Может ли Saltwater утолить нашу растущую жажду?

Может ли Saltwater утолить нашу растущую жажду?

Все более востребованный водой мир вновь рассматривает опреснение. Это кажется достаточно простым: вылейте соль из воды, чтобы она была пригодна для питья.

Но это намного сложнее, чем кажется на первый взгляд. Это также становится все более важным в мире, где пресноводные ресурсы постепенно усиливаются ростом населения, развитием, засухами, изменением климата и т. Д. Вот почему исследователи и компании из США в Австралию настраивают многовековую концепцию, которая может стать будущим утоления жажды мира.

«Когда дело доходит до увеличения запасов воды, у вас есть четыре варианта: увеличить количество повторного использования, увеличить объем хранилища, сохранить его или обратиться к новому источнику», - говорит Том Панкрац, консультант по опреснению воды и текущий редактор еженедельного торгового издания. Отчет о опреснении воды. «И для многих мест по всему миру единственным источником является опреснение».

Дорогостоящий процесс

Технология опреснения существует уже много веков. На Ближнем Востоке люди давно испаряются солоноватыми грунтовыми водами или морской водой, затем конденсируют пар для производства бессолевой воды для питья или, в некоторых случаях, для сельскохозяйственного орошения.

Со временем процесс стал более сложным. В большинстве современных опреснительных установок используется обратный осмос, в котором вода закачивается при высоком давлении через полупроницаемые мембраны, которые удаляют соль и другие минералы.

Во всем мире около 300 миллионов человек получают пресноводную воду из более чем опреснительных установок 17,000 в странах 150. Страны Ближнего Востока доминируют на этом рынке из-за необходимости и доступности энергии, но с угрозами пресноводного дефицита, распространяющегося по всему миру, другие быстро присоединяются к своим рядам. По данным Рэнди Труби, контролера и бывшего президента компании, объем производства растет примерно на 8 процентов в год. Международная ассоциация опреснения, отраслевой группы с «очередями активности» в таких странах, как Австралия и Сингапур.

В Соединенных Штатах в Карлсбаде (штат Калифорния) строится завод стоимостью $ 1 млрд., Чтобы обеспечить около 7 процентов потребностей в питьевой воде в регионе Сан-Диего. Когда он выйдет в сети в конце 2015, он станет самым большим в Северной Америке с пропускной способностью 50-миллион-галлон в день. В Калифорнии в настоящее время есть предложения 16 опреснительных установок в работах.


Получите последние новости от InnerSelf


Большая часть воды на Земле находится в океанах и других соляных телах.

Но опреснение дорого. По словам Панкраца, тысяча галлонов пресной воды из опреснительной установки стоит среднего американского потребителя $ 2.50 до $ 5, по сравнению с $ 2 для обычных пресноводных ресурсов.

Это также энергичный свиньи: растения опреснения вокруг всего мира потребляют более 200 миллионов киловатт-часов в день, при этом затраты на энергию оцениваются на 55 процентов от общих затрат на эксплуатацию и техническое обслуживание заводов. Для производства обратных осмотических установок требуется около 3 до 10 киловатт-часов энергии для производства одного кубического метра пресной воды из морской воды. Традиционные установки для очистки питьевой воды обычно используют скважину под 1 кВтч на кубический метр.

И это может вызвать проблемы окружающей среды, от перемещения существ, обитающих в океане, к неблагоприятному изменению концентрации соли вокруг них.

Исследования в набор морской воды улучшений опреснения ведутся, чтобы сделать процесс более дешевым и экологически чистым - в том числе снижение зависимости от ископаемых видов топлива, полученные из энергии, которая увековечивает порочный круг, способствуя изменению климата, который способствует пресноводных дефицита в первую очередь.

Обновление мембран

Большинство экспертов говорят, что обратный осмос столь же эффективен, как и он. Но некоторые исследователи пытаются сжать больше, улучшая мембраны, используемые для отделения соли от воды.

Мембраны, используемые в настоящее время для опреснения, представляют собой в основном тонкие полиамидные пленки, прокатанные в полые трубки, через которые вода фитирует. Одним из способов экономии энергии является увеличение диаметра мембран, что напрямую коррелирует с тем, сколько пресной воды они могут сделать. Компании все чаще переходят от 8-дюймовых к 16-дюймовым диаметрам мембран, которые имеют в четыре раза активную область.

"Вы можете производить больше воды, уменьшая след для оборудования," говорит Гарольд Fravel младший, исполнительный директор из Американская ассоциация мембранных технологий, организация, которая продвигает использование систем очистки воды.

Много мембранных исследований сосредоточено на наноматериалах - материалы о 100,000 раз меньше диаметра человеческого волоса. Исследователи из Массачусетского технологического института сообщили в 2012, что мембрана, изготовленная из листа атомов углерода с одним атомом, называемого графеном, может работать так же хорошо и требует меньшего давления для прокачки воды через полиамид, который примерно в тысячу раз толще. Меньшее давление означает меньше энергии для работы системы и, следовательно, более низкие счета за электроэнергию.

