يعد  الماء ذلك السائل العجيب القاعدة الأساسية التي تقوم عليها الحياة فوق الأرض فعلى المياه قامت أولى الحضارات البشرية وحيثما وجد الماء وجدت الحضارات ونظراً للتزايد الهائل في عدد السكان وارتفاع المستوي المعيشي والتطور الصناعي والزراعي مما أدى إلى تلوث المياه ومصادره المحدودة ، ونتيجة لقلة مصادر المياه العذبة في كوكب الأرض برزت مشكلة النقص الحاد للمياه العذبة ولقد أجريت العديد من الدراسات والبحوث حول مستقبل الوضع المائي والبحث عن مصادر مائية جديدة غير المصادر التقليدية التي منها على سبيل المثال تحلية المياه المالحة .


: تحلية المياه :

هي تحويل المياه المالحة إلى مياه نقية من الأملاح صالحة للاستخدام . ويتم ذلك عبر طرق عديدة للتحلية.

اختيار مصدر المياه :

توجد العديد من أنواع مصادر المياه على كوكب الأرض غير انه يمكن إجمالها في ثلاثة صور تضم :

مياه الأمطار والمياه السطحية والمياه الجوفية ومن الأهمية بمكان معرفة خصائص المصدر وكمية المياه به ومدي إمكانية ايفائة بالكميات المطلوبة من المياه واستمرارية المصدر وطاقته الانتاجيه ونوع المياه به وقرب المصدر أو بعده من منطقة الاستهلاك ورغبة جمهور المستهلكين في استخدام المصدر .

وتستخدم مياه الأمطار بطرق مباشرة أو غير مباشرة بواسطة المواطنين وتعتمد كمية المياه التي يمكن الحصول عليها علي شدة الأمطار وعلي زمن هطولها وفترة الهطول والعوامل المناخية المؤثرة علي الأمطار وطريقة تجميع المياه وحفظها وسبل الاستخدام ومظاربها ونوعية المياه المجمعة أما المياه السطحية فتشكل النسبة الكبرى في الحصول علي المياه وتضم في مجملها الأنهار والبحيرات والبرك والأنهار الصغيرة والخيران الموسمية والدائمة والبحار وتتفاوت كمية المياه بالمصدر طبقا لنوع المصدر وكمية الأمطار الهاطلة بالمنطقة ومقدار الجريان السطحي وطبغرافية وجيولوجية وجغرافية المنطقة والظروف المناخية المحيطـة والنسبة المصرح باستغلالها من هذه المياه لا سيما وغالبا ما تشترك العديد من الدول في مصدر من مصادر المياه وتحدد الاتفاقيات الثنائية والمشتركة كمية المياه التي ممكن أن تستغل وعادة فان استغلال المياه السطحية تحكمه نوع المياه ودرجة التلوث الموجودة وإمكانية تنقيتها بالموارد والإمكانيات المحلية المتاحة ومدي مواكبة التنقية للتشريعات المنظمة للاستخدام ولابد من توخي الحذر واخد الحيطة عند استخدام المياه السطحية لتفادي مشاكل التلوث بها ولعدم مضاعفة الملوثاث الموجودة أو الإتيان بأخرى تصعب أزالتها من المصدر ولابد من أخد العوامل الصحية في الحسبان عند تصميم وإجازة وإنشاء المشاريع التنموية تعتبر المياه الجوفية من افضل مصادر للاستهلاك نسبة إلى نوع المياه وجودتها مقارنة بالمياه السطحية خاصة عند غياب التلوث وعند وجود الكميات الكافية من المخزون الجوفي أما عملية اختيار المصدر المائي الملائم فتتم بالاعتماد علي عوامل مؤثرة ومتداخلة فيما بينها مثل درجة القبول للمصدر من قبل جمهور المستهلكين ،وكمية ونوع المياه بالمصدر ، وسبل استخدام المصدر ، وتكلفة الإنتاج والتوزيع ، وقرب المصدر من منطقة الاستهلاك والطاقة المستهلكة ، وجودة التقنية المحلية الملائمة وأساليب التدريب ، وجود العمالة ومتطلبات التشغيل والصيانة والترميم ، وإمكانية التنمية والزيادة علي المدى القصير والطويل كما ويمكن استخدام اكثر من مصدر للإيفاء بالاحتياجات وتعتمد النسبة المئوية لاستخدام كل مصدر علي العوامل الاقتصادية والفنية والبيئية وعوامل التقنية في المقام الأول .


