به گزارش خبرنگار نبض بازار گروه اقتصادی باشگاه خبرنگاران جوان،کم آبی یکی از تهدیدات زیست محیطی مهم در کشورهای با اقلیم گرم و خشک همانند ایران است. توسعه اقتصادی و رشد قابل توجه جمعیت طی 40 سال گذشته منجر به افزایش قابل توجه نیاز به آب در حوزه های کشاورزی، صنعتی و شهری و تعمیق نگرانی ها در مورد بحران آب در کشور شده است. افزایش مصرف آب و عدم جبران ذخایر آبی منجر به کاهش قابل ملاحظه میزان ذخایر آب شیرین تجدیدپذیر شده است. مطالعات نشان می دهد که میزان ذخایر آب شیرین تجدیدپذیر در ایران در سال 1962 به ازای هر نفر معادل 5570 مترمکعب بوده که این میزان در سال ۲۰۱۴ برای هر نفر به حدود یک هزار و ۶۴۴ مترمکعب کاهش یافته است. کاهش 70 درصدی ذخایر آب شیرین تجدید پذیر طی حدود 50 سال، نشان دهنده اهمیت موضوع کم آبی در کشور است.

آیا کره زمین با کمبود آب روبرو است؟

نقشه های ماهواره ای نشان می دهد که 71 درصد از سطح کره زمین از آب پوشیده شده است. به همین دلیل نامیدن کره زمین به کره آبی صحیح تر از کره خاکی است. ولی از حدود یک و نیم میلیارد کیلومتر مکعب آب موجود در کره زمین، تنها حدود یک درصد از آن منابع آب شیرین هستند. میزان شوری متوسط آبهای شور اقیانوسها، دریاها و دریاچه ها برابر با 34 گرم به ازای هر لیتر می باشد که بهره گیری از آن را در مصارف مختلف شرب، صنعتی و کشاورزی ناممکن میکند.

با توجه به وجود منابع عظیم آب شور در کره آبی، بسیاری از کشورهای واقع در مناطق گرم و خشک دچار کمبود منابع آب شیرین هستند. کشور ما علی رغم بهره مندی از مرزهای آبی وسیع در شمال و جنوب کشور و دسترسی به دریاهای آزاد از طریق خلیج فارس به معظل کم آبی و کاهش ذخایر آب شیرین تجدید پذیر دچار است. افزایش مصرف در چهار دهه گذشته و عدم تکافوی بارشها برای جبران کاهش منابع آب شیرین، ایران را در آستانه بحران کم آبی قرار داده است.

شیرین سازی آبهای شور دریاها و اقیانوس ها

در نیم قرن گذشته شیرین سازی آبهای اقیانوس ها و دریاها برای جبران کم آبی در کشورهای فقیر از منظر منابع آب شیرین به عنوان یک ضرورت اجتناپ ناپذیر مطرح شده است. تبدیل تهدید کم آبی به فرصت شیرین سازی آبهای شور به کمک فناوریهای نوین، یقیناً یکی از رویدادهای تعیین کننده اقتصادی، اجتماعی وسیاسی در طی دهه های اخیر بوده است. به طوریکه در حال حاضر ظرفیت شیرین سازی آبهای شور دریاها و اقیانوسها در اقصی نقاط دنیا به بیش از 100 میلیون مترمکعب در روز رسیده است.

فناوری شیرین سازی آب دریا در مقیاس صنعتی، در قالب دو فرایند حرارتی و اسمز معکوس تجاری سازی شده است. در فرایندهای حرارتی، آب شور با روشهای مختلف تبخیر شده و سپس مجدداً به فاز مایع مبدل می شود. این تغییر فاز منجر به کاهش املاح محلول در آب یا نمک زدایی می شود. ولی هزینه های تولید آب که عمدتاً مربوط به هزینه مصرف انرژی است، بالا بودن بهای آب شیرین تولیدی توسط واحدهای حرارتی را به دنبال دارد.

