Odsoľovanie je výroba sladkej vody odsoľovaním morskej vody. Ide o open-source prírastkovú technológiu na realizáciu využívania vodných zdrojov. Môže zvýšiť celkové množstvo sladkej vody a nie je ovplyvnený časom, priestorom a klímou. Dokáže zabezpečiť stabilné zásobovanie pitnou vodou pre obyvateľov pobrežia a dopĺňanie vody do priemyselných kotlov.
Proces získavania sladkej vody z morskej vody sa nazýva odsoľovanie. Používané metódy odsoľovania zahŕňajú zmrazovanie morskej vody, elektrodialýzu, destiláciu, reverznú osmózu a iónovú výmenu uhličitanu amónneho. Aplikácia membrány s reverznou osmózou a destilácia je hlavným prúdom na trhu.
Viac ako 100 vedecko-výskumných inštitúcií vo viac ako desiatke krajín sveta vykonáva výskum odsoľovania a v prevádzke sú stovky odsoľovacích zariadení s rôznymi štruktúrami a kapacitami. Moderné veľké odsoľovacie zariadenie dokáže denne vyprodukovať tisíce, desaťtisíce alebo dokonca takmer milión ton sladkej vody. Cena vody sa neustále znižuje a niektoré krajiny ju znížili na podobnú cenu ako voda z vodovodu. Množstvo odsolenej vody v niektorých oblastiach dosiahlo úroveň zásobovania vodou v krajinách a mestách.
Bežné metódy
Vo svete existuje viac ako 20 technológií odsoľovania morskej vody, vrátane reverznej osmózy, nízkoefektívneho, viacstupňového bleskového odparovania, elektrodialýzy, parnej destilácie, odparovania rosného bodu, kogenerácie vodnej energie, tepelnej membránovej kogenerácie a technológie odsoľovania morskej vody pomocou jadrovej energie. slnečná energia, veterná energia, prílivová energia atď., ako aj viaceré procesy predúpravy a následné úpravy, ako je mikrofiltrácia, ultrafiltrácia a nanofiltrácia.
Zo širokého klasifikačného hľadiska sa delí najmä na dve kategórie: destilačná (tepelná metóda) a membránová metóda. Medzi nimi sú hlavnými technológiami na svete destilácia s nízkymi účinkami, viacstupňové bleskové odparovanie a metóda reverznej osmózy. Všeobecne povedané, nízky multi-efekt má výhody úspory energie, nízkych požiadaviek na predúpravu morskej vody a vysokej kvality odsolenej vody; membránová metóda reverznej osmózy má výhody nízkych investícií a nízkej spotreby energie, ale vysokých požiadaviek na predúpravu morskej vody; viacstupňová metóda bleskového odparovania má výhody vyspelej technológie, spoľahlivej prevádzky a veľkého výkonu zariadenia, ale vysokej spotreby energie. Všeobecne sa verí, že destilácia s nízkymi účinkami a membránová metóda s reverznou osmózou sú budúcim smerom. Odhaduje sa, že počas obdobia 12. päťročného plánu dosiahne odsoľovanie morskej vody v mojej krajine 1,5 milióna až 2 milióny ton denne, čo je troj- alebo štvornásobok súčasnej výrobnej kapacity, a rozsah investícií dosiahne približne 20 miliárd juanov.
Princíp metódy odsoľovania zamrznutej morskej vody: Trojitý bod morskej vody je špeciálny bod, v ktorom tri fázy morskej vody para, kvapalina a tuhá látka koexistujú a dosahujú rovnováhu. Ak sa tlak alebo teplota odchýli od trojitého bodu, rovnováha sa zničí a tri fázy budú automaticky smerovať k jednej alebo dvom fázam. Metóda vákuového mrazenia odsoľovania morskej vody je nízkonákladová metóda odsoľovania, ktorá využíva princíp trojitého bodu morskej vody, ako chladivo sa používa samotná voda, morská voda sa odparuje a zároveň zmrazuje a potom sa oddeľujú a premývajú ľadové kryštály, aby sa získali odsoľované voda. V porovnaní s destiláciou a membránovým odsoľovaním má odsoľovanie mrazenou morskou vodou nízku spotrebu energie, ľahkú koróziu a tvorbu vodného kameňa, jednoduchú predúpravu, malé investície do zariadenia a dokáže spracovať morskú vodu s vysokým obsahom soli. Je to ideálny spôsob odsoľovania morskej vody.
Metóda mrazenia
Metóda zmrazovania, to znamená zmrazenie morskej vody, aby sa zmrazila, a soľ sa oddelí, zatiaľ čo tekutá morská voda sa stane pevným ľadom. Spôsob zmrazovania aj destilačný spôsob majú nevýhody, ktoré je ťažké prekonať. Metóda destilácie spotrebuje veľa energie a produkuje veľa vodného kameňa v prístroji, ale získaná sladká voda nie je veľa; aj metóda zmrazovania spotrebuje veľa energie, ale získaná čerstvá voda chutí zle a ťažko sa používa.