عوامل اختيارالطريقة المناسبة للتحلية:


أولا : نوعية مياه البحر ( تركيز الأملاح الذائبة الكلية) :

تصل كمية الأملاح الكلية المذابة إلى درجات مختلفة فعلي سبيل المثال في مياه الخليج العربي تصل إلى حوالي 56000 جزء من المليون في الخبر كما أنها تتراوح ما بين 38000 إلى 43000 جزء من المليون في مياه البحر الأحمر بمدينه جده .

ثانياً : درجة حرارة مياه البحر والعوامل الطبية المؤثرة فيه :

ويجب مراعاة ذلك عند تصميم المحطات حيث أن المحطة تعطي الإنتاج المطلوب عند درجة الحرارة المختارة للتصميم بحيث لو زادت أو انخفضت درجة الحرارة عن هذا المعدل فإن ذلك يؤثر على كمية المنتج بالزيادة أو النقصان أما العوامل الطبيعية المؤثرة فتشمل المد والجزر وعمق البحر وعند مأخذ المياه وتلوث البيئة .

ثالثاً : تكلفة وحدة المنتج من ماء وكهرباء :

وذلك بمتابعة أحدث التطورات العالمية في مجال التحلية وتوليد الطاقة للوصول إلى أفضل الطرق من الناحية الاقتصادية من حيث التكلفة الرأسمالية وتكاليف التشغيل والصيانة .

وصف مبسط لمحطة تحلية:


يبدأ دخول مياه البحر إلى مآخذ مياه البحر من خلال مصافي وذلك لمنع الشوائب من الدخول إلى مضخات مياه البحر التي تقوم بدورها بضخ مياه البحر إلى المبخرات . هذا ويتم حقن مياه البحر بمحلول هيبوكلوريد الصوديوم عند مآخذ مياه البحر أي قبل دخولها المبخرات وذلك لمعالجتها من المواد البيولوجية العالقة بها . ويتم تجهيز هذا المحلول في خزانات ومن ثم يتم حقنه خلال مضخات بمعدلات حسب الطلب .

يوجد بمآخذ مياه البحر لوحات توزيع القوى الكهربائية التي تغذي المضخات وغيرها بالكهرباء ، كما يوجد أيضا أجهزة القياس والتحكم اللازمة لهذه المعدات . هذا ويتم انتقال مياه البحر بعد ذلك إلى المبخرات والتي تتكون من عدة مراجل يتم خلالها تبخير مياه البحر ومن ثم تكثيفها وتجميعها .

وبالنظر إلى ما يحدث للعمليات المتتابعة المياه لحظة دخولها المبخرات وحتى الحصول على المياه العذبة نجد أنه يتم إضافة بعض الكيماويات منها ( البولي فوسفات ) إلى مياه البحر قبل دخولها المبخرات وذلك لمنع الترسبات (القشور SCALES ) داخل أنابيب المكثفات والمبادلات الحرارية كما نجد أن مياه البحر هذه تمرر على أجهزة تسمى بنوازع الهواء وذلك للتخلص من الغازات المذابة بمياه البحر كما يتم تسخين مياه البحر بواسطة مبادلات حرارية تعمل بالبخار وتسمى ( مسخنات المياه المالحة ) . هذا ويلزم للمبخرات أنواع متعددة من المضخات منها ما يلزم لتدوير الماء الملحي داخل المبخرات ومنها ما يلزم لتصريف الرجيع الملحي إلى قناة الصرف ومنها ما يلزم لضخ الماء المنتج إلى محطة المعالجة الكيماوية .




هذا وبعد ضخ الماء المنتج إلى محطة الكيماوية والتي يتم فيها معالجة المياه المنتجة بالمواد المختلفة مثل الكلور وثاني أكسيد الكربون والجير حتى يصبح حســب المواصفات المطلوبة عالمياً يتم نقله من محطة المعالجة الكيماوية إلى الخزانــات الكبيرة التي تمـد الشبكـة بالمـاء الصالـح للشـرب.


