محلول ملحي لتحلية المياه المالحة – ترجمة* محمد جواد آل السيد ناصر الخضراوي

A salt solution for desalinating brine
Provided by King Abdullah University of Science and Technology
بواسطة:  جامعة الملك عبد الله للعلوم والتكنولوجيا

ملخص المقالة:

توفر تحلية مياه البحر المياه العذبة، لكنها تولد كميات هائلة من المحلول الملحي المركّز، يتم إطلاقه في البحيرات والأنهار القريبة أو مرة أخرى في البحر، مما يضر بالنباتات والحياة البحرية. والتحدي الكبير هو معالجة المياه المالحة مع عدم وجود تصريف سائل، بمعنى استخراج كل قطرة ماء مع ترك بلورات معدنية صلبة يمكن جمعها لاستخدامات أخرى. ويمكن أن يُعَالَج المحلول الملحي باستخدام مُبلور ذاتي التنظيف يعمل بالطاقة الشمسية تجعل تحلية مياه البحر أكثر استدامة وصديقة للبيئة. ويتطلب التبلور حاليًا حاويات باهظة الثمن مقاومة للتآكل، وكميات كبيرة من الطاقة لغلي المحلول الملحي، ومساحات كبيرة من الأرض كأحواض تبخير مخصصة. كما أن مبلورات الطاقة الشمسية محدودة الأداء لتراكم بلورات الملح، التي تقلل من امتصاص الضوء على السطح.

وعالج فريق “كاوست” ذلك ببناء مُبَلوِر ثلاثي الأبعاد يفصل المواد الحرارية الضوئية عن المحلول الملحي باستخدام الألومنيوم عالي التوصيل. ويدخل ضوء الشمس الجزء العلوي المفتوح لعمود مربع وينقل طلاء حراري-ضوئي على الجدار الداخلي الحرارة عبر لوح الألمنيوم إلى الجدران الخارجية. ويمتص غشاء مسامي ملفوف حول الخارج المحلول الملحي من الخزان وينشره عبر السطح. وتُبَخِّر الحرارة الماء وتتراكم بلورات الملح في الخارج، تاركة الجدار الداخلي نظيفًا. ويمكن كشط الملح المتراكم يدويًا بسهولة أو تركه ليتراكم بما يكفي ليقع في النهاية بسبب ثقله.

وكان أداء جهاز التبلور جيدًا في المحاليل التجريبية للملح، لكن معدلات التبخر تباطأت الى الصفر عند اختباره على مياه البحر الأحمر، وسدت بلورات المغنيسيوم المسام. وحلَّ الفريق المشكلة بإضافة كمية صغيرة من حمض النتريلوترياتيك إلى المحلول الملحي غير المعالج.  وعالج الجهاز المحلول الملحي للبحر الأحمر بشكل مستمر لمدة 288 ساعة، عند تشغيله بأشعة الشمس الاصطناعية، بمعدل تبخير يبلغ 2.42 كجم/ متر مربع من السطح بالساعة، و 48 كيلوجرامًا من الماء يوميًا لكل متر مربع بالساعة عند تشغيله بأشعة الشمس، على الرغم من ساعات الظلام. ويعمل الفريق حاليًا على تحسينات لجعل وحدة التبلور التي تعمل بالطاقة الشمسية قابلة للتطوير تجاريًا.

(المقالة)

يمكن لبلورة المحاليل الملحية، التي تعمل بالطاقة الشمسية، أن تخفف الآثار البيئية لتحلية مياه البحر. ويمكن أن تكون معالجة محلول ملحي باستخدام مُبلور ذاتي التنظيف يعمل بالطاقة الشمسية طريقة صديقة للبيئة وفعالة لجعل تحلية مياه البحر أكثر استدامة.

وتوفر تحلية مياه البحر في المناطق الصحراوية المياه العذبة الأساسية للشرب والزراعة. وتتمثل المشكلة الرئيسية في أن العملية تولد كميات هائلة من المحلول الملحي المركّز، والذي غالبًا ما يتم إطلاقه في البحيرات والأنهار القريبة أو مرة أخرى في البحر، مما يضر بالنباتات والحياة البحرية. “مع تشديد اللوائح البيئية وزيادة الوعي العام، هناك ضغط لمعالجة المياه المالحة مع عدم وجود تصريف سائل”، كما يقول تشينلين زانغ (Chenlin Zhang) ، طالب الدكتوراه في “كاوست”. وهذا يعني استخراج كل قطرة ماء أخيرة مع ترك بلورات معدنية صلبة يمكن إنقاذها لاستخدامات أخرى.

