Mis on merevee magestamise uusim arendussuund?

Hiljutine suundumus, mille eesmärk on vähendada magevee tootmise kulusid, on merevee pöördosmoosi (SWRO) süsteemide kasutamine, mis võib suurendada magestamise üldist taastumismäära tüüpiliselt 40-50%-lt 55-60%-le.

Hiljuti läbiviidud ulatuslike suure taastumisvõimega süsteemide testimise põhjal oli SWRO süsteemide energiatarbimine 2,1 kWh/m³ja 2,9 kWh/m³merevee soolsusega vastavalt 35,000 mg/L ja 43,000 mg/L.

See energiatarbimine on võrreldav traditsiooniliste SWRO-süsteemide omaga, mis kasutavad merevee taastamiseks survevahetit, kuid peamine erinevus seisneb selles, et suure taastumisvõimega süsteemide jätkusuutlik taastumisvahemik on 10-20% suurem.

Veejaamade sissevõtu- ja eeltöötlussüsteemide projekteerimine suurema taaskasutamismäära jaoks võib säästa märkimisväärseid kapitali- ja veetootmiskulusid uute veejaamade jaoks ning suurendada olemasolevate veejaamade magevee tootmisvõimsust suhteliselt väikese kapitaliinvesteeringuga.
 

Värskeim suund magestamise energiatarbimise ja magevee tootmiskulude vähendamise püüdlustes on töötada välja nanostruktureeritud (NST) pöördosmoosi membraanid, millel on suurem vee läbilaskvuse efektiivsus kui olemasolevatel tavalistel membraanielementidel.

NST-membraanid on sisuliselt RO-membraanid, mis sisaldavad üksikuid lineaarseid nano-suuruses kanaleid (torusid/osakesi), mis on juhuslikult manustatud membraani polümeermaatriksisse, või need võivad olla valmistatud täielikult rühmitatud nano-suuruses kanalitest (nanotorudest).

NST membraanitehnoloogia on viimase 10 aasta jooksul kiiresti arenenud ja hiljuti välja töötatud NST membraanid sisaldavad tavalistes membraanides anorgaanilisi nanoosakesi või on valmistatud kõrge struktuuriga poorsetest membraanidest, mis koosnevad tihedalt pakitud nanotoru massiividest.

Väidetavalt on neil NST membraanidel suurem spetsiifiline läbilaskvus kui tavalistel RO membraanidel peaaegu sama kõrge hülgamiskiirusega.

Lisaks on NST membraanidel võrreldav või madalam saastumise kiirus kui tavalistel ja samades tingimustes töötavatel RO membraanidel ning neid saab kavandada nii, et need suurendavad spetsiifiliste ioonide retentsiooni selektiivsust.

Ringmajandus on ainus viis jätkusuutlikuks ülemaailmseks majanduskasvuks. Näiteks ringmajanduse mudelit kasutades saab magestamistehastes toodetud soolvett kasutada väärtuslike mineraalide, nagu kaltsium, magneesium ja naatriumkloriid, allikana. Soolveest saab ekstraheerida ka haruldasi muldmetalli elemente – sealhulgas liitiumi, strontsiumi, tooriumit ja rubiidiumi.

Hiljuti on ülemaailmse haruldaste muldmetallide elementide turusurve toonud haruldaste metallide kättesaadavuse ja tarnimise säästva arengu arutelude ja uurimiskavade esiplaanile. Neid metalle kasutatakse paljude toodete, sealhulgas lennukite, autode, nutitelefonide ja biomeditsiiniseadmete põhikomponentide valmistamiseks.

Üha enam tunnistatakse, et puhta energia tehnoloogiate ning säästvate toodete, protsesside ja tootmise arendamiseks ja kasutuselevõtuks on vaja suures koguses haruldasi metalle ja vääriselemente, sealhulgas plaatinarühma metalle, nagu liitium, vask, koobalt, hõbe ja kuld.

Viimased tehnoloogiatrendid näitavad, et magneesium asendab alumiiniumi auto-, arvuti- ja mobiiltelefonitööstuses, sest magneesium on üle 30% kergem. Kuigi maailmas on piiratud magneesiumiallikaid, sisaldab merevesi suures koguses magneesiumi, mida saab kätte, kui kontsentreerida see magestatud soolvees ja seejärel selektiivse adsorptsiooni teel ekstraheerida.
Viimastel aastatel on magestamistööstus välja töötanud mitmesuguseid soolvee kontsentreerimise ja mineraalide ekstraheerimise tehnoloogiaid, et võimaldada soolveest kaubanduslikult väärtuslike toodete tootmist.

