شناسه خبر : 32760 لینک کوتاه
تاریخ انتشار:

آیا کیفیت آب تولیدی توسط آب شیرین کن های دریایی برای شرب مناسب است؟

گرم شدن کره زمین، افزایش فزاینده نیازمندیهای صنایع مختلف به آب و تغییر سبک زندگی در نقاط مختلف دنیا، کمبود آب شرب را به عنوان یک چالش جدی در پیش روی انسانها در این دهه قرار داده است. این معظل در بسیاری از مناطق کره زمین، شیرین سازی آبهای شور خصوصاً دریاها را برای جبران این کمبود اجتناب ناپذیر نموده است.

 امروزه آب شیرین کن های آب شور در اقصی نقاط دریا، روزانه بیش از 100 میلیون مترمکعب آبهای شور را عمدتاً برای مصارف شرب، تصفیه می کنند. ولی پاسخ به این پرسش ضروری است که آیا آب تولیدی توسط آب شیرین کن های دریایی برای شرب مناسب است؟

امروزه شیرین سازی یا نمک زدایی آب دریا در مقیاس صنعتی، در قالب دو فرایند حرارتی و اسمز معکوس انجام می شود. در فرایندهای حرارتی، آب شور با بهره گیری از روشهای مختلف تبخیر و سپس مجدداً به فاز مایع تبدیل می شود. این تغییر فاز منجر به جداسازی املاح محلول در آب یا اصطلاحاً حذف شوری آب می شود. ولی هزینه های بهره برداری که عمدتاً مربوط به مصرف انرژی می باشد، بهای تمام شده آب تولیدی توسط واحدهای حرارتی را بالا برده است. امروزه فرایندهای حرارتی عمدتاٌ در نقاطی که به انرژیهای بازیافتی با بهای پایین دسترسی دارند، دارای توجیه اقتصادی است.

فرایند اسمز معکوس، فرایند دیگری است که با قدمت کمتر در شیرین سازی آبهای شور از آن استفاده می شود. در این فرایند آب شور با فشار بالا از غشای نیمه تراوا یا ممبران با هدف جداسازی نمکهای محلول عبور داده می شود. طی این فرایند آب دریا یا آبهای شور دیگر به دو جریان آب شیرین و آب خیلی شور تقسیم می شود که آب خیلی شور مجدداً به دریا یا طبیعت بازگردانده می شود. فناوری اسمز معکوس اگرچه قدمت کمتری نسبت به فرایندهای حرارتی دارد، ولی امروزه به عنوان اقتصادی ترین روش شیرین سازی آب دریا مورد استفاده قرار می گیرد.

منابع آب شور و خطرات پاتوژن ها برای شرب

آبهای سطحی، رودخانه ها، چاههای آب و دریا از منابع آب شوری هستند که امکان شیرین سازی برای شرب را دارند. عوامل بیماری زا یا پاتوژن ها اولین خطر احتمالی آب شرب برای سلامت انسانها است که وابسته به منبع آب، مقادیر متفاوت آنها ممکن است در آب وجود داشته باشد. با افزایش شوری آب، امکان رشد عوامل بیماری زا و پاتوژن های میکربی در آب کاهش پیدا می کند. ولی گونه های دیگری از میکروارگانیسم ها هستند که حتی در آبهای خیلی شور نیز رشد و نمو می کنند و قابلیت ایجاد بیماری دارند.   

در شیرین سازی آبهای شور توسط فرایندهای حرارتی، قابلیت بالایی در حذف عوامل بیماری زا وجود دارد. زمان تماس و درجه حرات آب، عوامل اصلی تعیین کننده برای از بین بردن پاتوژن ها در آب هستند. اکثریت پاتوژن های گیاهی موجود در آب، در صورت تداوم درجه حرارت 50 تا 60 درجه سانتیگراد به مدت 5 تا 30 دقیقه، غیر فعال می شوند. با افزایش دمای آب به 72 درجه سانتیگراد، زمان موثر برای غیر فعال سازی پاتوژن ها تا 15 ثانیه کاهش می یابد.

