Aký je najnovší smer vývoja odsoľovania morskej vody?

Nedávnym trendom zameraným na zníženie nákladov na výrobu sladkej vody je používanie systémov reverznej osmózy s morskou vodou (SWRO), ktoré môžu zvýšiť celkovú mieru regenerácie odsoľovania z typických 40-50 % na 55-60 %.

Na základe nedávneho komplexného testovania systémov s vysokou rekuperáciou bola spotreba energie systémov SWRO 2,1 kWh/m³a 2,9 kWh/m³pri slanosti morskej vody 35,000 mg/l a 43,000 mg/l.

Táto spotreba energie je porovnateľná so spotrebou tradičných systémov SWRO, ktoré využívajú na regeneráciu morskej vody tlakové výmenníky, ale kľúčový rozdiel je v tom, že rozsah udržateľnej obnovy systémov s vysokou regeneráciou je o 10-20 % vyšší.

Navrhovanie systémov na nasávanie a predúpravu vody pre vyššiu mieru regenerácie môže ušetriť značné kapitálové náklady a náklady na výrobu vody pre nové vodné elektrárne a môže zvýšiť kapacitu výroby sladkej vody existujúcich vodární s relatívne nízkymi kapitálovými investíciami.
 

Najnovším trendom v snahe znížiť spotrebu energie na odsoľovanie a náklady na výrobu sladkej vody je vývoj nanoštruktúrovaných (NST) membrán s reverznou osmózou, ktoré majú vyššiu účinnosť prepúšťania vody ako existujúce konvenčné membránové prvky.

Membrány NST sú v podstate RO membrány, ktoré obsahujú jednotlivé lineárne kanály s nano-veľkosťou (rúrky/častice) náhodne vložené do polymérnej matrice membrány, alebo môžu byť úplne vyrobené zo zoskupených kanálov s nano-veľkosťou (nanorúrky).

Membránová technológia NST sa za posledných 10 rokov rýchlo vyvinula a nedávno vyvinuté membrány NST buď obsahujú anorganické nanočastice v konvenčných membránach, alebo sú vyrobené z vysoko štruktúrovaných poréznych membrán pozostávajúcich z husto zabalených polí nanorúriek.

Uvádza sa, že tieto membrány NST majú vyššiu špecifickú permeabilitu ako konvenčné membrány RO pri takmer rovnako vysokých rýchlostiach odmietnutia.

Okrem toho majú membrány NST porovnateľné alebo nižšie rýchlosti zanášania ako konvenčné a RO membrány pracujúce za rovnakých podmienok a môžu byť navrhnuté tak, aby zvýšili retenčnú selektivitu špecifických iónov.

Obehové hospodárstvo je jedinou cestou k udržateľnému globálnemu hospodárskemu rastu. Napríklad pri použití modelu obehového hospodárstva sa soľanka vyrobená v odsoľovacích zariadeniach môže použiť ako zdroj vysokohodnotných minerálov, ako je vápnik, horčík a chlorid sodný. Prvky vzácnych zemín – vrátane lítia, stroncia, tória a rubídia – možno extrahovať aj zo soľanky.

Globálne tlaky na trhu s prvkami vzácnych zemín nedávno priniesli dostupnosť a ponuku vzácnych kovov do popredia diskusií o trvalo udržateľnom rozvoji a výskumných programov. Tieto kovy sa používajú na výrobu kľúčových komponentov mnohých produktov vrátane lietadiel, automobilov, smartfónov a biomedicínskych zariadení.

Čoraz viac sa uznáva, že vývoj a zavádzanie technológií čistej energie a udržateľných produktov, procesov a výroby si bude vyžadovať veľké množstvo vzácnych kovov a vzácnych prvkov vrátane kovov platinovej skupiny, ako je lítium, meď, kobalt, striebro a zlato.

Najnovšie technologické trendy ukazujú, že horčík nahrádza hliník v automobilovom, počítačovom a mobilnom priemysle, pretože horčík je o viac ako 30 % ľahší. Hoci sú na svete obmedzené zdroje horčíka, morská voda obsahuje veľké množstvo horčíka, ktorý je možné získať jeho koncentráciou v odsolenej soľanke a následnou extrakciou selektívnou adsorpciou.
Za posledných niekoľko rokov vyvinul priemysel odsoľovania rôzne technológie na koncentráciu soľanky a extrakciu minerálov, aby umožnil výrobu komerčne cenných produktov zo soľanky.

