Kakšna je najnovejša razvojna smer razsoljevanja morske vode?

Nedavni trend, katerega namen je zmanjšati stroške proizvodnje sladke vode, je uporaba sistemov reverzne osmoze morske vode (SWRO), ki lahko povečajo skupno stopnjo obnovitve razsoljevanja s tipičnih 40-50 % na 55-60 %.

Na podlagi nedavnega celovitega testiranja sistemov z visoko rekuperacijo je bila poraba energije sistemov SWRO 2,1 kWh/m³in 2,9 kWh/m³pri slanosti morske vode 35,000 mg/L oziroma 43,000 mg/L.

Ta poraba energije je primerljiva s porabo tradicionalnih sistemov SWRO, ki uporabljajo tlačne izmenjevalnike za rekuperacijo morske vode, vendar je ključna razlika v tem, da je trajnostni razpon rekuperacije sistemov z visoko rekuperacijo 10-20 % višji.

Načrtovanje sistemov za zajemanje in predobdelavo vodnih naprav za višje stopnje predelave lahko znatno prihrani stroške kapitala in proizvodnje vode za nove vodne obrate ter lahko poveča proizvodno zmogljivost sladke vode obstoječih vodnih naprav z relativno nizkimi kapitalskimi naložbami.
 

Najnovejši trend v prizadevanju za zmanjšanje porabe energije za razsoljevanje in stroškov proizvodnje sladke vode je razvoj nanostrukturiranih (NST) membran za reverzno osmozo, ki imajo večjo učinkovitost pretoka vode kot obstoječi običajni membranski elementi.

NST membrane so v bistvu RO membrane, ki vsebujejo posamezne linearne nano kanale (cevke/delce), naključno vdelane v polimerno matriko membrane, lahko pa so v celoti izdelane iz gručastih nano kanalov (nanocevk).

Membranska tehnologija NST se je v zadnjih 10 letih hitro razvila in nedavno razvite membrane NST bodisi vključujejo anorganske nanodelce v običajnih membranah ali pa so izdelane iz visoko strukturiranih poroznih membran, sestavljenih iz gosto zapakiranih nizov nanocevk.

Poroča se, da imajo te NST membrane višjo specifično prepustnost kot običajne RO membrane pri skoraj enako visokih stopnjah zavrnitve.

Poleg tega imajo membrane NST primerljive ali nižje stopnje obraščanja kot običajne membrane in membrane RO, ki delujejo pod enakimi pogoji, in so lahko zasnovane tako, da povečajo selektivnost zadrževanja specifičnih ionov.

Krožno gospodarstvo je edina pot za trajnostno svetovno gospodarsko rast. Na primer, z uporabo modela krožnega gospodarstva se lahko slanica, proizvedena v obratih za razsoljevanje, uporabi kot vir mineralov visoke vrednosti, kot so kalcij, magnezij in natrijev klorid. Elemente redkih zemelj – vključno z litijem, stroncijem, torijem in rubidijem – je mogoče pridobiti tudi iz slanice.

V zadnjem času so svetovni pritiski trga redkih zemeljskih elementov postavili razpoložljivost in ponudbo redkih kovin v ospredje razprav o trajnostnem razvoju in raziskovalnih programov. Te kovine se uporabljajo za izdelavo ključnih komponent številnih izdelkov, vključno z letali, avtomobili, pametnimi telefoni in biomedicinskimi napravami.

Vse bolj se zaveda, da bosta razvoj in uvedba tehnologij čiste energije ter trajnostnih izdelkov, procesov in proizvodnje zahtevala velike količine redkih kovin in plemenitih elementov, vključno s kovinami platinske skupine, kot so litij, baker, kobalt, srebro in zlato.

Najnovejši tehnološki trendi kažejo, da magnezij nadomešča aluminij v avtomobilski, računalniški industriji in industriji mobilnih telefonov, saj je magnezij več kot 30 % lažji. Čeprav so na svetu omejeni viri magnezija, morska voda vsebuje veliko količino magnezija, ki ga je mogoče pridobiti tako, da ga koncentriramo v razsoljeni slanici in nato ekstrahiramo s selektivno adsorpcijo.
V zadnjih nekaj letih je industrija razsoljevanja razvila različne tehnologije koncentracije slanice in pridobivanja mineralov, da bi omogočila proizvodnjo komercialno vrednih izdelkov iz slanice.

