استحصال آب مبتنی بر شیرین‌سازی آب دریا (ارائه برنامه راهبردی توسعه فناوری جهت رفع نیاز مناطق جنوبی ایران)

مقدمه

با افزایش تنش در منابع آبی سطحی و زیرزمینی و با پیشرفت تکنولوژی رویکردهای نوینی برای استحصال آب مطرح گشته است. شیرین‌سازی آب دریا یکی از روش‌های نوین استحصال آب است که در ذیل برنامه مطالعاتی جامع مرکز اندیشه‌ای کوثر مورد بررسی قرار گرفته است. در این برنامه تمامی مراحل مصرف آب از جمله استحصال، تصفیه، انتقال، توزیع و بازچرخانی در نظر گرفته می‌شود که به اختصار چرخه مصرف آب نامیده می‌شود. شیرین‌سازی آب دریا در بخش استحصال قرار می‌گیرد.

ضرورت مسئله

طبق قانون برنامه توسعه ششم، 30 درصد آب مورد نیاز مناطق جنوبی کشور باید از طریق شیرین‌سازی آب دریا تأمین گردد. با بررسی وضعیت منابع آب زیرزمینی و سطحی استان‌های جنوبی می‌توان دریافت که وضعیت این مناطق از نظر منابع آبی بسیار بحرانی است. افزایش تعداد چاه‌های عمیق و نیمه عمیق در مناطق جنوب کشور و افزایش اندک برداشت‌های آب زیرزمینی بیانگر آن است که دسترسی به منابع آب زیرزمینی کاهش یافته است. علاوه بر آن، نوسانی بودن حجم آب ذخیره شده در سدها و روند نزولی آن، وضعیت تنش‌زایی را در جنوب کشور ایجاد کرده است. ازاین‌رو، لازم است تا منبع جایگزین مطمئن و پایداری برای تأمین آب مورد نیاز آن مناطق ایجاد گردد. با توجه به مجاورت استان‌های جنوبی کشور به دریا یکی از مناسب‌ترین رویکرد برای تأمین نیازهای شرب و صنعت استفاده از آب‌شیرین‌کن‌های دریایی است.

شیرین‌سازی در جهان و کشورهای منطقه

به‌طورکلی در عموم کشورها، از دو روش حرارتی و غشایی جهت شیرین‌سازی آب استفاده می‌گردد. در حال حاضر بزرگ‌ترین تأسیسات آب‌شیرین‌کن دنیا که روزانه بیش از 820 هزار مترمکعب آب شیرین از دریا استحصال می‌کند، در امارات احداث شده است. بزرگ‌ترین واحد تبخیری آب جهان با ظرفیت روزانه 811 هزار مترمکعب در عربستان است و بزرگ‌ترین واحد فیلتری جهان با ظرفیت 624 هزار مترمکعب در روز در سرزمین‌های اشغالی فلسطین نصب شده است. در ضمن عربستان سعودی به عنوان بزرگ‌ترین تولیدکننده آب شیرین در جهان شناخته می‌شود.

قوانین موجود

طبق ماده ۳۶ قانون برنامه ششم توسعه (تا پایان سال 1400)، وزارت نیرو باید ۳۰ درصد از آب مورد نیاز شهرهای ساحلی هم‌جوار با خلیج فارس و دریای عمان را از طریق آب‌شیرین‌کن تأمین کند و بر اساس این قانون نیز باید حداقل ۷۰ درصد تجهیزات آب شیرین‌کن‌ها و انتقال دانش و فناوری آن توسط شرکت‌های داخلی انجام شود.

نحوه تخصیص بودجه ماده 36 قانون ششم توسعه در سال‌های سپری شده از جمله مواردی است که نقش به‌سزایی در دستیابی به اهداف تعیین شده ایفا نموده است. از این‌رو قانون بودجه سال 1398 کل کشور به عنوان نمونه مورد بررسی قرار گرفته است:

• هیچ ردیف بودجه‌ای مختص پروژه‌های شیرین‌سازی آب دریا منظور نشده است.
• بر طبق جدول مصارف دستگاه‌های اجرایی ملی برحسب برنامه و فعالیت 1398 موسسه تحقیقات آب دارای ردیف بودجه جهت مطالعه، پژوهش و تحقیق در حوزه منابع آب می‌باشد و ردیف بودجه مختص شیرین‌سازی وجود ندارد، پس می‌توان منابع مورد نیاز برای ماده 36 قانون ششم توسعه را در آن متصور شد.

وزارت نیرو متولی اصلی شیرین‌سازی در قانون مورد نظر بوده است و توسعه دانشی فناوری بر عهده معاونت علمی ریاست جمهوری قرار داده شده است. همچنین تولید مقیاس تجهیزات و حمایت از صنعت جهت داخلی‌سازی محصولات از جمله وظایف ذاتی وزارت صنعت، معدن و تجارت می‌باشد.

