تحلية المياه
تعريف المياه
الماء : هو سائل عديم اللون والطعم والرائحة، ويتكون هذا السائل بشكل أساسي من جزيئات تحتوي كل منها على ذرة أكسجين وذرتين من الهيدروجين ويرمز له بالرمز (H2O)، ويعد الماء من أكثر الموارد وفرةً على سطح الأرض، بحيث يشغل ما يقارب 72% من مساحة سطحها؛ لذا يُسمى كوكب الأرض في بعض الأحيان بالكوكب الأزرق، كما يشكّل الماء ما نسبته 70% من جسم الإنسان البالغ، و75% من جسم الطيور، و80% في الثمار والفاكهة. وعلى الرغم من بساطة تركيبه، إلا أنه يعد من أكثر المواد غرابة واستثناء في الطبيعة، حيث يعد الماء أكبر مذيب على سطح الأرض وذا خصائص فيزيائية متغيرة.
عملية تحلية المياه
تحتوي المياه على أنواع مختلفة من الأملاح التي توجد على هيئة كلوريدات، أو كبريتات، أو كربونات، مثل الصوديوم، والكاليسيوم، والمغنيسيوم، وهذه الأملاح لا تصلح للاستخدام البشري مثل الشرب، والاغتسال، وطهو الطعام، نتيجة لذلك تسعى الكثير من الدول التي تقع في المناطق الصحراوية والمناطق الجافة إلى تحلية مياه البحر للتخلص من الأملاح الذائبة فيها وجعلها صاحة للشرب والاستخدام البشري، ويواجه العالم اليوم تحديات كبيرة لسد الحاجات المتزايدة للمياه الصالحة للشرب وللأنشطة البشرية المختلفة، حيث إن كميات المياه الصالحة للشرب ما زالت أقل بكثير عن المستوى المطلوب لتلبية الاحتياجات الشخصية خاصة في الدول النامية والدول الفقيرة؛ لذا لجأ العلماء والباحثون لتطوير نظام يتم عن طريقه تحويل المياه المالحة في البحار والمحيطات إلى مياه صالحة للاستخدام البشري وهو ما يعرف بعملية (تحلية المياه)، وتعتمد عملية تحلية المياه في الأساس على إزالة الملوحة الزائدة من المياه وتحويلها إلى مياه صالحة للشرب، وقد يتم تقليل ملوحة المياه لاستخدامها في ري المحاصيل الزراعية والعمليات الصناعية.
تحديد طرق تحلية المياه
يوجد العديد من الطرق والأساليب المختلفة والتي يمكن عن طريقها تحلية المياه، ولتحديد الطريقة المستخدمة يجب معرفة عدة أمور في موقع التحلية، وهي:
- ظروف الموقع الجغرافي.
- تحليل المياه المتاحة، سواء كانت مياه بحار، أو بحيرات، أو آبار.
- دراسة الأنشطة السكانية والتنموية المحيطة بمنطقة الدراسة.
- معرفة نمط الاستهلاك الحالي والمتوقع خلال العشرين عاماً التالية.
- معرفة مصادر المياه المالحة ومدى ثبات التركيب الكيميائي والطبيعي لها.
- تحديد مصادر الطاقة التقليدية المتاحة.
- تحديد مصادر الطاقة البديلة المتاحة، مثل الطاقة الشمسية وطاقة الرياح.