إنتاج الطاقة الكهربائية في محطات التحلية:





عادة ما يتم استغلال جزء من البخار المنتج من محطات التحلية في عملية إنتاج الطاقة الكهربائية لتغذية احتياجات محطة التحلية والمجمع السكني ومحطات الضخ وعليه يتم تصدير باقي الطاقة المنتجة من هذه المحطة إلى الشبكة الكهربائية .

وبالنظر إلى محطة توليد الكهرباء نجد أنها تتكون أساساً من مجموعة من الغلايات تقوم بتحميص البخار المنتج من محطة التحلية والتوربينات البخارية الموصلــة بالمولدات التي تنتج الطاقة الكهربائية . هذا وتشتمل المحطة على بعض المعـدات المساعدة ومضخات وزانات وقود وأنظمة مكافحة الحريق وبطاريات كهربائية لإمداد الأجهزة الضرورية بالطاقة عند حدوث إي خلل بالشكة ، هذا بالإضافة إلى الحاسب الآلي الذي بواسطته يمكن السيطرة على جميع أجهـزة القيــاس والتحكم والمراقبة لكافة معدات المشروع .

تحلية المياه تعني إنتاج مياه تصلح للاستهلاك الإنساني من مياه مالحة مثل / مياه البحار أو مياه عالية الملوحة.

درجات تركيز المواد الصلبة الذائبة لعدد من أنواع المياه
نوع المياه المواد الصلبة الذائبة الكلية ( ملجم / لتر )
مياه مالحة 1500 إلى 12000
مياه البحر (منطقة الشرق الأوسط ) 5000
مياه البحر ( بحر الشمال ) 35000


كما وأن تحلية المياه تعني الطرق التي تتطلب طاقة لفصل الماء والأملاح الموجودة في الماء الخام . ويتم الإيفاء بالطاقة المطلوبة من وحدات معينة مصممة لهذا الغرض . ويمكن إتمام تحلية المياه بطرق عديدة منها التقطير ، والتجمد ، والتناضح العكسي والديلزة . ويبين أهم الطرق المستخدمة في عمليات تحلية الماء والتي يمكن تلخيصها في عمليات حرارية وعمليات قدرة . وتشمل الطرق الحرارية تلك الوحدات التي تأخذ ما تحتاجه من طاقة في شكل شغل ، ومثال لهذه الوحدات التناضح العكسي ، والفصل الغشائي الكهربائي ( الديلزة ) ، والتجمد ...
تعتبر عملية التقطير من وحدات تحلية المياه والتي يتم فيها فرز الأملاح بالغليان في أوعية مناسبة لتنتج مسارين . أحد المسارين تقل فيه المواد الصلبة الذائبة ويسمي بمسار الماء النقي ، والآخر يحتوي علي بقية المواد الصلبة الذائبة ويسمي مسار المحلول الملحي المركز . ومن ثم يتم تكثيف البخار للحصول علي الماء النقي .

ومن محاسن هذه الطريقة لتحلية الماء :

1. التخلص من الجراثيم والكائنات الحية الدقيقة الضارة الموجودة في الماء الخام من بكتريا و فيروسات وبروتوزوا وغيرها .

2. التخلص من المواد الصلبة غير الطيارة التي يمكن أن تتواجد في الماء الخام مثل الغازات الذائبة كغاز ثاني أكسيد الكربون والأمونيا ( النوشادر ) .

3. الفكرة الأساسية لعمليات التقطير تكمن في رفع درجة حرارة المياه المالحة إلى درجة الغليان وتكوين بخار الماء الذي يتم تكثيفه بعد ذلك إلي ماء ومن ثم معالجته ليكون ماء صالحا للشرب أو الري . وطريقة التقطير تعتمد أساسا علي التغير في حالة المادة . وعادة يحتاج إلي وحدتي مبادلات حرارية ، أحدهما لتبخير الماء الخام لبخار ، والآخر ليساعد البخار علي التكثيف . وتتراكم المواد الصلبة علي أسطح المبادلات الحرارية لتكون الترسبات . ومن هذه الترسبات :
- ترسبات بلورات صلدة Hard Crystalline .، وتلتصق بأسطح المبادلات الحرارية .وهذا النوع يمكن إزالته بطرق طبيعية مثل النحت أو الحفر
- ترسبات نتجت من محلول المادة والتي تناقص ذوباناتها مع زيادة درجة الحرارة .

