شح المياه : الجزء 3 – التقنيات المستعملة في تحلية المياه المالحة و ابرز محطات التحلية بالعالم

تحلية المياه هي عملية تحويل المياه المالحة إلى مياه صالحة للشرب والاستخدامات الأخرى، وقد أصبحت هذه العملية مهمة جدًا في العالم بسبب ندرة المياه العذبة وزيادة الطلب على المياه بشكل عام. و تختلف تقنيات التحلية المستخدمة في محطات تحلية المياه في العالم والعالم العربي، وتشمل التناضح العكسي والتحلية بالغشاء والتحلية بالتجميد والتحلية بالطاقة الشمسية وغيرها.

التقنيات المستعملة في تحلية المياه المالحة

1- التناضح العكسي “Reverse osmosis”: تعتبر تقنية التناضح العكسي من بين أكثر التقنيات انتشاراً واستخداماً في تحلية المياه المالحة، وهي تعتبر أحد الحلول المستدامة للتصدي لندرة المياه وزيادة الطلب عليها في جميع أنحاء العالم. وهي تعتمد على مبدأ تمرير الماء المالح عبر غشاء شبه نفاذ يسمى غشاء التناضح العكسي. يتم تطبيق ضغط عالٍ على الماء المالح عند مروره عبر الغشاء، مما يجبر الماء على ترك الملوثات والأملاح والشوائب والعوالق على الجانب الآخر من الغشاء، وبالتالي يخرج الماء من الجانب الآخر نقياً. و تحتاج إلى 2-3 كيلو واط ساعة لتحلية 1 متر مكعب من المياه، ويمكن أن تصل كفاءة التناضح العكسي إلى 99٪

ستخدم تقنية التناضح العكسي في العديد من التطبيقات، بما في ذلك:

• تحلية مياه البحر والمياه الجوفية المالحة لجعلها صالحة للشرب والاستخدامات الأخرى.
• إزالة الملوثات والأملاح والمعادن الثقيلة من المياه العذبة لجعلها صالحة للاستخدامات الصناعية والزراعية.
• إنتاج الماء المحلا للاستخدام في توليد الطاقة الكهرومائية والطاقة النووية والتصنيع الدقيق والصناعات الأخرى التي تتطلب ماء نقيا.
• تنقية مياه الصرف الصحي وإعادة استخدامها في الزراعة والري والصناعات الأخرى.

بعض الأرقام الهامة حول تقنية التناضح العكسي:

• تتراوح معدلات إنتاجية نظم التناضح العكسي بين 5 و 100 جالون (1 جالون = 3,78541 لترا) اي ما بين 19 و 378 لترا من الماء المحلا في الدقيقة الواحدة، وهذا يتوقف على حجم وسعة النظام ومدى تركيز الملوثات والأملاح في المياه المالحة المدخلة.
• يستهلك نظام التناضح العكسي حوالي 3-6 كيلوواط ساعة من الطاقة لإنتاج 1,000 جالون من المياه المحلاة (3785 لترا)، وهذا يتوقف على المصدر المستخدم للطاقة ونوعية الغشاء المستخدم.
• تتطلب نظم التناضح العكسي عادةً نسبة عكسية (الماء المحلا إلى الماء المالح) تتراوح بين 40-70٪، وهذا يتوقف على نوع وجودة الغشاء وشدة التلوث في المياه المالحة المدخلة (بمعنى اوضح، أن نظم التناضح العكسي تحتاج إلى كمية معينة من الماء المحلا (الماء الناتج من عملية التناضح العكسي) لإنتاج الماء المحلا الذي يتم استخدامه. وتشير النسبة العكسية إلى كمية الماء المحلا التي يتم إنتاجها مقارنة بكمية الماء المالح الذي يتم تدفقه عبر غشاء التناضح العكسي. وتتراوح النسبة العكسية عادةً بين 40-70٪).
• تتراوح تكلفة إنتاج الماء المحلا باستخدام تقنية التناضح العكسي بين 0.5 إلى 2 دولار لكل 1,000 جالون من المياه المحلاة، وهذا يتوقف على حجم النظام ونوعية الغشاء وتكلفة الطاقة المستخدمة.