استخدام الطاقة الشمسية في تحلية المياه
عملية تحلية المياه بالطاقة الشمسية: هي عملية يتم بواسطتها تحويل المياه المالحة إلى مياه صالحة للشرب بواسطة تحويل الطاقة الشمسية إلى حرارة، وتشبه هذه العملية إلى حد كبير دورة المياه الطبيعية للأرض والتي يتم عن طريقها تشكّل الأمطار ، حيث يتم تسخين المياه المالحة بواسطة حرارة الشمس عن طريق جهاز بسيط وغير مكلف يسمى (جهاز التحلية المنزلي)، والذي يكون على شكل هرم أو نصف كرة، كما أن سطحه يتكوّن من البلاستيك أو الزجاج الشفاف ليسمح بمرور أشعة الشمس إلى القاع المغطى بطبقة سوداء تمتص أشعة الشمس وتحتفظ بها، ونتيجة لارتفاع درجة حرارة الماء المالح فإنه يتحول من الحالة السائلة إلى الحالة الغازية (عملية التبخر)، حيث ترتفع جزيئات الماء إلى الأعلى لتتجمع على الغطاء العلوي الزجاجي أو البلاستيكي للجهاز، ليتسرب إلى حوض تجميع منفصل، في حين تبقى الأملاح في القاع لعدم تبخرها. وتتناسب كمية مياه الشرب الناتجة عن هذه العملية مع المساحة السطحية للجهاز، بحيث يزيد إنتاج المياه بزيادة المساحة التي يتجمع عليها بخار الماء ، وبالمتوسط تبلغ كمية المياه العذبة الناتجة عن عملية التحلية بالطاقة الشمسية لكل متر مربع من مساحة سطح التكاثف ما يقارب 2 - 3 لترات، وقد تتغير النسب بسبب ظروف الطقس ووضع الشمس المتغير خلال اليوم. وتعد كمية المياه العذبة الناتج عن التحلية باستخدام الطاقة الشمسية المباشرة قليلة نسبياً، وقد تكون مناسبة لسد الحاجات الشخصية والمنزلية فقط، لذا تم استخدام طريقة التحلية غير المباشرة لزيادة كمية المياه العذبة الناتجة، وتتم هذه الطريقة بدمج تقنيتين مختلفتين، حيث تستخدم ألواح الطاقة الشمسية لتجميع أشعة الشمس والطاقة الشمسية وطريقة معينة لتحلية المياه مثل التقطير متعدد المراحل (MSF)، وطريقة تبخر التأثير المتعدد (MEE)، أو طريقة التناضح العكسي (RO). وبذلك تعد الطاقة الشمسية إحدى أهم مصادر الطاقة الحرارية المتجددة والتي يمكن أن تساعد على تقليل الاعتماد على الوقود الأحفوري كمصدر للطاقة، وبالتالي تقليل التكاليف اللازمة لتشغيل محطات تحلية المياه.
تحلية المياه باستخدام جزيئات النانو والطاقة الشمسية
قام فريق من مركز (نويت) بتطوير نظام لتحلية المياه بواسطة الطاقة الشمسية ، حيث يتم تحلية المياه عن طريق فصل مجرى الماء البارد والماء الساخن بغشاء رقيق، ويتم سحب بخار الماء عبر هذا الغشاء من الجانب الساخن إلى البارد وتصفية جزيئات الملح المُذابة فيه، وتم تطوير النظام بإضافة المزيد من الأغشية وجزيئات نانو الكربون الأسود التي تحول طاقة ضوء الشمس إلى حرارة، والتي تقوم أيضاً بتسخين الغشاء الفاصل، وبالتالي لا يحتاج هذا الغشاء إلى المزيد من الإمدادات الثابتة للمياه الساخنة، وتستخدم هذه العملية القليل من الطاقة؛ لأن الماء بحاجة إلى أن يكون ساخناً فقط وليس مغلياً، ويعد هذا النظام بكامل مكوّناته موفّراً أساسياً للطاقة بحيث يعتمد على وجود ألواح الطاقة الشمسية، وقد يحتاج أيضاً إلى مضخة لدفع الماء السائل خلال العملية. واستطاع القائمون على النظام زيادة كفاءته عبر زيادة تركيز أشعة الشمس ، حيث قاموا باستخدام عدسة لتركيز الأشعة الشمسية بمقدار 25 مرة، ووصلت الطاقة الناتجة إلى 17.5 كيلو واط لكل متر مربع من مساحة الأشعة الشمسية المركّزة، وبالتالي ارتفع إنتاج الماء بنحو ست لترات لكل متر مربع في الساعة.