Pridobivanje mineralov iz morske vode je okolju prijaznejše podjetje kot rudarjenje na kopnem.

Rudarstvo z morsko vodo ne zahteva sladke vode za predelavo in ne proizvaja velikih količin onesnažene vode ali odpadkov, ki bi jih bilo treba odstraniti.

Poleg tega lahko te nove tehnologije koncentracije slanice znatno zmanjšajo ali popolnoma odpravijo izpust slanice v ocean.

Ko se tehnologija virov slanice razvija, lahko prihodki od komercialnega pridobivanja mineralov visoke vrednosti (kot so magnezij, litij in čisti natrijev klorid) iz slanice nadomestijo stroške proizvodnje razsoljene vode in tako spremenijo razsoljeno vodo iz najdražjega trajnostnega vira oskrbo s sladko vodo do najcenejšega vira oskrbe s sladko vodo.
Pridobivanje virov slanice je lahko tudi ključ do rešitve izziva energetske trajnosti razsoljevanja. Naslednja generacija jedrskih elektrarn bo kot jedrsko gorivo uporabljala torij in rubidij namesto urana.

Male jedrske elektrarne z močjo med 10 in 50 megavati lahko zagotavljajo elektriko za velike in srednje velike obrate za razsoljevanje. Glavna prednost tega novega vira energije je, da je mogoče zadostne količine surovin pridobiti neposredno iz slanice obrata za razsoljevanje. Poleg tega, da jih je enostavno pridobiti iz slanice, je še ena prednost teh redkih zemeljskih elementov ta, da jih ni mogoče uporabiti za izdelavo jedrskega orožja, zaradi česar je slanica za razsoljevanje nova surovina za miroljubno uporabo atomske energije in prinaša večje koristi človeštvu.

Kemikalije, ki se uporabljajo za čiščenje membran z reverzno osmozo iz somornice in morske vode, so pogosto enake kemikalije, ki se uporabljajo v zobnih pastah, milih in komercialnih detergentih. Voda za povratno in membransko pranje se pogosto obdela, da se odstranijo trdne snovi ali drugi onesnaževalci, preden se doda razsoljenemu koncentratu za izpust. Najsodobnejši postopki razsoljevanja, ki se uporabljajo v sodobnih obratih za razsoljevanje, uporabljajo zelo malo kemikalij.

Vse kemikalije, dodane med različnimi postopki razsoljevanja, so primerne za hrano, biološko razgradljive in posebej pregledane, da niso strupene za vodne organizme. Izpusti iz naprav za razsoljevanje so tudi nestrupeni in neškodljivi za morsko življenje ter so zasnovani tako, da se hitro razgradijo, ne da bi povzročili trajne spremembe v okoliškem morskem ekosistemu.

V zadnjem času se je razsoljevanje preusmerilo k razsoljevanju brez kemikalij in pridobivanju dragocenih mineralov in redkih kovin iz koncentrata, pri čemer naj bi razsoljevanje postalo ena od okolju najbolj prijaznih in trajnostnih alternativ za oskrbo z vodo v tem stoletju.

V zadnjih petih letih so številne države z velikimi obrati za razsoljevanje, kot so Avstralija, Španija, Savdska Arabija in drugi deli Bližnjega vzhoda, začele izvajati celovite programe zelenega razsoljevanja, katerih cilj je zmanjšati količino in raznolikost kemikalij, ki se uporabljajo pri razsoljevanju. proizvodni proces. Ti načrti bodo izkoristili najnovejši napredek v tehnologiji razsoljevanja in raziskavah, da bi sčasoma vse obstoječe objekte spremenili v naprave za razsoljevanje brez kemikalij.

Obrati za razsoljevanje so v preteklosti uporabljali natrijev hipoklorit za kloriranje vhodne vode, da bi zavirali rast morskih organizmov v dovodnih ceveh in na membranah za reverzno osmozo.

Večina upravljavcev naprav za razsoljevanje je to prakso opustila pred skoraj desetletjem in zdaj uporablja kloriranje le enkrat ali dvakrat na mesec po 6 do 8 ur.

