Tuzdan arındırma, deniz suyunu tuz ve diğer mineralleri uzaklaştırarak içme suyuna dönüştürme işlemidir. Tuzdan arındırmanın ilkel biçimleri antik çağlardan beri kullanılmıştır. Bu nedenle ticari ölçekli tuzdan arındırma yöntemlerinin dünya çapında içme suyuna erişimi olmayan kıyı toplulukları tarafından yaygın olarak kullanılabilmektedir. Bu hale gelmesi XX yüzyılın ortalarına kadar kullanılmıştır. Günümüzde 150’den fazla ülkede, yaklaşık 300 milyon insan, her gün yaklaşık 16000 tuzdan arındırma sisteminden su almaktadır.
Dünya yüzey suyunun yalnızca %2,5’i tatlıdır. Bunun yalnızca bir bölümü mevcut ve insan tüketimine uygundur. İklim değişikliği yoğunlaştıkça, tuzdan arındırma alternatif bir içme suyu ve sulama kaynağı sağlamaktadır. Bununla birlikte, çevre üzerinde de önemli bir etkisi vardır. Yeni teknolojiler bu etkilerin bazılarını hafifletmeye yardımcı olabilmektedir. Ancak tuzdan arındırma, tatlı su kaynaklarına yönelik artan insan talebini karşılamak ile bunun şiddetlendirdiği çevresel sorunlar arasında bir dengedir.
Süreçler ve teknolojiler
Tarih boyunca insanlar tatlı su kaynaklarını yenilemek için çeşitli damıtma ve filtreleme yöntemleri kullanmışlardır. Ancak XX yüzyılın ortalarına kadar tuzdan arındırma, büyük nüfus merkezlerine su sağlayabilen büyük ölçekli bir endüstriyel süreç haline gelmemiştir. Günümüzde üç ana tuzdan arındırma kategorisi yaygın olarak kullanılmaktadır. Bunlar; membran teknolojileri, termal teknolojiler (damıtma) ve kimyasal işlemler olarak sınıflandırılmaktadır. Şu anda en yaygın tuzdan arındırma yöntemleri membran ve termal yöntemlerdir.
Termal damıtma
Termal tuzdan arındırma, suyun buharlaşana kadar kaynatılmasını ve geride tuz bırakılmasını içermektedir. Artık tuz içermeyen su buharı daha sonra yoğuşma yoluyla yakalanmaktadır. Bunun için büyük ölçekte gerekli olan termal enerji, buhar jeneratörlerinden, atık ısı kazanlarından veya enerji santrali türbinlerinden buharın çıkarılmasından elde edilmektedir. En yaygın termal yöntemlerden birinin, inşası ve çalıştırılması nispeten kolaydır. Ancak aşırı enerji ile yoğun bir tesis türü olan çok aşamalı damıtmadır (MFS). Uluslararası Su Birliği’ne göre, günümüzde MSF’nin tuzdan arındırma işlemi, çok sayıda fosil yakıtın mümkün kıldığı Orta Doğu’da en yaygın olanıdır.
Membran damıtma
Membran tuzdan arındırmanın temel teknolojisidir. Tuzlu suyu birkaç küçük yarı geçirgen zardan geçirmeye zorlamak için yüksek basınç uygulanmasını içermektedir. Bu zarlar suyun geçmesine izin verir, ancak çözünmüş tuzları çözememektedir. Kulağa basit geliyor, ancak bu başka bir çok enerji ve yoğun aktivite içermektedir. En yaygın membran işlemi, ilk olarak 1950’lerde geliştirilen ve 1970’lerde ticarileştirilen ters ozmozdur. Günümüzde Orta Doğu ve Kuzey Afrika dışında en yaygın kullanılan tuzdan arındırma türüdür.
Çevresel Faydalar ve Etkiler
Tuzdan arındırma, tuzlu veya acı su kaynaklarının yakınındaki kurak ve kuraklığa meyilli toplulukların su güvenliğini ve direncini korumak için önemli bir teknolojidir. Tuzdan arındırma, yeraltı suyu, nehirler ve göller gibi tatlı su kaynaklarına olan talebi azaltmaktadır. Ayrıca aynı su kaynaklarına bağlı olan habitatların korunmasına yardımcı olabilmektedir.
Tuzdan arındırma maliyetli olmaktadır. Bu nedenle genellikle yalnızca insan tüketimi için kullanılmamaktadır. Aynı zamanda tarım için de güvenilir bir yerel temiz su kaynağıdır. Su kıtlığı olan kırsal alanlardaki küçük ölçekli tuzdan arındırma tesisleri bulunmaktadır. Ayrıca en savunmasız topluluklardan bazıları için su güvenliğinin sağlanmasına yardımcı olabilmektedir. Daha büyük tesisler de, kent sakinlerinin güvenli ve güvenilir içme suyuna erişiminin sağlanmasında önemli bir rol oynayabilmektedir. İklim değişikliği kuraklığı şiddetlendirmektedir. Bu da tatlı su kaynaklarının miktarını ve kalitesini azalttığı için tuzdan arındırma kullanımının önümüzdeki yıllarda artması muhtemeldir.