در روشهای حرارتی به دلیل افزایش دمای آب، اکثر این عوامل بیماری زا از بین می روند. ولی در اکثر فرایندهای حرارتی نمک زدایی دمای جوش آب از طریق کاهش فشار مخازن و به منظور کاهش مصرف انرژی، تا 50 درجه سانتیگراد کاهش می یابد که احتمال وجود پاتوژن ها را از بین نمی برد. ولی نتایج مطالعات نشان می دهد که فرایندهای حرارتی نمک زدایی، با قابلیت اطمینان بالایی آب را از عوامل بیماری زا عاری می کنند. 

در فرایند اسمز معکوس مکانیزم عاری سازی آب از عوامل بیماری زای موجود در آب شورِ ورودی متفاوت است. بسیاری از پاتوژن ها و میکروارگانیسم ها در مرحله پیش تصفیه توسط فناوریهای جدید پیش تصفیه نظیر اولترافیلتراسیون و نانوفیلتراسیون حذف می شوند. ممبرانهای اسمز معکوس نیز سدِ محکم و قابل اطمینانی در برابر نفوذ انواع ویروس ها، باکتریها و عوامل بیماری زا هستند.

غشاهای اسمز معکوس اجازه عبور هیچ پاتوژنی را از آب شور ورودی به آب شیرین نمی دهند. به این دلیل آب شیرین تولیدی توسط دستگاه های تصفیه آب صنعتی اسمز معکوس با فرض وجود طراحی و بهرهبرداری صحیح، با قابلیت اطمینان بسیار بالا، عاری از هرگونه عامل بیماری زا است. ولی در صورت بهره برداری و نگهداری نامناسب، امکان نشت آب شور ورودی به آب تولیدی و انتقال پاتوژن ها به آب شیرین وجود دارد.

علاوه بر این انجام عملیات گندزدایی(Disinfection) جهت انتقال آب شیرین از واحد شیرین سازی آب به مصرف کنندگان نهایی برای عدم رشد و ورود میکروارگانیسم ها در مخازن نگهداری و خطوط لوله ضروری است.

آیا یونهای موجود در آب تولیدی آب شیرین کن های آب دریا برای بدن انسان مضر است؟

واحدهای تصفیه آب صنعتی یا آب شیرین کن اسمز معکوس، تمامی نمکها یا یونهای موجود در آب را به صورت غیر انتخابی کاهش می دهند. اگرچه امروزه با پیشرفت فناوری ساخت ممبرانهای اسمز معکوس، امکان افزایش راندمان حذف انتخابی برخی از یونهای مضر موجود در آب دریا فراهم شده است.

ولی کاهش املاح محلول آب دریا از مقادیر بالای 40000 میلی گرم بر لیتر به کمتر از 500 میلی گرم بر لیتر که محدوده قابل شرب می باشد، منجر به کاهش کلیه یونهای موجود در آب تقریباً با نسبت یکسان می شود. به طور معمول غلظت سدیم و کلر با اختلاف از دیگر یونهای موجود در آب شیرین تولیدی نظیر کلسیم، پتاسیم، منیزیم، باریم و ...  بالاتر است و در محدوده آب شرب برای سلامتی انسان مضر نیست. ولی وجود برخی یونهای دیگر نظیر برن در آب دریا، ملاحظات مربوط سلامتی انسان را در مورد یونهای موجود در آب تولیدی واحدهای آب شیرین کن بر می انگیزد.

عنصر بور یا برن یکی از عناصر یا مواد معدنی مورد نیاز بدن انسان است که معمولاً کمبود آن با قرص های مکمل مواد معدنی جبران می شود. ولی غلظتهای بالای آن در آب آشامیدنی برای بدن انسان ایجاد مسمومیت می کند. بور در آب دریا معمولاً در قالب نمکهای برمید یافت می شود. سازمان بهداشت جهانی(WHO) حداکثر مقدار مجاز بور در آبهای تولیدی توسط آب شیرین کن ها را 4/2 میلیگرم بر لیتر تعیین کرده است.

(این مقدار پیشتر نیم میلیگرم بر لیتر بوده است) غلظت مجاز بور در استاندارد اتحادیه اروپا یک میلیگرم بر لیتر و در کشور کانادا 5 میلیگرم بر لیتر برای آب آشامیدنی تعیین شده است. غلظت مجاز بور در آب تولیدی دستگاه های تصفیه آب کشاورزی نیز به دلیل حساسیت برخی گیاهان به بور دارای محدودیتهایی در کشورهای مختلف است.