Maavarade kaevandamine mereveest on keskkonnasõbralikum ettevõtmine kui maapealne kaevandamine.

Merevee kaevandamine ei vaja töötlemiseks magevett ega tekita suures koguses saastunud vett ega kõrvaldamist vajavaid jäätmeid.

Lisaks võivad need uued soolvee kontsentreerimise tehnoloogiad märkimisväärselt vähendada või täielikult kõrvaldada soolvee heitmist ookeani.

Soolveeressursside tehnoloogia arenedes võib soolveest väärtuslike mineraalide (nagu magneesium, liitium ja puhas naatriumkloriid) kaubanduslikul kaevandamisel saadav tulu kompenseerida magestatud vee tootmiskulusid, muutes magestatud vee kõige kulukamast jätkusuutlikust allikast. mageveevarustus madalaima hinnaga mageveevarustuse allikale.
Soolveeressursside taastamine võib olla ka võti magestamise energiasäästlikkuse probleemi lahendamisel. Järgmise põlvkonna tuumaelektrijaamad hakkavad tuumakütusena kasutama uraani asemel tooriumi ja rubiidiumi.

Väikesed tuumaelektrijaamad, mille võimsus jääb vahemikku 10–50 megavatti, suudavad pakkuda elektrit suurtele ja keskmise suurusega magestamisjaamadele. Selle uue energiaallika peamine eelis on see, et piisavas koguses toorainet saab eraldada otse magestamistehase soolveest. Lisaks kergesti soolveest ekstraheerimisele on nende haruldaste muldmetallide elementide teine ​​eelis ka see, et neid ei saa kasutada tuumarelvade valmistamiseks, muutes magestamise soolveest uueks tooraineks aatomienergia rahuotstarbeliseks kasutamiseks ja tuues inimkonnale suuremat kasu.

Riimvee ja merevee pöördosmoosimembraanide puhastamiseks kasutatavad kemikaalid on sageli samad, mida kasutatakse hambapastas, seebis ja kaubanduslikes pesuvahendites. Tagasipesu ja membraanipesuvett töödeldakse sageli tahkete ainete või muude saasteainete eemaldamiseks enne selle lisamist magestatud kontsentraadile tühjendamiseks. Kaasaegsetes magestamistehastes kasutatavates nüüdisaegsetes magestamisprotsessides kasutatakse väga piiratud koguses kemikaale.

Kõik erinevate magestamisprotsesside käigus lisatud kemikaalid on toidukvaliteediga, biolagunevad ja veeorganismidele mittetoksilised. Ka magestamisseadmete heitmed on mittetoksilised ja mereelustikule kahjutud ning on kavandatud kiiresti lagunema, põhjustamata püsivaid muutusi ümbritsevas mereökosüsteemis.

Hiljuti on magestamine nihkunud kemikaalivaba magestamise ning väärtuslike mineraalide ja haruldaste metallide taaskasutamise suunas kontsentraadist, kusjuures magestamine peaks saama selle sajandi üheks keskkonnasõbralikumaks ja jätkusuutlikumaks veevarustuse alternatiiviks.

Viimase viie aasta jooksul on paljud suurte magestamise tehastega riigid, nagu Austraalia, Hispaania, Saudi Araabia ja teised Lähis-Ida osad, alustanud ulatuslike rohelise magestamise programmide rakendamist, mille eesmärk on vähendada magestamises kasutatavate kemikaalide hulka ja mitmekesisust. tootmisprotsess. Nendes plaanides kasutatakse ära magestamistehnoloogia ja teadusuuringute uusimaid edusamme, et muuta kõik olemasolevad rajatised lõpuks kemikaalivabadeks magestamistehasteks.

Magestamistehased on ajalooliselt kasutanud naatriumhüpokloriti sissetuleva vee kloorimiseks, et pärssida mereorganismide kasvu sisselasketorudes ja pöördosmoosi membraanidel.

