تحلية مياه البحر لتوفير المياه البلدية في المدن الساحلية

لماذا تواجه المدن الساحلية تحديات في إمدادات المياه؟

تتميز المدن الساحلية بكثافة عالية من الموانئ والمناطق الصناعية والسكان، مما يؤدي إلى نقص موارد المياه العذبة. نظام الإمداد التقليدي بالمياه البلدية لطالما اعتمدت على الأنهار والخزانات والمياه الجوفية. إلا أن تغير المناخ أدى إلى عدم استقرار هطول الأمطار وتفاقم فترات الجفاف. كما ساهم التوسع الحضري والتصنيع في زيادة الطلب على المياه. ولا يقتصر نقل المياه بين المناطق على كونه مكلفاً فحسب، بل يتطلب أيضاً مشاريع تنسيق إقليمية معقدة.

تؤثر قضايا موارد المياه بشكل كبير على صناعات المدن الساحلية. فبدون إمدادات مياه مستقرة، تصبح جدوى المشاريع وعوائد الاستثمار غير مؤكدة. وقد تعجز المدن عن جذب الاستثمارات أو دعم توسع الشركات القائمة، مما يحد من التنمية الحضرية. علاوة على ذلك،, عندما يأتي مصدر المياه الرئيسي لمدينة ما من نفس نظام مصادر المياه، فإن أي مشكلة في أي حلقة ستهدد بشكل مباشر تشغيل المدينة الساحلية والإنتاج الصناعي والظروف المعيشية.

عندما تعجز مصادر المياه التقليدية عن تلبية احتياجات المدن بشكل موثوق، فأين يجب أن نتجه؟ أحد الحلول التي يتم تقييمها بجدية من قبل المزيد من المدن الساحلية هو تحلية مياه البحر.

هل يمكن أن تُستخدم محطات تحلية مياه البحر كمصدر لمياه الشرب للبلديات؟

عند مناقشة خطط إمدادات المياه البلدية، فإن السؤال الأول الذي يجب الإجابة عليه هو "هل هو ممكن؟" يجب أن يستند تقييم جدوى إمدادات المياه في المدن الساحلية إلى ثلاثة أبعاد: النضج التكنولوجي، وقابلية التخطيط، والاستقرار التشغيلي.

تقنية التناضح العكسي الحديثة لتحلية المياه على نطاق واسع وهي تقنية ناضجة للغاية. وعلى الصعيد العالمي، يوجد العديد من محطات تحلية مياه البحر البلدية التي يتجاوز إنتاجها اليومي 500,000 متر مكعب.3 تعمل هذه المشاريع بالفعل بثبات. وهي ليست مشاريع تجريبية قصيرة الأجل، بل هي جزء لا يتجزأ من خطط إمدادات المياه طويلة الأجل لمدنها. على مدى العقد الماضي، طوّر قطاع المياه العالمي إطار عمل متكاملاً لمشاريع تحلية مياه البحر البلدية، يشمل دراسات الجدوى، ونماذج الشراكة بين القطاعين العام والخاص، ومعايير التشغيل والصيانة.

تُظهر البيانات التشغيلية الفعلية أن محطات تحلية مياه البحر الحديثة واسعة النطاق يمكن أن تصل الطاقة المتاحة لمحطات التحلية إلى متوسط سنوي يزيد عن 951 تيرابايت، وهو ما يضاهي محطات المياه التقليدية. خلال فترات الجفاف، عندما تنخفض مستويات المياه في الخزانات ويقل تدفق الأنهار، لن يتأثر مصدر المياه لمحطات التحلية. هذه هي قيمتها الأساسية كمصدر مياه مقاوم للجفاف.

كيف تعمل محطة تحلية المياه البلدية؟

يمكن تبسيط محطة تحلية مياه البحر البلدية إلى ثلاث مراحل:

الاستلام والمعالجة المسبقة

بالنسبة للمشاريع البلدية، يُعد تصميم مداخل ومخارج المياه خطوة هندسية حاسمة في المراحل التخطيطية المبكرة. ويرتبط هذا التصميم بالأثر البيئي، واختيار الموقع، وتكاليف التشغيل والصيانة على المدى الطويل. ويتم إدخال مياه البحر إلى المحطة عبر خطوط أنابيب قريبة من الشاطئ.