اگرچه حداکثر غلظت مجاز بور در استانداردهای مختلف کمی متفاوت است ولی آب شیرین کن های اسمز معکوس به خوبی قادر هستند که غلظت بور را در آب شیرین خروجی به کمتر از حداکثر مقادیر مجاز در استاندارهای مختلف کاهش دهند. از اینرو در صورت طراحی و بهره برداری صحیح از واحدهای آب شیرین کن آب دریا، هیچ نگرانی در مورد مسمویت زایی آب به واسطه برن وجود ندارد.

تصفیه نهایی

تعداد عناصر معدنی ضروری برای متابولیسم و سلامت بدن انسان، متجاوز از 21 عنصر است. کلسیم، منیزیم، پتاسیم، سدیم، آهن، روی، برن، ید، سلنیم و .... عناصر معدنی هستند که کمبود آنها در بدن انسان ممکن است منجر به بیماری، اختلال در سیستم ایمنی، بیماریهای قبلی-عروقی، کاهش توانایی بدنی و نقصان در سلامت ذهنی افراد شود.

فقر برخی از این مواد معدنی نظیر ید، آهن و کلسیم منشأ برخی از بیماریهای دنیای امروز است. مطالعات نشان می دهد که نزدیک 40 درصد از زنان در دنیا از عوارض کم خونی به دلیل فقر آهن رنج می برند. کمبود کلسیم و منیزیم نیز یکی از دلایل اصلی عارضه نرمی استخوان در کودکان و زنان و پوکی استخوان در سنین کهنسالی است. نزدیک به 750 میلیون نفر در دنیا نیز از بیماری گواتر و بیماریهای ناشی از فقر ید رنج می برند. 

آب یکی از منابع اصلی تأمین مواد معدنی مورد نیاز بدن انسان است. آب حاصل از آب شدن برفها، رودخانه ها و آبهای چاه به طور عموم حاوی مقادیر مناسبی از مواد معدنی مورد نیاز بدن انسان هستند. ولی آب تولیدی از آب شیرین کن ها به دلیل حذف غیر انتخابی یونهای موجود در آب نسبت به بسیاری از ترکیبات مورد نیاز بدن انسان فقیر است. تصفیه نهایی فرایندی است که با هدف مناسب سازی و سازگاری آب تولیدی واحدهای نمک زدایی برای شرب پیش بینی شده است.

آب شرب واحدهای نمک زدایی آب دریا به دلیل حذف بیشتر یونهای دو ظرفیتی نسبت به تک ظرفیتی، دچار عدم تعادل میان یونهای کلسیم، منیزیم و بیکربنات در مقایسه با سدیم و کلراید می شود. یکی از فرایندهای تصفیه نهایی که جهت ثبات و تعادل یونها در آب تولیدی استفاده می شود، تزریق دی اکسید کربن و آب آهک به آب است که منجر به افزایش محتوای کلسیم و بیکربنات آب برای شرب می شود. تصفیه نهایی آب شرب، تنظیم PH آب آشامیدنی را نیز شامل می شود. تزریق مواد شیمیایی نظیر بیکربنات سدیم، کلرایدکلسیم و ... نیز با هدف غنی سازی آب و تنظیم PH انجام می شود.  

پذیرش واقعیت کمبود آب در دنیا و ضرورت شیرین سازی آبهای شور، اهمیت هر چه بیشتر تولید آب شیرین با کیفیت، به منظور شرب را در واحدهای آب شیرین کن روشن می کند. فناوری های پیشرفته شیرین سازی آبهای شور از جمله آب دریا نظیر اسمز معکوس این اطمینان را می دهد که آب تولیدی عاری از عوامل بیماری زا است.

ولی بهره گیری از این فناوری مستلزم دانش روز طراحی، ساخت و بهره برداری واحدهای آب شیرین کن است. البته عدم وجود عوامل بیماری زا یا پاتوژن ها به تنهایی برای تولید آب شرب کفایت نمی کند. تنظیم و سازگاری هر چه بیشتر مشخصات کیفی آب تولیدی با بدن انسان نیز از اهمیت بالایی برخوردار است. به این دلیل امروزه  در طراحی واحدهای جدید آب شیرین کن، بخش تصفیه نهایی با هدف بهینه سازی کیفیت آب بسیار مورد توجه قرار می گیرد.

منبع : سید احسان مجتبوی-طراح و پژوهشگر آب شیرین کن های آب دریا