Predchladenie procesu odsoľovania zamrznutej morskej vody Po odplynení si môže morská voda vymieňať teplo s koncentrovanou soľankou a odsolenou vodou vypúšťanou z odparovacieho kryštalizátora a predchladiť sa na teplotu blízku bodu mrazu morskej vody. Odplynenie procesu odsoľovania zamrznutej morskej vody Pretože nekondenzovateľné plyny rozpustené v morskej vode sa za podmienok nízkeho tlaku takmer úplne uvoľnia a nebudú kondenzovať v kondenzátore. Tým sa zvýši tlak v systéme, čím sa tlak v odparovacom kryštalizátore zvýši ako dvojfázový bodový tlak, čím sa zničí prevádzka. Pre tento systém je samozrejme vhodná metóda dekompresného odplyňovania.
Destilačná metóda
Odsoľovanie je hlavným faktorom ovplyvňujúcim rýchlosť vyparovania a zamŕzania morskej vody.
Ľadovo-slaná voda v procese odsoľovania morskej vody je systém tuhá látka-kvapalina. Bežné separačné metódy dokážu oddeliť ľadovú vodu od soli, ale rôzne separačné metódy budú mať za následok rozdielny obsah soli v získaných kryštáloch ľadu. Experimentálne výsledky ukazujú, že obsah soli v kryštáloch ľadu získaných metódou vákuovej filtrácie je oveľa nižší ako v kryštáloch ľadu získaných metódou filtrácie za normálneho tlaku.
Kondenzácia pary v procese odsoľovania V odparovacom kryštalizátore sa okrem vyzrážania ľadových kryštálikov z morskej vody bude produkovať aj veľké množstvo pary. Táto para sa musí včas odstrániť, aby sa morská voda mohla neustále vyparovať a mrznúť.
Reverzná osmóza
Bežne známa ako ultrafiltrácia, ide o membránovú separačnú odsoľovaciu metódu, ktorá bola prijatá až v roku 1953. Táto metóda využíva semipermeabilnú membránu, ktorá umožňuje prechádzať iba rozpúšťadlám, ale nie rozpusteným látkam, aby oddeľovala morskú vodu od sladkej. Za normálnych okolností sladká voda difunduje cez polopriepustnú membránu na stranu s morskou vodou, čím postupne zvyšuje hladinu kvapaliny na strane s morskou vodou, až kým sa nezastaví v určitej výške. Tento proces sa nazýva osmóza. V tomto čase sa statický tlak vodného stĺpca na strane morskej vody nazýva osmotický tlak.
Ak sa na stranu s morskou vodou aplikuje vonkajší tlak väčší ako osmotický tlak morskej vody, čistá voda v morskej vode zvráti osmózu do sladkej vody. Najväčšou výhodou reverznej osmózy je úspora energie. Jeho spotreba energie je len 1/2 spotreby energie pri elektrodialýze a 1/40 spotreby energie pri destilácii. Preto od roku 1974 rozvinuté krajiny ako Spojené štáty a Japonsko postupne presunuli svoje zameranie vývoja na reverznú osmózu.
Technológia odsoľovania morskej vody reverznou osmózou sa rýchlo rozvíjala a náklady na projekt a prevádzkové náklady naďalej klesali. Hlavnými vývojovými trendmi sú zníženie prevádzkového tlaku membrán reverznej osmózy, zlepšenie rýchlosti regenerácie systémov reverznej osmózy, lacná a efektívna technológia predúpravy a zvýšenie schopnosti systému zabrániť znečisteniu.
Metóda solárnej energie
Ľudia používali slnečnú energiu na odsoľovanie morskej vody v prvých dňoch, hlavne využívali slnečnú energiu na destiláciu, takže skoré solárne odsoľovacie zariadenia sa všeobecne nazývali solárne destilátory. Príkladom pasívneho solárneho destilačného systému je kotúčový solárny destilátor, ktorý sa používa už takmer 150 rokov. Vďaka svojej jednoduchej štruktúre a pohodlnému získavaniu materiálu je stále široko používaný.
Výskum kotúčového solárneho destilátora sa zameriava najmä na výber materiálov, zlepšenie rôznych tepelných vlastností a jeho využitie v spojení s rôznymi solárnymi kolektormi. V porovnaní s tradičnými zdrojmi energie a tepelnými zdrojmi má solárna energia výhody bezpečnosti a ochrany životného prostredia. Kombinácia zberu solárnej energie s procesom odsoľovania je trvalo udržateľnou technológiou odsoľovania.
