کشور عربستان به عنوان یکی از کشورهای کم آب در منطقه خاورمیانه، بخش بزرگی از آب شیرین خود را از آب شیرین کن های بزرگ آب دریا تأمین می کند. بررسی تجربه ساخت بزرگ ترین آب شیرین کن های عربستان برای کشورهایی که از کم آبی رنج میبرند، بسیار ارزشمند است.
تأمین آب و بازچرخانی آب حاصل از تصفیه فاضلاب در کشور عربستان با چالش و دستاورد های مختلفی همراه بوده است. چالش اصلی کشور عربستان، کمبود منابع آب شیرین طبیعی است که برای رفع این مشکل حیاتی، سرمایه گذاری قابل توجهی در شیرین سازی آب دریا و تصفیه فاضلاب در سالهای اخیر صورت گرفته است. امروزه در کشور عربستان ۵۰% آب آشامیدنی از فرایند های نمک زدایی آبهای شور، ۴۰% از استخراج آب های زیر زمینی و همچنین ۱۰% آن از آب های سطحی کوهستان های جنوب غربی این کشور تامین می شود. با وجود پیشرفت های ایجاد شده همچنان کیفیت خدمات جهت تأمین نیاز آب مصرفی ضعیف می باشد و با گسترش سیستم های آب شیرین کن، تصفیه فاضلاب و همچنین استفاده از پساب های تصفیه شده جهت آبیاری شهری و کشاورزی در تلاش برای رفع این مشکل هستند.
آب شیرین کن بزرگ رأس الخیر
آب شیرین کن رأس الخیر تا کنون بزرگ ترین آب شیرین‌کن کشور عربستان سعودی و دومین آب شیرین کن بزرگ در دنیا است.
فرایند شیرین سازی آب در این پروژه به صورت ترکیبی از فناوری های حرارتی نظیر تبخیر کننده فلاش چند مرحله (MSF) و اسمز معکوس (RO) است. بزرگ ترین آب شیرین کن عربستان در شهرک صنعتی راس الخیر و در ۷۵ کیلومتری شمال غربی جبیل عربستان واقع شده است. ساخت این کارخانه در اوایل سال ۲۰۱۱ آغاز شد و در آوریل سال ۲۰۱۴ به بهره برداری رسید. در واقع می توان گفت این کارخانه یکی از سه بزرگ ترین مجتمع های آب شیرین کن در جهان بوده که برای تامین آب مورد نیاز ۳٫۵ میلیون نفر از مردم شهر ریاض مورد استفاده قرار می گیرد.
ظرفیت این واحد نمک زدایی عظیم نزدیک به یک میلیون مترمکعب بر روز آب شیرین و هزینه ساخت این مجموعه اعم از واحدهای آب شیرین کن، نیروگاه سیکل ترکیبی و نیروگاه گازی در حدود ۷٫۲ میلیارد دلار بوده است. پیمانکار طرح و ساخت جهت احداث این پروژه شرکت Doosan با همکاری شرکت Archirodon بوده است. شرکت Poyry نیز به عنوان مشاور در این پروژه مشارکت داشته است.
بخش های مختلف واحد آب شیرین کن رأس الخیر
مجموعه نیروگاهی و آب شیرین کن های راس الخیر از ۸ واحد MSF و ۱۷ واحد اسمز معکوس تشکیل شده است. بخش عمده ظرفیت شیرین سازی آب دریا در این مجموعه توسط واحدهای نمک زدایی حرارتی اشغال شده است که انرژی مورد نیاز آن از نیروگاه سیکل ترکیبی و گازی به ظرفیت تقریبی ۳۵۰۰ مگاوات تأمین می شود. این پروژه از بخش های مختلف، شامل واحد RO، ساختمان تابلوهای فرمان، واحد تصفیه آب فاضلاب، واحد تزریق مواد شیمیایی و همچنین شامل نصب واحد های تزریق هوا و فیلتراسیون است.