Ancak tuzdan arındırma hatasız değildir. En büyük endişe kaynağı, enerji ayak izi üretilen ve okyanusa geri salınan atık su miktarıdır. Bu sürecin her iki ucundaki deniz yaşamı üzerindeki zararlı etkidir. Daha fazla işletme sürekli olarak şebekeye bağlandıkça, topluluklar daha iklime dayanıklı su kaynakları aramaktadır. Ayrıca tuzdan arındırma işlemini kalıcı hale getirmektedir. Yeni teknolojiler çevresel etkilerinin bir kısmını azaltabilmektedir.
Enerji kullanımı
Tuzdan arındırma tesislerinin büyük çoğunluğu hala fosil yakıtlarla çalışmaktadır. Bu nedenle, tuzdan arındırmanın sera gazı emisyonlarına katkıda bulunduğu ve iklim değişikliğini kötüleştirdiği anlamına gelmektedir. Bununla birlikte, yenilenebilir enerjiyle çalışan tuzdan arındırma tesisleri de vardır. Ancak şimdiye kadar çoğunlukla küçük ölçekli operasyonlarla sınırlı kalmışlardır. Bunları daha yaygın ve daha uygun maliyetli hale getirmek için çabalar devam etmektedir. Son kanıtlar, yenilenebilir enerji tuzdan arındırma işleminin okyanus suyuna veya acı suya erişimi olan hemen hemen her yerde çalışabileceğini göstermektedir.
Güneş enerjisi, rüzgar ve jeotermal enerjisi, yeni tuzdan arındırma tesisleri için en yaygın enerji kaynağı olan güneş enerjisiyle birlikte çalışmaktadır. Halihazırda yeni tuzdan arındırma tesislerine güç sağlamak için uygun seçenekler de sunmaktadır. Rüzgar ve güneş gibi yenilenebilir kaynaklar arasında geçiş yapan hibrit bir yaklaşım vardır. Ancak dalgalı enerji üretimi zamanlarında daha fazla güvenilirlik sağlayabilmektedir. Tuzdan arındırma için okyanus enerjisinden yararlanmak, büyüyen bir başka araştırma alanıdır.
Ayrıca, tuzdan arındırmada enerji verimliliğini artırmaya yönelik geliştirilmekte olan bir takım teknolojiler de bulunmaktadır. Doğrudan ozmoz, gelecek vaat eden yeni teknolojilerden bir tanesidir. Diğer bir seçenek, enerji tüketimini azaltmak için suyun daha düşük sıcaklıklarda buharlaştırıldığını göstermektedir. Ardından ise, sıvı forma geri döndürüldüğü düşük sıcaklıkta termal tuzdan arındırma kullanımını içermektedir. Ulusal Yenilenebilir Enerji Laboratuvarı tarafından jeotermal destekli düşük sıcaklıkta termal tuzdan arındırmanın kullanımını araştıran bir çalışmada ayrıntılı olarak açıklandığı gibidir. Bunun gibi daha az enerji yoğun teknolojiler yenilenebilir kaynaklarla iyi gidebilmektedir.
Deniz yaşamı üzerindeki etkisi
Tuzdan arındırmada kullanılan deniz suyunun yarısından fazlası, arıtma sırasında eklenen toksik kimyasallarla karıştırılan tuzlu kanalizasyona dönüştürülür. Yüksek basınçlı jetler ise, bu lağımı deniz yaşamını tehdit ettiği okyanusa geri götürür.
Yakın zamanda yapılan bir araştırma, bu atık sulardaki tuzlu su miktarının önceden düşünülenden %50 daha fazla olduğunu bulmuştur. Atık suyun okyanusa geri boşaltılması için standartlar önemli ölçüde değişmektedir. Bazı bölgelerde, özellikle Basra Körfezi, Kızıldeniz, Akdeniz ve Umman Körfezi’nde, tuzdan arındırma tesisleri genellikle bir arada kümelenmektedir. Sürekli olarak ılık atık suyu sığ kıyı sularına boşaltılmaktadır. Bu nedenle, deniz suyunun sıcaklığını ve tuzluluğunu artırabilmektedir. Kıyı deniz ekosistemlerini olumsuz yönde etkileyecek olan genel su kalitesini de azaltabilmektedir.
Deniz suyunun başlangıçta tüketilmesi de deniz yaşamı için risk oluşturmaktadır. Denizden su almak, tuzdan arındırma tesisine kazara giren balık, larva ve planktonların ölümüne yol açabilmektedir. Her yıl milyonlarca balık ve omurgasız, tuzdan arındırma tesislerine ve giriş ızgaralarına düşmektedir. Filtrelerden geçebilecek kadar küçük olanlar sisteme girmekte ve tuzlu suyun kimyasal arıtımı sırasında ölmektedir.