Графен не только прочный и невероятно тонкий, но, в отличие от полиамида, он не чувствителен к водоочистных соединений, таких как хлор. В 2013, Lockheed Martin запатентовал мембрану Perforene, которая является толщиной в один атом с отверстиями достаточно мал, чтобы ловушки соли и других полезных ископаемых, но которые позволяют пропускать воду.

Другим популярным решением для наноматериалов являются углеродные нанотрубки, говорит Филип Дэвис, исследователь Университета Астон, специализирующийся на энергоэффективных системах очистки воды. Углеродные нанотрубки привлекательны по тем же причинам, что и графен - сильный, долговечный материал, упакованный в крошечный пакет, - и могут поглощать больше, чем 400 процентов их веса в соли.

Мембраны должны быть заменены, поэтому долговечность углеродных нанотрубок и высокая скорость поглощения могут снизить частоту замены, экономя время и деньги.

Мембранная технология «звучит сексуально, но это непросто», - говорит Панкрац. «Есть инженерные проблемы при создании чего-то такого тонкого, что по-прежнему сохраняет целостность».

Графен и углеродные нанотрубки десятилетиями вдали от широкого использования, говорит Венделл Эла, профессор Университета Аризоны по химическим и экологическим инженерам. «Я вижу, что они оказывают влияние, но это выход».

Труби сказал, что барьеры для коммерциализации включают в себя разработку таких небольших материалов и создание новых мембран, совместимых с текущими установками и инфраструктурой.

«Это будет ключевым моментом для модернизации систем без разрушения [их] и строительства целого нового завода», - говорит он.

Передовой осмос

Другие смотрят за пределы обратного осмоса на другой процесс, известный как передний осмос. В переднем осмосе морская вода втягивается в систему раствором, который имеет соли и газы, что создает высокую разность осмотического давления между растворами. Растворы проходят через мембрану вместе, оставляя соли позади.

Эла говорит, что передний осмос будет «вероятно, наиболее эффективным в качестве предварительной обработки, а не как самостоятельное лечение на коммерческих заводах морской воды», потому что обратный осмос лучше работает в больших масштабах. В качестве предварительной обработки передний осмос может удлинить срок службы мембран обратного осмоса и способствовать общему состоянию здоровья системы за счет снижения необходимых дезинфицирующих средств и других вариантов предварительной обработки.

Процесс должен использовать меньше энергии, чем обратный осмос, Ela говорит, так как он движет термодинамике. Но летом прошлого года MIT ученые сообщили, что прямой осмос для опреснения воды может оказаться больше энергии интенсивнее, чем обратного осмоса из-за высокой концентрации соли в растворе, поступающем с первого шага.

Британская компания Современные воды эксплуатирует первый коммерческий завод прямого осмоса в Омане, на юго-восточном побережье Аравийского полуострова. При количестве галлонов 26,000 в день система имеет гораздо меньшую производительность, чем большинство крупных систем обратного осмоса. Чиновники компании не возвращали запросы на комментарии к заводу. Тем не менее, в отчете компании отмечается, что на заводе наблюдается снижение энергии на 42 в процентах по сравнению с обратным осмосом.

Хизер Кули, директор программы по водной программе, Тихоокеанский институт, основанная в Калифорнии научно-исследовательская организация по устойчивому развитию, говорит, что наиболее перспективная технология осмоса все еще находится в стадии исследований и разработок, а коммерческое использование - от пяти до 10 лет.

Разбавление Решение

Другой подход к снижению стоимости энергии опреснения является RO-PRO, или обратный осмос давления запаздывающим осмос. RO-PRO работает, передавая нарушенную источник пресной воды, таких как сточные воды, через мембрану в сильно засоленных пережиток раствора от обратного осмоса, который обычно сбрасываемых в океан. Смешивание двух производит давление и энергию, которая используется для питания обратного осмоса насос.

Вдохновленный системой, используемой Statkraft, норвежская компания по гидроэнергетике и возобновляемым источникам энергии, профессор экологической инженерии Университета Южной Калифорнии Эми Чилдресс и ее коллеги в настоящее время пилотируют RO-PRO в Калифорнии. Чилдресс говорит, что «оптимистичные» оценки показывают, что RO-PRO может уменьшить энергию, необходимую для обратного осмоса 30 процентов. Она отмечает, что некоторые неуказанные компании проявили интерес к своему пилоту.

Отвод и возобновляемая энергия

Фрэвел говорит, что многие растения пытаются вернуть энергию изнутри процесса. Например, турбонагнетатели берут кинетическую энергию из выходящего потока концентрированной соленой воды и повторно применяют ее в сторону входящей морской воды. «У вас может быть 900 [фунты на квадратный дюйм] на стороне подачи, и концентрат может появляться на 700 psi. Это много энергии в потоке концентрата », - говорит он.

