هزینه شیرین سازی آب دریا برای مصارف شرب

 در کشور ما نیز ناحیه کویر مرکزی که شهرهایی مثل اصفهان، یزد و کرمان را شامل می شود و سواحل خلیج فارس از معظل کم آبی رنج می برند که یکی از دلایل اصلی آن عدم تناسب میان پراکندگی تقاضای آب با توزیع بارندگی ها در دهه های گذشته است. به طوریکه اغلب بارشها در سواحل دریای خزر، غرب و جنوب غربی کشور رخ داده و کمبود بارشها در ناحیه کویر مرکزی منجر به پیشی گرفتن تقاضای آب از تجدید منابع آب شیرین شده است. از طرف دیگر برداشت ناصحیح آب از منابع آب زیرزمینی برای جبران شکاف میان عرضه و تقاضای آب، کاهش قابل توجه سطح آبهای زیر زمینی را در مناطق مرکزی به دنبال داشته است.

امروزه شیرین سازی آب دریا به عنوان راهکارِ اصلی جبران کم آبی در دنیا خصوصاً جهت مصارف شرب و صنعتی مطرح است. اقیانوس ها و دریاها 70 درصد سطح کره زمین را پوشانده اند و 96 درصد از کل موجودی آب کره زمین را در خود جای داده اند. بهره گیری از ظرفیت وسیع آب شورِ اقیانوس ها و دریاها به عنوان یک منبع بالقوه و ماندگار، قادر است که کمبود آب شیرین را در نقاط کم برخوردار جبران کند. بهره برداری از این ظرفیت سبب شده است که در حال حاضر نزدیک به 100 میلیون متر مکعب از آبهای شور رودخانه ها، دریاها و اقیانوس ها برای مصارف مختلف به صورت روزانه در دنیا شیرین سازی شود.

فناوری های مختلف شیرین سازی آبهای شور در نیمه قرن گذشته همزمان با افزایش میزان تقاضای آب شیرین در دنیا توسعه یافته اند. امروز از میان فناوریهای مختلف شیرین سازی آبهای شور، فرایند اسمز معکوس به عنوان اقتصادی ترین فرایند نمک زدایی از آب دریا مطرح است. مطالعات نشان می دهد که در سال 2020 میلادی، بیش از 90 درصد ظرفیت آب شیرین کن های آبهای شور به فرایند اسمز معکوس اختصاص پیدا کرده است.

شیرین سازی آب شور در فرایند اسمز معکوس بر اساس عبور آب از غشای نیمه تراوا یا ممبران در فشار بالا انجام می شود. آب شور دریا با فشار بالا وارد ممبران شده و براساس پدیده اسمز معکوس به دو جریان آب شیرین و آب شورتر تقسیم می شود. نسبت آب شیرین استحصال شده از آب خام به آب ورودی را درصد ریکاوری یا بازیافت می نامند. جریان آب شور خروجی از ممبرانها نیز مجدداً با رعایت ملاحظات زیست محیطی به طبیعت بازگردانده می شود. آب شیرین تولیدی توسط واحدهای آب شیرین کنِ اسمز معکوس با فرض طراحی و بهرهبرداری صحیح، با قابلیت اطمینان بسیار بالا، مناسب برای آشامیدن و عاری از هرگونه عامل بیماری زا است.

بهای آب تولیدی در آب شیرین کن های دریایی

احداث واحدهای نمک زدایی به مانند هر طرح اقتصادی دیگر منوط به سودآوری این کسب و کار است. طرح کسب و کار به همراه مطالعه امکان سنجی، قابلیت اجرای پروژه های شیرین سازی آب دریا را از منظر فنی و پتانسیل سودآوری را از دیدگاه اقتصادی پیش از اجرای طرح تعیین می کند. شیرین سازی آب شور دریا نظیر دیگر پروژه های صنعتی، مستلزم انجام سرمایه گذاری ثابت برای احداث تأسیسات آب شیرین کن است. انجام سرمایه گذاری به تولید کالای آب شیرین در این واحدهای صنعتی منتهی می شود. کالای آب در قالب بازار آب یا در بستر قراردادهای خرید تضمینی آب، به مشتریانِ آب به فروش می رسد. مدل های اقتصادی، پتانسیل سودآوری طرح را براساس درآمد حاصل از فروش آب و هزینه های شیرین سازی آب و استهلاک سرمایه گذاری اولیه تعیین می کند.

