كيف تتم عملية تحلية المياه ؟ وما أهم مراحلها ؟؟
تعريف تحلية المياه
تحلية المياه هي عملية إزالة الأملاح والشوائب من مياه البحر أو المياه الجوفية المالحة لجعلها صالحة للشرب أو الاستخدام الصناعي والزراعي.
عملية تحلية المياه
- تحتاج عملية التحلية إلى الكثير من التقنيات التي تقوم باستهلاك الطاقة والمال الكثير.
- حيث أن هذه التقنيات تقوم بترك آثارا ضارة على البيئة، فاستخدام الطاقة في التحلية يعد من المشاكل الكبيرة والعقبات الصعبة التي تكون بحاجة إلى التذليل.
- فهي تعد من الأهداف التي يقوم العمل عليها الأن في المراكز العلمية.
- حيث أن هذه المراكز تقوم بالبحث عن بدائل تقوم باستخدام الطاقة بشكل أقل وأيضا أن تكون أكثر فاعلية ولا تسبب أي أضرار للبيئة.
- فالتوجيهات الخاصة التي يقوم بها العالم تختلف من حيث القيام بتحلية مياه البحر أو القيام بمعالجة مياه الصرف الصحي ومعالجة الأمطار لكي يتم إعادة استخدامها.
- فالمعامل الخاصة بتحلية المياه توجد في كلا من (الخليج العربي، ليبيا, ولكن المعامل التي تكون خاصة بمعالجة المياه توجد في العديد من الأماكن المتفرقة في العالم حيث أنها توجد في كلا من (الولايات المتحدة الأمريكية، سنغافورة، دول أوروبا).
طرق تحلية المياه
تتم التحلية عن طريق استخدام الأغشية فهي أحيانا تسمي بطريقة التناضح العكسي حيث أنها تعمل بالكهربا, يمكن أن تتم عملية تحليه المياه عن طريق استخدام التبخير بالحرارة فهذه الطريقة تعرف أيضا باسم التقطير, وإليكم التفاصيل:
أولا : التحلية عن طريق استخدام الأغشية (التناضح العكسي)
- هذه العملية الخاصة بتحلية المياه يتم بها استخدام غشاء نصف نافذ فيسمي هذا الغشاء بغشاء التناضح العكسي حيث أن هذا الغشاء يسمح بعملية مرور الماء العذب إليه أثناء اتجاه الضغط المنخفض.
- فهو أيضا لا يسمح بمرور الملح والبكتيريا من خلاله، هذه العملية التي تتم من خلال زيادة الضغط علي ناحية الغشاء التي يتم ملئه من مياه البحر، حيث أن هذا الضغط يبلغ حوالي 70 بار (70 ضغط جوي).
- يتم إنتاج هذا الضغط من خلال المضخات التي تعمل بالكهرباء, ويمكن أيضا أن نقوم باستخدام أغشية أخرى لكي نقوم بهذه العملية.
- مثل : الفرز الغشائي الكهربائي، وأيضا نقوم بالبحث وفحص بعض أنواع الأغشية الأخرى مثل : (التناضح الأمامي، فلتر النانو، غشاء التحلية).
- الكثير من الأبحاث التي تم عملها تؤكد أنه يوجد أغشية أفضل وأكثر فاعلية، فمن خلال ذلك من المتوقع أن يحدث انتشار لعملية التحلية في الكثير من الأماكن في خلال الـ 25 سنة القادمين.
ثانيا : التحلية عن طريق استخدام التقطير
- عملية التحلية التي تتم من خلال التقطير تقوم علي رفع درجة حرارة المياه المالحة إلى درجة الغليان وأيضا تكوين بخار الماء.
- لأن هذا البخار يتم تكثيفه بعد ذلك إلى ماء مقطر حيث أن هذا الماء المقطر يكون خالي من الملح، فيتميز هذا الماء المقطر بأنه ليس له طعم.
- ولكن هذا الماء يتم معالجته من خلال وضع إضافات له لكي يصبح هذا الماء صالح لعملية الشرب أو عملية الري، فهذه التقنية يتم استخدامها عندما يحتاج الأمر أن يتم معالجة مياه شبه خالية من الأملاح لكلا من التطبيقات الصناعية والتطبيقات الكيميائية والتطبيقات الحيوية.
التقطير الذي يتم استخدامه في عملية التحلية العديد من الأنواع، منها :
التقطير العادي
- في هذا التقطير العادي نقوم بغلي الماء المالح في خزان ماء يكون بدون ضغط فهذا يؤدي ال صعود بخار الماء في أعلى الخزان ويتم خروجه من خلال مسار متصل بالمكثف الذي يقوم بالعمل علي تكثيف بخار الماء الذي يتحول بعد ذلك إلى قطرات ماء.