Technológia solárneho odsoľovania postupne pritiahla pozornosť ľudí vďaka svojim výhodám, že nespotrebováva konvenčnú energiu, žiadne znečistenie a vysokú čistotu sladkej vody. Metóda solárnej destilácie využíva jednoduchý solárny destilátor. Destilátor pozostáva z nádrže na vodu s plávajúcim otvorom v jadre s čiernym pórovitým plsteným jadrom v nádrži na vodu. Horná časť nádrže je pokrytá priehľadným skleneným krytom s utesneným okrajom. Slnečné svetlo prechádza cez priehľadný kryt a premieta sa na čierne izolované dno zásobníka, kde sa mení na tepelnú energiu. Preto je povrchová teplota vody v plastovom jadre vždy vyššia ako teplota na dne priehľadnej krycej vrstvy. Voda sa odparuje z plsteného jadra a para difunduje do krycej vrstvy, aby sa ochladila na kvapalinu a je vypúšťaná do nepriehľadnej destilačnej nádrže.
Nízkoteplotná destilácia
Nízkoteplotná viacúčinná technológia odsoľovania morskej vody sa vzťahuje na technológiu destilačného odsoľovania s najvyššou teplotou odparovania soľanky pod 70 stupňov. Jeho charakteristikou je, že séria horizontálnych rúrkových odparovačov s padajúcim filmom je zapojených do série, určité množstvo pary sa privádza do prvého efektu a teplota vyparovania ďalšieho efektu je nižšia ako teplota predchádzajúceho efektu. Potom sa viacnásobným odparovaním a kondenzáciou získa proces odsoľovania destilovanej vody s niekoľkonásobným množstvom pary.
Viacúčelové odparovanie spočíva v odparovaní ohriatej morskej vody vo viacerých výparníkoch zapojených do série a para odparená z predchádzajúceho výparníka sa používa ako zdroj tepla nasledujúceho výparníka a kondenzuje na sladkú vodu. Spomedzi nich je nízkoteplotná viacúčinná destilácia jednou z energeticky najšetrnejších metód destilácie. V dôsledku faktora úspory energie sa technológia nízkoteplotnej viacúčinnej destilácie rýchlo vyvinula, rozsah zariadenia sa rozšíril a náklady sa znížili. Hlavným vývojovým trendom je zvýšenie teploty prvého účinku a kapacity výroby vody v zariadení; používať lacné materiály na zníženie technických nákladov, zvýšenie prevádzkových teplôt a zlepšenie účinnosti prenosu tepla. Nízkoteplotné multifunkčné destilačné zariadenie na odsoľovanie morskej vody zahŕňa systém prívodu pary, systém distribúcie vody, výparník, nádrž čerstvej vody a nádrž koncentrovanej vody, pričom vstup surovej pary systému prívodu pary je umiestnený na medziľahlom zariadení. efektový výparník. Pracovná metóda je nasledovná: (1) systém distribúcie vody rozprašuje morskú vodu; (2) surová para sa privádza do odparovacej rúrky medzistupňového odparovača; (3) para kondenzuje v odparovacej trubici a prenáša teplo a vonkajšia strana odparovacej trubice absorbuje teplo, aby došlo k odparovaniu; (4) nová para sa dopravuje do odparovacích rúrok na oboch ich stranách. Vonkajšia strana trubice absorbuje teplo a vytvára odparovanie; (6) každý efektový výparník opakuje proces vyparovania a kondenzácie; (7) destilovaná voda vstupuje do nádrže na čerstvú vodu; (8) koncentrovaná soľanka vstupuje do nádrže na koncentrovanú vodu.
Viacstupňové bleskové odparovanie
Bleskové vyparovanie označuje jav, že časť morskej vody sa pri určitej teplote rýchlo vyparí pod podmienkou náhleho poklesu tlaku. Viacstupňové bleskové odparovanie morskej vody odsoľovanie má za úlohu vyparovať ohriatu morskú vodu vo viacerých bleskových komorách s postupne klesajúcim tlakom a kondenzovať paru na získanie sladkej vody. Globálne zariadenie na odsoľovanie morskej vody má stále najväčší výkon a najvyspelejšiu technológiu, vysokú prevádzkovú bezpečnosť a flexibilitu s viacstupňovou metódou bleskového odparovania. Stavia sa hlavne v spojení s tepelnými elektrárňami a je vhodný pre veľké a superveľké odsoľovacie zariadenia. Používa sa hlavne v krajinách Perzského zálivu. Technológia viacstupňového bleskového odparovania je vyspelá a spoľahlivá v prevádzke. Hlavným vývojovým trendom je zlepšenie kapacity výroby vody jednej jednotky zariadenia, zníženie spotreby energie jednotky a zlepšenie účinnosti prenosu tepla.
