الامارات 7 - تعريف المياه وتحلية المياه
الماء هو سائل شفاف عديم اللون والطعم والرائحة، يتكون من جزيئات تحتوي على ذرة أكسجين وذرتين من الهيدروجين، ويرمز له بالرمز (H2O). يُعدّ الماء من أكثر الموارد الطبيعية وفرة على سطح الأرض، حيث يغطي حوالي 72% من المساحة، مما يجعل الأرض تُلقب أحيانًا بالكوكب الأزرق. كما يشكّل الماء نحو 70% من جسم الإنسان البالغ، و75% من جسم الطيور، و80% من الثمار والفاكهة. بالرغم من بساطة تركيب الماء، إلا أنه من المواد الاستثنائية في الطبيعة، حيث يُعد أكبر مذيب على سطح الأرض ويمتاز بخصائص فيزيائية متغيرة.
عملية تحلية المياه
تحتوي المياه على العديد من الأملاح مثل الكلوريدات والكبريتات والكربونات (مثل الصوديوم والكالسيوم والمغنيسيوم) التي تجعلها غير صالحة للاستخدام البشري مثل الشرب والاستحمام والطهو. ولهذا، تسعى العديد من الدول، خاصة في المناطق الصحراوية والجافة، إلى تحلية مياه البحر لإزالة الأملاح وجعلها صالحة للشرب. في الوقت الحالي، يواجه العالم تحديات كبيرة بسبب نقص المياه الصالحة للشرب لتلبية الاحتياجات المتزايدة، لا سيما في البلدان النامية. لذلك، أطلق العلماء والباحثون عمليات تحلية المياه، التي تهدف إلى تحويل المياه المالحة إلى مياه صالحة للشرب، أو إلى مياه منخفضة الملوحة لأغراض الري والأنشطة الصناعية.
تحديد طرق تحلية المياه
تختلف طرق تحلية المياه باختلاف موقع التحلية. تعتمد الطريقة المثلى على عدة عوامل، مثل:
ظروف الموقع الجغرافي.
نوعية المياه المتاحة (بحار، بحيرات، آبار).
الأنشطة السكانية والتنموية المحيطة.
أنماط الاستهلاك الحالية والمتوقعة.
مصادر الطاقة التقليدية والمتجددة المتاحة.
استخدام الطاقة الشمسية في تحلية المياه
تتم عملية تحلية المياه باستخدام الطاقة الشمسية عبر تحويل الحرارة الناتجة من الشمس إلى طاقة حرارية، والتي تساهم في تسخين المياه المالحة وتحويلها إلى بخار. هذه العملية تشبه الدورة الطبيعية للماء على الأرض والتي من خلالها يتشكل المطر. يتم تسخين المياه المالحة بواسطة جهاز بسيط يُسمى "جهاز التحلية المنزلي" الذي يتكون من سطح شفاف يسمح بمرور أشعة الشمس، بينما تحتفظ الطبقة السوداء في القاع بالحرارة لتحويل الماء إلى بخار. هذا البخار يتجمع على السطح العلوي ويتم تصريفه في حوض منفصل، بينما تبقى الأملاح في القاع.
تعد كمية المياه العذبة الناتجة من هذه العملية قليلة نسبياً، ولكن يمكن زيادتها باستخدام طرق غير مباشرة، مثل دمج تقنيات الطاقة الشمسية مع تقنيات التحلية الأخرى مثل التقطير متعدد المراحل أو التناضح العكسي، مما يساهم في زيادة الإنتاج ويقلل من الحاجة إلى الوقود الأحفوري.
تحلية المياه باستخدام جزيئات النانو والطاقة الشمسية
ابتكر فريق من مركز "نويت" نظاماً جديداً لتحلية المياه باستخدام الطاقة الشمسية وجزيئات نانو الكربون الأسود. يتم تحلية المياه عن طريق فصل الماء البارد والساخن عبر غشاء رقيق. يقوم الغشاء بفصل بخار الماء من الجانب الساخن إلى الجانب البارد ويزيل جزيئات الملح. يعمل هذا النظام بكفاءة عالية باستخدام ألواح شمسية، ويتيح زيادة تركيز أشعة الشمس باستخدام عدسات مخصصة، مما يعزز إنتاج المياه.