Tasarım değişiklikleri, su akışını yavaşlatmak için daha büyük boruların kullanılması da dahil olmak üzere, bu süreçte öldürülen deniz organizmalarının sayısını azaltabilmektedir. Bu da balıkların tuzağa düşmeden önce yüzmesine ve çıkmasına izin vermektedir. Yeni teknolojiler, denizde kalan atık su miktarını azaltabilmektedir. Bu nedenle deniz yaşamı üzerindeki etkiyi azaltmak için bu atığı daha verimli bir şekilde dağıtabilmektedir. Ancak bu önlemler alınırsa ve uygun şekilde uygulanırsa işe yarayabilmektedir.
Daha Fazla Veriye, Daha İyi Standartlara Doğru
Tuzdan arındırma sistemlerine ve deniz yaşamına olası zararı azaltan bina tesislerine yenilenebilir enerji sağlamaktadır. Ayrıca çevresel etkiyi daha iyi anlamak gerekmektedir. Bu nedenle veriler, tuzdan arındırma sistemlerinin tasarımı ve işletimi için daha verimli kurallar geliştirmek için kullanılmaktadır. Bu yapıyı kullanmak için araştırmalara yatırım yapmayı da gerektirmektedir. Kullanışlı bir örnek, Tuzdan Arındırma Değişikliğini okyanus suyu kalite kontrol planına geçiren California’dır. Burada bulunan merkez, deniz yaşamına verilen zararı en aza indirmek için belirli bina ve işletme standartlarının karşılanmasını gerektiren bir deniz suyu üreticisi için izinlerin verilmesi için uyumlu bir süreç gerektirmektedir.
Yararları olumsuz çevresel etkiden daha ağır basıyor mu?
Birleşmiş Milletler’e göre, su sıkıntısı çeken ülkelerde yaklaşık 2,3 milyar insan yaşamaktadır. Ayrıca dünyada bulunan 4 milyar insan nüfusunun neredeyse üçte ikisi, yılın en az bir ayı şiddetli su kıtlığı yaşamaktadır. Kuraklık kötüleştikçe ve tatlı su tükendikçe bu sayıların artması da muhtemeldir.
Su yöneticileri ve politikacılar, tuzdan arındırmanın su güvenliğinin tek çözümü olamayacağını biliyorlar. Bunun nedeni çok pahalı olması ve sürekli artan dünya nüfusumuz için çevresel sonuçları olmaksızın sonsuz bir tatlı su teminini garanti etmemesidir. Bunun yerine tarım, konut, madencilik ve sanayi sektörlerinde israfı önlemek için akıllı su tasarrufu teknolojileriyle birleştirilmelidir. Su tasarrufuna yatırım, çok daha düşük çevresel maliyetleri olan alternatif bir stratejidir.
Dünyanın dört bir yanındaki su kıtlığı olan şehirler, kullanım kısıtlamaları ile gri su geri dönüşümü sağlamaktadır. Bu sayede atık suyun yeniden kullanımı gibi yenilikçi stratejileri birleştirerek tasarrufların nasıl sağlanabileceğini göstermektedir. Örneğin, Las Vegas ve Nevada, kısa süre önce süs çimlerine kalıcı bir yasak getirmiştir. Bunun sebepleri arasında şehrin ana su kaynağının tehlikeli derecede düşük seviyelere ulaşması yatmaktadir. Ayrıca su kullanımına getirdiği çeşitli kısıtlamalardan da sadece bir tanesidir. Aynı zamanda, bölgenin su bölgesi, yerel golf sahaları, parklar ve işletmeler tarafından yeniden kullanılmak üzere gri suyu ve atık suyu arıtmaktadır. Aynı şekilde temiz suyun bir kısmını ileride kullanmak üzere Mead Gölü’ne geri göndermek için yüksek teknolojili bir atık su arıtma işlemi kullanılmaktadır.
İnsanoğlu, artan nüfusa güvenli ve istikrarlı bir su temini sağlamak için bugün mevcut olan tüm hileleri kullanmaktadır. Bu nedenle henüz hayal etmediğimiz birkaç hileyi kullanmak zorunda da kalacaklardır. Bunlar kesinlikle yeni tuzdan arındırma teknolojilerini içerecektir. Ancak maliyetlerin faydalarından daha fazla olmaması için tuzdan arındırmaya katı, tutarlı standartlar ve uyumluluk eşlik etmelidir.
Temel Bulgular
Tuzdan arındırma, güvenli ve temiz bir içme suyu kaynağı sağlamak için deniz suyundan tuzun uzaklaştırılması işlemidir. Özellikle kuru kıyı bölgelerinde olmak üzere dünya çapında yaklaşık 300 milyon insanın su güvenliğine katkıda bulunmaktadır. Ayrıca dünya artan su güvensizliği ile karşı karşıya olduğundan dolayı, daha fazla tuzdan arındırma tesisi inşa edilmektedir. Bununla birlikte tuzdan arındırma, büyük bir enerji ayak izi ve deniz yaşamına zarar da dahil olmak üzere önemli çevresel etkilere sahiptir. Yeni teknolojiler deniz yaşamı üzerindeki etkiyi azaltmaktadır. Bu da enerji verimliliğini artırmakta ve yenilenebilmektedir. Enerjiyle çalışan tuzdan arındırma tesislerinin fosil yakıta dayalı tesislerle rekabet etmesine yardımcı olmaktadır.