تغطية شاملة

طريقة اقتصادية لتحلية المياه

هناك طريقة جديدة لتحلية المياه قادرة على إزالة الأملاح من الماء بطاقة أقل مما تتطلبه الطرق الأخرى

[ترجمة د.نحماني موشيه]

محطة تحلية المياه في بالماحيم. الصورة: مايكل جاكوبسون - من ويكيبيديا
محطة تحلية المياه في بالماحيم. الصورة: مايكل جاكوبسون - من ويكيبيديا

قال باحثون من جامعة ولاية بنسلفانيا، إن طريقة جديدة لتحلية المياه قادرة على إزالة الأملاح من الماء بطاقة أقل مما تتطلبه الطرق الأخرى. يقول الباحث الرئيسي: "من وجهة نظر عالمية، هناك تناقص وتناقص في إمكانية الوصول إلى مياه الشرب العذبة". "إن المزيد والمزيد من مصادر المياه التي تستخدمها البشرية تتضرر، سواء بسبب ارتفاع الملوحة أو وجود ملوثات أخرى، ونتيجة لذلك هي الحاجة إلى الاعتماد على مصادر المياه غير الأمثل".

ومن أجل مكافحة هذا الوضع، طور الباحثون طريقة جديدة لتحلية المياه تُعرف باسم "إزالة الأيونات من قطب البطارية، BDI". تعمل هذه الطريقة على تحسين الطريقة المعتادة المقبولة اليوم لتحلية المياه - CDI (إزالة الأيونات بالسعة) - عن طريق حذف خطوة التجديد مع تقليل الجهد الكهربائي المطلوب لإكمال العملية. الطريقة التقليدية (CDI) تصلي الماء عن طريق فصل الأيونات الموجودة في الماء. تتكون خلية CDI النموذجية من قطبين كهربائيين متصلين بالطرفين المتقابلين لقناة التدفق. تقوم الأقطاب الكهربائية بحبس أيونات الملح من خلال التحويلات الكهربائية التي تحدث عند تطبيق تيار كهربائي على الخلية. وفي الخطوة التالية، تتجدد الخلية عن طريق إطلاق أيونات الملح في دورة ثانية عن طريق عكس اتجاه التيار المطبق. وبما أن هذه الطريقة لا تحتاج إلى أغشية مرشحة ولها متطلبات طاقة أقل من الطرق الأخرى، فإنها تصبح طريقة تنافسية لإزالة الملح من الماء. تكمن مشكلة هذه الطريقة في أنها محدودة بامتصاص كمية صغيرة من الملح عند استخدام الجهد الكهربائي النموذجي البالغ 1.2 فولت.

يتكون نظام التحلية الجديد من قناتين وقطبين متماثلين ينتج تيارين: المياه المركزة والمياه المحلاة. التوضيح جامعة ولاية بنسلفانيا
يتكون نظام التحلية الجديد من قناتين وقطبين متماثلين ينتج تيارين: المياه المركزة والمياه المحلاة. التوضيح جامعة ولاية بنسلفانيا

تؤدي زيادة الجهد المطبق إلى تحسين امتصاص الملح، ولكنها تزيد أيضًا من فرصة الحصول على تفاعلات جانبية غير مرغوب فيها تهدر طاقة غير ضرورية، مع إمكانية الاستهلاك الدائم للقطب الكهربائي. وفي النظام الجديد الذي طوره الباحثون، يتم استخدام خلية تدفق مصنوعة خصيصًا وتتكون من قناتين. يتم فصل القنوات بغشاء ويوجد قطبان كهربائيان متطابقان في كل طرف. ومن أجل اختبار كفاءة الخلية، قام فريق الباحثين بتغذية القناة بمحلول ملحي بمعدل تدفق محدد مع تطبيق تيار كهربائي ثابت. قام الباحثون بقياس العديد من كثافات التيار، اعتمادًا على عدد الأغشية في كل كومة. قام الباحثون بعد ذلك بعكس تدفق جهد الخلية عندما وصل التيار إلى مستوى أدنى يبلغ 0.6 فولت أو حد أقصى يبلغ 0.6 فولت. ووجد فريق البحث أن النظام الجديد يزيل الملح بشكل فعال بمستويات مماثلة لتلك الموجودة في الطريقة السابقة (CDI)، باستخدام جهد منخفض يبلغ 0.6 فولت فقط. علاوة على ذلك، ساعد التيار المنخفض المطبق والمواد المستخدمة في منع التفاعلات الجانبية غير المرغوب فيها، مع تحقيق أداء أفضل في تحلية المياه مع استخدام كمية أقل من الطاقة.

