دستگاه شوری سنج

به منظور تعیین میزان نمک محلول در مواد غذایی و آب از دستگاهی به نام شوری سنج  SALT METER استفاده می شود.

برای نتیجه دقیق تر بهتر است از دستگاه هایی استفاده شود که مجهز به سیستم  ATC )تطابق دمایی) هستند.

هرچند نمک ۳٫۵ درصد از املاح اقیانوس ها را تشکیل می دهد اما تأثیرگذاری آن بسیار بیشتر از این درصد است. به طوری که شوری آب بر روی حرکت اقیانوس ها و دمای آب اثر می گذارد، بنابراین برای تعیین وضعیت هوا و همچنین درک بهتر آب و هوای گذشته زمین یک عنصر کلیدی به شمار می رود.

پارامترهایی که افزایش شوری باعث کاهش آن ها می شود:

• دمای نقطه انجماد
• گرمای ویژه
• فشار تبخیر
• هدایت حرارتی آب

پارامترهایی که افزایش شوری باعث افزایش آن ها می شود:

• چگالی
• چسبندگی
• هدایت الکتریکی
• ضریب انکسار
• نقطه جوش
• فشار اسمزی

کاربردهای دستگاه شوری سنج

• تبدیل آب دریا به آب قابل شرب
• تعیین مشخصات فیزیکی نظیر چگالی ، ظرفیت گرمایی و شوری آب
• تعیین بسیاری از جنبه های شیمی آب های طبیعی و فرآیندهای زیستی درون آن

انواع دستگاه شوری سنج

رفراکتومتر دیجیتال MA887

شوری سنج پرتابل دیجیتال سری PAL

ربات SV2  و SV3

بویه موج نگار

CTD

رفراکتومتر دیجیتال MA887

یک ابزار اندازه گیری نوری (فتومتری) است که  میزان شوری آب دریا و اقیانوس را بر اساس ضریب شکست نور تعیین می کند.

روش اندازه گیری با این دستگاه سریع و ساده است. در محله بعد ضریب شکست نور و دما قابل اندازه گیری و تبدیل به سه واحد اندازه گیری معروف به شرح زیر است:

1. شوری کاربردی – PSU
2. میزان شوری در هر ۱۰۰۰-  PPT
3. چگالی سنجی- S.G

تمامی محاسبات تبدیل واحدها بر اساس انتشارات علمی تأیید شده و مورداستفاده بر اساس خواص فیزیکی آب دریا است. این دستگاه قابلیت حمل آسان برای اندازه گیری در هر مکان دارا است.

شوری سنج پرتابل دیجیتال سری PAL

دقت اندازه گیری میزان سدیم کلراید در این سری از شوری سنج های کمپانی آتاگو ژاپن ۰.۱% است. شوری سنج های سری PALعلاوه بر اینکه میزان شوری دمای محلول را با دقت ۰.۱ درجه سانتیگراد نشان می دهد، دقت عملکرد دستگاه در بازه دمایی ۱ تا ۴۰ درجه سانتی‌گراد است. این سری از رفراکتومترها دارای دقت و عملکرد بالایی هستند. بسیار سبک، زیبا و نحوه کار کردن با آن ها بسیار آسان است.

ربات SV2  و SV3

این ربات از یک تخته شناور (همانند یک قایق) ساخته شده است که شامل حس گر است و بدین وسیله قادراست که به اندازه گیری داده های اقیانوس شناسی از قبیل شوری، درجه حرارت آب، ویژگی های موج، شرایط آب و هوایی، فلورسانس آب، و اکسیژن محلول بپردازد. هم چنین در سطح زیرین ربات یک عدد حس گر GPSکه از سلول های خورشیدی ساخته شده است، نصب است که وظیفه هدایت کردن ربات را در زیر آب و به دنبال قایق دارد.

در حقیقت ربات SV3  زیرمجموعه مدل SV2  است ولی یک سری تفاوت های کلیدی نیز دارند که عبارت اند از:

طول  SV3 بلندتر از SV2  است.

SV3 در قسمت پلیت فرم ، مساحت بیشتری را دارا است و می تواند انرژی برق را با مقدار بیشتری نسبت به SV2 درون خود تولید و ذخیره نماید.

