نمک‌زدایی یا شیرین کردن آب ( Desalination ):
فرایندی که مقداری نمک و سایر مواد معدنی را از آب شور جدا می‌کند.
به طور کلی، منظور از نمک‌زدایی حذف نمک‌ها و مواد معدنی همانند نمک‌زدایی خاک است.
آب شور جهت تولید آب شیرینی که برای مصرف انسان یا آبیاری مناسب است، نمک‌زدایی می‌شود.
یک محصول جانبی بالقوه از نمک‌زدایی، نمک است. نمک‌زدایی در کشتی‌های بزرگ و زیردریایی مورد استفاده قرار می‌گیرد.
بیشتر سرمایه‌گذاری‌های اخیر در نمک‌زدایی، بر توسعه راه‌های مقرون به صرفه تأمین آب شیرین برای استفاده انسان، متمرکز شده‌است.
در کنار بازیافت آب از فاضلاب، این یکی از چندین منابع تأمین آب مستقل از بارش است.
در مقیاس بزرگ، نمک‌زدایی به طور معمول با استفاده از مقدار زیادی انرژی، زیرساخت‌های اختصاصی و گران‌قیمت انجام می‌شود که آن را از آب تازه بدست آمده از منابع معمول مانند رودخانه‌ها یا آب‌های زیرزمینی گران‌تر می‌سازد.
نمک‌زدایی به ویژه مناسب کشورهایی مانند استرالیا است، که به طور سنتی بر روی جمع‌آوری بارش پشت سدها برای تأمین منابع آب آشامیدنی خود اتکا می‌کند.به گفته انجمن بین‌المللی نمک‌زدایی در سال ۲۰۰۹، ۱۴۴۵۱ واحد نمک‌زدایی در سراسر جهان در حال بهره‌برداری بوده که ۹/۵۹ میلیون متر مکعب در روز تولید می‌کرده‌اند. با افزایش تولید سالیانه برابر۳/۱۲٪. تولید در سال ۲۰۱۰ برابر ۶۸ میلیون متر مکعب بوده است. انتظار می‌رود که تا سال ۲۰۲۰ به ۱۲۰ میلیون متر مکعب برسد، ۴۰ میلیون متر مکعب در خاور میانه برنامه‌ریزی شده است. بزرگترین کارخانه آب شیرین کن در جهان کارخانه نمک‌زدایی جبل علی (فاز ۲) در امارات متحده عربی است.
روش‌های نمک‌زدایی
روش سنتی مورد استفاده در این عملیات تقطیر خلاء می‌باشد؛ که اساس آن جوشش آب در فشار کمتر از اتمسفر و در نتیجه دمای بسیار پایین‌تر از حد نرمال است. دلیل این است که جوشش یک مایع زمانی اتفاق می‌افتد که فشار بخار برابر فشار محیط باشد و فشار بخار با دما افزایش می‌یابد؛ بنابراین، به دلیل کاهش درجه حرارت، انرژی ذخیره می‌شود. روش پیشرفته تقطیر چند مرحله‌ای، ۸۵٪ از نیاز جهان در سال ۲۰۰۴ را برآورده کرده است.
در فرایندهای رقابتی که برای نمک زدایی، غشاء بکار می‌رود، اساساً از فناوری اسمز معکوس استفاده می‌کنند.
فرایندهای غشایی با استفاده از غشاء نیمه تراوا و فشار، نمک را از آب جدا می‌کنند.
سیستم واحدهای اسمز معکوس به طور معمول با انرژی کمتر نسبت به روش تقطیر حرارتی کار می‌کنند.
اسمز معکوس منجر به کاهش کلی هزینه آب شیرین کن‌ها در طول دهه گذشته شده است.
نمک‌زدایی‌کماکان انرژی‌زیادی مصرف‌می‌کند، با این حال، هزینه‌های بعدی آن هم به قیمت انرژی بستگی‌خواهد داشت و هم به قیمت‌فناوری‌نمک‌زدایی.
نمایی از نمک‌زدایی به روش تقطیر چند مرحله‌ای
A – ورودی بخار
B – ورودی آب دریا
C – خروجی آب آشامیدنی
D – خروجی پساب
E – خروجی بخار
F – مبدل حرارتی
G – جمع‌آوری آب میعان شده
H – هیتر
تولید همزمان
تولید همزمان فرایندی است که از گرمای اضافی ناشی از تولید برق برای انجام کار دیگری استفاده می‌شود.