بخش عمده آب شیرین تولیدی در آب شیرین کن رأس الخیر توسط فناوری حرارتی MSF تولید می شود. حدود ۳۰ درصد از آب شیرین تولیدی(حدود ۳۰۰ هزار مترمکعب بر روز) از ظرفیت تولید آب مجتمع نمک زدایی رأس الخیر توسط فناوری غشایی اسمز معکوس تولید می شود.
گرمای تلف شده(waste heat) در نیروگاه سیکل ترکیبی و نیروگاه گازی، انرژی مورد نیاز برای تبخیر آب دریا را در واحدهای MSF تأمین می کند. آب دریا طی مراحل مختلف با انرژی حرارتی و درفشار پایین به بخار تبدیل می شود. با کاهش فشار، دمای جوش آب شور پایین آمده و در مخازن MSF به بخار تبدیل می شود. آب باقیمانده با طی مراحل مشابهی تغییر فاز می دهد. به صورتیکه که در هر مرحله فشار یک روند کاهشی را طی می کند. در ادامه با کندانس بخارات به واسطه لوله های مبدل حرارت که از هر مرحله عبور کرده است آب شیرین ایجاد می شود.
فرایند RO براساس جداسازی و انتقال جرم آب شور از غشای نیمه تراوا با فشاری بالاتر از فشار اسمزی استوار شده که این فشار به وسیله پمپ های فشار قوی تامین می شود؛ در فرایند اسمز معکوس یونهای محلول در آب اعم سدیم، کلر، کلسیم، سولفات و غیره در اثنای عبور از ممبران یا غشا جداسازی می شود؛ واحد پیش تصفیه به کار رفته در آب شیرین غشایی رأس الخیر به بخش های انعقاد، لخته سازی، ته نشینی، اولترافیلتراسیون و میکرو فیلتراسیون تقسیم بندی می شوند.
مهمترین ویژگی های بزرگ ترین آب شیرین کن عربستان
آب شیرین کن رأس الخیر مهمترین و بزرگترین آب شیرین کن عربستان می باشد. این مجتمع عظیم استراتژیک اولین منبع تأمین آب پایتخت عربستان سعودی یعنی شهر ریاض می باشد.
مهمترین ویژگی های مجتمع نیروگاهی و آب شیرین کن بزرگ رأس الخیر عبارت اند از:
- تولید روزانه ۱٫۰۳۶٫۰۰۰ متر مکعب آب شیرین از آب دریای خلیج فارس
- بهره برداری توسط ۳۵۰۰ اپراتور نیروی انسانی
- تولید هم زمان آب با فرایند حرارتی (MSF) و غشایی (RO)
- سرمایه گذاری ثابت اولیه ۷ میلیارد دلار
- تولید برق توسط نیروگاه حرارتی به ظرفیت ۲۴۰۰ مگاوات
- تأمین آب آشامیدنی برای نزدیک به سه میلیون نفر
آب شیرین کن بزرگ جُبَیل
شهر جُبَیل یکی از بنادر صنعتی و مهم کشور عربستان سعودی است که در مشرق عربستان و در سواحل جنوبی خلیج‌فارس واقع شده است. شهر صنعتی جبیل در ۴۶۵ کیلومتری شمال‌شرقی شهر ریاض و حدود هشتاد کیلومتری شمال شهر دَمّام واقع شده است.
شهر بندری جبیل به دلایل مختلف برای کشور عربستان حایز اهمیت است. عمق بالای آب دریا و امکان پهلوگیری کشتیهای بزرگ، نزدیکی به منابع نفت و گاز، سهولت حمل و نقل دریایی و زمینی، تأمین آب صنایع بزرگ ازطریق خلیج فارس و زمین هموار برای احداث کارخانه‌های صنعتی از مهمترین مزایای جبیل به شمار می آید که آن را به یک شهرک صنعتی بزرگ مبدل کرده است. به طوریکه کشور عربستان ادعا می کند که شهر صنعتی جبیل بزرگ ترین شهر یا ناحیه صنعتی در دنیا است.