Enamik magestamistehase operaatoreid loobus sellest praktikast peaaegu kümme aastat tagasi ja kasutab nüüd kloorimist ainult üks või kaks korda kuus 6–8 tundi.

Lisaks ei kasuta mõned magestamistehase juhid sissetuleval mereveel desinfitseerimisvahendeid, kuna eelistavad kasutada biosaaste tõrjeks, mitte kemikaale, magestamistehase eeltöötlussüsteemi.

Raud(III)kloriid ja raud(III)sulfaat on praegu merevee eeltöötluseks kõige sagedamini kasutatavad koagulandid. Varem lisati neid kemikaale ühtlase kiirusega ja suhteliselt suurtes kogustes.

Magestamistööstus on võtnud kasutusele merevee tahkete ainete sisalduse automaatse jälgimise ja kohandab koagulandi doosi automaatselt proportsionaalselt vee tegeliku heljumi sisaldusega.

Enamik tehaseid üle maailma on selle tegevusstrateegia kasutusele võtnud viimase 10 aasta jooksul, vähendades koagulantide kasutamist vähem kui pooleni varasemast.

Veel kümmekond aastat tagasi kasutasid paljud magestamistehased veepuhastuskeemia optimeerimiseks happeid ja flokulante.

Tänapäeval ei kasuta enamik arenenud magestamistehaseid ja kogenud insenerid enam eeltöötluseks happeid ja flokulande, vaid toetuvad veepuhastuskeemia juhtimiseks optimeeritud eeltöötlussüsteemidele ja -toimingutele.

Kuni aastani 2010 kasutati paljudes magestamistehastes tavaliselt katlakivivastaseid aineid ja naatriumhüdroksiidi, peamiselt selleks, et vältida katlakivi tekkimist, mis on põhjustatud boori eemaldamisest magestatud veest. 2011. aastal tõstis Maailma Terviseorganisatsioon joogivees sisalduva boori piirnormi 0,5 mg/L-lt 2,4 mg/L-le ning sellest ajast alates on enamik magestamistehaseid lõpetanud naatriumhüdroksiidi ja antiskalantide lisamise.

Järgmine samm uute, kemikaalivabade ja taastuvenergial põhinevate tehnoloogiate kasutuselevõtul on magestatud vee järeltöötlus soolveest ekstraheeritud kaltsiumiga, mitte kaubanduslikult saadavate kaltsiumiühendite, näiteks lubja, kasutamisega.

Soola eraldamine mereveest nõuab suurel hulgal energiat, et ületada pöördosmoosi membraanil looduslikult esinev osmootne rõhk. Kuigi magestatud veest joogivee tootmise süsiniku jalajälg on suurem kui traditsioonilistest mageveeallikatest joogivee tootmisel, on see väiksem kui muul inimtegevusel, mis parandab elukvaliteeti, nagu toidu jahutamine, vannivee soojendamine, eraautoga sõitmine või lendamine. lennukis.

Praegu kasutavad enamik magestamistehaseid elektri tootmiseks fossiilkütuseid. Siiski on Austraalias SWRO magestamisjaamades rakendatud mitmeid hiljutisi tuuleenergia projekte, mis toodavad sama palju elektrit kui magestamisjaamad kasutavad. Mitmed Lähis-Ida ja Põhja-Aafrika riigid on võtnud initsiatiivi, et arendada välja tugev taastuvenergia elektrijaamade portfell, et pakkuda elektrienergiat magestamise jaoks.

Taastuvenergia alternatiive uurides töötavad maailma juhtivad uurimiskeskused Ameerika Ühendriikides, Saudi Araabias ja Euroopas välja uue põlvkonna energia taaskasutusseadmeid, kõrgsurvepumpasid ja membraane, mille eesmärk on vähendada magestamise koguenergiatarbimist alla 2,45 kWh/m³ja pöördosmoosiga magestamise energiavajadus alla 1,8 kWh/m³. Need edusammud vähendavad magestamistehaste koguenergiatarbimist ja süsiniku jalajälge enam kui 30%.

Alates esimese rõhuvaheti kasutuselevõtust 2001. aastal on see häiriv tehnoloogia suurendanud magestamise energia taaskasutamise efektiivsust 75%-lt 96%-le. Siiski on veel võimalus tõsta energia taaskasutamist teoreetilise maksimumini 99%.