المهمة الأساسية لـ المعالجة المسبقة لنظام تحلية المياه تتمثل وظيفتها في إزالة الشوائب مثل الطمي والطحالب والكائنات البحرية لتوفير مياه تغذية مؤهلة لنظام غشاء التناضح العكسي اللاحق.

نظام التناضح العكسي

يتم ضخ مياه البحر المعالجة مسبقًا إلى نظام أغشية التناضح العكسي تحت ضغط عالٍ. غشاء التناضح العكسي يسمح بمرور جزيئات الماء فقط. يتم الاحتفاظ بالملح والشوائب وتصريفها مع المحلول الملحي المركز.

تتمثل التكلفة الأساسية في استهلاك الطاقة واستبدال وصيانة وحدات الأغشية. وقد أدى الانتشار الواسع لأجهزة استعادة الطاقة إلى خفض استهلاك الطاقة في محطات تحلية المياه واسعة النطاق بنحو 501 تريليون طن، وهو عامل تقني رئيسي وراء الانخفاض المستمر في تكاليف تحلية المياه البلدية.

المعالجة اللاحقة والتوزيع

بعد عملية التحلية، يجب تعديل محتوى المعادن ودرجة الحموضة في الماء ليتوافق مع معايير مياه الشرب قبل ربطه بشبكة إمداد المياه في المدينة. وتحدد هذه الخطوة إمكانية دمج محطة التحلية مع نظام المياه الحالي.

هيكل التكاليف: النفقات الرأسمالية، النفقات التشغيلية، وتكلفة المتر المكعب

في أي مشروع للبنية التحتية البلدية، لا تُعتبر التكلفة مجرد رقم واحد، بل هي هيكل متكامل. يتطلب تحلية مياه البحر البلدية معرفة أوجه إنفاق الأموال، والتكلفة الحقيقية لكل متر مكعب من المياه، وما إذا كانت التكلفة قابلة للتنبؤ.

النفقات الرأسمالية

تشمل النفقات الرأسمالية لمحطة تحلية المياه البلدية بشكل رئيسي ما يلي: أعمال سحب المياه، وأنظمة المعالجة المسبقة،, مضخات الضغط العالي ووحدات استعادة الطاقة، وأغشية التناضح العكسي، وأنظمة المعالجة اللاحقة، وأعمال الهندسة المدنية والأراضي.

وفقًا لبيانات GWI DesalData وأحدث بيانات القطاع، ينخفض الإنفاق الرأسمالي للوحدة بشكل ملحوظ مع زيادة حجم الإنتاج. فمقابل كل مضاعفة للقدرة التراكمية العالمية لتحلية المياه، ينخفض الإنفاق الرأسمالي للوحدة بنحو 151 تريليون طن. وهذا يعكس بشكل مباشر النضج التكنولوجي ووفورات الحجم.

النفقات التشغيلية

تشمل المكونات الرئيسية للنفقات التشغيلية ما يلي: استهلاك الطاقة،, استبدال وصيانة الأغشية, واستهلاك المواد الكيميائية، والعمالة والإدارة. يُعد استهلاك الطاقة المتغير الأساسي في النفقات التشغيلية، حيث يمثل ما يقارب 40-601 تريليون طن، مما يجعله أكبر بند تكلفة منفرد.

محطات تحلية مياه البحر الحديثة واسعة النطاق والمجهزة بـ أجهزة استعادة الطاقة عالية الكفاءة لقد خفضت استهلاك الطاقة لكل طن من المياه إلى 3.0-4.0 كيلوواط ساعة/م³، أي ما يقرب من نصف استهلاك الأنظمة التي لا تحتوي على استعادة الطاقة.