وبما أن الباحثين قاموا في الوقت نفسه بإنشاء المياه المحلاة والمياه المركزة في قناتين منفصلتين، فإن النظام يتجاوز أيضًا نهج الدورتين، لذلك لم تعد هناك حاجة إلى مرحلة تجديد الخلايا. وبالإضافة إلى ذلك، وجد الباحثون أن إضافة الأغشية بين الأقطاب الكهربائية يقلل من استهلاك الطاقة بشكل أكبر. يقول الباحث: "يناقش العديد من الباحثين إمكانية التقاط الطاقة من دورة CDI الثانية، لكن هذا الاحتمال صعب للغاية لدرجة أنه غير عملي". "يتجنب نظامنا خطوة التجديد الثانية هذه ببساطة عن طريق استبدال تيار الاصطياد عن طريق تغيير اتجاه التيار الكهربائي المطبق. هذه الخطوة بسيطة للغاية، وتتطلب استخدام القليل من الطاقة."

على الرغم من أن التكوين الحالي غير مناسب لتحلية المياه المالحة بشكل خاص، مثل مياه البحر، إلا أن النتائج تظهر أن الطريقة الجديدة يمكن أن تكون فعالة كطريقة منخفضة الطاقة للمياه المالحة منخفضة المستوى، مثل المياه الجوفية، أو للتحلية الأولية. تحلية المياه قبل دخولها مرافق المعالجة. ويعتزم الباحثون الآن تحسين النظام وجعله أكثر ملاءمة للاستخدام على نطاق واسع. وقد نشرت نتائج البحث منذ فترة طويلة في المجلة العلمية خطابات العلوم والتكنولوجيا البيئية.

ملخص المقال

يتكون نظام التحلية الجديد من قناتين وقطبين متماثلين ينتج تيارين: المياه المركزة والمياه المحلاة.

 

 

 

 

تعليقات 10

  1. أليس من الأسهل رش السحب بالماء؟
    إن قطرات الماء التي تهبط على السحب من الأعلى سوف تكبر كلما هبطت. لتسقط السحابة زخاتها بالقرب من منطقة الزرع.
    على حد علمي، "يوديد الفضة" ليس فعالاً بما يكفي لإسقاط المطر،
    منذ حوالي 20 عامًا، جرت محاولات لرش السحب بالمياه المالحة التي يتم ضخها من البحر. وذلك لأن الملح يمتص كمية كبيرة من الماء، فيزداد وزنه بسرعة، فينزل المطر في المكان المطلوب. إلا أن استعمال ماء البحر لإنزال المطر سيؤدي إلى نزول المطر المالح، فيتراكم الملح فيه على الأرض، وهو أمر غير مرغوب فيه على الإطلاق.
    ومن حيث المبدأ فإن أي بذر للمياه على السحاب سيؤدي إلى سقوط كميات كبيرة من الأمطار.

  2. ايال مورج شالوم
    لدي ملف الإنتاج الخاص بتكنولوجيا المرحوم البروفيسور دان زاسلافسكي. لقد تمكن من إعطائي إياها قبل وفاته بتعليمات واضحة. في ذلك الوقت، كان لدى هيئة التدريس دليل مكتبي على الجدوى ولكنه مفقود. من السهل جدًا استعادته. ومن اليوم أنوي إحياء المشروع رغم أن المهتمين في ذلك الوقت حاولوا نسفه طوال الفترة. لم يكن هناك سر هنا، فقط الغباء.
    إذا كان هناك أطراف أخرى مهتمة بالمشروع، فعليها ترك التفاصيل عبر رسالة نصية قصيرة على الرقم 0543336888.
    يوم جيد، القيادة بعناية.
    حياة

  3. · تحدث البروفيسور دان زاسلافسكي، مفوض المياه السابق، عن طريقة جديدة وأكثر كفاءة لتحلية المياه من التناضح العكسي، إلا أنه أبقى الأمر سراً. حتى العثور على المال للتطوير وتسجيل براءات الاختراع.

  4. النقطة الأخرى التي يمكن أن تكون مشكلة هي درجات الحرارة المنخفضة على هذه الارتفاعات. حسب ما أفهمه، بدءاً من ارتفاع حوالي 2 كم، تنخفض درجات الحرارة إلى ما دون الصفر المئوي وتنخفض بسرعة مع زيادة الارتفاع، والسؤال هو كيف سيؤثر ذلك على إنتاجية الشبكة من المياه.

    مشكلة أخرى في نفس السياق، قد تتسبب أيضًا في تراكم الثلج على الشبكة وتحويلها إلى وزن ثقيل وعديم الفائدة. في مثل هذه الحالة، ربما يكون الحل المحتمل هو لف سلك نحاسي رفيع حول الشبكة التي سيتدفق من خلالها تيار كهربائي سيأتي من الأرض عبر كابل الإرساء، والذي سيسخن الشبكة (إلى درجة الحرارة المثلى) ويمنع تراكم الجليد.