بویه موج نگار

در حالت کلی بویه ها به دو دسته تقسیم می شوند: سطحی و زیرسطحی

بویه های سطحی علاوه بر اندازه گیری امواج، بعضی از پارامترهای اقیانوس شناسی نظیر شوری آب، درجه حرارت آب، سرعت و جهت وزش باد و … را اندازه گیری می کنند. اقیانوس شناسی و هواشناسی در آب های عمیق در سال ۱۹۶۳توسط  Smith, Cartwright با بویه های Leaf, Clover تحقق یافت.

انواع بویه موج نگار

– بویه های دیسکی: شبیه یک جسم متقارن شناور عمل می کنند.

– بویه های کروی یا خم شونده: از یک کره در سطح آب و یک دنباله متعادل کننده تشکیل شده اند.

معروف ترین بویه با نام  Wave rider  ساخت شرکت Data well هلند در دهه ۱۹۶۰ است.

CTD

CTD مخفف رسانایی، دما و عمق است. CTD نمودارهای دقیق و جامع انتشار و تغییرات دما، شوری وچگالی را به منظور کمک کردن به درک بهتر اینکه چگونه زندگی ماتحت تأثیر اقیانوس ها است، در اختیار دانشمندان قرارمی‌دهد.

این دستگاه شامل یکسری بطری است که داخل هرکدام از آن ها نمونه ای از آب جهت تعیین میزان شوری قرار می گیرد.

اولین دستگاه شوری سنج ساخت ایران

محققان دانشگاه فردوسی مشهد موفق به طراحی و ساخت دستگاه ثبت داده‌های محیطی با نام تجاری REC-P55  شدند. این دستگاه امکان ثبت داده های خاک شامل رطوبت، دما ، شوری و رطوبت و دمای هوا را به صورت همزمان با دو روش اتومات و دستی همراه که قابلیت ذخیره‌سازی و انتقال مستقیم داده ها به فلش مموری و یا انتقال وایرلس داده ها در بازه های زمانی برنامه ریزی شده را دارد.

عملکرد دستگاه شوری سنج

• ابتدا صفحه نوری را باز کنید و ۲ الی ۳ قطره آب مقطر روی منشور اصلی بریزید. سپس صفحه نوری را ببندید تا آب مقطر در همه جای صفحه پخش شود و تمام سطح منشور را بپوشاند یعنی اینکه حباب هوا وجود نداشته باشد و آب به صورت قطرات پراکنده روی سطح منشور پخش نگردد. حال ۳۰ دقیقه صبر کنید تا دمای محلول موجود در منشور تنظیم شود. با این عمل طبیعی رفلکتور تنظیم می شود.
• صفحه نوری دستگاه شوری سنج را در مقابل نور قرار داده و به عدسی نگاه کنید. باید دید خود را روی عدسی متمرکز کنید تا بتوانید دایره درجه بندی شده را ببندید. قسمت بالای دایره به رنگ، آبی و قسمت پایین سفید است.
• به عدسی نگاه کرده و پیچ کالیبره را بچرخانید تا جایی که مرز بین خط آبی بالا و سفید پایین دقیقاً بر روی عدد صفر با توجه به تصویر منطبق شود. حال کالیبره کامل شده است. اطمینان یابید که دمای اتاق طبیعی باشد. (۲۰ درجه سانتی گراد) در حین اندازه گیری،اگر اختلاف دمای محیط ۱۵- درجه سانتی گراد باشد، توصیه می شود که مجدداً دستگاه شوری سنج را کالیبره کنید تا دقت دستگاه حفظ شود. در صورتی که دستگاه شوری سنج مجهز به سیستم اتوماتیکی انطباق دما باشد به هنگام کالیبره مجدد، دمای طبیعی اتاق باید ۲۰ درجه سانتی گراد باشد. زمانی که کالیبره انجام شد، دما در محدوده قابل قبول ( ۱۰ تا ۳۰ سانتی گراد ) تغییر داده می شود که هیچ گونه اختلافی در دقت اندازه گیری درجه شوری به وجود نمی آورد.
• یک قطره از محلول را روی منشور اصلی بریزید و صفحه نوری را ببندید ، سپس مقدار را از روی عدسی قرائت کنید ( عدد موردنظر روی خط مرزی بین رنگ آبی و سفید مشخص می شود).

