تحلية مياه
خلفية تاريخية

ذكر الفيلسوف اليوناني أرسطو في كتابه «الآثار العلوية» أن: «الماء المالح يصبح حلوًا بعد تحوله إلى حالة البخار، ولا يعود مالحًا مرةً أخرى بعد تكاثفه»، ولاحظ أن وعاء الشمع الناعم يحتفظ بالمياه الصالحة للشرب بعد غمره في مياه البحر لفترة كافية، حيث يعمل كحاجز لترشيح الملح.
شهدت الصين في نفس الفترة إحدى عمليات تحلية مياه البحر. ذُكر في كتاب «كلاسيكية الجبال والبحار المائية في «حقبة الممالك المتحاربة» وفي «نظرية العام نفسه» في «عهد سلالة هان الحاكمة» أن الناس صنعوا من حصائر الخيزران المستخدمة في تبخير الأرز طبقةً خارجية رقيقة بعد الاستخدام لفترة طويلة. اتسم ذلك الغشاء الرقيق المتشكل بوظائف الامتصاص والتبادل الأيوني التي تمكنه من امتصاص الملح.
ظهرت أمثلة عديدة لتجارب تحلية المياه في العصور القديمة والعصور الوسطى، واتسع نطاق هذه التجارب في العصر الحديث. يمثل ليوناردو دا فينشي (فلورنسا، 1452) أحد الأمثلة الجيدة على هذه التجربة، فقد أدرك أنه يمكن صنع المياه المقطرة بتكلفة زهيدة وبكميات كبيرة من خلال تركيب جهاز التقطير مع موقد الطهي. استمر العمل على تحسينات التقطير خلال العصور الوسطى في أماكن أخرى من أوروبا الوسطى، مع أن تحلية المياه لم تكن مقصودة بالضرورة من هذه الأعمال.
رُكبت أول محطة رئيسية لتحلية المياه على الأرض في ظل ظروف طارئة على إحدى الجزر قبالة سواحل تونس في عام 1560. يُقال بأن الجيش التركي حاصر حامية عسكرية قوامها 700 جندي إسباني، وتمكن قائد الحامية أثناء الحصار من تصنيع جهازٍ لإنتاج 40 برميل من المياه العذبة يوميًا، لكن لم تصل إلينا أي تفاصيل عن ذلك الجهاز.
كانت تحلية المياه قبل الثورة الصناعية تمثل معضلة للسفن العابرة للمحيطات، حيث كانت تحتاج بخلاف ذلك إلى الاحتفاظ على متنها بإمدادات من المياه العذبة. أفاد السير ريتشارد هوكينز (1562-1622)، الذي قام برحلات واسعة في البحار الجنوبية، أنه كان يستطيع تزويد رجاله بالمياه العذبة عن طريق التقطير على متن السفينة. نشرت العديد من الشخصيات البارزة في أوائل القرن السابع عشر مثل فرانسيس بيكون و والتر رالي تقاريرًا عن تحلية المياه. تناولت هذه التقارير وغيرها، أول نزاع بشأن براءات الاختراع فيما يتعلق بأجهزة تحلية المياه. اُعتمدت أول برائتين للاختراع فيما يتعلق بتحلية المياه في عامي 1675 و 1683 (برائتا الاختراع رقم 184 ورقم 226، اللتان نشرهما ويليام والكوت وروبرت فيتزجيرالد (وآخرون)، على التوالي). لم يدخل أي من الاختراعين الخدمة مع ذلك بسبب صعوبات التوسع. لم تشهد عمليات تقطير مياه البحر أي تحسينات كبيرة على مدار 150 عامًا من منتصف القرن السابع عشر حتى عام 1800.
بيعت الفرقاطة بروتيكتور إلى الدنمارك في ثمانينيات القرن الثامن عشر (باسم السفينة هوسارين)، وخضعت للدراسة وسُجلت حالتها بالتفصيل. عمل توماس جيفرسون في الولايات المتحدة على فهرسة الأساليب الحرارية التي تعود إلى القرن السادس عشر، وخرج بنصائح عملية نُشرت لجميع السفن الأمريكية على الجانب الخلفي من تصاريح الإبحار.
شكّل عام 1800 تقريبًا نقطة البداية لتتغير الأمور بسبب اختراع المحرك البخاري وما يُسمى بعصر البخار. أحدثت معرفة الديناميكا الحرارية لعمليات البخار والحاجة إلى مصدر مياه نقية لاستخدامه في الغلايات تأثيرًا إيجابيًا فيما يتعلق بأنظمة التقطير. أدى تمدد الاستعمار الأوروبي كذلك إلى الحاجة إلى المياه العذبة في الأجزاء النائية من العالم، وتهيئة الأجواء المناسبة لتحلية المياه.