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

آیا آب تولیدی در آب شیرین کن ها برای شرب مناسب است؟

ارزیابی کیفیت آب به منظور مصارف شرب نیازمند بررسی کیفیت آب از منظر شاخصها یا معیارهای پذیرش فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی است. آب آشامیدنی سالم از نظر کیفی باید واجد کلیه الزامات مربوط هر سه شاخص کیفی آب همزمان باشد.

شاخصهای فیزیکی آب آشامیدنی مشتمل بر کدورت، ذرات جامد نامحلول، رنگ، طعم، بو، دما و هدایت الکتریکی آب هستند. تشخیص آب سالم برای شرب از نظر شاخصهای فیزیکی، با استفاده از حواس پنچ گانه انسان امکان پذیر است. 

معیارهای شیمیایی آب آشامیدنی سالم شامل غلظت عناصر و ترکیبات سمی، اکسیژن محلول، BOD، COD، PH، سختی، قلیاییت، غلظت مواد سمی آلی، غلظت مواد سمی معدنی و مقدار مواد رادیو اکتیو است. سنجش و اندازه گیری شاخص های شیمیایی کیفیت آب نیازمند تجهیزات و ابزاردقیق های مناسب و رعایت شیوه نامه های استاندارد اندازه گیری در آزمایشگاه است.

شاخصهای بیولوژیکی سنجش کیفیت آب مربوط به تعداد یا مقدار باکتری، ویروس، جلبک و پروتوزوا در آب است. اندازه گیری میکروارگانیسم های بیماری زا یا پاتوژنهای مربوط به معیارهای بیولوژیکی کیفیت آب از این منظر اهمیت دارد که پتانسیل بیماری زا آنها حتی در مصارف کم و در کوتاه مدت، بالا است.

شاخصهای فیزیکی کیفیت آب تولیدی در آب شیرین کن های اسمز معکوس

آب شیرین کن های مبتنی بر فرایند اسمز معکوس از سه بخش پیش تصفیه، اسمز معکوس و تصفیه نهایی تشکیل شده اند. در صورت طراحی صحیح آب شیرین کن صنعتی، ذرات معلق نامحلول و کدورت موجود در آب دریا یا چاه در بخش پیش تصفیه جداسازی می شوند. در فرایند اسمز معکوس نیز غلظت یونهای محلول در آب به طور قابل توجه کاهش یافته و شوری یا هدایت الکتریکی ناشی از وجود یونها کاهش یافته و آب شیرین تولید می شود. البته فرایند اسمز معکوس در واحدهای تصفیه آب صنعتی، تمامی یونهای موجود در آب را به صورت غیر انتخابی کاهش می دهد. به عنوان مثال کاهش املاح محلول آب خلیج فارس از مقادیر بالای 45 گرم بر لیتر به کمتر از 500 میلی گرم بر لیتر، تولید آب شیرین بدون طعم شوری را به ارمغان می آورد.

در صورت طراحی مهندسی و بهره برداری صحیح از واحد آب شیرین کن صنعتی، آب خروجی از واحد اسمز معکوس کلیه الزامات مربوط به معیارهای کیفی فیزیکی آب آشامیدنی را براورده می کند. ولی قطعاً رعایت شاخصهای فیزیکی به تنهایی برای دستیابی به آب آَشامیدنی سالم کفایت نمی کند. 

شاخصهای شیمیایی کیفیت آب تولیدی در آب شیرین کن های اسمز معکوس

سنجش معیارهای کیفی شیمیایی متنوع آب آشامیدنی سالم نیازمند انجام آزمایشهای تخصصی استاندارد برای اندازه گیری دقیق و قابل اعتماد است. با توجه به اینکه اکثر منابع آب شور نظیر دریا، اقیانوس و چاه فاقد غلظتهای بالای ترکیبات مضر برای بدن انسان هستند، دستیابی به داده های مورد پذیرش در اکثر این شاخصها سهل الوصول است. ولی در مورد آلودگی احتمالی منابع آب شور به فاضلابهای شهری، پسابهای صنعتی و مواد شیمیایی، اندازه گیری تمامی شاخصها برای اطمینان از کیفیت آب برای مصارف شرب ضروری است.