2- التحلية بالغشاء

تستخدم هذه التقنية أيضًا لتحلية المياه المالحة وجعلها صالحة للاستهلاك. ويتم ذلك عن طريق تمرير الماء من خلال غشاء شبه نفاذ، حيث يتم إزالة الأملاح والملوثات. وتحتاج هذه التقنية إلى 2-4 كيلو واط ساعة لتحلية 1 متر مكعب من المياه، ويمكن أن تصل كفاءة التحلية بالغشاء إلى 98٪. و تعتمد كفاءة التحلية بالغشاء على نوعية الغشاء والظروف المحيطة به. عادة ما يتم استخدام غشاء مصنوع من البوليمرات الصناعية، مثل البوليمرات المركبة والبولي أميدات والأسيتات، والتي تختلف في مستوى تحملها للملوثات والأملاح المختلفة.

• تتراوح نسبة الإزالة في تقنية التحلية بالغشاء بين 90-99٪ من الملوثات والأملاح، وفي العمليات الحديثة تمكنت بعض التقنيات الحديثة من الحصول على نسبة إزالة أعلى تصل إلى 99.9٪.
• يمكن استخدام تقنية التحلية بالغشاء في العديد من التطبيقات، بما في ذلك تحلية المياه الجوفية والسطحية، وإزالة الأملاح والملوثات من مياه الصرف الصناعي والزراعي، وتنقية المياه المالحة للاستخدام في الزراعة والصناعة.
• تتراوح تكلفة تقنية التحلية بالغشاء بين 0.5-1.5 دولار لكل متر مكعب من المياه المحلاة. وتشير بعض الدراسات إلى أن تكلفة تقنية التحلية بالغشاء قد انخفضت بنسبة تتراوح بين 50-90٪ خلال العقد الماضي، بسبب التطورات التكنولوجية والزيادة في الإنتاجية.
• الإنتاجية تتراوح بين 100-10,000 متر مكعب من الماء المحلا لكل يوم، حسب نوع النظام والغشاء وشدة الملوثات في المصدر المائي. ويعتبر الإنتاج اليومي من 1000-5000 متر مكعب من الماء المحلا من التقديرات الشائعة لحجم العمليات التجارية.
• تكلفة وإنتاجية تقنية التحلية بالغشاء يمكن أن تختلف كثيرًا باختلاف العوامل المذكورة أعلاه، وبالتالي يجب النظر إلى دراسة الجدوى والاحتياجات الفردية للعمليات المختلفة لتحديد ما إذا كانت تقنية التحلية بالغشاء هي الحل الأمثل والأكثر فعالية لتلبية الاحتياجات المائية المحددة.

3- التحلية بالتجميد:

هي عملية تحلية المياه باستخدام تقنية التجميد والتبخير، حيث يتم تجميد الماء وفصله عن المواد الملوثة والأملاح الزائدة وتبخيرها للحصول على ماء نقي. وتعد تقنية التحلية بالتجميد واحدة من أحدث التقنيات المستخدمة في مجال تحلية المياه.

تتميز هذه التقنية بأنها تعمل بدرجات حرارة منخفضة نسبياً، وهي ذات كفاءة عالية في إزالة الملوثات والأملاح من المياه، وتنتج مياه نقية وخالية من الأملاح والشوائب. ومن مميزاتها الأخرى توفير الطاقة، حيث يمكن استخدام الطاقة المتولدة من عملية التبريد لتشغيل العملية، كما أنها تعمل بشكل جيد في المناطق التي تكون فيها درجات الحرارة منخفضة.

تتراوح تكلفة تقنية التحلية بالتجميد بين 1.5-3 دولار لكل متر مكعب من المياه المحلاة، وهي أعلى من بعض التقنيات الأخرى مثل تقنية التحلية بالتناضح العكسي. ويتأثر سعر تقنية التحلية بالتجميد بعوامل مثل حجم العملية ونوعية المصدر المائي وطبيعة الملوثات والطاقة المستخدمة في التشغيل. ويحتاج هذا النوع من التحلية إلى 2-4 كيلو واط ساعة لتحلية 1 متر مكعب من المياه، ويمكن أن تصل كفاءة التحلية بالتجميد إلى 90٪.