نمک زدایی یا آب شیرین کردن (Desalination or desalinisation)

اشاره به هر یک از چند فرایندی است که مقداری نمک و سایر مواد معدنی را از آب شور جدا می‌کند. همچنین به طور کلی، منظور از نمک زدایی حذف نمک‌ها و مواد معدنی است همانند نمک زدایی خاک. آب شور جهت تولید آب شیرینی که برای مصرف انسان و یا آبیاری مناسب است، نمک زدایی می‌شود. یک محصول جانبی بالقوه از نمک زدایی، نمک است. نمک زدایی در کشتی‌های بزرگ و زیردریایی مورداستفاده قرار می‌گیرد. بیشتر سرمایه گذاری‌های اخیر در نمک زدایی، بر توسعه راه‌های مقرون به صرفه تأمین آب شیرین برای استفاده انسان، متمرکز شده است. در کنار بازیافت آب از فاضلاب، این یکی از چندین منابع تأمین آب مستقل از بارش است. در مقیاس بزرگ نمک زدایی به طور معمول با استفاده از مقدار زیادی انرژی، زیرساخت‌های اختصاصی و گران ‌قیمت است، که آن را از آب تازه به دست آمده از منابع معمول مانند رودخانه‌ها یا آبهای زیرزمینی گران‌تر می‌گرداند.

روش‌های نمک زدایی

اسمز معکوس (Reverse Osmosis)

 اسمز معکوس فرآیندی است که در آن از واردکردن فشار بر روی محلول آبی جهت عبور دادن آن از میان غشاء استفاده می‌شود و غشاء مانع از عبور املاح بزرگ تر (نمک) می‌گردد.

مزایا: به طور کلی اسمز معکوس در بین همه‌ فرآیندهای با مقیاس بزرگ، دارای حداقل مصرف انرژی است.

معایب: غشاء‌های کنونی مستعد تجمع باکتری‌های بسیار و “مسدود شدن” هستند که باید این امر اصلاح بشود. اگر از کلر برای برطرف کردن باکتری‌ها استفاده شود، وضعیت ممبرین‌ها بدتر می‌شود.

اسمز رو به ‌جلو (Forward Osmosis)

در اسمز رو به جلو از فرآیند اسمز طبیعی استفاده می‌شود؛ یک ماده از منطقه‌ای با غلظت کم به منطقه‌ای با غلظت بالا حرکت می‌کند.

مزایا: هزینه‌ی لازم برای انجام این فرآیند معمولاً نصف هزینه‌ی اسمز معکوس است، زیرا برای تکمیل فرآیند انرژی کمتری استفاده می‌شود. به‌جای واردکردن نیرو به محلول و ایجاد اختلاف فشار، این فرآیند اجازه می‌دهد که این کار به‌طور طبیعی انجام شود.

معایب: اشکال اصلی در مورد اسمز رو به جلو، داشتن پتانسیل بسیار زیاد آن است.

الکترودیالیز (Electrodialysis)

در الکترودیالیز معکوس، مشابه با اسمز معکوس، از یک ممبرین استفاده می‌شود، اما یک بار الکتریکی به محلول منتقل می‌شود تا یون‌های فلزی از یک طرف جذب قطب مثبت شده، و یون‌های دیگر مانند نمک به‌طرف قطب منفی در سوی دیگر کشیده شوند

معایب: مشکل اولیه‌ی الکترودیالیز معکوس، هزینه مربوط به سرمایه‌گذاری جهت ایجاد تأسیسات، و نیز هزینه‌های انرژی است.

نمک‌زدایی حرارتی (Thermal Desalination)

کل نمک‌زدایی حرارتی عبارت است از فرآیند گرم کردن محلول آبی و جمع‌آوری آب خالص، هنگامی‌که بخار سرد می‌شود و چگالش رخ می‌دهد.که در مجموع هزینه زیادی را در بر می گیرد.

مزایای نمک زدایی

• تولید آب شیرین برای مصارف انسانی و آبیاری در کشاورزی
• صرفه جویی در مصرف آب های زیرزمینی