- يحدث لها تجميع في الخزان الخاص بالماء المقطر، ولكن هذه الطريقة يتم استخدامها في محطات التحلية التي تتميز بالطاقة الإنتاجية الصغيرة.
التقطير الومضي متعدد المراحل
- يوجد حقيقة تقول أن درجة غليان السوائل تتناسب طرديا مع الضغط الذي يقع عليها، حيث عندما يقل الضغط الذي يكون واقع على السائل يحدث لدرجة الغليان انخفاض كبير.
- ولكن في هذه الطريقة بعد تسخين المياه المالحة يحدث إليها مرور إلى غرف متتالية تكون ذات ضغط منخفض، فيحدث أن تتحول المياه إلى بخار ماء يحدث له تكثيف في على أسطح باردة فيتجمع ويتم معالجته بكميات مياه تكون صالحة للشرب.
- فهذه الطريقة يتم استخدامها في محطات التحلية التي تكون ذات الطاقة الإنتاجية الكبيرة (30000 متر مكعب فهو حوالي 8 ملايين جالون مياه في اليوم).
ثالثًا: تحلية المياه بالتجميد
تعتمد هذه الطريقة على حقيقة أن الجليد النقي لا يحتوي على الأملاح، وعند تجميد المياه المالحة، تترسب الأملاح وتنفصل عن الجليد، وتتمثل خطوات العملية:
- تبريد الماء حتى يصل إلى درجة التجمد، مع تكوين بلورات الجليد، والتي تكون خالية من الأملاح، وإزالة الجليد المتشكل وفصله عن الماء المتبقي المالح. ثم إذابة الجليد للحصول على مياه عذبة صالحة للاستخدام.
- ومن مزايا التحلية بالتجميد استهلاك طاقة أقل مقارنة ببعض طرق التقطير الحراري، مع قلة الترسبات والتآكل مقارنة بالتناضح العكسي.
- ومن عيوب التحلية بالتجميد أنها تحتاج إلى معدات متخصصة لفصل الجليد بكفاءة، وغير منتشرة تجاريًا بسبب التكلفة العالية مقارنة بالتناضح العكسي.
رابعا: التحلية بالتحليل الكهربائي
تعتمد على استخدام تيار كهربائي لسحب الأيونات المالحة عبر أغشية شبه نفاذة، مما يؤدي إلى فصل الأملاح عن الماء، وتتمثل خطوات التحلية فيما يلي:
- يتم تمرير الماء المالح بين أغشية مشحونة إيجابيًا وسلبيًا، وتتحرك الأيونات الموجبة (مثل الصوديوم) نحو القطب السالب، والأيونات السالبة (مثل الكلور) نحو القطب الموجب. تتجمع الأيونات في أقنية منفصلة، تاركة الماء العذب في المنتصف. ويتم تصريف المياه المالحة المركزة وإخراج الماء المحلى.
- ومن مزايا تحلية المياه بواسطة التحليل الكهربائي أنها فعالة لتحلية المياه ذات الملوحة المنخفضة مثل المياه الجوفية قليلة الملوحة، وتتطلب استهلاك طاقة أقل مقارنة بالتقطير.
- ومن عيوب تحلي المياه بالتحليل الكهربائي أنها غير مناسبة لتحلية مياه البحر بسبب الملوحة العالية جدًا، وتحتاج إلى صيانة دورية للأغشية.
📌 أكثر الطرق شيوعًا اليوم هي التناضح العكسي، لأنها أقل استهلاكًا للطاقة مقارنة بالتقطير.
مراحل تحلية المياه
العملية الخاصة بتحلية المياه تتم من خلال 3 مراحل أساسية قبل أن تتم عملية التوزيع وعملي الضخ في الشبكة, فهذه المراحل هي :
- المعالجة الأولية للمياه.
- عملية إزالة الأملاح للمياه.
- المعالجة النهائية للمياه.
1. المعالجة الأولية للمياه
- يحدث في هذه العملية إزالة جزء كبير من المواد التي تكون متعلقة بالمياه مثل : (التراب، البكتيريا), فذلك يحدث من خلال عملية المعالجة الأولية التقليدية للمياه أو يمكن أن يحدث من خلال عملية المعالجة الأولية الحديثة للمياه.
- حيث في هذه العملية نقوم بإضافة البعض من المواد الكيميائية لكي يتم تسهيل عمليات المعالجة.