معدل الإنتاج يتأثر أيضا بدرجة حرارة الماء وتركيز الملوثات فيه، ولكن بشكل عام، يمكن أن تنتج تقنية التحلية بالتجميد حوالي 150-300 متر مكعب من الماء المحلا لكل يوم لكل 1000 متر مكعب من المياه الخام. وتعد هذه الإنتاجية أقل بكثير من التقنيات الأخرى المستخدمة في تحلية المياه، مثل تقنية التناضح العكسي، والتي يمكن أن تنتج حوالي 1000-3000 متر مكعب من الماء المحلا لكل يوم.

يجب الإشارة إلى أن تقنية التحلية بالتجميد ليست متاحة على نطاق واسع حالياً، وغالباً ما تستخدم في المناطق التي توجد فيها درجات حرارة منخفضة، وتحتاج إلى استثمارات رأسمالية عالية لإقامة المرافق وشراء المعدات اللازمة.

4- التحلية بالطاقة الشمسية:

تعد تقنية التحلية بالطاقة الشمسية واحدة من التقنيات الحديثة الأكثر فاعلية في تحويل المياه العذبة إلى مياه صالحة للشرب. وتعتمد هذه التقنية على استخدام الطاقة الشمسية لتسخين الماء وتحويله إلى بخار، ومن ثم تكثيف البخار لإنتاج الماء الصالح للشرب.

• معدل الإنتاجية: حوالي 3-6 لترات من المياه المحلاة لكل متر مربع من الألواح الشمسية المستخدمة في يوم واحد. ومن الممكن زيادة هذه الإنتاجية عن طريق استخدام معدات إضافية، مثل الأنابيب الحرارية والمبخرات. ويحتاج هذا النوع من التحلية إلى 3-6 كيلو واط ساعة لتحلية 1 متر مكعب من المياه، ويمكن أن تصل كفاءة التحلية بالطاقة الشمسية إلى 70٪
• التكلفة: من 0.3-0.6 دولار لكل لتر من المياه المحلاة، ويعتمد ذلك على عدة عوامل، مثل حجم النظام وتكلفة المعدات.
• تعتبر هذه التقنية بديلاً نظيفاً ومستداماً لتحلية المياه، حيث تعتمد على مصادر طبيعية لتوليد الطاقة ولا تتطلب استخدام الوقود الأحفوري أو الطاقة الكهربائية. كما تحسن هذه التقنية الحالة البيئية للمناطق التي تعاني من نقص المياه وتحتاج إلى تحلية المياه، وتوفر الدعم اللازم لتنمية المزارع والصناعات في المناطق القاحلة.

يجب الإشارة إلى أن تقنية التحلية بالطاقة الشمسية لا تزال في مرحلة التطوير والاختبار، ومن المتوقع أن يساعد تحسين هذه التقنية في توسيع استخدامها في المستقبل في العديد من الدول التي تعاني من نقص المياه وتعتمد على التحلية لتأمين مياه الشرب والزراعة والصناعة. ومن المهم أن تستخدم التقنية بشكل مستدام وفاعل لتحسين جودة الحياة في المناطق التي تعاني من نقص المياه وتوفير مصادر الطاقة النظيفة.

5- تقنية التحلية بالضغط العكسي المنظم (RO-EDI) (ٌReverse Osmosis-ElectroDeionization)

تقنية التحلية بالضغط العكسي المنظم (RO-EDI) هي تقنية حديثة وفعالة في تحويل المياه المالحة والمياه العذبة ذات الأملاح العالية إلى مياه صالحة للشرب والاستخدامات الصناعية.

تتم عملية التحلية عن طريق إجبار الماء عبر غشاء مصفاة متخصصة باستخدام ضغط عالٍ. ويتم تطبيق هذا الضغط على الماء المالح باستخدام مضخات قوية لإخراج الماء من الأماكن العميقة في المحيطات أو المصادر الأخرى.

يتم تحسين هذه التقنية باستخدام تقنية تقليل الانبعاثات الكهربائية المنظمة (EDI) التي تستخدم معالجة الأيونات الكهربائية لتحلية الماء. وهذا يساعد في تقليل كمية المواد الكيميائية التي تستخدم في تحلية الماء وتقليل الإنفاق الكهربائي.

