تقنية تحلية مياه البحر: التطبيقات والتقدمات

    تحلية مياه البحر، كحل مهم لمشكلة نقص المياه العالمية، جذبت العديد من المؤسسات البحثية والشركات لاستثمار موارد كبيرة في البحث والتطوير. مع التقدم المستمر للتكنولوجيا والتخفيض التدريجي للتكاليف، تنتقل تقنية تحلية مياه البحر تدريجياً من المختبر إلى التطبيقات الصناعية واسعة النطاق. ستستكشف هذه المقالة الوضع الحالي لتطبيق التكنولوجيا في تحلية مياه البحر، والطرق السائدة، واتجاهات التنمية الخاصة بها. 

I. نظرة عامة على تكنولوجيا التحلية 
تشير تحلية مياه البحر إلى التكنولوجيا التي تزيل الملح من مياه البحر من خلال سلسلة من العمليات، وبالتالي الحصول على المياه العذبة. هذه التكنولوجيا لا تتأثر بالوقت أو الموقع أو المناخ، ويمكنها زيادة الكمية الإجمالية للمياه العذبة، مما يوفر دعمًا قويًا لحل مشكلة ندرة المياه. على مستوى العالم، يكرس أكثر من مائة مؤسسة بحثية في أكثر من عشر دول للبحث في تحلية مياه البحر، وقد طورت أنواعًا مختلفة من مرافق تحلية مياه البحر بهياكل وقدرات مختلفة. تنتشر هذه المرافق على نطاق واسع في المناطق الساحلية، مما يوفر إمدادات مستقرة من المياه العذبة للسكان المحليين والإنتاج الصناعي. 

II. تقنيات التحلية السائدة 
في الوقت الحاضر، تشمل تقنيات التحلية السائدة في السوق بشكل أساسي فئتين: طريقة التقطير وطريقة الغشاء. 
التقطير هو طريقة تتضمن تسخين مياه البحر لجعلها تتبخر، ثم تكثيف وتجميع البخار للحصول على المياه العذبة. تتمتع هذه الطريقة بتاريخ طويل وتكنولوجيا ناضجة، وتشمل بشكل أساسي التقطير الوميضي متعدد المراحل (MSF)، والتأثير المتعدد ذو درجة الحرارة المنخفضة (LT-MED)، وتقنيات التقطير بالتبخير بالضغط (MVC). تستخدم تقنيات التقطير الوميضي متعدد المراحل والتأثير المتعدد ذو درجة الحرارة المنخفضة بشكل أساسي البخار كمصدر للحرارة وغالبًا ما يتم دمجها مع محطات الطاقة، واستخراج البخار المهدر من التوربينات لإنتاج المياه المقطرة. تستخدم تقنية التقطير بالتبخير بالضغط تقنية تبخير المضخة الحرارية وتستخدم فقط الطاقة الكهربائية، مما يجعلها مناسبة للمناطق الجزرية التي لا تحتوي على مصادر حرارة. 
تعتبر تكنولوجيا تحلية مياه البحر القائمة على الغشاء ممثلة بشكل أساسي بتقنية التناضح العكسي (RO). تستخدم هذه التكنولوجيا أغشية شبه منفذة، مما يسمح للمياه بالمرور تحت الضغط مع الاحتفاظ بالملح والشوائب. مع التحسين المستمر لمواد الغشاء وتقليل تكاليف التصنيع، أصبحت تقنية التناضح العكسي واحدة من الطرق السائدة لتحلية مياه البحر. تستخدم أجهزة التناضح العكسي الحديثة عادةً عناصر غشاء ملفوفة حلزونيًا مصنوعة من مواد مركبة بوليمرية، تتميز بقدرة إنتاج مياه عالية، واستهلاك منخفض للطاقة، وسهولة الصيانة. 