یونهای محلول موجود در آب خروجی واحدهای اسمز معکوس که آبهای شور را شیرین سازی می کنند، به طور معمول در محدود مورد پذیرش شاخصهای شیمیایی کیفی هستند. ولی گهگاه وجود مقادیر بالای برخی از عناصر در آب دریا نظیر بور، ضرورت پیش بینی روشهای تصفیه خاص را در برخی از شرایط تعیین می کند.

بور یا برن یکی از عناصر مورد نیاز بدن انسان است که معمولاً کمبود آن با قرص های مکمل مواد معدنی جبران می شود. ولی غلظتهای بالای بور در آب آشامیدنی برای انسان ایجاد مسمومیت می کند. بور در آب دریا معمولاً در قالب نمکهای برمید یافت می شود. سازمان بهداشت جهانی حداکثر مقدار مجاز بور در آبهای تولیدی توسط آب شیرین کن ها را 4/2 میلی گرم بر لیتر تعیین کرده است.(این مقدار پیشتر نیم میلی گرم بر لیتر بوده است) غلظت مجاز بور در استاندارد اتحادیه اروپا یک میلی گرم بر لیتر و در کشور کانادا 5 میلی گرم بر لیتر برای آب آشامیدنی تعیین شده است.

با وجود اینکه حداکثر غلظت مجاز بور در استانداردهای مختلف در دنیا کمی متفاوت است ولی آب شیرین کن های اسمز معکوس قادر هستند که غلظت بور را در آب شیرین خروجی در محدوده مجاز پذیرش نگهدارند. در صورت اعمال استاندارهای سختگیرانه برای غلظت بور، بهره گیری از مرحله دوم اسمز معکوس یا استفاده از ممبرانهای با قابلیت حذف انتخابی بور، غلظت مجاز بور را در آب شیرین تولیدی تضمین می کند.

شاخصهای بیولوژیکی کیفیت آب تولیدی در آب شیرین کن های اسمز معکوس

آلودگی منابع آب شیرین به باکتریها، جلبکها، میکربها، انگل ها و ویروس های بیماری زا از نگرانی های همیشگی مسئولان تأمین آب آشامیدنی است. پاتوژن های میکربی اولین خطر احتمالی آب شرب برای سلامت انسانها هستند که وابسته به منبع آب، مقادیر متفاوت آنها ممکن است در آب وجود داشته باشد. دفع منابع آلاینده به آبهای سطحی و دریاها یکی دلایل آلودگی آبهای شور به آلودگیهای بیولوژیک میکربی است. 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.  

پاتوژنهای میکربی یکی از دلایل اصلی مرگ میر در کشورهای فقیر و برخی کشورهای درحال توسعه هستند. بیماریهای کشنده ای نظیر وبا و تب تیفویید، بیماریهایی هستند که به وسیله آنها پاتوژنهای میکربی تعداد زیادی از انسانها را به کام مرگ کشانده اند. اسهال ناشی از بیماریهای میکربی نظیر وبا، عامل اصلی مرگ در کودکان و بزرگسالان است.

امکان آلودگی آبهای شور به ویروس ها، انگل ها و پروتیساها نظیر پروتوزوا نیز وجود دارد. اگرچه این نوع آلودگیهای بیولوژیکی سهم بسیار کمتری در مرگ و میر نسبت به پاتوژنهای میکربی دارند. بیماریهای گوارشی، مسمومیت ها، اسهال خونی و دیگر بیماریهای روده ای از علایم ورود این میکروارگانیسم ها به بدن انسان است. 

در واحدهای شیرین سازی آب با فرایند اسمر معکوس، بسیاری از پاتوژن ها و آلودگیهای بیولوژیک در مرحله پیش تصفیه توسط فناوریهای جدید پیش تصفیه نظیر اولترافیلتراسیون و نانوفیلتراسیون حذف می شوند. غشاهای اسمز معکوس نیز دژی محکم و قابل اطمینان در برابر نفوذ انواع عوامل بیماری زای بیولوژیک هستند. غشاهای اسمز معکوس اجازه عبور هیچ پاتوژنی، ویروس، انگل و پروتوزایی 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 بهره برداری صحیح، با قابلیت اطمینان بسیار بالا، عاری از هرگونه عامل بیماری زای بیولوژیک است.