2.عملية إزالة الأملاح
- يتم في هذه العملية إزالة كلا من الأملاح الذائبة في المياه وأيضا إزالة الفيروسات وأيضا المواد الأخرى، مثل : (المواد الكيميائية، المواد العضوية المنقولة، المواد الذائبة في الماء).
- فعملية إزالة الأملاح تتم من خلال استخدام الأغشية أو استخدام التقطير.
3. المعالجة النهائية للمياه
- هذه العملية الخاصة بالمعالجة النهائية للمياه يتم بها إضافة بعض الأملاح والمواد الأخرى حتي تصبح المياه صالحة للاستخدام البشري.
- فهذه العملية تحدث عندما يكون الهدف منها فقط خدمة المرافق التي تكون خاصة بالاستهلاك الذي يكون مباشر للبشر مثل : (الشرب أو الاستخدام المنزلي أو الاستخدام في عملية الزراعة).
- في هذه الخطوة لا نقوم بإضافة الأملاح دائمًا ولكن يمكن إضافته عندما يكون الغرض منها هو استخدام هذه المياه في كلا من (تطبيقات الصناعة، الأدوية)، حيث أنها لا تؤثر بالسلب علي جودة المنتج.
تحلية المياه بالطاقة الشمسية
تحلية المياه بالطاقة الشمسية تعني استخدام الطاقة الشمسية لتبخير المياه المالحة ثم تكثيف البخار للحصول على مياه عذبة، مما يجعلها طريقة صديقة للبيئة ومستدامة، ومن أهم طرق تحلية المياه بالطاقة الشمسية:
1. التحلية باستخدام الأحواض الشمسية (Solar Stills)
يتم وضع الماء المالح داخل حوض شفاف مغطى بزجاج مائل، وتسخن الشمس الماء حتى يتبخر، ثم يتكاثف على الزجاج ويقطر كماء عذب، وتحاكي هذه الطريقة دورة الماء الطبيعية (التبخر – التكاثف – التساقط)، ومن مزاياها وعيوبها، ما يلي:
المزايا:
- طريقة بسيطة ومنخفضة التكلفة.
- مناسبة للمناطق النائية والصغيرة.
العيوب:
- إنتاجية قليلة جدًا يوميًا.
- تحتاج إلى مساحة كبيرة.
2. التحلية بالتقطير الشمسي متعدد التأثيرات (Multi-Effect Distillation - MED)
تعتمد على عدة مراحل من التبخير والتكثيف، حيث يتم إعادة استخدام الحرارة الناتجة عن كل مرحلة لتسخين المرحلة التالية، ويتم تسخين المياه بواسطة الألواح الشمسية، ثم تمر عبر غرف متتالية يتكاثف فيها البخار، ومن مزاياها وعيوبها، ما يلي:
المزايا:
- أكثر كفاءة من الأحواض الشمسية التقليدية.
- يقلل من استهلاك الطاقة مقارنة بالطرق التقليدية.
العيوب:
- مكلف من حيث المعدات والصيانة.
- يتطلب بنية تحتية متقدمة.
التحلية بالتناضح العكسي بالطاقة الشمسية (Solar-Powered Reverse Osmosis - RO)
يتم تشغيل مضخات التناضح العكسي بالطاقة الشمسية لدفع المياه المالحة عبر أغشية خاصة تفصل الأملاح، وتُستخدم الألواح الشمسية لتوليد الطاقة المطلوبة لعمل النظام، ومن مزاياها وعيوبها، ما يلي:
المزايا:
- فعالة جدًا لإنتاج كميات كبيرة من المياه المحلاة.
- مناسبة للمناطق البعيدة عن شبكات الكهرباء.
العيوب:
- تحتاج إلى طاقة شمسية كافية لضخ المياه بضغط عالٍ.
- تكلفة الصيانة واستبدال الأغشية مرتفعة.
أي الطرق هي الأفضل؟
- للاستخدام الفردي أو القرى الصغيرة → الأحواض الشمسية
- للمناطق الصحراوية والمشاريع الكبيرة → التقطير الشمسي متعدد التأثيرات
- للمدن والمناطق التي تحتاج إلى كميات كبيرة من المياه → التناضح العكسي بالطاقة الشمسية
ما هي مجالات البحث والتطوير الخاصة بتحلية المياه
أولا : العمل علي إيجاد بدائل للطرق الحالية لعملية التحلية
- هذا يحدث من خلال البحث عن أغشية جديدة أفضل من التي توجد في الوقت الحالي لكي يتم استخدامها في عملية فصل الأملاح واختيار العوامل الكيميائية والتشغيلية المناسبة.