مجاورت با خلیج فارس و دسترسی به آب دریا، جبیل را به یکی از مراکز اصلی شیرین سازی آب دریا در عربستان تبدیل کرده است. آب شیرین کن بزرگ جبیل نیز همانند آب شیرین رأس الخیر از فناوری هیبرید حرارتی و اسمز معکوس برای شیرین سازی آب دریا و تأمین آب آشامیدنی استفاده میکند.
آب شیرین کن بزرگ جُبَیل به صورت تدریجی توسعه پیدا کرده و در صورت تکمیل طرح توسعه به یکی از سه بزرگترین آب شیرین کن های عربستان تبدیل خواهد شد. این آب شیرین کن از چند فاز تشکیل شده است که فازهای دوم و سوم آن مجموعاً نزدیک به یک میلیون مترمکعب آب دریای خلیج فارس را به آب شیرین تبدیل می کنند.
پروژه فاز دوم آب شیرین کن جبیل با ظرفیت تولید روزانه ۴۰۰ هزار مترمکعب آب شیرین از خلیج فارس در سال ۲۰۲۱ آغاز شده است. این پروژه در قالب یک پیمان طرح و ساخت به شرکت Metito واگذار شده است.
شرکت دولتی SWCC(Saline water conversion corporation) عربستان به عنوان بزرگترین تأمین کننده آب شیرین از آبهای شور در جهان، مدیریت و بهره برداری از آب شیرین کن جُبَیل را به عهده دارد.
فاز سوم آب شیرین کن جبیل با ظرفیت ۶۰۰ هزار متر مکعب بر روز در سال ۲۰۲۳ به بهره برداری رسیده است. این آب شیرین کن از حیث انرژی مصرفی به عنوان یک آب شیرین کن دریایی شاخص در دنیا شناخته می شود.
حدود ۲۰ درصد از برق مصرفی فاز سوم آب شیرین کن بزرگ جبیل از انرژی خورشیدی تأمین می شود. نیروگاه خورشیدی آب شیرین کن جبیل، با ظرفیت ۴۵٫۵ مگاوات، انرژی خورشیدی را به انرژی الکتریکی مورد نیاز فناوری اسمز معکوس تبدیل می کند.
تمرکز به بهینه سازی مصرف انرژی و استفاده از انرژی تجدید پذیر خورشیدی سبب شده است که انرژی ویژه مصرفی فرایند اسمز معکوس در فاز سوم آب شیرین کن جبیل به ۲٫۸ کیلو وات ساعت به ازای هر متر مکعب آب شیرین تولیدی کاهش پیدا کند که در آب شیرین کن های دریایی یک رکورد محسوب می شود.
بهای تمام شده آب شیرین تولیدی از آب خلیج فارس در فاز سوم جبیل، برای حکومت عربستان برابر با ۰٫۴۱ دلار به ازای هر متر مکعب است. کاهش بهای تمام شده آب تولیدی از طریق تأمین مالی ارزان، استفاده از فناوری های بهینه و دسترسی به زیرساخت های موجود در شهر صنعتی جبیل میسر شده است.
شرکت اسپانیایی ACCIONA یکی از بزرگ ترین پیمانکارهای طرح و ساخت آب شیرین کن های با ظرفیت بالا در کشور عربستان است. این شرکت تا کنون نزدیک به ظرفیت تولید روزانه ۲ میلیون متر مکعب، پروژه آب شیرین کن دریایی را در کشور عربستان با موفقیت راه اندازی کرده است.