آیا امکان تولید آب ناسالم آشامیدنی از آب شیرین کن اسمز معکوس وجود دارد؟

فرایند تصفیه آبهای شور از بخش پیش تصفیه آغاز می گردد. فناوریهای پیش تصفیه نظیر اولترافیلتراسیون با فیلتراسیون آب در سطح صدم میکرومتر، انواع ویروسها، پاتوژنهای میکروبی و پروتوزا را جداسازی می کنند. ولی به دلایل مختلف نظیر پارگی غشاهایUF  امکان فرار تعدادی از این میکروارگانیسم ها از بخش اولترافیلتراسیون وجود دارد.

غشاهای اسمز معکوس امکان جداسازی ذرات در سایز یک نانومتر و کمتر از آن را دارند. لذا در فرایند اسمز معکوس امکان عبور هیچگونه آلودگی بیولوژیکی به آب شیرین وجود ندارد. کاهش غلظت نمکهای مختلف و عوامل بیولوژیک منجر به کاهش شوری آب و حذف عوامل بیماری زا می شود. ولی هیچگاه ریسک آلودگی آب تولیدی در آب شیرین کن ها به صفر نمی رسد. زیرا در صورت بهره برداری و نگهداری نامناسب، امکان نشت آب شور ورودی به آب تولیدی و انتقال پاتوژن ها به آب شیرین وجود دارد. به این دلیل پایش مداوم و آنلاین، معیارهای کیفی آب شرب در خروجی فرایند اسمز معکوس ضروری است.

ذخیره سازی و انتقال آب از طریق خط لوله نیز می تواند منجر به آلودگی آب آشامیدنی شود. از اینرو انجام عملیات گندزدایی در ایستگاه های مختلف قبل از مصرف کننده نهایی برای حصول اطمینان از کیفیت آب آشامیدنی ضروری است.

تولید آب آشامیدنی سالم و با کیفیت از آب دریا

کیفیت آب آشامیدنی سالم وابسته به ترکیبات معدنی موجود در آن است. آب آشامیدنی یکی از منابع اصلی تأمین مواد معدنی مورد نیاز بدن انسان است. 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 در میان مدت و بلند مدت ممکن است منجر به بیماری، اختلال در سیستم ایمنی، بیماریهای قبلی-عروقی، کاهش توانایی بدنی و نقصان در سلامت ذهنی افراد شود.

اگرچه آثار ناشی از مصرف آبهای سالم با کیفیت پایین غذایی در کوتاه مدت مشاهده نمی شود. ولی توجه به کیفیت آب در سلامت انسان در میان مدت و بلند مدت بسیار حایز اهمیت است. به عنوان مثال فقر برخی از این مواد معدنی نظیر ید، آهن و کلسیم منشأ برخی از بیماریهای جوامع امروزی 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 نیز در دنیا نیز از بیماری گواتر و بیماریهای ناشی از فقر ید رنج می برند. 

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 که کمیت و کیفیت آنها تعیین کننده کیفیت آب آشامیدنی است. 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 تولید شده با فرایند اسمز معکوس 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. این عدم تعادل علاوه بر کاهش ظرفیت بافری آب، کاهش ارزش تغذیه ای آب را به دلیل کاهش غلظت یونهای مفیدی نظیر کلسیم به دنبال دارد. در بخش تصفیه نهایی آب شرب، ترکیبات معدنی موجود در آب با توجه به نیازهای بدن انسان مناسب سازی می شود.

بنابراین در صورت طراحی و بهره برداری صحیح از آب شیرین کن های آب دریا و آبهای شور، امکان تولید آب آشامیدنی سالم و با کیفیت از هر نظر وجود دارد.

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