تصل نسبة التحلية في تقنية RO-EDI إلى حوالي 99.9٪، ويتم استخدامها بشكل واسع في مجالات مختلفة مثل الزراعة والصناعة والشرب. وتعتبر هذه التقنية أحدث وأكثر تقنيات التحلية فعالية ونظافة.

ومن الجدير بالذكر أن تقنية RO-EDI تتطلب تكاليف أعلى من التقنيات الأخرى، ولكنها توفر تكلفة أقل على المدى البعيد بسبب تقليل الصيانة وتحسين كفاءة استهلاك الطاقة والمواد الكيميائية.

أبرز محطات تحلية المياه في العالم و اوجه الخلاف

نستعرض فيما يلي بعض أبرز محطات تحلية المياه في العالم مع المقارنة بينها من حيث المساحة والإنتاجية والتشغيل والتكلفة الاقتصادية، على النحو التالي:

محطة تحلية المياه في دبي:

• محطة تحلية المياه في دبي هي واحدة من أكبر محطات تحلية المياه في العالم، وهي تستخدم تقنية الغشاء الحراري المانح للطاقة (MED) لتحلية مياه البحر.
• تعمل المحطة بقدرة 240 مليون جالون أمريكي (907,185 متر مكعب) في اليوم.
• المساحة:محطة تحلية المياه في دبي تتألف من ستة مواقع متفرقة، ويتراوح مجموع مساحة هذه المواقع ما بين 30 و 50 هكتارًا (300,000-500,000 متر مربع).
• المحطة تشتغل على مدار الساعة طوال أيام الأسبوع، وتستخدم في عملية التحلية الطاقة الحرارية التي تنتجها محطة توليد الكهرباء الحرارية المجاورة، مما يوفر الكثير من التكاليف في تشغيل المحطة.
• التكلفة الاقتصادية: تبلغ تكلفة المحطة حوالي 3.4 مليار دولار أمريكي، وهي تعد من أكبر محطات تحلية المياه في العالم. وتعتبر هذه التكلفة عالية بعض الشيء بسبب حجم المحطة والتقنيات المتطورة التي تستخدم فيها. ومن المتوقع أن تتحول هذه التكلفة إلى استثمار طويل الأمد لتلبية احتياجات المياه في المنطقة وتوفير الأمن المائي للمدينة.

محطة تحلية المياه في جدة:

• المساحة: 126,000 متر مربع
• الإنتاجية: 450,000 متر مكعب في اليوم
• التشغيل: تم الانتهاء من بناء المحطة في عام 2014 وتم تشغيلها في العام نفسه.
• التكلفة الاقتصادية: 7.2 مليار دولار أمريكي

محطة تحلية المياه في أسدود :

• المساحة: 100,000 متر مربع
• الإنتاجية: 624,000 متر مكعب في اليوم
• التشغيل: تم الانتهاء من بناء المحطة في عام 2015 وتم تشغيلها في العام نفسه.
• التكلفة الاقتصادية: 500 مليون دولار أمريكي

محطة تحلية المياه في أدليد Adelaide (عاصمة ولاية جنوب أستراليا وتقع في الجنوب من البلاد):

• المساحة: 10,000 متر مربع
• الإنتاجية: 100,000 متر مكعب في اليوم
• التشغيل: تم الانتهاء من بناء المحطة في عام 2012 وتم تشغيلها في العام نفسه.
• التكلفة الاقتصادية: 1.1 مليار دولار أمريكي

محطة تحلية المياه في سنغافورة:

• المساحة: 32,000 متر مربع
• الإنتاجية: 136,000 متر مكعب في اليوم
• التشغيل: تم الانتهاء من بناء المحطة في عام 2013 وتم تشغيلها في العام نفسه.
• التكلفة الاقتصادية: 20الجزء الثالث مخصص للمحطات العاملة و المبرمجة في المغرب العربي الى حدود 2030.0 مليون دولار أمريكي

في المقال المقبل (الجزء الرابع) سيخصص للمحطات العاملة و المبرمجة في المغرب العربي الى حدود 2030.

لكل غاية مفيدة :

ECE_MP_WAT_64_FR_Submitted for adoption_corrigem.pdf (unece.org

المقالات ذات الصلة للكاتب :

شح الماء في المغرب الجزء الثاني

شح الماء في العالم والدول المغاربة. الجزء 1 + dr-achbani.com