Η γη μας, ένας μπλε πλανήτης που καλύπτεται από το νερό, έχει πάνω από το 70% της επιφάνειας του που καλύπτεται από τεράστιους ωκεανούς. Ωστόσο, σε έντονη αντίθεση με αυτή την αφθονία του νερού, πολλές περιοχές σε όλο τον κόσμο αντιμετωπίζουν όλο και πιο σοβαρή έλλειψη νερού. Η "ξηρασία" και η "έλλειψη νερού" έχουν γίνει βαριά λόγια στο λεξιλόγιό μας. Φυσικά, οι άνθρωποι έχουν στρέψει την προσοχή τους στους ωκεανούς, με τα σχεδόν απεριόριστα αποθέματά τους. Ωστόσο, μια φαινομενικά μικρή λεπτομέρεια -αλμυρότητα- αποτελεί ένα τρομερό τεχνολογικό και οικονομικό εμπόδιο. Γιατί η αφαίρεση αυτού του αλατιού για να μετατρέψει το θαλασσινό νερό σε χρήσιμο γλυκό νερό τόσο δύσκολο;
► Ι. Η ρίζα της πρόκλησης
► εξαιρετικά υψηλή αλατότητα
Για να κατανοήσουμε τη δυσκολία αφαλάτωσης, πρέπει πρώτα να κατανοήσουμε πόσο "αλμυρό" θαλασσινό νερό είναι. Συχνά χρησιμοποιούμε "μέρη ανά χίλια (‰)" για να περιγράψουμε την αλατότητα. Η μέση αλατότητα των ωκεανών του κόσμου είναι περίπου 35 ‰, που σημαίνει ότι κάθε λίτρο θαλασσινού νερού περιέχει περίπου 35 γραμμάρια διαλυμένων αλάτων.
Αντίθετα, η συνολική περιεκτικότητα σε διαλυμένα στερεά (TDS) του γλυκού νερού που πίνουμε καθημερινά είναι συνήθως πολύ κάτω από 1 ‰. Η Παγκόσμια Οργάνωση Υγείας υποδηλώνει ότι όταν το TDS στο νερό υπερβαίνει το 1 ‰, η γεύση του γίνεται απαράδεκτη για τους περισσότερους ανθρώπους. Αυτό σημαίνει ότι η διαδικασία αφαλάτωσης δεν είναι απλή διήθηση. πρέπειΑφαιρέστε πάνω από το 98% των διαλυμένων αλάτων από το θαλασσινό νερό- Μια εξαιρετικά απαιτητική απαίτηση διαχωρισμού.
► II. Τις βασικές τεχνολογίες και τις προκλήσεις τους
Επί του παρόντος, οι βασικές τεχνολογίες για την επίτευξη τέτοιων υψηλών - διαχωρισμού ακριβείας χωρίζονται κυρίως σε δύο κατηγορίες:θερμικές μέθοδοικαιμεθόδους μεμβράνης. Ωστόσο, και οι δύο προσεγγίσεις αντιμετωπίζουν τις δικές τους σημαντικές προκλήσεις.
► Παραδοσιακές θερμικές τεχνολογίες
Οι θερμικές μέθοδοι, όπως υποδηλώνουν το όνομα, λειτουργούν σε μια βασική αρχή παρόμοια με το βραστό νερό: το θαλασσινό νερό θερμαίνεται για να παράγει ατμούς, αφήνοντας πίσω τα άλατα και άλλες ουσίες. Ο καθαρός ατμός στη συνέχεια συμπυκνώνεται για να αποκτήσει γλυκά νερά.
Κατανάλωση υψηλής ενέργειας:Η πιο άμεση πρόκληση αυτής της διαδικασίας είναι η δική τουτεράστια κατανάλωση ενέργειας. Η θέρμανση τεράστιων ποσοτήτων θαλασσινού νερού προς βρασμό απαιτεί τεράστια ποσότητα θερμικής ενέργειας. Αν και τα σύγχρονα θερμικά φυτά χρησιμοποιούν τεχνολογίες όπωςMulti - απόσταξη φλας σκηνήςκαιανάκτηση θερμότηταςΓια να βελτιωθεί η ενεργειακή απόδοση, το θεμελιώδες ενεργειακό αποτύπωμα τους παραμένει σημαντική, διατηρώντας υψηλό το λειτουργικό κόστος.
