با کمیاب شدن روزافزون منابع آب شیرین جهانی، نیاز به یافتن منابع جایگزین آب برای کشاورزی بیش از پیش ضروری شده است. با توجه به اینکه بیش از 70 درصد سطح زمین را اقیانوسها پوشانده اند، آب دریا منبعی عظیم اما کمتر مورد استفاده قرار گرفته است. با این حال، محتوای بالای نمک دریا، استفاده مستقیم از آن را در کشاورزی نامناسب میکند. در مناطقی که با خشکسالیهای طولانی مدت و دسترسی محدود به آب شیرین مواجه هستند، روی آوردن به آب دریا به عنوان گزینهای مناسب برای آبیاری مورد توجه قرار گرفته است. چالش، تبدیل این منبع فراوان اما شور به آبی است که بتواند از رشد محصول بدون آسیب رساندن به کیفیت خاک یا سلامت گیاهان پشتیبانی کند. در این بررسی از وبسایت «رسوب آب» در مورد تصفیه آب دریا برای کشاورزی صحبت میکنیم.
اهمیت تصفیه آب دریا برای کشاورزی
تصفیه آب دریا برای کشاورزی در مقابله با کمبود آب، به ویژه در مناطق خشک و نیمه خشک که منابع آب شیرین محدود یا بیش از حد مورد استفاده قرار میگیرند، بسیار مهم است. با تبدیل آب شور دریا به آب قابل استفاده برای آبیاری، کشاورزان میتوانند تولید محصولات کشاورزی را حتی در طول خشکسالی یا دورههای کم بارندگی حفظ کنند. این امر نه تنها به تضمین امنیت غذایی کمک میکند، بلکه وابستگی به ذخایر آب شیرین مورد نیاز برای آشامیدن و سایر مصارف ضروری را نیز کاهش میدهد. علاوه بر این، تصفیه آب دریا امکان کشت محصولات کشاورزی در مناطق ساحلی را که قبلاً برای کشاورزی نامناسب بودند، فراهم میکند و در نتیجه پتانسیل کشاورزی را گسترش داده و از اقتصاد روستایی حمایت میکند.
روشهای تصفیه آب دریا برای کشاورزی
در ادامه به روشهای تصفیه آب دریا برای کشاورزی اشاره میکنیم:
۱. اسمز معکوس (RO)
اسمز معکوس یک روش نمک زدایی پرکاربرد است که آب دریا را از طریق یک غشای نیمه تراوا فیلتر میکند. این غشا نمکها و سایر ناخالصیها را مسدود میکند و در عین حال به آب شیرین اجازه عبور میدهد. این روش به فشار بالا نیاز دارد که آن را به انرژی زیادی نیاز دارد، اما این فرآیند، آب با کیفیتی مناسب برای کشاورزی ارائه میدهد. سیستمهای RO را میتوان از مزارع کوچک تا کارخانههای بزرگ نمک زدایی گسترش داد. مراحل پس از تصفیه، مانند متعادل سازی مواد معدنی، ممکن است برای تنظیم ترکیب آب برای سلامت محصول و سازگاری با خاک مورد نیاز باشد.
۲. تقطیر ناگهانی چند مرحلهای (MSF)
تقطیر ناگهانی چند مرحلهای شامل گرم کردن آب دریا و سپس کاهش ناگهانی فشار برای ایجاد بخار در چندین مرحله است. بخار برای تولید آب شیرین متراکم میشود. اگرچه MSF عمدتاً در کاربردهای صنعتی در مقیاس بزرگ استفاده میشود، اما کیفیت آب ثابتی را فراهم میکند و به ویژه در مناطقی که به انرژی حرارتی دسترسی دارند، موثر است. قابلیت اطمینان و توانایی آن در مدیریت حجم زیاد، آن را به یک راه حل بالقوه برای تأمین آب آبیاری تبدیل میکند، اگرچه مصرف بالای انرژی میتواند استفاده از آن را در کشاورزی محدود کند.
۳. الکترودیالیز (ED)
الکترودیالیز از یک میدان الکتریکی برای حرکت یونهای نمک از طریق غشاهای انتخابی استفاده میکند و آنها را از آب جدا میکند. این روش برای آب با غلظت نمک کمتر، مانند آب شور، کارآمد است، اما برای آب دریا با مراحل اضافی نیز قابل استفاده است. این روش نسبت به اسمز معکوس برای کاربردهای خاص، انرژی کمتری مصرف میکند و کنترل یون بهتری را فراهم میکند. برای کشاورزی، آب تصفیه شده با ED ممکن است قبل از آبیاری به شرایط بیشتری برای تنظیم pH یا سطح ریزمغذیها نیاز داشته باشد.
۴. نمک زدایی خورشیدی
نمک زدایی خورشیدی از انرژی خورشید برای تبخیر آب دریا استفاده میکند، نمکها را باقی میگذارد و سپس بخار را به آب شیرین تبدیل میکند. این روش را میتوان با استفاده از دستگاههای تقطیر خورشیدی یا واحدهای تقطیر خورشیدی پیچیدهتر اجرا کرد. این روش در مناطقی با نور خورشید فراوان، سازگار با محیط زیست و کم هزینه است و آن را برای کشاورزی در مقیاس کوچک جذاب میکند. با این حال، نمک زدایی خورشیدی خروجی نسبتاً کمی دارد و برای مزارع کوچک یا آبیاری تکمیلی به جای تولید محصولات در مقیاس بزرگ مناسبتر است.
