند مینیاتوری خود ، لویی ، در لانسینگ ، میشیگان زندگی می کند.

کتاب مرتبط

at

با تشکر از بازدید شما InnerSelf.com، که در آن وجود دارد 20,000 + مقاله‌های تغییردهنده زندگی که «نگرش‌های جدید و امکانات جدید» را تبلیغ می‌کنند. همه مقالات به ترجمه شده است بیش از 30 زبان. اشتراک به مجله InnerSelf که به صورت هفتگی منتشر می شود و الهام روزانه ماری تی راسل. مجله InnerSelf از سال 1985 منتشر شده است.