Nagy visszanyerésű tengervíz fordított ozmózis rendszerek
Az édesvíztermelés költségeinek csökkentését célzó közelmúltbeli trend a tengervíz fordított ozmózisos (SWRO) rendszerek használata, amelyek a sótalanítás általános visszanyerési arányát a tipikus 40-50%-ról 55-60%-ra növelhetik.
A nagy hasznosítású rendszerek közelmúltbeli átfogó tesztelése alapján az SWRO rendszerek energiafogyasztása 2,1 kWh/m volt3és 2,9 kWh/m335,000 mg/L és 43,000 mg/l tengervíz sótartalom mellett.
Ez az energiafogyasztás összehasonlítható a hagyományos SWRO-rendszerekkel, amelyek nyomáscserélőt használnak a tengervíz visszanyerésére, de a legfontosabb különbség az, hogy a nagy hasznosítású rendszerek fenntartható visszanyerési tartománya 10-20%-kal magasabb.
A nagyobb visszanyerési arányú vízelvezető és előkezelő rendszerek tervezése jelentős tőke- és víztermelési költséget takaríthat meg az új vízitelepeknél, illetve viszonylag alacsony tőkebefektetéssel növelheti a meglévő vízitelepek édesvíztermelő kapacitását.
Fejlett membrántechnológia és anyagok
A sótalanítási energiafogyasztás és az édesvíz-előállítás költségeinek csökkentésére irányuló törekvések legújabb trendje a nanostrukturált (NST) fordított ozmózisos membránok kifejlesztése, amelyek nagyobb vízáteresztési hatásfokkal rendelkeznek, mint a meglévő hagyományos membránelemek.
Az NST membránok lényegében olyan RO membránok, amelyek egyedi lineáris nanoméretű csatornákat (csöveket/részecskéket) tartalmaznak véletlenszerűen a membrán polimer mátrixába ágyazva, vagy készülhetnek teljes egészében klaszterezett nanoméretű csatornákból (nanocsövekből).
Az NST membrántechnológia gyorsan fejlődött az elmúlt 10 évben, és a közelmúltban kifejlesztett NST membránok vagy szervetlen nanorészecskéket tartalmaznak a hagyományos membránokban, vagy erősen strukturált porózus membránokból készülnek, amelyek sűrűn csomagolt nanocsőtömbökből állnak.
A jelentések szerint ezek az NST membránok magasabb fajlagos permeabilitással rendelkeznek, mint a hagyományos RO membránok, majdnem ugyanolyan magas kilökődési arány mellett.
Ezenkívül az NST membránok hasonló vagy alacsonyabb eltömődési sebességgel rendelkeznek, mint az azonos körülmények között működő hagyományos és RO membránok, és úgy tervezhetők, hogy fokozzák a specifikus ionok retenciós szelektivitását.
Sóoldat erőforrások felhasználása
A körkörös gazdaság az egyetlen módja a fenntartható globális gazdasági növekedésnek. Például a körkörös gazdaság modelljét alkalmazva a sótalanító üzemekben előállított sóoldat felhasználható nagy értékű ásványi anyagok, például kalcium, magnézium és nátrium-klorid forrásaként. A ritkaföldfémek - köztük a lítium, a stroncium, a tórium és a rubídium - sóoldatból is kinyerhetők.
A közelmúltban a ritkaföldfémek globális piaci nyomása a ritkafémek elérhetőségét és kínálatát a fenntartható fejlődésről szóló viták és kutatási napirendek előterébe állította. Ezeket a fémeket számos termék kulcsfontosságú alkatrészeinek gyártására használják, beleértve a repülőgépeket, autókat, okostelefonokat és orvosbiológiai eszközöket.
Egyre nagyobb a felismerés, hogy a tiszta energiatechnológiák, valamint a fenntartható termékek, eljárások és gyártás fejlesztése és alkalmazása nagy mennyiségű ritka fémet és nemeselemet igényel, beleértve a platinacsoportba tartozó fémeket, mint például a lítium, réz, kobalt, ezüst és arany.
A legújabb technológiai trendek azt mutatják, hogy a magnézium felváltja az alumíniumot az autóiparban, a számítógép- és mobiltelefon-iparban, mivel a magnézium több mint 30%-kal könnyebb. Bár a világon korlátozottak a magnéziumforrások, a tengervíz nagy mennyiségű magnéziumot tartalmaz, amelyet sótalanított sóoldatban történő koncentrálással, majd szelektív adszorpcióval extrahálva nyerhetünk vissza.