Ζητήματα κλιμάκωσης εξοπλισμού:Καθώς το θαλασσινό νερό θερμαίνεται συνεχώς και εξατμίζεται, τα διαλυμένα άλατα σταδιακά κρυσταλλώνονται και καταβυθίζονται, σχηματίζονταςπυκνόςφακήκλίμακας στις επιφάνειες των σωλήνων ανταλλαγής θερμότητας και του εξοπλισμού. Αυτή η κλίμακα όχι μόνο μειώνει σοβαρά την αποτελεσματικότητα της μεταφοράς θερμότητας, αυξάνοντας έτσι την κατανάλωση ενέργειας, αλλά μπορεί επίσης να διαβρώσει τον εξοπλισμό, απαιτώντας περιοδικούς τερματισμούς για πολύπλοκο καθαρισμό και συντήρηση.
► Μοντέρνες τεχνολογίες μεμβράνης
Οι μέθοδοι μεμβράνης είναι το τρέχον mainstream, μεΑντίστροφη όσμωσηείναι η βασική τεχνολογία. ΤυπικόςΣύστημα αφαλάτωσης αντίστροφης όσμωσηςΧρησιμοποιεί ένα ειδικό ημι -- διαπερατή μεμβράνη. Κάτω από τεράστια εφαρμοζόμενη πίεση, τα μόρια του νερού αναγκάζονται μέσω της μεμβράνης, ενώ τα ιόντα αλατιού και άλλες ακαθαρσίες εμποδίζονται.
Σημαντική ζήτηση ενέργειας:Για να "αναγκάσει" τα μόρια του νερού να κινούνται ενάντια στη φυσική κατεύθυνση της όσμωσης και να περάσουν από τη μεμβράνη, πρέπει να εφαρμοστεί μια πίεση που υπερβαίνει την κανονική ατμοσφαιρική πίεση. Αυτή η διαδικασία βασίζεται εξ ολοκλήρου στη συνεχή λειτουργία τουΥψηλή - αντλίες πίεσης, κάνονταςκατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειαςένα σημαντικό στοιχείο του λειτουργικού του κόστους. Ένα αποτελεσματικό σύστημα αφαλάτωσης αντίστροφης όσμωσης είναι επομένως ένα αναμφισβήτητο "power guzzler".
Προκλήσεις των βασικών στοιχείων μεμβράνης:Η μεμβράνη αντίστροφης όσμωσης είναι η καρδιά του συστήματος, αλλά είναι πολύλεπτόςκαιτρωτός. Οι μικροοργανισμοί, η οργανική ύλη και άλλες ουσίες στο θαλασσινό νερό μπορούνβουλώνω ήμιαίνωΗ επιφάνεια της μεμβράνης, οδηγώντας σε μείωση της αποδοτικότητας παραγωγής νερού και σε μικρότερη διάρκεια ζωής. Ως εκ τούτου, το θαλασσινό νερό πρέπει να υποβληθεί σε σύνθετη προ -θεραπεία πριν από την είσοδο στο σύστημα μεμβράνης. Εν τω μεταξύ, η βιομηχανία διερευνά συνεχώς υλικά μεμβράνης με ανώτερη απόδοση, όπως η πιο ανθεκτική και αντι -- ρύπανσηΚεραμική μεμβράνη αφαλάτωσης, με την ελπίδα να επεκταθεί η διάρκεια ζωής και η μείωση του κόστους συντήρησης.