در نمک زدایی، تولید همزمان یعنی تولید آب آشامیدنی از آب دریا یا آب زیرزمینی شور در یک واحد یکپارچه، یا «دو منظوره» است، که در آن یک نیروگاه منبع انرژی برای واحد تولید آب شیرین است. انرژی تولیدی واحد ممکن است صرف تولید آب آشامیدنی شود (واحد مستقل)، یا می‌توان انرژی اضافی تولید شده و را وارد شبکه برق نمود (واحد تولید همزمان واقعی).
تولید همزمان انواع مختلف دارد، و از نظر تئوری هر نوعی از انرژی می‌تواند مورد استفاده قرار گیرد.
با این حال، اکثریت‌واحدهای‌موجود و برنامه‌ریزی‌شده واحدهای نمک‌زدای تولید‌همزمان، یا با سوخت‌های‌فسیلی‌یا انرژی‌هسته‌ای به عنوان منبع انرژی کار می‌کنند.
مزیت‌واحد دومنظوره، راندمان‌بالاتر در مصرف‌انرژی‌است، در نتیجه ساخت واحد آب شیرین کن برای تولید آب آشامیدنی گزینه‌ای مناسب خواهد بود.
در ۲۶ دسامبر سال ۲۰۰۷، در ستون مجله The Atlanta Journal-Constitution، نولان هرتل، استاد مهندسی هسته‌ای و رادیولوژیک در مؤسسه فناوری جورجیا، نوشت: “… رآکتورهای هسته‌ای می‌توانند برای … تولید مقادیر زیادی آب آشامیدنی بکار روند. این فرایند در حال حاضر در سراسر جهان، از هند گرفته تا ژاپن و روسیه استفاده می‌شود. در ژاپن هشت رآکتور هسته‌ای به واحد آب شیرین کن متصل هستند… واحدهای آب شیرین کن هسته‌ای می‌توانند به عنوان منبع مقدار زیادی آب شرب باشند و توسط خطوط لوله صدها مایل دورتر برده شوند”.
علاوه بر این، روش جاری در کارخانه‌های دو منظوره ترکیبی از دو روش است، که در آن محصول یک واحد آب شیرین کن به روش اسمز معکوس با محصول از آب شیرین کن حرارتی مخلوط شده می‌شوند. در واقع، دو یا چند فرایندهای نمک زدایی همراه با تولید انرژی ترکیب می‌شوند.
زیست‌محیطی
ورودی آبگیری
در ایالات متحده، با توجه به حکم دادگاه در سال ۲۰۱۱ تحت قانون آب پاک، مصرف آب اقیانوس بدون کاهش مرگ و میر ناشی از آبزیان در اقیانوس، پلانگتون‌ها، تخم ماهی‌ها و لارو ماهی‌ها تا حد ۹۰٪، دیگر عملی نیست. گزینهٔ جایگزین چاه‌های ساحلی برای از بین بردن این نگرانی است، اما نیاز به انرژی بیشتر و هزینه‌های بالاتر دارد، در حالیکه خروجی را محدود می‌کند.
خروجی
تمام فرایندهای نمک زدایی، مقدار زیادی کنسانتره تولید می‌کنند، که ممکن است با درجه حرارت افزایش یابد و باقی‌مانده‌های مواد پیش تصفیه و تمیزکننده‌های شیمیایی، محصولات جانبی نتیجه واکنش آنها، و فلزات سنگین ناشی از خوردگی را شامل می‌شود. مواد پیش تصفیه و تمیزکننده‌های شیمیایی در بیشتر واحدهای آب شیرین کن یک ضرورت است، که به طور معمول شامل پیشگیری رسوب بیولوژیکی، پوسته پوسته شدن، کف و خوردگی در واحدهای حرارتی، و در برابر رسوب بیولوژیکی، ذرات معلق و رسوبات پوسته‌ای در واحدهای غشایی می‌باشد.