Az elmúlt néhány évben a sótalanító ipar számos sóoldat-koncentrációs és ásványkinyerési technológiát fejlesztett ki, hogy lehetővé tegye a kereskedelmileg értékes termékek sóoldatból történő előállítását.
Az ásványok tengervízből való kinyerése környezetbarátabb vállalkozás, mint a szárazföldi bányászat.
A tengervízbányászat nem igényel édesvizet a feldolgozáshoz, és nem termel nagy mennyiségű szennyezett vizet vagy hulladékot, amelyet ártalmatlanítani kell.
Ezenkívül ezek az új sóoldat-koncentrációs technológiák jelentősen csökkenthetik vagy teljesen megszüntethetik a sóoldat óceánba való kibocsátását.
A sóoldat-technológia fejlődésével a nagy értékű ásványok (például magnézium, lítium és tiszta nátrium-klorid) sóoldatból történő kereskedelmi kitermeléséből származó bevételek ellensúlyozhatják a sótalan víz előállításának költségeit, ezáltal a sótalanított vizet a legköltségesebb fenntartható forrásból alakítják át. édesvízellátás a legalacsonyabb költségű édesvíz-ellátási forráshoz.
A sóoldat-források visszanyerése szintén kulcsa lehet a sótalanítás energiafenntarthatósági kihívásának megoldásának. Az atomerőművek következő generációja urán helyett tóriumot és rubídiumot használ majd nukleáris üzemanyagként.
A 10 és 50 megawatt közötti teljesítményű kis atomerőművek biztosíthatják a nagy és közepes méretű sótalanító üzemek áramellátását. Ennek az új energiaforrásnak a fő előnye, hogy elegendő mennyiségű nyersanyag nyerhető ki közvetlenül a sótalanító üzem sós vizéből. Amellett, hogy könnyen kinyerhetők a sóoldatból, e ritkaföldfém elemek másik előnye, hogy nem használhatók fel nukleáris fegyverek előállítására, így a sótalanító sóoldat új nyersanyaggá válik az atomenergia békés célú felhasználásához, és nagyobb hasznot hoz az emberiség számára.
Vegyszermentes sótalanítás
A sós és tengervíz fordított ozmózisú membránok tisztítására használt vegyszerek gyakran ugyanazok, mint a fogkrémekben, szappanokban és kereskedelmi mosószerekben. A visszamosó és membránmosó vizet gyakran kezelik a szilárd anyagok vagy egyéb szennyeződések eltávolítására, mielőtt a sótalanított koncentrátumhoz adnák. A modern sótalanító üzemekben alkalmazott legmodernebb sótalanítási eljárások nagyon korlátozott mennyiségű vegyszert használnak.
A különféle sótalanítási kezelési folyamatok során hozzáadott összes vegyszer élelmiszer-minőségű, biológiailag lebomlik, és kifejezetten átvizsgálva, hogy ne legyen mérgező a vízi élővilágra. A sótalanító üzemek kibocsátása szintén nem mérgező és ártalmatlan a tengeri élőlényekre, és úgy tervezték, hogy gyorsan lebomlanak anélkül, hogy a környező tengeri ökoszisztémában állandó változásokat okoznának.
A közelmúltban a sótalanítás a vegyszermentes sótalanítás és az értékes ásványok és ritka fémek koncentrátumból történő kinyerése felé tolódott el, és a sótalanítás várhatóan az évszázad egyik legkörnyezetbarátabb és legfenntarthatóbb vízellátási alternatívájává válik.
Az elmúlt öt évben számos nagy sótalanító üzemtel rendelkező ország, mint például Ausztrália, Spanyolország, Szaúd-Arábia és a Közel-Kelet más részein átfogó zöld sótalanítási programokat kezdett végrehajtani, amelyek célja a sótalanításhoz használt vegyszerek mennyiségének és sokféleségének csökkentése. gyártási folyamat. Ezek a tervek kihasználják a sótalanítási technológia és a kutatás legújabb vívmányait, hogy végül az összes meglévő létesítményt vegyszermentes sótalanító üzemekké alakítsák át.
A sótalanító üzemek hagyományosan nátrium-hipokloritot használnak a bejövő víz klórozására, hogy megakadályozzák a tengeri élőlények növekedését a beömlőcsövekben és a fordított ozmózisú membránokon.