Poleg tega nekateri upravitelji obratov za razsoljevanje ne uporabljajo nobenih razkužil za dotekajočo morsko vodo, ker raje uporabljajo sistem predhodne obdelave obratov za razsoljevanje za nadzor biološkega obraščanja namesto kemikalij.

Železov klorid in železov sulfat sta trenutno najpogosteje uporabljena koagulanta za predobdelavo morske vode. V preteklosti so se te kemikalije dodajale s konstantno hitrostjo in v relativno visokih količinah.

Industrija razsoljevanja je sprejela samodejno spremljanje vsebnosti trdnih snovi v morski vodi in samodejno prilagaja doziranje koagulanta sorazmerno z dejansko vsebnostjo suspendiranih trdnih snovi v vodi.

Večina obratov po vsem svetu je v zadnjih 10 letih sprejela to strategijo delovanja in zmanjšala uporabo koagulantov na manj kot polovico tiste, ki je bila včasih.

Do pred desetletjem so številne naprave za razsoljevanje uporabljale kisline in flokulante za optimizacijo kemije čiščenja vode.

Danes najnaprednejše naprave za razsoljevanje in izkušeni inženirji ne uporabljajo več kislin in flokulantov za predobdelavo, ampak se zanašajo na optimizirane sisteme in postopke predobdelave za upravljanje kemije čiščenja vode.

Do leta 2010 so se v številnih obratih za razsoljevanje pogosto uporabljala sredstva proti nabiranju vodnega kamna in natrijev hidroksid, predvsem za preprečevanje nabiranja vodnega kamna, ki ga povzroči odstranitev bora iz razsoljene vode. Leta 2011 je Svetovna zdravstvena organizacija zvišala priporočeno mejo za bor v pitni vodi z 0,5 mg/L na 2,4 mg/L in od takrat večina obratov za razsoljevanje ni več dodajala natrijevega hidroksida in sredstev proti vodnemu kamnu.

Naslednji korak pri sprejemanju novih tehnologij, ki ne vsebujejo kemikalij in temeljijo na obnovljivi energiji, je naknadna obdelava razsoljene vode s kalcijem, ekstrahiranim iz slanice, namesto z uporabo komercialno dostopnih kalcijevih spojin, kot je apno.

Ločevanje soli od morske vode zahteva veliko količino energije za premagovanje naravnega osmotskega tlaka na membrani reverzne osmoze. Čeprav je ogljični odtis pri proizvodnji pitne vode iz razsoljene vode večji kot pri proizvodnji pitne vode iz tradicionalnih sladkovodnih virov, je nižji od drugih človeških dejavnosti, ki izboljšujejo kakovost življenja, kot so hlajenje hrane, ogrevanje kopalne vode, vožnja z osebnim avtomobilom ali letenje. v letalu.

Trenutno večina obratov za razsoljevanje uporablja fosilna goriva za proizvodnjo električne energije. Vendar pa je bilo več nedavnih projektov vetrne elektrarne v Avstraliji izvedenih v napravah za razsoljevanje SWRO, ki proizvedejo toliko električne energije, kot je porabijo naprave za razsoljevanje. Več držav Bližnjega vzhoda in Severne Afrike je prevzelo pobudo za razvoj močnega portfelja elektrarn na obnovljivo energijo za zagotavljanje električne energije za razsoljevanje.

Med raziskovanjem alternativ obnovljivih virov energije vodilni svetovni raziskovalni centri v ZDA, Savdski Arabiji in Evropi razvijajo novo generacijo naprav za rekuperacijo energije, visokotlačnih črpalk in membran, katerih namen je zmanjšati skupno porabo energije pri razsoljevanju na manj kot 2,45. kWh/m³in porabo energije pri razsoljevanju z reverzno osmozo na manj kot 1,8 kWh/m³. Ta napredek bo zmanjšal skupno porabo energije in ogljični odtis obratov za razsoljevanje za več kot 30 %.

Od uvedbe prvega tlačnega izmenjevalnika leta 2001 je ta prelomna tehnologija povečala učinkovitost pridobivanja energije pri razsoljevanju s 75 % na 96 %. Vendar pa še vedno obstaja možnost, da se obnovitev energije poveča na teoretični maksimum 99 %.