برای محدود کردن اثرات زیست‌محیطی بازگرداندن آب نمک به اقیانوس، می‌توان آن را با یکی دیگر از جریان‌های آب رقیق کرد، مثلاً خروجی تصفیه خانه پساب یا خروجی نیروگاه. جریان آب خنک‌کننده نیروگاه در یک نیروگاه متوسط یا بزرگ در مقایسه با یک واحد آب‌نمک‌زدایی، حداقل چندین بار بزرگتر از جریان خروجی واحد نمک‌زدایی است. روش دیگر این است که آب شور را بوسیله یک دیفیوزر در یک «محدوده اختلاط» مخلوط می‌کنند. برای مثال، هنگامی که خط لوله حاوی آب‌نمک به کف دریا می‌رسد، می‌توان آن را به شاخه‌های بسیاری تقسیم کرد، که هر یک به تدریج از طریق سوراخ‌هایی کوچک در امتداد طول‌شان، آب شور خارج می‌کنند. مخلوط را می‌توان با خروجی رقیق شده نیروگاه یا تصفیه خانه پساب ترکیب کرد.
آب شور با توجه به بالاتر بودن غلظت املاح چگالتر از آب دریا است. کف اقیانوس بیشتر در معرض خطر است، زیرا آب نمک پایین رفته و به اندازه کافی مدت زیادی باقی می‌ماند تا به اکوسیستم آسیب بزند. ورود با دقت آب نمک می‌تواند این مشکل را به حداقل برساند. متخصصین آب بیان داشتند که خروجی به اقیانوس را می‌توان در بستر اقیانوس قرار داد تا پراکندگی آب تغلیظ دریا را به حداکثر می‌رساند، به طوری که در فاصله بیش از ۵۰ تا ۷۵ متر از خروجی، غیرقابل تشخیص خواهد بود.
جایگزین‌های بدون آلودگی
در برخی‌از روش‌های نمک‌زدایی، به‌ویژه در ترکیب با برکه‌تبخیر و دستگاه خورشیدی (آب شیرین کن خورشیدی)، آب‌شور خارج نمی‌شود.
آنها نه از مواد شیمیایی در فرایندهای خود استفاده می‌کنند و نه از سوخت‌های فسیلی.
در این‌روش‌ها با غشاء یا دیگر قطعات‌حساس ماننداجزایی که شامل فلزات‌سنگین است کار نمی‌کنند، بنابراین پسماندسمی‌بجانمی‌ماندو نگهداری نیز پر هزینه‌نیست.
یک روش جدید سیستم زیست سازه‌ای یکپارچه است که مانند دستگاه خورشیدی می‌باشد، اما در مقیاس حوضچه تبخیر صنعتی.
می‌توان این روش را ” نمک زدایی کامل ” در نظر گرفت.
به دلیل این که کل مقدار آب شور ورودی را به آب مقطر تبدیل می‌کند.
یکی از مزایای‌منحصربه‌فرد این‌نوع از آب شیرین کن با منبع انرژی خورشیدی، امکان بهره‌برداری دور از ساحل است.
ازدیگر مزایایی این روش با توجه به استاندارد، این است که واحد آب شیرین کن هوا را آلوده نمی‌کند.
خروجی آب خنک‌کننده نیروگاه نیز هیچ افزایش دمایی در آب ایجاد نمی‌کند تا زندگی آبزیان را در معرض خطر قرار دهد. یک مزیت مهم دیگر، تولید نمک دریا برای مصارف و غیر صنعتی است. در حال حاضر، ۵۰ درصد از تولید نمک دریا در جهان هنوز متکی به سوخت‌های فسیلی است.
جایگزین‌هایی برای نمک‌زدایی
افزایش بهره‌وری و حفاظت از آب، نخستین اولویت اقتصادی در مناطقی از جهان است که در آنها پتانسیل زیادی برای بهبود بهره‌وری در شیوه‌های استفاده از آب وجود دارد. بازیافت پساب‌ها برای آبیاری و استفاده‌های صنعتی در مقایسه با روش نمک‌زدایی، مزیتی چندین برابر دارد. جمع‌آوری روان‌آب‌های شهری و آب توفان نیز برای تصفیه، بازسازی و شارژ آب‌های زیرزمینی سودمند است. یک جایگزین پیشنهادی برای نمک‌زدایی در جنوب غربی آمریکا واردات عمده آب از مناطق غنی از آب با تبدیل نفت‌کش‌های بسیار بزرگ به حامل آب، یا از طریق خطوط لوله است.
