كيف يتم تحلية المياه

التحلية باستخدام الأغشية

تعد التحلية باستخدام الأغشية إحدى طرق تحلية الماء، ويتم من خلالها استعمال غشاء نصف نافذ وهو ما يسمّى بغشاء التناضح العكسي، حيث يقوم هذا الغشاء بالسماح بتمرير الماء النقي والعذب في إتجاه ضغط منخفض ولا يسمح بمرور الاملاح والبكتيريا عبرها، حيث يكون هذا الضغط (70 ضغط جوي) من خلال مضخات تعمل على الكهرباء.^[١]

وتنقسم عملية التحلية باستخدام الأغشية إلى نوعين:

التناضح العكسي أو الأسموزية العكسية

التناضح العكسي أو الأسموزية العكسية (بالإنجليزية: Reverse osmosis) وهي الطريقة التي ينتقل فيها الماء من محلول ذو تركيز قليل إلى محلول ذو تركيز أعلى عبر الغشاء الفاصل بينهما والذي يكون نصف نفّاذ، وذلك باستخدام ضغط أعلى من الضغط الأسموزي للمحلول.^[١]

إذ يستمر انتقال الماء إلى أن يحدث توزان وتساوي ما بين التناضح الناتج والضغط الأسموزي للمحلول، ومن ثمّ يُعكس اتجاه حركة المياه بحيث يصبح تركيز المحلول أعلى وتتجه المياه النقية إلى الجانب الآخر من الغشاء.^[١]

الغسيل الكهربائي

تُمثّل طريقة الغسيل الكهربائي (بالإنجليزية: Electrodialysis) إلى حدٍ ما عملية التبادل الأيوني والتي يحدث من خلالها انجذاب أيونات الماء إلى الأقطاب الكهربائية ذات الشحنات المعاكسة، إلّا أنّه في الغسيل الكهربائي تُستخدم أغشية إختيارية تمكّن إمّا الأيون السالب أو الأيون الموجب من التّحرك عند وضعها بين الأقطاب الكهربائية.^[١]

التحلية باستخدام طُرق التقطير

تتم من خلال القيام بعملية رفع حرارة الماء المالح لدرجة الغليان، ثم يتم تكثيف البخار وتحويله إلى ماء نقي حيث يكون خالي من الأملاح ولكن لا يكون له طعم، بعد التقطير يتم معالجته عن طريق إضافة مواد ليصبح صالح للري أو الشرب.^[٢]

وتكون الطاقة الحرارية المستخدمة في تلك الطريقة عن طريق الغاز أو الفحم أو المفاعل النووي ومن خلالها يتم التبخير للمياه،^[٢] وفيما يلي أبرز الطرق المُستخدمة في تقطير المياه:

التقطير بالبخار

تتطلب طريقة التقطير بضغط البخار (بالإنجليزية: Vapor compression distillation) وجود الطاقة الميكانيكية كمصدر لتوليد الطاقة الحرارية بدلًا من استخدام الحرارة على نحوٍ مباشر.^[٣]

وتتمتع هذه الآلية بقدرتها على العمل وحدها أو إلى جانب إحدى عمليات التقطير الحرارية المختلفة، وتُستخدم الطاقة الحرارية الناتجة عن ضغط البخار من خلال هذه العملية بهدف تبخير المياه.^[٤]

وعادًة ما تُستخدم هذه الطريقة في تقطير المياه في الأماكن التي تتطلب المياه النقية بكميات متوسطة أو كبيرة مثل؛ المنتجعات، والمصانع، وكذلك أماكن التنقيب عن النفط.^[٤]

التقطير متعدد التأثير

يحدث من خلال طريقة التقطير متعدد التأثير (بالإنجليزية: Multiple Effect Desalination) عمليّة تكثيف البخار على أحد جوانب جدار أنبوب وحدة التقطير، بحيث يتمّ تبخير الماء المالح في الجانب الآخر من تلك الوحدة.^[٣]

ويُشار إلى أنّ مصدر الطاقة الذي يُستخدم في عمليّة تبخير المياه في هذه الطريقة هو الحرارة الناتجة من تكثيف البخار، وتحدث هذه العمليات ضمن سلسلة يكون لدى كل منها تأثير، ولتسهيل عملية تبخير الماء المالح؛ فإنّه يوضع على شكل طبقة رقيقة مباشرةً على أنابيب وحدة التقطير.^[٣]

التقطير مُتعدد المراحل

تتميز عملية التقطير مُتعدد المراحل (بالإنجليزية: Multi-Stage Flash Distillation) بحدوثها على عدّة مراحل، أو لعدة مرات؛ وذلك كما يلي:^[٥]

• تمرير ماء البحر المالح خلال المبدلات الحرارية.
• تُعرِّض المبدلات الحرارية المياه لحرارة بخار وضغط من مصادر خارجية، ليتحوّل بذلك إلى بخار ماء.
• يتمّ تكثيفه على أسطح باردة، ثمّ يُجمع لاحقًا مكونًا الماء العذب.