Ťažba nerastov z morskej vody je šetrnejšia k životnému prostrediu ako ťažba na zemi.

Ťažba morskej vody nevyžaduje sladkú vodu na spracovanie a neprodukuje veľké množstvo kontaminovanej vody alebo odpadu, ktorý si vyžaduje likvidáciu.

Navyše tieto nové technológie koncentrácie soľanky môžu výrazne znížiť alebo úplne eliminovať vypúšťanie soľanky do oceánu.

S rozvojom technológie zdrojov soľanky môžu príjmy z komerčnej extrakcie vysokohodnotných minerálov (ako je horčík, lítium a čistý chlorid sodný) zo soľanky kompenzovať náklady na výrobu odsolenej vody, čím sa odsolená voda premení na najnákladnejší trvalo udržateľný zdroj zásobovanie sladkou vodou k najlacnejšiemu zdroju zásobovania sladkou vodou.
Obnova zdrojov soľanky môže byť tiež kľúčom k riešeniu problému energetickej udržateľnosti odsoľovania. Ďalšia generácia jadrových elektrární bude ako jadrové palivo používať namiesto uránu tórium a rubídium.

Malé jadrové elektrárne s výkonom od 10 do 50 megawattov môžu poskytnúť elektrinu pre veľké a stredne veľké odsoľovacie zariadenia. Hlavnou výhodou tohto nového zdroja energie je, že dostatočné množstvo surovín možno extrahovať priamo zo soľanky odsoľovacieho zariadenia. Okrem toho, že sa dajú ľahko extrahovať zo soľanky, ďalšou výhodou týchto prvkov vzácnych zemín je, že sa nedajú použiť na výrobu jadrových zbraní, čím sa odsoľovacia soľanka stáva novou surovinou na mierové využitie atómovej energie a prináša ľudstvu väčšie výhody.

Chemikálie používané na čistenie membrán s reverznou osmózou v brakickej a morskej vode sú často rovnaké chemikálie ako v zubných pastách, mydlách a komerčných čistiacich prostriedkoch. Voda zo spätného preplachu a premývania membrán sa často upravuje, aby sa odstránili tuhé látky alebo iné kontaminanty predtým, ako sa pridá do odsoľovaného koncentrátu na vypustenie. Najmodernejšie procesy odsoľovania používané v moderných odsoľovacích zariadeniach používajú veľmi obmedzené chemikálie.

Všetky chemikálie pridávané počas rôznych procesov odsoľovania sú potravinárske, biologicky odbúrateľné a špecificky testované, aby boli netoxické pre vodné organizmy. Výpuste z odsoľovacích zariadení sú tiež netoxické a neškodné pre morský život a sú navrhnuté tak, aby rýchlo degradovali bez toho, aby spôsobili trvalé zmeny v okolitom morskom ekosystéme.

V poslednej dobe sa odsoľovanie posunulo smerom k bezchemickému odsoľovaniu a získavaniu cenných minerálov a vzácnych kovov z koncentrátu, pričom sa očakáva, že odsoľovanie sa stane jednou z najekologickejších a najudržateľnejších alternatív zásobovania vodou v tomto storočí.

V posledných piatich rokoch mnohé krajiny s veľkými odsoľovacími závodmi, ako napríklad Austrália, Španielsko, Saudská Arábia a ďalšie časti Blízkeho východu, začali implementovať komplexné programy zeleného odsoľovania zamerané na zníženie množstva a rozmanitosti chemikálií používaných pri odsoľovaní. výrobný proces. Tieto plány využijú najnovšie pokroky v technológii a výskume odsoľovania, aby nakoniec premenili všetky existujúce zariadenia na zariadenia na odsoľovanie bez chemikálií.

Odsoľovacie zariadenia historicky používali chlórnan sodný na chlórovanie prichádzajúcej vody, aby zabránili rastu morských organizmov vo vstupných potrubiach a na membránach reverznej osmózy.

Väčšina prevádzkovateľov odsoľovacích zariadení opustila túto prax takmer pred desiatimi rokmi a teraz používa chlórovanie iba raz alebo dvakrát mesačne vždy na 6 až 8 hodín.