هزینه های تولید آب شیرین در واحدهای آب شیرین کن دریایی مشتمل به دو گروه هزینه های بهـره برداری و نگهداری(OpEx) و هزینه سرمایه گذاری اولیه(CapEx) است. هزینه های بهره برداری و نگهداری مشتمل بر کلیه هزینه های تولید آب شیرین است. هزینه های دستمزد نیروی انسانی، برق مصرفی، مواد شیمیایی، مواد مصرفی، قطعات یدکی، تعمیرات و غیره از مهمترین عناوین هزینه های مرتبط با تولید آب شیرین هستند. سرمایه گذاری اولیه نیز در قالب مدل اقتصادی طرح در طول مدت زمانِ بازگشت سرمایه، مستهلک شده و به هزینه تولید آب افزوده می شود. 

سرمایه گذاری اولیه طرح های آب شیرین کن آب دریا

میزان سرمایه گذاری اولیه طرح های آب شیرین کن آب دریا به عوامل متعددی بستگی دارد. ظرفیت شیرین سازی و کیفیت آب خام دریا از مهمترین عوامل تعیین کننده در حجم سرمایه گذاری ثابت اولیه هستند. کیفیت آب دریا نیز به شاخصهای متعددی نظیر شوری، کدورت، آلودگیهای صنعتی/شهری، ذرات معلق نامحلول و میزان فعالیت بیولوژیک، وابسته است.

افزایش شوری آب دریا به دلیل افزایش فشار پمپهای مورد نیاز برای فرایند اسمز معکوس، به طور مستقیم هزینه های مربوط به شیرین سازی آب را افزایش می دهد. میزان شوری یا کل ذرات محلول(TDS) در آب دریاچه ها، دریاها یا اقیانوسها با یکدیگر متفاوت است. شوری آب خلیج فارس به عنوان یکی از دریاهای آزاد، حتی از 48000 میلیگرم در لیتر در برخی مناطق تجاوز می کند که شیرین سازی آب این خلیج را دشوارتر از دیگر دریاهای آزاد یا اقیانوس ها می کند.

برداشت آب از دریا(Intake) و پیش تصفیه(Pretreatment) از بخشهای اصلی واحدهای آب شیرین کن دریایی هستند. تا کنون فناوریهای مختلفی برای برداشت آب خام از دریا توسعه پیدا کرده اند که هدف اصلی آنها تأمین پایدار آب با بهترین کیفیت برای غشاهای اسمز معکوس است. بخش پیش تصفیه نقش بسیار مهمی را در واحدهای نمک زدایی اسمز معکوس بازی می کند. مناسب سازی کیفیت آب دریا از نظر کدورت، ذرات معلق نامحلول و فعالیت میکروارگانیسم ها برای ورود به فرایند اسمز معکوس در بخش پیش تصفیه انجام می شود. غشاهای اسمز معکوس بسیار در مقابل آلودگیهای فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی آب دریا آسیب پذیر هستند. این بدان معناست که کارایی پایین بخش پیش تصفیه، ارتباط مستقیمی با کاهش طول عمر ممبرانها دارد و کاهش طول عمر غشاها به معنی افزایش هزینه های بهره برداری و افزایش بهای تمام شده آب تولیدی خواهد بود.

دفع شورابه واحد اسمز معکوس به طبیعت، تصفیه نهایی، ذخیره سازی و توزیع آب نیز بخشی از سرمایه گذاری ثابت اولیه آب شیرین کن ها را به خود اختصاص می دهند. رعایت ملاحظات زیست محیطی برای دفع شورابه و محافظت از اکوسیستم دریا و نواحی ساحلی در برخی از مناطق هزینه بالایی را به واحدهای آب شیرین کن تحمیل می کند.

هزینه سرمایه گذاری اولیه برای واحدهای بزرگ آب شیرین کن RO (بیش از 50 هزار مترمکعب در روز) مشتمل بر هزینه های برداشت آب خام، پیش تصفیه، واحد اسمز معکوس، تصفیه نهایی و دفع شورابه، از 1/1 تا 8/1 میلیون دلار برای تولید هر 1000 متر مکعب آب شیرین در روز، متغیر است. این بدان معناست که هزینه سرمایه گذاری اولیه(CapEx) برای احداث یک آب شیرین کن با ظرفیت 50،000 مترمکعب در روز در سواحل خلیج فارس برابر با 70 تا 85 میلیون دلار خواهد بود. (این برآورد سرمایه گذاری، هزینه های مربوط به تولید انرژی الکتریکی به صورت محلی را شامل نمی شود.) این در حالی است که به علت بالاتر بودن کیفیت آب دریا، هزینه سرمایه گذاری اولیه برای احداث آب شیرین کن با همین ظرفیت در دریای مدیترانه تا 15 درصد پایینتر است. 