4. ترسبات بللورية كثيفة وتكون متحدة ومترابطة بصورة جيدة بسطح المعدن ... ويمكن تقسيم الترسبات إلى الأنواع التالية :


1. ترسبات قلويــة
2. ترسبات غير قلوية


كما أن هذه الترسبات تصعب إزالتها لأنها لا تذوب في الأحماض المعدنيـة وربما أدت إلى وقف وحدة التقطير . ومن أنسب الطرق العملية لتقليــل مشاكل ترسبات كبريتات الكالسيوم تشغيل الوحدة علي درجة حرارة تقل عن 120 درجة مئوية لمنع تراكم المترسبات .
ومن الطرق المتبعة للتخلص من المترسبات إضافة حامض لإزالة أيونــات الكربونات من الماء قبل إدخاله إلي وحدة التقطير وكما يمكن إزالة المترسبات بالنظافة بالكريات الإسفنجية ( تسمي طريقة تابوراج نسبة لصانع ) وهنا يتم استخدام كريات مرنة من الإسفنج لها قطر أكبر من قطر أنابيـب جهــاز التقطير ومن الطرق المستخدمة أيضا لإزالة المترسبات تلك التي تعتمد علـي إزالة العناصر المكونة للترسب مثـل أيونـات الكالسيـوم والمغنيسيــوم والبيكربونات والكبريتات وتتم إزالة هذه الكربونـات بإضافة أحماض لإزالة البيكربونات وتبادل الكاتيونات عبر الراتنج لإزالة أيونات الكالسيوم وإضافة مركب كربونات الجير والماغنسيوم لترسيب أيونـات الكالسيـوم وأيونات البيكربونات كما ويمكن استخدام الأغشية المتنقاه للأيونات لتمرير الأيونات أحادية التكافؤ عبر الغشاء ومنع الأيونات ثنائية التكافؤ من العبـور مثــل أيونات الكالسيوم والماغنسيوم والكبريتات .

وهناك التقانات الميكانيكية والطبيعية لتجـنب الترسيب حيث تضاف مواد ناعمة للمحلول فوق المشبع لإيجاد سطح يزيد من نمو البلورات ومثال لهذه المواد كربونات الكالـسيوم وكبريتات الباريوم وهيدروكسيد الماغنسيوم والحبيبات الزجاجية وغيرها من المواد .
وتوجد أنماط عديدة من طرق التقطير التي تزيد فيها وحدات التقطير ويتم غلي الماء في الوحدة الأولى تحت ضغط عالي إلى أن يتم التبخر في الوحدة الأخيرة تحت الضغط العادي.

طرق تحليةالمياه المالحة


أولاً:تحلية المياه بطرق التقطير

الفكرة الأساسية لعمليات التقطير تكمن في رفع درجة حرارة المياه المالحة الى درجة الغليان وتكوين بخار الماء الذي يتم تكثيفه بعد ذلك الى ماء ومن ثم معالجته ليكون ماء صالحا للشرب أو الري .ومن بعض هذه الطرق المهمة :



1- التقطير العادي :


يتم غلي الماء المالح في خزان ماء بدون ضغط . ويصعد بخار الماء إلى أعلى الخزان ويخرج عبر مسار موصل إلى المكثف الذي يقوم بتكثيف بخار الماء الذي تتحول إلى قطرات ماء يتم تجميعها في خزان الماء المقطر . وتستخدم هذه الطريقة في محطات التحلية ذات الطاقة الإنتاجية الصغيرة.


2- التقطير الومضي متعدد المراحل :



اعتماداً على الحقيقة التي تقرر أن درجة غليان السوائل تتناسب طردياً مع الضغط الواقع عيها فكلما قل الضغط الواقع على السائل انخفضت درجة غليانه . وفي هذه الطريقة تمر مياه البحر بعد تسخينها إلى غرف متتالية ذات ضغط منخفض فتحول المياه إلى بخار ماء يتم تكثيفه على أسطح باردة ويجمع ويعالج بكميات صالحة للشرب . وتستخدم هذه الطريقة في محطات التحلية ذات الطاقة الإنتاجية الكبيرة (30000 متر مكعب أي حوالي 8 ملايين جلون مياه يوميا ) .