Διάθεση συμπυκνωμένης άλμης:Η αφαλάτωση μεμβράνης δεν μετατρέπει όλο το θαλασσινό νερό σε γλυκά νερά. Στην πραγματικότητα, ένα σημαντικό μέρος του θαλασσινού νερού, που περιέχει τώρα τα απορριπτόμενα άλατα, απελευθερώνεται ως πιο συγκεντρωμένο"άλμη". Αυτό το υποπροϊόν αναφέρεται συχνά ως "συμπύκνωμα αφαλάτωσης" ή απλά "συμπύκνωση". Ο τρόπος διαχείρισης και διάθεσης αυτής της συγκεντρωμένης άλμης με επιστημονικό και περιβαλλοντικά υγιές τρόπο για να αποφευχθεί η επίδραση του τοπικού θαλάσσιου οικοσυστήματος είναι ένα σοβαρό περιβαλλοντικό ζήτημα που πρέπει να αντιμετωπίσει κάθε έργο αφαλάτωσης.
► III. Πρακτικά διλήμματα σε εφαρμογή
Πέρα από τις τεχνολογικές προκλήσεις, η ευρεία εφαρμογή της αφαλάτωσης περιορίζεται επίσης απόοικονομολογίακαιευκαμψία. Η κατασκευή ενός μεγάλου εργοστασίου αφαλάτωσης κλίμακας -εκ των προτέρων επένδυση, και τα έξοδα λειτουργίας και συντήρησης είναι σημαντικά, καθιστώντας την τιμή του αφαλατωμένου νερού πολύ υψηλότερο από αυτό από τις συμβατικές πηγές.
Για να ανταποκριθούν στις απαιτήσεις του νερού σε συγκεκριμένα σενάρια, όπως σε απομακρυσμένα νησιά, σε υπεράκτιες πλατφόρμες ή για προμήθεια έκτακτης ανάγκης μετά από καταστροφές, έχει προκύψει μια πιο ευέλικτη λύση: το σύστημα αφαλάτωσης εμπορευματοκιβωτίων. Αυτό το εργοστάσιο αφαλάτωσης κινητής τηλεφωνίας ενσωματώνει ολόκληρο το σύστημα επεξεργασίας μέσα σε ένα τυποποιημένο δοχείο μεταφοράς, προσφέροντας πλεονεκτήματα όπως ένα μικρό αποτύπωμα, σύντομη περίοδο κατασκευής και κινητικότητα. Αυτός ο εξοπλισμός αφαλάτωσης θαλάσσιου νερού τύπου εμπορευματοκιβωτίου παρέχει μια νέα προσέγγιση για την επίλυση των αποκεντρωμένων προκλήσεων της παροχής νερού. Επί του παρόντος, τα περισσότερα από αυτά τα εργοστάσια αφαλάτωσης RO που είναι επίσης κατασκευασμένα με βάση την τεχνολογία συστήματος αφαλάτωσης αντίστροφης όσμωσης.
Σύναψη
Συμπερασματικά, η δυσκολία της αφαλάτωσης του θαλασσινού νερού δεν οφείλεται στην πολυπλοκότητα των αρχών της, αλλά επειδή είναι θεμελιωδώς μια διαδικασία διαχωρισμού που είναι ενέργεια- εντατική, δαπανηρή και εξαιρετικά απαιτητική όσον αφορά τα υλικά και τη μηχανική. Είτε χρησιμοποιεί θερμικές ή μεμβρανικές μεθόδους, η βιομηχανία πρέπει να αντιμετωπίσει τις τρεις μεγάλες προκλήσεις τουκατανάλωση ενέργειας, υποβάθμιση εξοπλισμού,προστασία στο περιβάλλον. Παρ 'όλα αυτά, με συνεχή τεχνολογική πρόοδο και καινοτομία, ένα πηγάδι - που σχεδιάστηκε αντίστροφη όσμωση συστήματος αφαλάτωσης γίνεται όλο και πιο αποτελεσματικό. Αντιμετωπίζοντας ένα μέλλον του αυξανόμενου παγκόσμιου στρες του νερού, η αφαλάτωση του θαλασσινού νερού παραμένει αναμφισβήτητα μία από τις απαραίτητες βασικές τεχνολογίες για την εξασφάλιση της ασφάλειας των ανθρώπινων υδάτων.