آب شیرین کن بزرگ شعیبا
یکی دیگر از واحد های بزرگ شیرین سازی آب که در کشور عربستان واقع شده، شعیبا (Shuaiba) نام دارد که این واحد در جایگاه دوم از بزرگ ترین سیستم های آب شیرین کن کشور عربستان، با ظرفیت ۸۸۰,۰۰۰ متر مکعب بر روز قرار دارد؛ همچنین این واحد در ۹۰ کیلومتری جنوب شهر تاریخی جده واقع شده است. شرکت ها و پیمانکاران حاضر در احداث این پروژه شامل شرکت زیمنس آلمان (Siemens) برای بخش نیروگاه و شرکت دوسان (Doosan) برای بخش آب شیرین کن حرارتی، که توسط ACWA برای ارایه مهندسی پروژه، تهیه و ساخت کارخانه انتخاب شده اند.
با راه اندازی فاز سوم و چهارم شعیبا، این آب شرین کن به یکی از پنج بزرگترین آب شیرین کن های دنیا در سالهای آینده تبدیل خواهد شد. پروژه فاز چهارم این آب شیرین کن با فرایند اسمز معکوس به ظرفیت ۴۰۰،۰۰۰ مترمکعب در روز در سال ۲۰۱۸ شروع شده است. فاز سوم شعیبا نیز با ظرفیت ۲۵۰،۰۰۰ مترمکعب در روز طراحی شده است.
فاز دوم واحد شیرین سازی شعیبا
فاز دوم واحد شیرین سازی آب شعیبا توسط شرکت دوسان در تاریخ ۱۷ مارس ۲۰۰۳ به پایان رسید همچنین این واحد شامل تامین مخازن ذخیره سازی، ایستگاه پمپاژ و خطوط لوله برای اتنقال آب می باشد. تولید اولیه در فاز اول این واحد در حدود ۲۴٫۶ میلیون متر مکعب در سال، و میزان تولید با احداث فاز-۲ تا ۱۵۰ میلیون مترمکعب افزایش پیدا کرد. همچنین هزینه اتمام این پروژه یک میلیارد دلار تخمین زده شد. به عنوان بخشی از توسعه کلی در واحد شعیبا یک نیروگاه نفتی مجهز به توربین ها، ژنراتور بازیابی گرمای بخار و تجهیزات تولید برق جانبی، در مجاورت واحد آب شیرین کن ساخته شده است. این نیروگاه به عنوان آماده سازی تاسیسات فرایند شیرین سازی آب، با گرم کردن آب دریا و فراهم سازی شرایط لازم در فرایند تقطیر به صورت یک عملیات یکپارچه عمل می کند.
واحد آب شیرین کن شعیبا نیز از فرایند تبخیر کننده فلاش چند مرحله (MSF) برای شیرین سازی آب دریا استفاده می کند که نشان دهنده علاقمندی در استفاده از این فناوری در کشور عربستان با منابع انرژی حرارتی ارزان است. همچنین استفاده از این فرایند دارای علل مختلفی از جمله صرفه جویی در هزینه واحد ها که در سال های اخیر، برای تاسیسات سیستم های بزرگ آب شیرین کن از اهمیت ویژه ای برخوردار بوده است. بهره وری از فرایند MSF در طی سال ها با داشتن هزینه نگهداری نسبتا پایین، عاملی است، که در سیستم های مختلف آب شیرین کن از آن استفاده می کنند. ولی با پیشرفتهای اخیر در زمینه فناوری تولید غشاهای اسمز معکوس، امروز فرایند اسمز معکوس از منظر اقتصادی از فرایندهای حرارتی مقرون به صرفه تر است.
آب شیرین کن بزرگ ربیغ
سومین آب شیرین کن صنعتی بزرگ در کشور عربستان فاز سوم ربیغ می باشد که در سمت غرب این کشور در شهر باستانی ربیغ واقع شده است. احداث این پروژه توسط شرکت ACWA با ارایه کمترین هزینه پیشنهادی جهت توسعه و ساخت واحد آب شیرین کن با همکاری شرکت SBCC انجام شده است؛ در فاز سوم این پروژه از فناوری اسمز معکوس به ظرفیت ۶۰۰،۰۰۰ متر مکعب بر روز استفاده می شود که طراحی و مهندسی دقیق در این قسمت اطمینان کامل را جهت دستیابی به بیشترین راندمان را در مقایسه با نمونه های مشابه جهانی تضمین می کند.