ظهرت إمكانيات هذه الأجهزة في تحلية المياه سريعا بالتزامن مع تطوير الأنظمة التي تستخدم البخار وتحسينها (أجهزة تبخير متعددة التأثيرات). حصل ألفونس رينيه لو مير دي نورماندي في عام 1852، على براءة اختراع بريطانية لوحدة تقطير مياه البحر ذات الأنبوب الرأسي، وانتشر استخدامها على متن السفن بفضل بساطة تصميمها وسهولة بنائها. غابت الوحدات الأرضية عن المشهد حتى النصف الأخير من القرن التاسع عشر. اشترى جيش الولايات المتحدة ثلاثة مبخرات نورماندي في ستينيات القرن التاسع عشر، حيث تصل سعة كل منها إلى 7000 جالون/يوم وقام بتركيبها على جزيرتي كي ويست ودراي تورتوغاس. أنشئت محطة أرضية أخرى في سواكن خلال ثمانينيات القرن التاسع عشر وقامت بتوفير المياه العذبة للقوات البريطانية هناك. تميزت المحطة بمقطرات ذات ستة تأثير بسعة 350 طن/يوم.
طُورت العديد من التقنيات في أعقاب الحرب العالمية الثانية مثل التقطير بالوميض متعدد التأثيرات والتقطير بالوميض متعدد المراحل. تشكل تقنية تحلية المياه بالتجميد والذوبان أحد أبرز الأمثلة اللافتة للانتباه. تعتمد تحلية المياه بالتجميد والذوبان (التحلية بالتبريد) على التخلص من المعادن المذابة من المياه المالحة عن طريق التبلور.
أُنشئ مكتب المياه المالحة التابع لوزارة الداخلية الأمريكية في عام 1955 وفقًا لقانون تحويل المياه المالحة لعام 1952. كان نقص المياه في كاليفورنيا والمناطق الداخلية الغربية للولايات المتحدة هو الدافع وراء إصدار القانون. خصصت وزارة الداخلية بعض الموارد مثل منح الأبحاث والموظفين الخبراء وبيانات براءات الاختراع وتوفير الأراضي لعمل التجارب وإحراز مزيد من التقدم.
أسفرت هذه الجهود عن إنشاء فوق 200 محطة تحلية كهربائية وتقطير حول العالم، وأبحاث التناضح العكسي، والتعاون الدولي (مثل عقد أول ندوة ومعرض دولي لتحلية المياه في عام 1965). شهد عام 1974 اندماج مكتب المياه المالحة في مكتب أبحاث موارد المياه.
شهد عام 1961 افتتاح أول محطة صناعية لتحلية المياه في الولايات المتحدة في فريبورت بولاية تكساس بعد عقد من الجفاف الإقليمي.
بدأت تقنية التناضح العكسي أواخر الستينيات وأوائل السبعينيات في إظهار نتائج واعدة لتحل محل وحدات التحلية الحرارية التقليدية. أجريت عدة أبحاث في جامعات كاليفورنيا، في شركة داو للكيماويات ودوبونت. تناولت العديد من الدراسات طرق تحسين أنظمة تحلية المياه. اُفتتحت أول محطة تناضح عكسي تجارية وهي محطة تحلية كوالينجا، بكاليفورنيا عام 1965 للمياه منخفضة الملوحة. صمّم الدكتور سيدني لوب، بالاشتراك مع طاقم جامعة كاليفورنيا في لوس أنجلوس، محطة تجريبية كبيرة لجمع البيانات حول التناضح العكسي، ونجح بما يكفي لتوفير المياه العذبة لسكان كوالينجا. شكّلت هذه مرحلة فارقة في تكنولوجيا تحلية المياه، وأثبت جدوى التناضح العكسي ومزاياه مقارنة بالتقنيات الحالية (الكفاءة، وعدم تغيير المرحلة، والتشغيل في درجة حرارة الغرفة، وقابلية التوسع، وسهولة توحيد المعيار). بدأ تشغيل أول محطة لتحلية مياه البحر بطريقة التناضح العكسي بعد سنوات قليلة في عام 1975.
شُغل أكثر من 2000 محطة بدايةً من عام 2000. أنشئت أكبر المحطات في السعودية وإسرائيل والإمارات وكانت السعودية صاحبة أكبر محطة بحجم 1,401,000 متر مكعب يوميًا (رأس الخير).
وصل عدد المحطات قيد التشغيل إلى 22,000 محطة اعتبارًا من عام 2021. ركّبت كتالونيا في عام 2024 محطة بحرية عائمة قرب ميناء برشلونة واشترت 12 وحدة تحلية متنقلة لشمال كوستا برافا لمكافحة الجفاف الشديد.
بلغ متوسط التكلفة 0.75 دولار للمتر المكعب في عام 2012. انخفضت التكلفة بحلول عام 2022، (قبل التضخم) إلى 0.41 دولار. نمت إمدادات تحلية المياه بمعدل مركب يفوق 10%، مع مضاعفة الوفرة كل سبع سنوات.