Включение возобновляемых источников энергии в сторону ввода энергии является особенно многообещающим подходом к повышению устойчивости обессоливания. Пренебрежение водой до ее перехода на мембраны также может сэкономить энергию. «Чем лучше вы можете очистить воду до того, как она начнет обратный осмос, тем лучше она будет работать», - говорит Фрэвел. Растения в Бахрейне, Японии, Саудовской Аравии и Китае используют предварительную обработку для более плавного процесса обратного осмоса.

Включение возобновляемых источников энергии в сторону ввода энергии является особенно перспективным подходом к повышению устойчивости к обессоливанию. В настоящее время оцененный 1 процент опресненной воды поступает из энергии из возобновляемых источников, главным образом в мелкомасштабные объекты. Но более крупные заводы начинают добавлять возобновляемые источники энергии в свой энергетический портфель.

После нескольких лет борьбы с засухой Австралия принесла шесть установок обессоливания в сети от 2006 до 2012, инвестируя более $ 10 млрд. Панкрац говорит, что все растения используют некоторые возобновляемые источники энергии, главным образом через близлежащие ветряные электростанции, которые вкладывают энергию в сетку. И станция опреснения воды в Сиднее, которая обеспечивает около 15 процентов воды в самый густонаселенный город Австралии, питается от смещений от 67-турбины Capital Wind Farm около 170 миль на юг.

Солнечная энергия привлекательна для многих стран с большим опреснением, особенно на Ближнем Востоке и в Карибском бассейне, где много солнца. В одном из более амбициозных проектов энергетическая компания Объединенных Арабских Эмиратов Masdar объявила в 2013, что она работает на крупнейшей в мире солнечной опреснительной установке, способной производить больше, чем 22 миллионов галлонов в день, с запланированным запуском в 2020.

Воздействие на окружающую среду

Разумеется, планы использования морской воды должны учитывать последствия для морской жизни. Многие объекты опреснения используют открытые океанские водозаборы; они часто подвергаются скринингу, но процесс опреснения может все еще убивать организмы во время приема или внутри фаз лечения растения, говорит Кули. Новые подповерхностные водозаборы, которые идут под песком, чтобы использовать его в качестве естественного фильтра, могли бы помочь смягчить эту проблему.

Кроме того, есть проблема, как избавиться от много очень моющей воды после опреснения. Каждые два галлона, которые принимает объект, означают один галлон питьевой воды и один галлон воды, который примерно в два раза солен, как при входе. Большинство растений выбрасывают это обратно в тот же водоем, который служит источником потребления.

Эла говорит, что более мелкие заводы, такие как завод прямого осмоса в Омане, могут стать будущим технологий опреснения. Технология RO-PRO предлагает один из способов уменьшить концентрацию соли в слив, что может нанести ущерб дно-живым существам. Другим методом, который набирает популярность, является использование диффузоров, серия сопел, которые увеличивают объем смешивания морской воды с концентратом, предотвращающим пятна высокой соли.

В одном из более новых исследований, посвященных океаническому разряду, Дэвис из Университета Астона нагревал соленый разряд с помощью солнечной энергии для превращения хлорида магния в оксид магния, который он называет «хорошим агентом для поглощения углекислого газа». Исследование по-прежнему является но может иметь двойную экологическую выгоду для сокращения выбросов и удаления СО2 из океана, используя солнечную энергию, чтобы убрать концентрат.

Размер Мудрый

Эла говорит, что меньшие растения, такие как завод прямого осмоса в Омане, могут стать будущим технологии опреснения. Многие новаторские инновации могут иметь экономический смысл в меньших масштабах, и компаниям не придется инвестировать столько средств в инфраструктуру, говорит он.

«Вместо крупных заводов мы можем перейти на галлоны 10,000 в день опреснительных установок», - говорит Эла. «Я вижу, что децентрализация и небольшие опреснительные установки служат небольшим сообществам».

Это также обеспечило бы экологические преимущества, такие как предоставление возобновляемым источникам энергии более значимой роли, поскольку гораздо проще управлять небольшими заводами с солнечной энергией и ветром, чем крупные, говорит он.

Pankratz говорит опреснения всегда будет дороже, чем лечение пресной воды. Тем не менее, нововведения будут способствовать опреснение становится все более работоспособным вариантом, поскольку спрос на пресной воде растет во все более жаждущей мире.

Посмотреть главную страницу Ensia Эта статья первоначально появилась на Ensia

Об авторе

bienkowski БрайенБрайан Бьенковски является редактором «Health Health News» и его сестринского сайта «Ежедневный климат». Он имеет степень магистра в области экологической журналистики и степень бакалавра по маркетингу в Мичиганском государственном университете. Он живет своей миниатюрной таксой, Луи, в Лансинге, штат Мичиган.

Связанная книга

{amazonWS: searchindex = Книги; ключевые слова = 082138838X; maxresults = 1}

enafarZH-CNzh-TWnltlfifrdehiiditjakomsnofaptruessvtrvi

Следуйте за InnerSelf

facebook-значокTwitter-значокНовости-значок

Получить последнее по электронной почте

{Emailcloak = выкл}

ВНУТРЕННИЕ ГОЛОСЫ

САМОЕ ЧИТАЕМОЕ