Okrem toho niektorí manažéri odsoľovacích zariadení nepoužívajú žiadne dezinfekčné prostriedky na prichádzajúcu morskú vodu, pretože uprednostňujú použitie systému predbežnej úpravy odsoľovacieho zariadenia na kontrolu biologického znečistenia pred chemikáliami.

Chlorid železitý a síran železitý sú v súčasnosti najčastejšie používané koagulanty na predúpravu morskej vody. V minulosti sa tieto chemikálie pridávali konštantnou rýchlosťou a v relatívne vysokých množstvách.

Odsoľovací priemysel zaviedol automatické monitorovanie obsahu pevných látok v morskej vode a automaticky upravuje dávkovanie koagulantu v pomere k aktuálnemu obsahu nerozpustených látok vo vode.

Väčšina závodov na celom svete prijala túto prevádzkovú stratégiu za posledných 10 rokov a znížila používanie koagulantov na menej ako polovicu toho, čo bývalo.

Ešte pred desiatimi rokmi mnohé odsoľovacie zariadenia používali kyseliny a flokulanty na optimalizáciu chémie úpravy vody.

Dnes už najmodernejšie odsoľovacie zariadenia a skúsení inžinieri nepoužívajú kyseliny a flokulanty na predúpravu, ale spoliehajú sa na optimalizované systémy predúpravy a operácie na riadenie chémie úpravy vody.

Až do 20}10 sa v mnohých odsoľovacích zariadeniach bežne používali prostriedky proti usadzovaniu vodného kameňa a hydroxid sodný, najmä na zabránenie usadzovania vodného kameňa spôsobeného odstraňovaním bóru z odsolenej vody. V roku 2011 Svetová zdravotnícka organizácia zvýšila smerný limit pre bór v pitnej vode z 0,5 mg/l na 2,4 mg/l a odvtedy väčšina odsoľovacích závodov prestala pridávať hydroxid sodný a antiskalanty.

Ďalším krokom pri zavádzaní nových technológií, ktoré neobsahujú chemikálie a sú založené na obnoviteľnej energii, je dodatočná úprava odsolenej vody pomocou vápnika extrahovaného zo soľanky namiesto použitia komerčne dostupných zlúčenín vápnika, ako je vápno.

Oddelenie soli od morskej vody vyžaduje veľké množstvo energie na prekonanie prirodzene sa vyskytujúceho osmotického tlaku na membráne reverznej osmózy. Hoci uhlíková stopa pri výrobe pitnej vody z odsolenej vody je vyššia ako pri výrobe pitnej vody z tradičných sladkovodných zdrojov, je nižšia ako pri iných ľudských činnostiach, ktoré zlepšujú kvalitu života, ako je chladenie potravín, ohrievanie vody do kúpeľa, jazda súkromným autom alebo lietanie. v lietadle.

V súčasnosti väčšina odsoľovacích zariadení využíva na výrobu elektriny fosílne palivá. Niekoľko nedávnych projektov veternej energie v Austrálii však bolo realizovaných v odsoľovacích zariadeniach SWRO, ktoré vyrábajú toľko elektriny, koľko spotrebujú odsoľovacie zariadenia. Niekoľko krajín Blízkeho východu a severnej Afriky sa chopilo iniciatívy na rozvoj silného portfólia elektrární na obnoviteľnú energiu, ktoré by poskytovali elektrinu na odsoľovanie.

Popredné svetové výskumné centrá v Spojených štátoch, Saudskej Arábii a Európe skúmajú alternatívy obnoviteľnej energie a vyvíjajú novú generáciu zariadení na rekuperáciu energie, vysokotlakových čerpadiel a membrán, ktorých cieľom je znížiť celkovú spotrebu energie pri odsoľovaní na menej ako 2,45 kWh/m³a energetickú potrebu odsoľovania reverznou osmózou na menej ako 1,8 kWh/m³. Tieto pokroky znížia celkovú spotrebu energie a uhlíkovú stopu odsoľovacích zariadení o viac ako 30 %.

Od uvedenia prvého tlakového výmenníka v roku 2001 táto prevratná technológia zvýšila účinnosť rekuperácie energie z odsoľovania zo 75 % na 96 %. Stále však existuje možnosť zvýšiť rekuperáciu energie na teoretické maximum 99%.