التكلفة الموحدة للمياه

بعد دمج النفقات الرأسمالية والنفقات التشغيلية، وفقًا لتقرير الصناعة الذي نشرته شركة ويليام بلير في عام 2025، فإن التكلفة الموحدة للمياه (LCOW) لتحلية المياه البلدية هي كما يلي:

تختلف الأرقام المحددة باختلاف المناطق. فعلى سبيل المثال، بلغ حجم مشروع تحلية مياه البحر بالتناضح العكسي في حسيان بدبي، والذي يتراوح بين 120 و180 مليون جالون هجري يوميًا، حوالي 10.37-0.50 طن متري. ويُعد هذا أحدث معيار لتكلفة مشاريع تحلية مياه البحر البلدية الكبيرة على مستوى العالم.

على المدى البعيد، تشهد تكلفة تحلية المياه انخفاضاً ملحوظاً. ويُعزى هذا الانخفاض بشكل أساسي إلى التطورات التكنولوجية والتحول إلى الطاقة النظيفة.

فوائد الموثوقية والأمن المائي

قيمة تحلية مياه البحر يكمن جوهر هذا المشروع في تغيير منطق إمداد المدن بالمياه بشكل جذري، من خلال توفير حلول متنوعة لإمداد المياه. ويتميز بموثوقية عالية ومزايا أمان ممتازة، مما يضمن الأمن المائي للمدن الساحلية.

يُعدّ مؤشر التوافر، وهو نسبة وقت التشغيل الفعلي على مدار العام، المؤشر الأساسي لقياس موثوقية محطة تحلية المياه. وتحقق محطات تحلية مياه البحر الحديثة واسعة النطاق معدلات توافر تتجاوز 95%، وهي معدلات مماثلة لمحطات المياه التقليدية. ويشير هذا إلى أن محطات التحلية تُشكّل مصدراً رئيسياً للمياه يمكن تشغيله بثبات على مدار السنة.

يُعدّ ماء البحر المصدر الرئيسي للمياه في محطات تحلية المياه، وهو مصدر متجدد باستمرار. هذه هي القيمة الأساسية لنظام إمداد مائي مقاوم للجفاف. بالنسبة للمدن الساحلية التي تواجه فترات جفاف دورية، يضمن هذا النظام إمدادًا مائيًا مستقرًا لا يتأثر بتغير المناخ.

تشهد سياسات إدارة موارد المياه في العديد من المدن الساحلية تشديداً متزايداً. وبالنسبة للمجمعات الصناعية والمستهلكين الكبار الذين يعتمدون على مصادر المياه التقليدية، يتزايد عدم اليقين بشأن تكاليف التشغيل. يوفر تحلية مياه البحر، حيث تمثل الكهرباء التكلفة التشغيلية الرئيسية، حلاً مستقلاً وموثوقاً لمصادر المياه، مما يسمح للصناعات بالتوسع بثقة.

التكامل مع أنظمة المياه الحالية في المدينة

محطات تحلية مياه البحر يجب أن يكون نظام تحلية مياه البحر قابلاً للتكامل بسلاسة مع أنظمة إمداد المياه الحضرية القائمة. تتميز مياه البحر المحلاة بنقائها العالي، ولكن قد يؤدي ارتفاع نسبة النقاء إلى تآكل الأنابيب. ولحل هذه المشكلة، يلزم إجراء معالجة لاحقة للمعادن لضمان إمكانية ربطها بشبكة إمداد المياه في المدينة بشكل آمن ومستقر.

يمكن أيضاً اختيار طريقة الربط حسب الحاجة. حالياً، تعتمد معظم المدن الساحلية نظاماً موحداً لإمدادات المياه. وتُستخدم محطات تحلية مياه البحر كمصدر ثانوي للمياه، حيث تُضخ المياه المُنتجة، بعد معالجتها بالمعادن، إلى شبكة إمداد المياه الرئيسية في المدينة. وتُخلط هذه المياه مع مياه الصرف من محطات معالجة المياه السطحية والجوفية لتوفير المياه للاستخدامات السكنية والتجارية والصناعية. 

وهذا يلغي الحاجة إلى خطوط أنابيب مخصصة جديدة، مما يؤدي إلى الحصول على مصدر مياه بسرعة التنويع. إنه مناسب للمدن الساحلية التي تعاني من نقص كبير في المياه العذبة والمناطق الحضرية التي تتمتع بشبكات أنابيب قائمة وراسخة.