Metóda elektrodialýzy
Technickým kľúčom tejto metódy je vývoj novej iónomeničovej membrány. Iónomeničová membrána je funkčná membrána s hrúbkou {{0}}.5-1.0 mm, ktorá sa delí na pozitívnu iónomeničovú membránu (katiónová membrána) a negatívnu iónomeničovú membránu (aniónová membrána) podľa jeho selektívnej priepustnosti. Elektrodialýza má striedavo usporiadať selektívne priepustnú katiónovú membránu a aniónovú membránu tak, aby vytvorili viacero nezávislých oddelení, kde sa morská voda odsoľuje, zatiaľ čo priľahlé oddelenia sú koncentrované a sladká voda a koncentrovaná voda sú oddelené. Elektrodialýza môže nielen odsoľovať morskú vodu, ale môže sa použiť aj ako prostriedok na úpravu kvality vody, aby sa prispelo k opätovnému využitiu odpadových vôd. Okrem toho sa táto metóda stále viac využíva aj pri koncentrácii, separácii a čistení v chemickom, farmaceutickom, potravinárskom a inom priemysle.
Parná destilácia
Destilačná metóda je metóda ohrevu morskej vody, aby sa uvarila a odparila, a potom kondenzácia pary na sladkú vodu. Destilačná metóda technológie odsoľovania morskej vody je najskoršou technológiou odsoľovania zavedenou do priemyselnej aplikácie. Vyznačuje sa tým, že je použiteľný aj v silne znečistenom a vysoko biologicky aktívnom prostredí s morskou vodou a vyrábaná voda má vysokú čistotu. V porovnaní s membránovou technológiou odsoľovania morskej vody má metóda destilácie výhody v tom, že je schopná využívať nízkokvalitné teplo z elektrární a iných tovární, má nízke požiadavky na kvalitu surovej morskej vody a má veľkú výrobnú kapacitu zariadenia. V súčasnosti je to jedna z hlavných technológií na odsoľovanie morskej vody.
Odparovanie rosného bodu
Technológia odsoľovania pomocou odparovania rosného bodu je nová metóda na odsoľovanie brakickej vody a morskej vody. Je založený na princípe zvlhčovania a odvlhčovania nosného plynu, pri spätnom získavaní kondenzačného a odvlhčovacieho tepla a účinnosť prenosu tepla je riadená prenosom tepla na strane zmiešaného plynu. Technológia odsoľovania pomocou odparovania rosného bodu využíva vzduch ako nosič a vyrába sladkú vodu jej zvlhčovaním a odvlhčovaním morskou vodou alebo brakickou vodou a spája proces odvlhčovania s procesom zvlhčovania prenosom tepla, takže latentné kondenzačné teplo sa prenáša priamo do odparovacej komory, ktorá poskytuje latentné teplo vyparovania na odparovanie slanej vody, aby sa zlepšila tepelná účinnosť procesu. Boli zriadené dve vlhčiace/odvlhčovacie spojené zariadenia na odsoľovanie rosného bodu s odparovaním s účinnými teplovýmennými plochami 9,6 m2 a 2,75 m2. Zodpovedajúce experimentálne vybavenie a počítačový systém zberu údajov boli vytvorené. Úspešne boli ukončené základný proces a experiment korelácie parametrov odsoľovania odparovaním z rosného bodu a experiment so zvýšeným prenosom tepla/prestupom hmoty.
Vákuové mrazenie
Proces odsoľovania morskej vody vákuovým mrazením zahŕňa odplyňovanie, predchladenie, kryštalizáciu odparovaním, umývanie ľadových kryštálov, kondenzáciu pary a ďalšie kroky. Produkty z odsolenej morskej vody môžu spĺňať národné normy pre pitnú vodu a sú ideálnou metódou odsoľovania morskej vody.
Nová adsorpčná metóda-Beztlaková osmotická adsorpcia
Adsorpčné osmotické odsoľovanie bez tlaku alebo "dopredná osmóza" umožňuje vode prejsť cez poréznu membránu do roztoku alebo pevnej látky so superabsorbentom. Koncentrácia soli je ešte vyššia ako v morskej vode, ale špeciálne soli v roztoku sa ľahko odparujú. Je rozdelená na smery pevnej soli a tekutej soli. Desorpcia pevnej soli spotrebuje menej energie.
Ďalšie dve metódy majú inovácie a vylepšenia štruktúry filmu:
Film z uhlíkových nanorúrok je film s malými otvormi vyrobený z uhlíkových nanorúrok a ďalší film na prestup.
Proteínová membrána je film s pórmi vyrobenými z bielkovín, ktoré vedú molekuly vody cez bunkovú membránu živých buniek.