وضعیت کنونی کشور

در حال حاضر حدود 260 هزار مترمکعب در شبانه‌روز ظرفیت شیرین‌سازی کشور می‌باشد. همچنین ۸۵ طرح آب‌شیرین‌کن در استان‌های یزد، البرز، ایلام، بوشهر، خوزستان، سیستان و بلوچستان، کرمان، گلستان، مرکزی، هرمزگان، اصفهان، سمنان، مازندران، گیلان و قم در دست اجرا می‌باشد. بر اساس اظهارنظرهای شفاهی مسئولین امر، ظرفیت شیرین‌سازی آب کل کشور به حدود 474 هزار مترمکعب در شبانه‌روز افزایش خواهد یافت. این در حالی‌ست که میزان نیاز آبی شهرهای ساحلی حاشیه خلیج‌فارس در سال 99 که باید توسط آب‌شیرین‌کن‌ها تأمین شود برابر 225 هزار مترمکعب در شبانه‌روز می‌باشد. بدیهی است که برنامه‌ریزی‌های فعلی متناسب با نیاز کشور نیست.

فناوری‌های شیرین‌سازی آب

فناوری‌های مختلفی متناسب با شرایط و ظرفیت‌های کشورها در حال بهره‌برداری می‌باشد. از جمله فناوری‌های شیرین‌سازی آب دریا می‌توان به اسمز معکوس (RO)، اسمز مستقیم(FO) ، نمک زدایی انجمادی (Frz)، الکترودیالیز (ED)، slingshot، استفاده از نیروی امواج دریا برای تصفیه، آب شیرین‌کن‌های خورشیدی (SD)، فناوری‌های نوین حرارتی (MSF،  ME، MVC) و HDH اشاره نمود. بهینه‌سازی اجزا مختلف این فناوری‌ها و دستیابی به سایر تکنولوژی‌ها زمینه فعالیت بسیاری از محققان جهان می‌باشد.­

مقایسه فناوری‌ها

با توجه به چهار پارامتر کیفیت آب، مصرف انرژی، محیط زیست و هزینه، فناوری‌های RO، FO، ED، MSF، MED، MVC، HDH، SD و Frz مورد بررسی و مقایسه قرار گرفته‌اند.

با توجه به پارامترهای تعریف شده، سیستم‌های حرارتی و غشایی هریک دارای مزایا و معایبی هستند. با این وجود مناسب‌ترین تکنولوژی‌ها در جهان، سیستم‌های MSF، MED، RO و FO می‌باشند. با بررسی‌های صورت‌گرفته، هزینه تمام شده تکنولوژی MSF در ایران بالا بوده و برای ایران مناسب نیست. از طرفی دیگر فناوری FO از پیچیدگی بسیار بالایی برخوردار است که لازمه­ی دستیابی به آن، رسیدن به تکنولوژی RO می‌باشد. لذا بومی‌سازی کامل فرآیندهای MED و RO باید در دستور کار قرار گیرد. با بهره‌گیری از این دو تکنولوژی می‌توان سیستم‌های هیبریدی که ترکیبی از سیستم‌های حرارتی و غشایی می‌باشد استفاده کرد تا از مزایای هریک از سیستم‌ها استفاده نمود.

نگاشت نهادی

با توجه ماده 36 قانون برنامه ششم توسعه، وزارت نیرو مسئولیت اصلی در شیرین‌سازی آب دریا برای مناطق جنوبی کشور با تاکید بر استفاده از فناوری بومی را به عهده دارد. به عبارت دیگر این وزارتخانه از ابتدا تا انتهای فرآیند بومی‌سازی فناوری، با دیگر بازیگران ارتباط خواهد داشت. لذا می‌بایست استانداردهای فنی لازم برای طراحی و ساخت تجهیزات شیرین‌سازی را تهیه نماید، بر کیفیت ساخت محصولات نظارت داشته باشد و بهره‌برداری نهایی را انجام دهد. معاونت علمی و فناوری ریاست جمهوری وظیفه توسعه‌ی دانشی فناوری‌های شیرین‌سازی با حمایت از شرکت‌های دانش‌بنیان را برعهده دارد. وزارت صمت وظیفه تولید مقیاس محصولات و تجهیزات شیرین‌سازی آب دریا و اجرای قانون حداکثر استفاده از توان تولیدی و خدماتی کشور و حمایت از کالای ایرانی را برعهده دارد. مجلس شورای اسلامی وظیفه­‌ی نظارت بر اجرای قانون برنامه توسعه ششم و نظارت بر اجرای قانون حداکثر استفاده از توان تولید و خدماتی کشور و حمایت از کالای ایرانی را برعهده دارد.