III. الابتكار التكنولوجي والتطوير في تحلية مياه البحر 
في السنوات الأخيرة، أحرزت تكنولوجيا تحلية مياه البحر تقدمًا كبيرًا في مجالات مثل الابتكار في المواد، وتحسين العمليات، والتشغيل الذكي. 
من حيث الابتكار في المواد، وفر تطوير طرق الامتصاص المركبة الجديدة ومكونات مضخة الأيونات الانتقائية المزيد من الخيارات لتحلية مياه البحر. على سبيل المثال، حققت إسرائيل انفراجات كبيرة في طريقة الامتصاص المركبة الجديدة، مع مصفوفة أكسيد الحديد - الكربون المنشط ذات البنية الكسورية الخاصة القادرة على تكوين امتصاص عالي الكفاءة لأيونات الكلوريد في ظل ظروف درجة الحرارة العادية. زاد مشروع المياه العذبة التابع للاتحاد الأوروبي من كفاءة تحلية مياه البحر بنسبة 45٪ من خلال تطوير مكونات مضخة الأيونات الانتقائية. 
من حيث تحسين العمليات، أدى تطبيق التقنيات المبتكرة مثل طريقة الغشاء المزدوجة، وتقنية تسخين المياه المتبقية وتكملة المياه، وتقنية التقطير الغشائي إلى زيادة تعزيز كفاءة واقتصاد تحلية مياه البحر. على سبيل المثال، أدت تقنية تسخين المياه المتبقية وتكملة المياه التي ابتكرتها محطة توليد الطاقة في صحار في عمان إلى تقليل استهلاك الطاقة النوعي لمعدات التبخر الوميضي متعدد المراحل. أحرز الفريق من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا وجامعة شيامن تقدمًا جديدًا في تقنية التقطير الغشائي، على التوالي، من خلال اعتماد أغشية فجوة هوائية PTFE فائقة الكارهة للماء واستخدام طرق تعزيز الاضطراب بالإشعاع فوق الصوتي لتحسين التدفق وأداء مقاومة الملح لمكونات التقطير الغشائي. 
من حيث التشغيل الذكي، مع تطبيق الأدوات الرقمية وتراكم الخبرة الهندسية، أصبح تشغيل وصيانة مشاريع تحلية مياه البحر أكثر دقة وكفاءة. على سبيل المثال، أظهر اختبار تجريبي أجراه فريق بحثي في مقاطعة تشجيانغ على وضع حقن المواد الكيميائية النبضي أن طريقة التنظيف الدورية ثلاثية التردد يمكن أن تقلل من ترسب الشوائب بنسبة 42٪. قلل نظام الفحص المتبادل الذي اعتمدته محطة تحلية مياه البحر في تشوانتشو والتي تعمل منذ ثماني سنوات بشكل كبير من تكاليف الصيانة. 

IV. الآفاق المستقبلية لتكنولوجيا التحلية 
في المستقبل، من المتوقع أن تحقق تكنولوجيا تحلية مياه البحر انفراجات في كل من الأجهزة الصغيرة المحمولة وأنظمة الدوران الصناعية الجديدة للمشاريع واسعة النطاق. يمكن للأجهزة الصغيرة المحمولة التي تم تطويرها بناءً على مبادئ الموائع الدقيقة تلبية متطلبات المياه العذبة في المناطق النائية وحالات الطوارئ. في الوقت نفسه، سيؤدي تحسين نظام الدوران الصناعي الجديد للمشاريع واسعة النطاق إلى تعزيز تطبيق وتعزيز تكنولوجيا تحلية مياه البحر على نطاق أوسع. 

    علاوة على ذلك، مع اشتداد تغير المناخ وتزايد حدة مشاكل نقص المياه، ستصبح تكنولوجيا التحلية خيارًا مهمًا لمزيد من البلدان والمناطق لمعالجة مشاكل مواردها المائية. يجب على الحكومات والشركات والمؤسسات البحثية تعزيز التعاون لتعزيز البحث وتطبيق تكنولوجيا التحلية بشكل مشترك، والمساهمة في التنمية المستدامة للبشرية.