وجود هر گونه حیات، متکی به وجود آب است. آب در بیشتر فرایندهای متابولیسمی بدن، نقش حیاتی دارد. هنگام گوارش غذا، مقادیر قابل توجهی آب مورد استفاده قرار می‌گیرد. برای عملکرد درست، بدن ، روزانه به ۱ تا ۷ لیتر آب نیاز است که به مقدار فعالیت بدن ، دمای هوا ، رطوبت و دیگر عوامل بستگی دارد.
تمامی منابع آبی موجود در دنیا را می‌توان به دو دسته کلی آب شیرین و آب شور تقسیم کرد. اگر چه بیش از ۷۰ درصد از سطح کره‌ی زمین با آب پوشیده شده است اما کمتر از ۳ درصد از آن آب شیرین می‌باشد و بیشترین مقدار آب موجود در دنیا آب شور است.
در این میان ۶۸ درصد از آب‌های شیرین دنیا به صورت قله‌های یخی هستند و۳۰ درصد آن به صورت آب‌های زیرزمینی ذخیره شده‌اند که به راحتی قابل دسترسی نمی‌باشد و فقط ۱ درصد از کل آب شیرین موجود در سطح کره زمین شامل دریاچه‌ها، رودخانه‌ها و چاه‌ها است که در اختیار بشر قرار گرفته است.
با توجه به اینکه مقدار بسیار زیادی از آب‌های موجود در جهان به صورت شور یا لب شور هستند، همین امر باعث شده تا بشر به دنبال راه‌های مختلفی برای تأمین آب شیرین از این منابع آبی باشد.
در این جستجو چند پارامتر کلیدی و اصلی وجود دارد که مهمترین آن‌ها هزینه و انرژی مصرفی است. امروزه به دلیل گران قیمت بودن حامل‌های انرژی، میزان انرژی مصرفی برای شیرین سازی آب به ازای هر متر مکعب آب شیرین بعنوان یک پارامتر اساسی بیش از پیش مهم شده است.
توزیع آب بر روی کره زمین
امروزه در دنیا بیش از ۹۰۰۰ پروژه در زمینه تبدیل آب شور به آب شیرین اجرا میشود. این مقدار تنها ۱% درصد از کل آب مصرفی در جهان است. دلیل گسترش واحدهای کوچک نمک زدایی آب، هزینه آن است. روش‌های مختلفی برای انجام این کار وجود دارد ولی روشی مناسب خواهد بود که بازده مناسبی داشته باشد.
جذب یونی یا جذب الکترودی یکی از روش‌های معمول و پربازده است که امروزه توجه بسیاری از مهندسان و محققان را به خود جلب کرده است.
به فرایند جذب یک یون به وسیله القای پتانسیل به یک سطح باردار، جذب الکترودی گفته میشود. اساس روش اعمال یک اختلاف پتانسیل بین دو الکترود با سطح ویژه بالاست. که در نتیجه یون‌ها در سطح الکترود نگه داشته شده و جذب می‌شوند و محلول آبی بدون یون بیرون میآید. یکی از مهمترین کاربردهای این روش نمک زدایی آب‌های دریا و لب شور است که به نام یون زدایی ظرفیتی (capacitive deionization) مشهور است.
همانطور که مشاهده میشود سلول یون‌زدایی ظرفیتی متشکل از دو الکترود با بارهای مخالف هم می‌باشد. بعد از بار دار شدن الکترودها و عبور آب از آن یون‌های مثبت به سمت الکترود منفی و یون‌های به سمت الکترود مثبت کشیده و جذب آن‌ها می‌شوند. این یون‌ها در لایه مضاعف تشکیل شده در سطح الکترود نگه داشته می‌شوند. آب خروجی، بسته به بازده سیستم، عاری از هر گونه یون اضافی خواهد بود.
ویژگی‌های این روش عبارتست از:
نکته مهم در روش نمک‌زدایی ظرفیتی آب ورودی به سیستم است. معمولاً از روش یون زدایی ظرفیتی برای شیرین سازی آب‌های لب شور استفاده میشود.
در اصطلاح آبِ لب‌شور به آبی گفته میشود که میزان نمک در آن از آبِ شیرین بیشتر و از آب دریا کمتر باشد. کل مواد جامد (TDS) در آب‌های لب شور بین ۱۵۰۰ تا ۵۰۰۰ میلی‌گرم در لیتر است و معمولاً در اثر مخلوط شدن آب دریا و آب رودخانه‌هایی که به دریا می‌ریزد پدید می‌آیند. همچنین برخی از دریاچه‌ها و تالاب‌ها ممکن است دارای آب لب‌شور باشند.
در مقایسه با روش اسمز معکوس، روش نمک زدایی ظرفیتی برای شیرین سازی آب بسیار مقرون به صرفه است و انرژی مصرفی در این روش بسیار کمتر است.
یکی از روش‌های بهبود فرایند یون‌زدایی ظرفیتی استفاده از غشاء است. برای این کار از دو غشاء تبادل یونی در دو طرف الکترودها استفاده میشود و این روش را با نام یون زدایی ظرفیتی غشائی (MCDI) می‌نامند. این عمل باعث بهبود عملکرد روش نمک زدایی ظرفیتی میشود:
واتک به عنوان اولین شتاب دهنده حوزه تخصصی آب و پساب بستری را برای پرورش و تجاری سازی ایده‌های خلاقانه و نوآورانه حوزه آب فراهم کرده است. جهت ثبت ایده و طرح خود به سایت واتک مراجعه کنید.
منبع مقاله :شتاب دهنده واتک