يتضمن نظام إمداد المياه المتمايز شبكتين مستقلتين من الأنابيب: إحداهما تُزوّد بمياه شرب عالية الجودة، والأخرى تُزوّد بمياه غير صالحة للشرب. وهو نموذج أكثر دقة وكفاءة لتخصيص موارد المياه. مناسب للمجمعات الصناعية حديثة الإنشاء, ، والمناطق الساحلية الجديدة الكبيرة، والمناطق ذات التركيز العالي للصناعات كثيفة الاستهلاك للمياه. 

يعني التزويد المباشر من نقطة إلى نقطة توصيل محطة تحلية مياه البحر مباشرةً بمنطقة صناعية محددة. وهذا مناسب للتنفيذ المستقل للمشاريع الصناعية واسعة النطاق.

بغض النظر عن الطريقة المختارة، فإن المسار التقني لدمج مياه البحر المحلاة في أنظمة إمدادات المياه الحضرية موحد ومنظم وقابل للتطبيق.

دراسات حالة لمحطات تحلية مياه البحر بالتناضح العكسي واسعة النطاق

محطة تحلية المياه بالتناضح العكسي في الطويلة

يقع هذا المشروع في أبوظبي، الإمارات العربية المتحدة، وتبلغ طاقته الإنتاجية اليومية حوالي 900 ألف طن من المياه، بإنتاج سنوي يصل إلى 324 مليون طن. وهو أكبر مشروع لتحلية مياه البحر في العالم وأكثرها تطوراً من الناحية التكنولوجية، حيث يلبي الاحتياجات المائية السنوية لما يقرب من مليوني نسمة، ويُعد المصدر الرئيسي للمياه في المدينة. 

يدمج المشروع أحدث تقنيات تحلية المياه من أكثر من عشر دول حول العالم، محققاً بذلك معدل تحويل رائد عالمياً في مجال تحلية المياه.

تُظهر هذه الحالة النضج التكنولوجي والجدوى واسعة النطاق لتحلية مياه البحر.

محطة أليكانتي 2 لتحلية مياه البحر

يقع هذا المشروع على ساحل البحر الأبيض المتوسط في إسبانيا، وتبلغ طاقته الإنتاجية اليومية 65 ألف متر مكعب من المياه. وكما هو الحال في العديد من المناطق الساحلية، تم بناء المحطة للحد من تأثير ندرة المياه والجفاف على المجتمعات المحلية. 

بعد مرور أكثر من 15 عامًا على تشغيلها، لا تزال عناصر الغشاء الأصلية تعمل بكفاءة عالية. وتعني متانة الغشاء دورات استبدال متوقعة وتكاليف تشغيل طويلة الأجل يمكن التحكم بها.

تُظهر هذه الحالة موثوقية تحلية مياه البحر على المدى الطويل. علاوة على ذلك، يُظهر مناخ البحر الأبيض المتوسط، المشابه لمناخ بعض المدن الساحلية في جنوب شرق آسيا أو أفريقيا، قدرته على الصمود في وجه الجفاف.

هل يُعدّ ذلك خياراً استراتيجياً لمدن المستقبل؟

لقد قمنا بتقييم جدوى وتكلفة وسلامة ومسارات تنفيذ تحلية مياه البحر في البلديات من منظور عملية صنع القرار. وخلصنا إلى أن تحلية مياه البحر حلٌّ ناضج ومستقر وقابل للتحكم في التكلفة وقابل للتوسع لتوفير المياه للبلديات، وخيار استراتيجي ضمن نظام إمداد مائي متنوع.

تتخصص شركة NEWater في حلول تحلية مياه البحر للبلديات، حيث تقدم خدمات متكاملة بدءًا من دراسات الجدوى وحتى تسليم المشاريع. إذا كنتم بصدد تقييم هذا الحل، يُرجى التواصل معنا للحصول على تحليل جدوى مُخصص لمدينتكم أو لمعرفة المزيد عن خبرتنا التشغيلية في هذا المجال.

يتعلم أكثر

وحدة تحلية المياه المحمولة

يتعلم أكثر

معدات تحلية المياه المثبتة على قاعدة انزلاقية

يتعلم أكثر

محطة معالجة المياه المعبأة في حاويات