التقطير باستخدام الطاقة الشمسية

تتمتع تقنية التقطير باستخدام الطاقة الشمسية (بالإنجليزية: Solar distillation) بوحدات تنقية ذات تصاميم مُختلفة ولكنها تعمل بنفس مبادئ وحدات التقطير السابقة، كما يلي:^[٤]

• تكون أشعة الشمس هي مصدر الطاقة الحرارية التي بدورها تعمل على تبخير ماء البحر.
• يتمّ تكثيف الماء لاحقًا على سطح من الزجاج الشفاف أو على غطاء بلاستكي.
• ومن ثمّ يُجمع كمياه عذبة في مكان مخصص يُدعى حوض التكثيف، حيثُ يستخدم الغطاء أيضًا في نقل الطاقة الحرارية وتمكين بخار الماء من التكاثف على سطحه.
• تنتهي المرحلة الأخيرة بالتخلص من الملح الراسب والماء غير المتبخر.

التحلية باستخدام البلورة والتجميد

يمكن تعريف التحلية باستخدام البلورة والتجميد (بالإنجليزية: Desalination by freeze crystallization) بأنّها عمليّة الذوبان والتجميد والتي من خلالها يحدث تبلور للماء ويُحوّل إلى جليد.^[٦]

وتُستخدم تلك الطريقة عادةً في تحلية مياه المناطق المعزولة والأماكن الباردة وكذلك المجتمعات الصغيرة المعزولة، وتحدث عملية التجميد عند درجة حرارة تصل إلى - 20 درجة مئوية،^[٧] وفيما يأتي مراحل حدوث هذه العملية:^[٨]

• تبلور طبقة المياه المتجمدة من خلال التحكم بعملية التبريد داخل أنبوب وحدة التحلية.
• ترشيح المحلول الملحي المركز.
• تنقية طبقة الجليد.
• تذويب طبقة الجليد للحصول على المياه النقية.

تحلية المياه هي عمليّة يحدث من خلالها استخلاص الأملاح أو المعادن من مياه البحر، أو الأمطار، أو مياه الصرف الصحي بهدف تحويلها إلى مياه عذبة، والتي تُستخدم في عدّة مجالات أبرزها توفير المياه الصالحة للشرب وقطاعي الصناعة والزراعة.

ترتكز عملية تحلية المياه بشكل أساسي على رفع درجة الحرارة وتكثيف البخار من خلال طرق مختلفة لتقطير المياه أبرزها؛ التقطير بضغط البخار، والتقطير ذو التأثيرات المتعددة، والتقطير متعدد المراحل، والتقطير بالطاقة الشمسية بالإضافة إلى التقطير بالتبلور والتجميد.

المراجع

1. ^ ^{أ ب ت ث} Carolina Fernandez-Gonzalez, Angel Irabien (2019), "Desalination Membrane", sciencedirect, Retrieved 16/9/2021. Edited.
2. ^ ^{أ ب} By Andrew Del-Colle (Aug 24, 2015), "Making Ocean Water Drinkable Is Much Harder Than You Think"، popularmechanics, Retrieved 3/6/2018. Edited.
3. ^ ^{أ ب ت} Roberto Espejo Guasp., Henry H. Smith and others, "2.2 Desalination by distillation", oas, Retrieved 15/9/2021. Edited.
4. ^ ^{أ ب ت} "Desalination Methods for Producing Drinking Water", agrilifeextension.tamu, Retrieved 15/9/2021. Edited.
5. ↑ "Desalination", chinawaterrisk, Retrieved 15/9/2021. Edited.
6. ↑ Khadije El Kadi, Isam Janajreh, "Desalination by Freeze Crystallization: An Overview", researchgate, Retrieved 15/9/2021. Edited.
7. ↑ Mokhtar Mahdavi, Amir Hossein Mahvi, Masoud Yunesian (21/10/2011), "Application of Freezing to the Desalination of Saline Water", springer, Retrieved 19/9/2021. Edited.
8. ↑ Anouar Rich,Youssef Mandri, Nourimane Bendaoud and others (3/8/2012), "Freezing desalination of sea water in a static layer crystallizer", tandfonline, Retrieved 19/9/2021. Edited.