الماء هو سائل شفاف عديم اللون والطعم والرائحة، يتكون من جزيئات تحتوي على ذرة أكسجين وذرتين من الهيدروجين، ويرمز له بالرمز (H2O). يُعدّ الماء من أكثر الموارد الطبيعية وفرة على سطح الأرض، حيث يغطي حوالي 72% من المساحة، مما يجعل الأرض تُلقب أحيانًا بالكوكب الأزرق. كما يشكّل الماء نحو 70% من جسم الإنسان البالغ، و75% من جسم الطيور، و80% من الثمار والفاكهة. بالرغم من بساطة تركيب الماء، إلا أنه من المواد الاستثنائية في الطبيعة، حيث يُعد أكبر مذيب على سطح الأرض ويمتاز بخصائص فيزيائية متغيرة.
عملية تحلية المياه
تحتوي المياه على العديد من الأملاح مثل الكلوريدات والكبريتات والكربونات (مثل الصوديوم والكالسيوم والمغنيسيوم) التي تجعلها غير صالحة للاستخدام البشري مثل الشرب والاستحمام والطهو. ولهذا، تسعى العديد من الدول، خاصة في المناطق الصحراوية والجافة، إلى تحلية مياه البحر لإزالة الأملاح وجعلها صالحة للشرب. في الوقت الحالي، يواجه العالم تحديات كبيرة بسبب نقص المياه الصالحة للشرب لتلبية الاحتياجات المتزايدة، لا سيما في البلدان النامية. لذلك، أطلق العلماء والباحثون عمليات تحلية المياه، التي تهدف إلى تحويل المياه المالحة إلى مياه صالحة للشرب، أو إلى مياه منخفضة الملوحة لأغراض الري والأنشطة الصناعية.
تحديد طرق تحلية المياه
تختلف طرق تحلية المياه باختلاف موقع التحلية. تعتمد الطريقة المثلى على عدة عوامل، مثل:
ظروف الموقع الجغرافي.
نوعية المياه المتاحة (بحار، بحيرات، آبار).
الأنشطة السكانية والتنموية المحيطة.
أنماط الاستهلاك الحالية والمتوقعة.
مصادر الطاقة التقليدية والمتجددة المتاحة.
استخدام الطاقة الشمسية في تحلية المياه
تتم عملية تحلية المياه باستخدام الطاقة الشمسية عبر تحويل الحرارة الناتجة من الشمس إلى طاقة حرارية، والتي تساهم في تسخين المياه المالحة وتحويلها إلى بخار. هذه العملية تشبه الدورة الطبيعية للماء على الأرض والتي من خلالها يتشكل المطر. يتم تسخين المياه المالحة بواسطة جهاز بسيط يُسمى "جهاز التحلية المنزلي" الذي يتكون من سطح شفاف يسمح بمرور أشعة الشمس، بينما تحتفظ الطبقة السوداء في القاع بالحرارة لتحويل الماء إلى بخار. هذا البخار يتجمع على السطح العلوي ويتم تصريفه في حوض منفصل، بينما تبقى الأملاح في القاع.
تعد كمية المياه العذبة الناتجة من هذه العملية قليلة نسبياً، ولكن يمكن زيادتها باستخدام طرق غير مباشرة، مثل دمج تقنيات الطاقة الشمسية مع تقنيات التحلية الأخرى مثل التقطير متعدد المراحل أو التناضح العكسي، مما يساهم في زيادة الإنتاج ويقلل من الحاجة إلى الوقود الأحفوري.
تحلية المياه باستخدام جزيئات النانو والطاقة الشمسية
ابتكر فريق من مركز "نويت" نظاماً جديداً لتحلية المياه باستخدام الطاقة الشمسية وجزيئات نانو الكربون الأسود. يتم تحلية المياه عن طريق فصل الماء البارد والساخن عبر غشاء رقيق. يقوم الغشاء بفصل بخار الماء من الجانب الساخن إلى الجانب البارد ويزيل جزيئات الملح. يعمل هذا النظام بكفاءة عالية باستخدام ألواح شمسية، ويتيح زيادة تركيز أشعة الشمس باستخدام عدسات مخصصة، مما يعزز إنتاج المياه.