3- التقطير بمتعدد المراحل ( متعدد التأثير ):


تقوم المقطرات المتعددة التأثيرات بالاستفادة من الأبخرة المتصاعدة من المبخر الأول للتكثيف في المبخر الثاني . وعليه ، تستخدم حرارة التكثيف في غلي ماء البحر في المبخر الثاني ، وبالتالي فإن المبخر الثاني يعمل كمكثف للأبخرة القادمة من المبخر الأول ،وتصبح هذه الأبخرة في المبخر الثاني مثل مهمة بخار التسخين في المبخر الأول. وبالمثل ، فإن المبخر الثالث يعمل كمكثف للمبخر الثاني وهكذا ويسمى كل مبخر في تلك السلسة بالتأثير.





4-التقطير باستخدام الطاقة الشمسية :

تعتمد هذه الطريقة على الاستفادة من الطاقة الشمسية في تسخين مياه البحر حتى درجة التبخر ثم يتم تكثيفها على أسطح باردة وتجمع في مواسير .
معظم طرق التقطير التقليدية تستهلك الطاقة المستمدة من الوقود والكهرباء لعملها . غير أن الطاقة الشمسية يمكن أن تستغل في أجهزة التقطير رغم أنها تعتبر طاقة من درجة اقل . ومن محاسن نظام التقطير المستخدم للطاقة الشمسية ما يلي:


1. هو نظام مبسط .

2. معظم القوى العاملة والمواد المستخدمة في وحدات التقطير الشمسي يمكن أن تكون محلية .

3. معظم الترميم والإصلاح يمكن أن يتم بعمال غير مهرة .
وجهاز التقطير عبارة عن حوض محكم مصنوع من الفولاذ المجلفن.
ورغم أن الطاقة الشمسية لا محدودة ومستمرة ومتجددة غير أن تكلفة إنشاء الوحدة باهظة مما يعوق استخدام هذه الطريقة بالإضافة إلى عدم الحصول على الطاقة الشمسية على مدار اليوم واعتماد هذه الطاقة على عوامل الطقس والمناخ السائد زيادة على ذلك أثر تغير الموسم عليها .

5-التقطير بطريقة البخار المضغوط .:



بينما تستخدم وحدات التقطير متعدد التأثير والتبخير الفجائي مصدر بخار خارجي للتسخين كمصدر أساسي للحرارة ، فإن التقطير بانضغاط البخار – والذي يختصر عادة إلى التقطير بالانضغاط –يستخدم بخاره الخاص كمصدر حراري بعدما يضغط هذا البخار . وفي هذه الطريقة ، يمكن الحصول على اقتصادية عالية للطاقة . ولكن ، من الضروري الحصول على الطاقة الميكانيكية باستخدام ضاغط ( أو أي شكل للطاقة المستفادة بأجهزة أخرى مثل ضاغط الطارد البخـاري( steam-ejector compressor). وبرغم اختلاف هذه العملية للتقطير عن العملية المثالية فأنه يلزم التنويه بأن مصادر حرارية كم هو الحال في عمليات التقطير الأخرى والتي نوقشت في الفصل الحالي.

يسخن ماء البحر مبدئيا في مبادل حراري أنبوبي مستخدما كلا من الماء الملح والماء المطرود والماء العذب الخارجي من الوحدة ثم يغلى ماء البحر داخل أنابيب المقطر . وتضغط الأبخرة ، ثم ترجع إلى المقطر حيث تتكثف خارج الأنابيب مما يوفر الحرارة اللازمة لعملية الغليان . وتسحب الغازات غير القابلة للتكثيف من حيز البخار والتكثيف بوساطة مضخة سحب أو طارد بخاري أيهما يلائم.

ويعتبر الضاغط هو قلب وحدة التقطير. فإذا لم تضغط الأبخرة فإنه لا يمكنها التكثف على الأنابيب الحاملة لماء البحر المغلي لأن درجة حرارة تكثيف البخار النقي عند ضغط معين تقل عن درجة حرارة غليان الماء الملح عند هذا الضغط . فمثلا ، إذا كان ضغط البخار 1 ضغط جوي ، فإن بخار الماء يتكثف عند درجة 100 م ، ولكن ماء البحر بتركيز مضاعف يغلي عند حوالي 101م . وحتى يتسنى للأبخرة التكثف عند درجــة حرارة 101م ، فإنه يلزم على الأقل لهذه الأبخرة أن تضغط إلى ضغط 1.03 ضغط جوي.




أعدته للموقع/ أمانى إسماعيل