آب تصفیه شده در این واحد جهت تامین آب مصرفی به شهرهای مکه و جده انتقال پیدا می کند و به سبب اطمینان از شرایط پایدار در مقدار ظرفیت آب تولیدی از واحد مذکور، جهت تامین آب مصرفی روستاها و شهرها به خصوص در ماه رمضان و حج های سالیانه که میزان تقاضای آب افزایش پیدا می کند این واحد تضمین کننده تامین ظرفیت لازم آب مصرفی می باشد.
آب شیرین کن ینبع
واحد آب شیرین کن ینبع یکی از بزرگ ترین واحد های شیرین سازی آب در جهان و چهارمین آب شیرین کن بزرگ در کشور عربستان می باشد؛ و دارای ظرفیت کل ۵۵۰،۰۰۰ مترمکعب در روز با بهره گیری از فرایند MSF و در ۳۵۰ کیلومتری شمال شهر جده، شهر صنعتی ینبع احداث شده است. میزان انرژی مصرفی در این واحد در حدود ۴٫۵ کیلووات ساعت به ازای هر متر مکعب و هزینه احداث این واحد ۱٫۱ میلیارد دلار بوده است.
برداشت آب جهت تصفیه در این واحد از آب دریای سرخ صورت می گیرد که در ابتدای فرایند نیازمند به به یک واحد پیش تصفیه شامل کلرزنی جهت جلوگیری از رشد گونه های دریایی و کاهش ظرفیت آب تولیدی از هر مرحله، قبل از ورود به اولین واحد ۶ مرحله ای فرایند MSF با ظرفیت ۹۴۳۶۰ مترمکعب بر روز در نظر گرفت؛ در واحد تصفیه ثانویه آب خروجی از واحد MSF با CO2 و سنگ آهک حل شده، و قبل از ذخیره آب آشامیدنی برای ارسال آن بازیابی می گردد.
آب شیرین کن بزرگ شناور عربستان
عربستان سعودی در سال ۲۰۲۲ اولین شناور غول پیکر آب شیرین کن خود را در نزدیکی بندر الشقیق افتتاح کرد. این پروژه با هدف تامین آب شرب و امنیت منابع آب شیرین عربستان سعودی طراحی و اجرا شده است.
آب شیرین کن شناور بندر الشفیق با تولید همزمان انرژی الکتریکی و آب شیرین از آب دریا طراحی و ساخته شده است. طول عمر طراحی این شناور ۲۵ سال و هزینه سرمایه گذاری اولیه آن ۲۰۰ میلیون دلار تخمین زده می شود. مجری این پروژه شرکت ملی کشتیرانی عربستان بوده است. ولی به طور کامل توسط بخش خصوصی در قالب پروژه EPC طراحی و اجرا شده است.
آب شیرین کن شناور عربستان نیز از فرایند اسمز معکوس به عنوان اقتصادی ترین فرایند تولید آب شیرین از منابع آب شور استفاده میکند. علاوه بر این، این شناور مجهز به نیروگاه خورشیدی برای تامین بخشی از انرژی الکتریکی مورد نیاز خود از انرژی خورشید است.
ظرفیت شیرین سازی آب دریا در هر واحد این شناور برابر با ۵۰۰۰۰ متر مکعب بر روز میباشد که با بهره برداری کامل از سه واحد به صورت همزمان ظرفیت تولید به ۱۵۰۰۰۰ متر مکعب بر روز افزایش پیدا میکند.
قابلیت جابجایی شناور در سطح دریاها، ویژگی حایز اهمیت این آب شیرین کن برای تامین آب مناطق مختلف ساحلی بدون نیاز به احداث خطوط لوله طویل است.
Prepared by: Seyed Ahmad Mohamadi