هزینه های بهره برداری و نگهداری آب شیرین کن های آب دریا

بهره برداری از واحدهای تصفیه آب صنعتی همانند هر واحد تولیدی، مستلزم صرف هزینه های مستقیم و غیر مستقیم تولید است. فرایند شیرین سازی آب دریا، در گروه فرایندهای انرژی بر تقسیم بندی می شود. تولید هر مترمکعب آب شیرین از دریا، 3 تا 4 کیلووات ساعت، برق مصرف می کند که عموماً مصرف کننده های این انرژی، پمپهای الکتریکی هستند. هزینه های مصرف انرژی الکتریکی، بخش بزرگی از هزینه های بهره و نگهداری را به خود اختصاص می دهد. سهم هزینه های مصرف برق با توجه به بهای انرژی الکتریکی در کشورهای مختلف با یکدیگر متفاوت است. در کشور ما به دلیل وجود یارانه های انرژی الکتریکی، هزینه های مصرف برق اعم از دیماند و کیلووات ساعت مصرفی، حدود 25 درصد از هزینه های تولید آب شیرین را در واحدهای بزرگ آب شیرین کن تشکیل می دهد. ولی در کشورهای دیگر بعضاً این سهم تا 45 درصد افزایش پیدا می کند.  

هزینه های مربوط به مواد شیمیایی و مصرفی نیز سهم قابل توجهی از هزینه های تولید را شامل می شوند. کارخانه های شیرین سازی آب دریا، در بخشهای مختلف از تزریق مواد شیمیایی در فرایند تولید استفاده می کنند. مواد شیمیایی منعقد کننده و کمک منعقد کننده، اسید، باز، مواد ضد رسوب، بیوساید، محلولهای شستشوی غشا و غیره از مواد شیمیایی مورد استفاده در فرایند تولید هستند. علاوه بر این ممبرانها، میکروفیلترها و بسترهای فیلتری در طول بهره برداری نیازمند تعویض هستند. به عنوان مثال طول عمر ممبرانهای اسمز معکوس به طور معمول 3 تا 6 سال بوده و پس از افت کارایی، نیازمند تعویض هستند. هزینه های مواد شیمیایی و مصرفی وابسته به نوع فرایندهای به کارگیری شده در نمک زدایی، 30 تا 55 درصد از هزینه های مستقیم تولید را به خود اختصاص می دهند.

هزینه دستمزد نیروی انسانی، نگهداری، تعمیرات و قطعات یدکی، بخشهای دیگر هزینه های بهره برداری و نگهداری را تشکیل می دهند که با توجه به تفاوت هزینه نیروی انسانی در کشورهای مختلف، از 20 تا 35 درصد از هزینه های O&M را شامل می شوند. در کشور ما به دلیل دسترسی به نیروی کار ارزان، معمولاً سهم این هزینه ها فراتر از 20 درصد نخواهد رفت.

بهای تمام شده آب شیرین از دریا

بهای تمام شده شیرین سازی آب دریا با بهره گیری از مدل های حسابداری و مالی و با لحاظ کلیه هزینه های مستقیم و غیر مستقیم تولید آب شیرین محاسبه می شود. هزینه استهلاک سرمایه ثابت و هزینه های بهره برداری و نگهداری، مشخص کننده بهای تمام شده آب شیرین هستند. با توجه به تفاوت عوامل تأثیرگذار در این دو بخش، بهای تمام شده آب شیرین در نقاط مختلف دنیا با یکدیگر متفاوت است. تفاوت در کیفیت آب دریا، قوانین و مقررات کشورهای مختلف در مالیاتها، قوانین زیست محیطی، نرخ بهره و مالکیت و همچنین تفاوت بهای انرژی الکتریکی، دستمزد نیروی انسانی و غیره سبب می شود که بهای شیرین سازی آب دریا در نقاط مختلف متفاوت شود. در حال حاضر بهای تمام شده آب شیرین در کارخانه های بزرگ آب شیرین کن صنعتی از 95/0 دلار تا 45/1 دلار برای هر مترمکعب، متغیر هست.

با توجه به هزینه های بالای شیرین سازی آب دریا، بهره گیری از این فناوری، تنها در مناطقی که از کمبود آب برای مصارف شرب و صنعتی رنج می برند، از لحاظ اقتصادی توجیه پذیر است. هزینه بالای تولید آب شیرین در کنار ملاحظات زیست محیطی مربوط به واحدهای نمک زدایی، اهمیت حفظ منابع آب شیرین را برای یکایک ما بیشتر از پیش نمایان می کند. یقیناً منابع آبی کشور ذخایر و منابع طبیعی ارزشمندی هستند که بازتولید آنها هزینه های بالایی را به اقتصاد ملی تحمیل می کند.

منبع: سید احسان مجتبوی- طراح و پژوهشگر آب شیرین کن های آب دریا