ويتطلب التبلور حاليًا إما حاويات باهظة الثمن مقاومة للتآكل وكميات كبيرة من الطاقة لغلي المحلول الملحي أو مساحات كبيرة من الأرض كأحواض تبخير مخصصة. مبلورات الطاقة الشمسية، التي تستخدم مواد ضوئي-حراري لتحويل أشعة الشمس إلى حرارة، تكتسب شعبية، ولكن هذه المبلورات محدودة الأداء لأنها تراكم بلورات الملح، التي تقلل من امتصاص الضوء على السطح.

ولمعالجة هذا الأمر، قام فريق بقيادة بينغ وانغ (Peng Wang) ببناء مُبَلوِر ثلاثي الأبعاد يفصل المواد الحرارية الضوئية عن المحلول الملحي باستخدام الألومنيوم عالي التوصيل. ويدخل ضوء الشمس الجزء العلوي المفتوح لعمود مربع وينقل طلاء حراري ضوئي على الجدار الداخلي الحرارة عبر لوح الألمنيوم إلى الجدران الخارجية. ويمتص غشاء مسامي ملفوف حول الخارج المحلول الملحي من الخزان أدناه وينشره عبر السطح. وتُبَخِّر الحرارة الماء وتتراكم بلورات الملح في الخارج، تاركة الجدار الداخلي نظيفًا.

ويوضح زانغ: “يمكن كشط الملح المتراكم يدويًا بسهولة أو تركه ليتراكم بما يكفي ليقع في النهاية بسبب ثقله، ويمكن أن يكون هذا التنظيف الذاتي مفيدًا جدًا في الأنظمة ذات النطاق الصناعي”.

وكان أداء جهازهم جيدًا في المحاليل التجريبية للملح، ولكن عند اختباره على مياه البحر الأحمر، تباطأت معدلات التبخر إلى الصفر تقريبًا وسدت بلورات المغنيسيوم المسام.

وقام فريق وانغ بحل هذه المشكلة عن طريق إضافة كمية صغيرة من حمض النتريلوترياتيك، وهو مثبط تبلور رخيص وقابل للتحلل الحيوي، إلى المحلول الملحي غير المعالج. ويقول وانج: “يمكن أن تحل استراتيجيتنا المشكلة طويلة الأمد المتمثلة في تحجيم الملح في أجهزة التبلور التقليدية، وهي طريقة واعدة لمعالجة المحلول الملحي بدون تصريف سائل”.

وعند تشغيله بأشعة الشمس الاصطناعية، عالج جهاز التبلور المحلول الملحي للبحر الأحمر بشكل مستمر لمدة 288 ساعة، مما أدى إلى تبخير المياه بمعدل 2.42 كجم لكل متر مربع من السطح بالساعة. وعند تشغيله بأشعة الشمس الحقيقية على سطح مبنى سكني في جامعة الملك عبدالله للعلوم والتكنولوجيا، تبخر 48 كيلوجرامًا من الماء يوميًا لكل متر مربع من السطح، على الرغم من ساعات الظلام.

ويعمل فريق وانغ على تحسينات لجعل وحدة التبلور التي تعمل بالطاقة الشمسية قابلة للتطوير تجاريًا. ويضيف: “سنحقق أيضًا في استعادة المعادن المفيدة، مثل المغنيسيوم والبوتاسيوم، من الأملاح الصلبة ونكشف عن القيمة الحقيقية للنفايات الملحية”.

*تمت الترجمة بتصرف

المصدر:

https://phys.org/news/2021-02-salt-solution-desalinating-brine.html

لمزيد من المعلومات: تشيلين زهانغ وآخرون؛ Designing a next generation solar crystallizer for real seawater brine treatment with zero liquid discharge, Nature Communications (2021). DOI: 10.1038/s41467-021-21124-4