  5. ماثيو، شكرًا لك، سأفكر في عرضك.

    معجزات,

    أنا على علم بجميع النقاط التي أثرتها وقد تناولت بعضها في الرسالة الأصلية:

    1. في الواقع، النية هي أن يتم بسط الشبكة بين بالونين سيتم تثبيتهما على الأرض بمساعدة كابلات، على غرار بالونات المراقبة التابعة للجيش الإسرائيلي. لتجنب التشابك بين كابلات الشبكات المختلفة، سيكون من الضروري ضمان هامش أمان كبير بما فيه الكفاية بينها.

    2. صحيح أنه ستكون هناك رياح، وسوف تتدفق باستمرار سحب جديدة مشبعة بالماء إلى الشبكة، والتي يمكنك "الضغط عليها"، وهذا لن يؤدي إلا إلى زيادة إنتاجية المياه، والتي أقدر أيضًا أنها ستكون عالية في سحابة المطر. إذا وضعت الشبكة على متوسط ​​ارتفاع السحب الممطرة (تبدأ قاعدتها على ارتفاع 2-3 كم ويمكن أن تصل إلى ارتفاع 20-30 كم) فأغلب الوقت ستكون داخل السحابة حتى لو كانت الشبكة تحركها الرياح قليلاً إلى اليمين واليسار. وسيكون من الممكن أيضًا التحكم في ارتفاع الشبكة في الوقت الفعلي بمساعدة الكابلات، أي رفعها أو خفضها وفقًا لارتفاع السحب.

    3. هناك مشكلة التآكل وهذه الشباك تتآكل مع مرور الوقت بسبب الرياح، لكنني ما زلت أعتقد أنه من حيث التكلفة/الفائدة ستكون أكثر فعالية من محطات تحلية المياه حتى لو اضطررت إلى التغيير إلى شبكة جديدة كل اسبوعين. ورأيت أيضًا أن هناك شركة تدعى cloudFisher تصنع شبكات ضباب أكثر متانة ولا تبلى بسرعة.

    4. كما قلت، هذه الشباك مفيدة جدًا في الظروف الضبابية، وفي رأيي ستكون أكثر فعالية في السحب الممطرة وستنتج كميات أكبر بكثير من الماء مقارنة بضباب الصباح، وهذا في الواقع الشيء الرئيسي في فكرتي.

    5. هناك إمكانية أخرى لنشر الشبكة بين قمتين جبليتين، لكنني أقل ارتباطًا بهذه الفكرة ولست متأكدًا من أنها ستكون فعالة مثل الشبكة التي سيتم تحميلها مباشرة إلى السحابة. حتى من الناحية الفنية، يبدو الأمر أكثر تعقيدًا بالنسبة لي، وبالإضافة إلى ذلك، ليس من المؤكد أن الجبال المحيطة ببحيرة طبريا مرتفعة بما يكفي لهذا الغرض.

    في رأيي، أبسط شيء هو إجراء تجربة (كما اقترحت في الرسالة الأولى) والتحقق عمليًا من كمية المياه التي يتم إنتاجها باستخدام هذه الطريقة. كل ما عليك فعله هو انتظار فصل الشتاء حتى تصل السحب الممطرة مع الكثير من الماء 🙂

  6. ستواجه مشكلة كبيرة واحدة على الأقل - موقع الشبكة داخل السحابة. وتكون السحب في حالة حركة في معظم الأوقات، على عكس الضباب. تصبح الرياح أقوى كلما ارتفعت إلى أعلى - وبالتالي لن تتمكن الشبكة من البقاء داخل السحابة. لا أعرف ما إذا كان ذلك سيخفض الكفاءة إلى ما دون عتبة الصلاحية، لكنني أعتقد أنه سيكون له تأثير كبير.

    ستحتاج أيضًا إلى كابلات لتثبيت الشبكة في مكانها، لذلك سيكون من الصعب إنشاء كهف من عدة شبكات.

    لا أستبعد الفكرة لا سمح الله، ومما قرأت عن شبكات الضباب فهي مفيدة بالتأكيد.

  7. تبدو فكرة رائعة، تواصل مع مهندسي شركة ميكوروت لإبداء الفكرة، ربما يمكنك حل مشكلة المياه في إسرائيل..