معایب نمک زدایی

تمام فرایندهای نمک زدایی، تولید مقدار زیادی کنسانتره می‌کنند، که ممکن است با درجه حرارت افزایش یابد و باقی‌مانده‌های مواد پیش تصفیه و تمیزکننده های شیمیایی، محصولات جانبی نتیجهٔ واکنش آن ها، و فلزات سنگین ناشی از خوردگی را شامل می‌شود. مواد پیش تصفیه و تمیزکننده های شیمیایی در بیشتر واحدهای آب شیرین کن یک ضرورت است، که به طور معمول شامل پیشگیری رسوب بیولوژیکی، پوسته پوسته شدن، کف و خوردگی در واحدهای حرارتی، و در برابر رسوب بیولوژیکی، ذرات معلق و رسوبات پوسته‌ای در واحدهای غشایی است. برای محدود کردن اثرات زیست محیطی بازگرداندن آب نمک به اقیانوس،می‌توان آن را با یکی دیگر از جریان های آب رقیق کرد، مثلاً خروجی تصفیه خانهٔ پس آب یا خروجی نیروگاه. از آنجایی که خروجی آب خنک‌کننده نیروگاه‌هایی از آب دریا برای خنک کردن استفاده می‌کنند به اندازهٔ خروجی تصفیه خانهٔ پس آب شیرین نیست، شوری کاهش می‌یابد. جریان آب خنک‌کننده نیروگاه در یک نیروگاه متوسط یا بزرگ در مقایسه با یک واحد آب نمک زدایی، حداقل چندین بار بزرگ تر از جریان خروجی واحد نمک زدایی است. روش دیگر برای کاهش شوری این است که آب شور را به ‌وسیلهٔ یک دیفیوزر در یک «محدودهٔ اختلاط» مخلوط می‌کنند. برای مثال، هنگامی که خط لوله حاوی آب نمک به کف دریا می‌رسد، می‌توان آن را به شاخه‌های بسیاری تقسیم کرد، که هر یک به تدریج از طریق سوراخ هایی کوچک در امتداد طولشان، آب شور خارج می‌کنند.   مخلوط را می‌توان با خروجی رقیق شدهٔ نیروگاه و یا تصفیه خانه پساب ترکیب کرد. آب شور با توجه به بالاتر بودن غلظت املاح چگال تر از آب دریا است. کف اقیانوس بیشتر در معرض خطر است، زیرا آب نمک پایین رفته و به اندازه کافی مدت زیادی باقی می‌ماند تا به اکوسیستم آسیب بزند. ورود با دقت آب نمک می‌تواند این مشکل را به حداقل برساند.

جایگزین‌های بدون آلودگی

یک روش جدید سیستم زیست سازه‌ای یکپارچه ای است که  می‌توان این روش  را “نمک زدایی کامل” در نظر گرفت، به دلیل اینکه کل مقدار آب شور ورودی را به آب مقطر تبدیل می‌کند. یکی از مزایای منحصر به فرد این نوع از آب شیرین کن با منبع انرژی خورشیدی، امکان بهره‌برداری دور از ساحل است. از دیگر مزایایی این روش با توجه به استاندارد، این است که واحد آب شیرین کن هوا را آلوده نمی‌کند و خروجی آب خنک‌کننده نیروگاه نیز هیچ افزایش دمایی در آب ایجاد نمی‌کند تا زندگی آبزیان را در معرض خطر قرار دهد.

   یک مزیت مهم دیگر، تولید نمک دریا برای مصارف و غیر صنعتی است. در حال حاضر، ۵۰ درصد از تولید نمک دریا در جهان هنوز متکی به سوخت های فسیلی است.

جغرافیایی آب شیرین کن

• خاورمیانه بهترین منطقه برای استقرار آب شیرین کن است.
• در حال حاضر عربستان سعودی دارای رتبه اول در تولید آب شیرین است.
• تولیدکنندگان بزرگ آب شیرین نیز عبارت اند از: اسپانیا، ایالات متحده آمریکا، الجزایر، چین، هند، استرالیا، و اروپا.

چشم انداز فرایند نمک زدایی در آینده

چند اشکال عمومی نیز برای فرآیندهای نمک زدایی وجود دارد. مشکل این فرآیند، برگشت محلول نمکی زائد به اقیانوس است که این مسئله می‌تواند به حیات اقیانوسی آسیب وارد نماید. انرژی موردنیاز برای راه‌اندازی و همچنین نیروی لازم برای تأسیسات نمک‌زدایی بسیار گران است و چون اکثر منابع انرژی فعلی نیز از سوزاندن سوخت‌های فسیلی به دست می‌آیند، اگر مناطقی که برای استفاده از آب‌ شیرین کن در نظر گرفته می‌شوند، دور از ساحل و یا در ارتفاع قرار داشته باشند، هزینه‌ی مربوط به انجام این فرآیند باز هم بیشتر می‌شود. در مناطق دور و مرتفع باید آب را از اقیانوس و یا منبع آب شور تأمین نمود.  اما بدون شک این فن‌آوری می‌تواند حداقل یک گزینه برای بسیاری از مردمی محسوب شود که برای زنده ماندن و حفظ استانداردهای زندگی‌شان تلاش می‌کنند.

گردآورنده: فریده صادقیان دانشجوی کارشناسی عمران دانشگاه پویش قم