۵. اسمز مستقیم (FO)
اسمز مستقیم شامل حرکت طبیعی آب از طریق یک غشاء از آب دریا به محلول غلیظتر است. آب بعداً از محلول جدا شده جدا میشود تا آب تصفیه شده حاصل شود. اسمز مستقیم انرژی کمتری نسبت به اسمز معکوس مصرف میکند و میتواند در برابر گرفتگی غشاء مقاومتر باشد. این هنوز یک فناوری نوظهور است، اما پتانسیل آن برای نمک زدایی پایدار در کشاورزی در حال رشد است. آب اسمز مستقیم ممکن است نیاز به تصفیه تکمیلی داشته باشد تا از مناسب بودن آن برای آبیاری طولانی مدت و سلامت خاک اطمینان حاصل شود.
۶. نانوفیلتراسیون (NF)
نانوفیلتراسیون از غشاهایی با منافذ کمی بزرگتر از غشاهای اسمز معکوس استفاده میکند. این غشا بیشتر نمک ها، مواد آلی و عوامل بیماری زا را حذف میکند، اما به برخی از مواد معدنی ضروری اجازه عبور میدهد. این میتواند برای کشاورزی مفید باشد، زیرا محصولات اغلب به محتوای معدنی خاصی در آب آبیاری نیاز دارند. NF به فشار و انرژی کمتری نسبت به RO نیاز دارد و آن را به جایگزینی مقرون به صرفه برای آب دریا با شوری متوسط تبدیل میکند. پیش تصفیه اغلب برای جلوگیری از گرفتگی غشاء و افزایش طول عمر سیستم مورد نیاز است.
۷. دیونیزاسیون خازنی (CDI)
دیونیزاسیون خازنی با اعمال یک میدان الکتریکی با ولتاژ پایین به الکترودها عمل میکند که یونهای نمک را از آب جذب و حذف میکنند. این روش برای آب با شوری کم تا متوسط مناسبتر است و ممکن است برای آب دریا با غلظت کامل بدون پیش تصفیه عملی نباشد. با این حال، هنگامی که با سایر تکنیکها ترکیب شود، CDI میتواند به طور مؤثر آب را برای کشاورزی تصفیه کند. مزایای آن شامل مصرف انرژی کم و توانایی بازیابی و استفاده مجدد از نمکها است که در مدلهای کشاورزی پایدار مفید است.
۸. تقطیر با استفاده از گرمای تلف شده
تقطیر با استفاده از گرمای تلف شده از انرژی حرارتی باقیمانده از فرآیندهای صنعتی برای تبخیر آب دریا استفاده میکند که سپس به آب شیرین تبدیل میشود. این تکنیک منابع انرژی موجود را مجدداً مورد استفاده قرار میدهد و هزینههای عملیاتی و اثرات زیست محیطی را کاهش میدهد. این روش به ویژه در مناطق صنعتی ساحلی که آب دریا و گرمای تلف شده هر دو در دسترس هستند، مفید است. آب تصفیه شده تولید شده پس از تنظیمات جزئی میتواند برای کشاورزی مناسب باشد. این روش به خوبی با مدلهای اقتصاد چرخشی همسو است و از گسترش کشاورزی سازگار با محیط زیست در مناطق صنعتی پشتیبانی میکند.
بهترین دستگاه برای تصفیه آب دریا برای کشاورزی
بهترین تصفیه کننده آب دریا برای کشاورزی، اسمز معکوس (RO) است که به دلیل راندمان بالا، مقیاس پذیری و توانایی تولید حجم زیادی از آب شیرین با کیفیت بالا، مورد استفاده قرار میگیرد. RO با عبور دادن آب دریا از یک غشای نیمه تراوا که تا ۹۹ درصد نمک ها، مواد معدنی و سایر آلایندهها را حذف میکند، آب را برای آبیاری محصولات کشاورزی ایمن میسازد. این روش به طور گسترده در مناطق کشاورزی که با کمبود آب شیرین مواجه هستند، به ویژه در مناطق ساحلی و خشک، مورد استفاده قرار میگیرد.
اگرچه سیستمهای RO به سرمایه گذاری اولیه و انرژی قابل توجهی نیاز دارند، اما پیشرفتها در فناوری غشا و ادغام با منابع انرژی تجدیدپذیر مانند انرژی خورشیدی هزینهها را کاهش داده و پایداری را بهبود میبخشند. علاوه بر این، میتوان از تصفیه پس از تصفیه برای بازگرداندن مواد معدنی ضروری استفاده کرد و اطمینان حاصل کرد که آب تصفیه شده از سلامت خاک و رشد گیاهان پشتیبانی میکند و RO را به مطمئنترین و سازگارترین گزینه برای نیازهای کشاورزی مدرن تبدیل میکند.