  8. حياة،

    إن استخدام شبكة الضباب لاستخراج الماء من الرطوبة الموجودة في الهواء على مستوى الأرض ليست فكرة جديدة، لكن ابتكاري هو أخذ شبكة الضباب هذه ورفعها (بمساعدة بالونات المراقبة، وبالونات الطقس، والطائرات، وما إلى ذلك). ) مباشرة في السحب الممطرة. يخبرني الحدس أن كل حجم من الهواء داخل سحابة ممطرة يحتوي على كمية أكبر بكثير من الماء مقارنة بنفس حجم الهواء عند مستوى الأرض، وبالتالي فإن شبكة الضباب الموضوعة داخل سحابة ممطرة ستنتج كمية أكبر بكثير من الماء مقارنة بشبكة ضبابية. شبكة متطابقة على مستوى الأرض. وإذا تم تركيب العديد من هذه الشبكات فوق بحيرة طبريا، فإن المياه المنتجة منها ستتدفق مباشرة إلى بحيرة طبريا، ولا داعي لبناء خط أنابيب خاص ومكلف.

    شيء مثل زرع السحب باستخدام يوديد الفضة، ولكن في رأيي بطريقة أكثر فعالية (إنه مجرد شعور داخلي، وهذا بالطبع يتطلب اختبارًا أعتقد أنه من السهل جدًا إجراؤه).

    قلت إن الفكرة التي طرحتها معروفة منذ زمن طويل، ولا علم لي بها. هل يمكنك توجيهي إلى أي مقال يذكر فكرتي؟

  9. فكرة ممتازة معروفة منذ زمن طويل. المشكلة مع حكماء الأحلام من حولنا الذين يهتمون فقط بالخير وليس بالأشياء الصحيحة.

  10. مرحبًا، لقد كانت لدي فكرة منذ فترة طويلة (أسميها "عصارة السحابة") والتي لسوء الحظ ليس لدي الوقت أو الموارد لاختبارها عمليًا، ولكن سأكون سعيدًا جدًا إذا كان هناك شخص مطلع على هذا الأمر. سيعطي المجال رأيهم المهني حول الموضوع أو حتى اختباره عمليًا. فكرتي هي أخذ شبكة ضباب كبيرة (من النوع المستخدم في العديد من الأماكن في العالم لاستخراج المياه مباشرة من الرطوبة الموجودة في الهواء، وخاصة في القرى النائية حيث لا تتوفر البنية التحتية للمياه) ورفعها إلى الارتفاع حيث تكون السحب الممطرة. على سبيل المثال، يمكن وضعه بين بالونين كبيرين من النوع الذي يستخدمه جيش الدفاع الإسرائيلي لمراقبة المناطق الحدودية.

    يقول حدسي أن شبكة الضباب هذه الموضوعة داخل سحابة مطر مشبعة بالماء ستنتج كمية من الماء أكبر بكثير من شبكة الضباب التي تنتج الماء من الرطوبة الموجودة في الهواء على مستوى الأرض. تحتوي السحب على كميات هائلة من قطرات الماء الصغيرة التي تطفو في الهواء، وأعتقد أن الشبكة ستجعلها تتكثف بسرعة وتتساقط على شكل مطر. من الممكن، على سبيل المثال، وضع العديد من هذه الشباك الكبيرة فوق بحيرة طبريا بحيث تتساقط كل المياه التي "تعصرها" من السحب مباشرة إلى بحيرة طبريا (من المستحسن توجيه الشبكة بحيث تكون دائمًا متعامدة مع الرياح بحيث يمر بها أكبر عدد ممكن من السحب، ربما يكون ذلك ممكنًا باستخدام زعنفة خلفية كبيرة كما هو موجود في مصدات الرياح على أسطح المنازل أو بدلاً من ذلك يمكنك استخدام بالون واحد يحمل شريطًا طويلًا وعريضًا من شبكة الضباب مع وزن صغير في النهاية.

    كبداية، يمكنك إجراء تجربة جدوى بسيطة - خذ شبكتين ضباب من نفس الحجم لتصريف الماء المتكثف فيهما في حاوية بلاستيكية صغيرة، واترك شبكة واحدة على مستوى الأرض كتجربة تحكم، وارفع الشبكة الأخرى في السحب الممطرة. أصبح من الممكن الآن التحقق مما إذا كان الخزان الموجود في السحابة يمتلئ بشكل أسرع بكثير مقارنة بخزان التحكم الذي يبقى عند مستوى الأرض. بمجرد إجراء هذه التجربة (البسيطة نسبيًا) ومعرفة كمية المياه التي تم إنتاجها من الشبكة في السحابة وبأي سرعة سيكون من السهل حساب ما إذا كانت اقتصادية أم لا، وما هو الحجم المطلوب للشبكة (بالطبع يعتمد أيضًا على الوزن الذي يمكن أن تحمله البالونات).

    أتمنى أن أسمع رأي الخبراء حول الفكرة
    شكرا مقدما.

ترك الرد

لن يتم نشر البريد الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها *

يستخدم هذا الموقع Akismat لمنع الرسائل غير المرغوب فيها. انقر هنا لمعرفة كيفية معالجة بيانات الرد الخاصة بك.