A legtöbb sótalanító üzem üzemeltetője közel egy évtizede felhagyott ezzel a gyakorlattal, és ma már csak havonta egyszer vagy kétszer alkalmaznak klórozást 6-8 órán keresztül.
Ezenkívül egyes sótalanító üzemek vezetői nem használnak fertőtlenítőszert a beáramló tengervízre, mert szívesebben használják a sótalanító üzem előkezelő rendszerét a biológiai szennyeződés ellenőrzésére, nem pedig a vegyszerekre.
A tengervíz előkezelésére jelenleg a vas-klorid és a vas-szulfát a leggyakrabban használt koaguláns. Korábban ezeket a vegyszereket állandó sebességgel és viszonylag nagy mennyiségben adták hozzá.
A sótalanító ipar bevezette a tengervíz szilárdanyag-tartalmának automatikus ellenőrzését, és automatikusan beállítja a koaguláns adagolását a víz tényleges lebegőanyag-tartalmával arányosan.
A világ legtöbb üzeme ezt a működési stratégiát alkalmazta az elmúlt 10 évben, így a koagulánsok felhasználása a korábbi szint felére csökkent.
Egy évtizedig sok sótalanító üzem használt savakat és flokkulálószereket a vízkezelési kémia optimalizálására.
Manapság a legtöbb fejlett sótalanító üzem és tapasztalt mérnökök már nem használnak savakat és pelyhesítőszereket az előkezeléshez, hanem optimalizált előkezelő rendszerekre és műveletekre hagyatkoznak a vízkezelési kémia kezelésében.
2010-ig a vízkőoldó szereket és a nátrium-hidroxidot gyakran használták sok sótalanító üzemben, főként a sótalanított vízből a bór eltávolítása által okozott vízkőképződés megelőzésére. 2011-ben az Egészségügyi Világszervezet 0,5 mg/l-ről 2,4 mg/l-re emelte az ivóvízben található bór határértékét, és azóta a legtöbb sótalanító üzem leállította a nátrium-hidroxid és vízkőoldó anyagok hozzáadását.
A vegyszermentes és megújuló energián alapuló új technológiák bevezetésének következő lépése a sótalanított víz utókezelése sóoldatból kivont kalciummal, nem pedig kereskedelemben kapható kalciumvegyületek, például mész felhasználásával.
Az energetikai akadályok lebontása
A só leválasztása a tengervíztől nagy mennyiségű energiát igényel a fordított ozmózis membránján természetesen előforduló ozmotikus nyomás leküzdéséhez. Bár a sótalan vízből történő ivóvíz előállításának szénlábnyoma nagyobb, mint a hagyományos édesvízforrásokból származó ivóvíz előállításának, alacsonyabb, mint más, az életminőséget javító emberi tevékenységeknél, mint például az élelmiszerek hűtése, a fürdővíz melegítése, az autóvezetés vagy a repülés. egy repülőgépben.
Jelenleg a legtöbb sótalanító üzem fosszilis tüzelőanyagot használ villamos energia előállítására. Ausztráliában azonban számos szélenergia-projektet hajtottak végre az SWRO sótalanító üzemeiben, amelyek annyi áramot termelnek, amennyit a sótalanító üzemek felhasználnak. Számos közel-keleti és észak-afrikai ország kezdeményezte a megújuló energiát hasznosító erőművek erős portfóliójának kidolgozását, amelyek a sótalanításhoz szükséges villamos energiát biztosítják.
A megújuló energiaforrások alternatíváinak kutatása közben a világ vezető kutatóközpontjai az Egyesült Államokban, Szaúd-Arábiában és Európában új generációs energiavisszanyerő eszközöket, nagynyomású szivattyúkat és membránokat fejlesztenek ki, amelyek célja a sótalanítás teljes energiafogyasztásának 2,45 alá csökkentése. kWh/m3és a fordított ozmózisos sótalanítás energiaigénye 1,8 kWh/m alá3. Ezek a fejlesztések több mint 30%-kal csökkentik a sótalanító üzemek teljes energiafogyasztását és szénlábnyomát.
Az első nyomáscserélő 2001-es bevezetése óta ez a zavaró technológia a sótalanítási energia visszanyerésének hatékonyságát 75%-ról 96%-ra növelte. Azonban még mindig van lehetőség az energia-visszanyerés növelésére az elméleti maximum 99%-ra.