ثانيا : إيجاد بدائل للمواد الكيميائية المضافة
- يحدث ذلك من خلال استخدام الهندسة الوراثية لكي يتم تسريع عملية تنقية المياه ومعالجتها من خلال استخدام الأحياء الدقيقة.
ثالثا : إيجاد بدائل للطاقة المستخدمة لعملية التحلية
- يتم ذلك من خلال قيامنا باستخدام الطاقة المتجددة مثل : (الطاقة الشمسية أو طاقة الرياح أو بطاقة أمواج البحر).
تحلية المياه في السعودية
تُعد المملكة العربية السعودية رائدة عالميًا في مجال تحلية المياه، حيث تنتج أكثر من مليار وستة ملايين متر مكعب من المياه المحلاة سنويًا، ما يمثل حوالي 18% من الإنتاج العالمي.
الجهات المسؤولة عن تحلية المياه في المملكة:
- المؤسسة العامة لتحلية المياه المالحة (SWCC): تُعتبر الجهة الحكومية الرئيسية المسؤولة عن تحلية مياه البحر وتوزيعها إلى مختلف مناطق المملكة.
- الهيئة السعودية للمياه: تُشرف على تشغيل وصيانة منظومات إنتاج المياه المحلاة، بالإضافة إلى وحدات تنقية المياه الجوفية والسطحية.
تقنيات التحلية المستخدمة:
تستخدم المملكة عدة تقنيات لتحلية المياه، أبرزها:
- التبخير الوميضي متعدد المراحل (MSF): يعتمد على تبخير المياه المالحة تحت ضغط منخفض.
- التناضح العكسي (RO): يستخدم أغشية خاصة لفصل الأملاح عن المياه تحت ضغط عالٍ.
- التقطير متعدد التأثيرات (MED): يعتمد على استخدام الحرارة المتبقية من عمليات التبخير لتقليل استهلاك الطاقة.
أبرز محطات التحلية:
تضم المملكة العديد من محطات التحلية، منها:
- محطة الجبيل: تُعد من أكبر المحطات وتستخدم تقنية التناضح العكسي.
- محطة الشعيبة: تخدم منطقة مكة المكرمة والمناطق المجاورة.
- محطة رأس الخير: تُعتبر من أحدث المحطات وتستخدم تقنيات متقدمة في التحلية.
التوجه نحو الاستدامة:
تسعى المملكة إلى تقليل الاعتماد على الوقود الأحفوري في عمليات التحلية من خلال:
- استخدام الطاقة الشمسية: لتشغيل محطات التحلية وتقليل البصمة الكربونية.
- تطوير محطات تحلية عائمة: في البحر الأحمر لزيادة الإنتاجية وتقليل التأثير البيئي.
توظيف تحلية المياه
توظيف تحلية المياه يشير إلى الاستخدامات المختلفة للمياه المحلاة التي يتم إنتاجها عبر تقنيات التحلية لتلبية احتياجات المجتمع والصناعة والبيئة، وتشمل:
- تُوزَّع المياه المحلاة عبر شبكات المياه لتلبية احتياجات السكان من الشرب والطهي والنظافة الشخصية، مما يضمن توفير مياه عذبة وآمنة في ظل ندرة المياه الجوفية أو السطحية.
- تُستخدم المياه المحلاة في العمليات الصناعية مثل التبريد في المصانع والعمليات الإنتاجية في الصناعات البتروكيماوية وغيرها، مما يساعد على دعم النمو الصناعي وتخفيف الاعتماد على المياه الطبيعية.
- رغم أن تكلفة المياه المحلاة تجعل استخدامها في الزراعة محدودة نسبيًا، إلا أنها تُوظَّف في ري بعض المحاصيل ذات القيمة العالية أو في المناطق التي تعاني من نقص المياه لضمان استمرارية الإنتاج الزراعي.
- تُستغل المياه المحلاة في تطوير المدن والمناطق السياحية، مثل تنسيق الحدائق والمرافق العامة، وكذلك في بعض المشاريع البيئية الهادفة إلى تحسين المخزون المائي ودعم الأنظمة البيئية المحلية.
- تُستخدم التقنيات الحديثة مثل التحلية بالطاقة الشمسية لتقليل البصمة البيئية وتحسين كفاءة الإنتاج، مما يسهم في تحقيق أهداف التنمية المستدامة وتحسين إدارة الموارد المائية.
للإستفادة من هذا المقال انسخ الرابط
https://mafahem.com/sl_10240
