Kan Saltwater ons groeiende dors uitblaas?

Kan Saltwater ons groeiende dors uitblaas?

'N toenemend water-gestresde wêreld neem 'n nuwe blik op ontsouting. Dit lyk eenvoudig genoeg: vat die sout uit water sodat dit drinkbaar is.

Maar dit is baie meer kompleks as wat dit met die eerste oogopslag voorkom. Dit is ook toenemend belangrik in 'n wêreld waar varswaterbronne geleidelik deur bevolkingsgroei, ontwikkeling, droogtes, klimaatsverandering en meer gestremd word. Dit is waarom navorsers en maatskappye van die Verenigde State na Australië 'n eeue oue konsep verfyn wat die toekoms van die wêreld se dors kan wees.

"As dit gaan om toenemende watervoorrade, het jy vier opsies: Verhoog jou hoeveelheid hergebruik, verhoog stoor, bewaar dit of verander na 'n nuwe bron," sê Tom Pankratz, 'n ontsoutingskonsultant en huidige redakteur van die weeklikse handelspublikasie Water Desalination Report. "En vir baie plekke regoor die wêreld is die enigste nuwe bron ontsouting."

Duur proses

Desalination tegnologie is al eeue lank. In die Midde-Ooste het mense lank grondwater of seewater lank verdamp, dan die damp verkondig om soutvrye water te drink om te drink of, in sommige gevalle, vir landboubesproeiing.

Met verloop van tyd het die proses meer gesofistikeerd geword. Die meeste moderne ontsoutingsfasiliteite gebruik omgekeerde osmose, waarin water teen hoë druk gepomp word deur semipermeabele membrane wat sout en ander minerale verwyder.

Wêreldwyd oor 300 miljoen mense kry vars water uit meer as 17,000-ontsoutingsaanlegte in 150-lande. Midde-Oosterse lande het die mark oorheers van noodsaaklikheid en energie beskikbaarheid, maar met die bedreiging van varswatertekorte wat oor die hele wêreld versprei word, word ander vinnig by hul geledere. Nywerheidskapasiteit groei oor 8 persent per jaar, volgens Randy Truby, kontroler en voormalige president van die Internasionale Desalination Association, 'n nywerheidsgroep, met "uitbarstings van aktiwiteite" in plekke soos Australië en Singapoer.

In die Verenigde State word 'n $ 1 miljard-aanleg in Carlsbad, Californië, gebou om ongeveer 7 persent van die drinkwaterbehoeftes vir die San Diego-streek te voorsien. Wanneer dit in die laat 2015 aanlyn gaan, sal dit die grootste in Noord-Amerika wees, met 'n 50-miljoen-gallon-per-dag-kapasiteit. En Kalifornië het tans oor 16 ontsoutingsaanlegvoorstelle in die werke.


Kry die nuutste van InnerSelf


Die meeste van die water op aarde word in die oseane en ander soutwaterliggame gevind.

Maar ontsouting is duur. 'N Duisend liter varswater van 'n ontsoutingsaanleg kos die gemiddelde Amerikaanse verbruiker $ 2.50 tot $ 5, sê Pankratz, in vergelyking met $ 2 vir konvensionele varswater.

Dit is ook 'n energiewin: Desalineringsplante regoor die wêreld verteer meer as 200 miljoen kilowatt-ure elke dag, met energie koste 'n beraamde 55 persent van plante se totale bedryfskoste en instandhoudingskoste. Dit neem die meeste omgekeerde osmose plante oor 3 tot 10 kilowatt-ure energie om een ​​kubieke meter varswater uit seewater te produseer. Tradisionele drinkwaterbehandelingsaanlegte gebruik tipies goed onder 1 kWh per kubieke meter.

En dit kan milieuproblemen veroorsaak, van die verskuiwing van oseaanwonings om die soutkonsentrasies om hulle te verander.

Navorsing in 'n suite van seewater ontsouting verbeterings is aan die gang om die proses goedkoper en meer omgewingsvriendelik te maak - insluitend die vermindering van afhanklikheid van fossielbrandstof ontleen energie, wat die bose kringloop voortsit deur by te dra tot klimaatsverandering wat bydra tot 'n tekort varswater in die eerste plek.

Membraan Opgradering

Die meeste kenners sê dat omgekeerde osmose is so doeltreffend as wat dit gaan kry. Maar sommige navorsers probeer meer druk deur die membrane te verbeter wat gebruik word om sout uit water te skei.

Membrane wat tans vir ontsouting gebruik word, is hoofsaaklik dun poliamiedfilms wat in 'n hol buis gerol word waardeur die water wik. Een manier om energie te bespaar, is om die deursnee van die membrane te verhoog, wat direk verband hou met hoeveel varswater hulle kan maak. Maatskappye beweeg toenemend van 8-duim tot 16-duim-deursneemembrane, wat vier keer die aktiewe area het.

"Jy kan meer water te produseer, terwyl die vermindering van die voetspoor vir die toerusting," sê Harold Fravel Jr, uitvoerende direkteur van die Amerikaanse Membraan Tegnologie Vereniging, 'n organisasie wat die gebruik van watersuiweringstelsels bevorder.

Baie membraannavorsing is gefokus op nanomateriale - materiaal oor 100,000 keer kleiner as die deursnee van 'n menslike hare. Die Massachusetts Institute of Technology navorsers het in 2012 berig dat 'n membraan gemaak van 'n een atoom dik koolstofatome wat grafeen genoem word, net so goed kan werk en minder druk benodig om water deur te pomp as poliamied, wat ongeveer duisend keer dikker is. Minder druk beteken minder energie om die stelsel te bedryf, en dus laer energie rekeninge.

Grafeen is nie net duursame en ongelooflik dun, maar, in teenstelling met polyamide, dit is nie sensitief vir waterbehandeling verbindings soos chloor. In 2013, Lockheed Martin gepatenteer die Perforene membraan, wat een atoom dik met gate klein genoeg is om strik sout en ander minerale, maar wat toelaat dat water laat deurgaan.

Nog 'n gewilde nanomaterial oplossing is koolstof nanobuise, sê Philip Davies, 'n navorser van Aston Universiteit wat spesialiseer in energie-doeltreffende stelsels vir waterbehandeling. Koolstofnanubuise is aantreklik vir dieselfde redes as grafene - sterk, duursame materiaal wat in 'n klein pakkie verpak word - en kan meer as 400 persent van hul gewig in sout absorbeer.

Membraan moet uitruil, sodat koolstofnanobuise se duursaamheid en hoë absorpsiesnelheid die vervangingsfrekwensie kan verminder, wat tyd en geld bespaar.

Membraan tegnologie almal "klink sexy, maar dit is nie maklik nie," sê Pankratz. "Daar is ingenieursuitdagings wanneer iets so dun word wat steeds integriteit behou."

Grafien en koolstof nanobuise is dekades weg van wydverspreide gebruik, sê Wendell Ela, 'n Universiteit van Arizona se chemiese en omgewingsingenieurswese professor. "Ek sien hulle het 'n impak, maar dit is 'n uitweg."

Truby het gesê hindernisse vir kommersialisering sluit in die vervaardiging van sulke klein materiale en die maak van nuwe membrane met huidige plante en infrastruktuur.

"Dit sal die sleutel wees om stelsels op te gradeer sonder om hulle te skeur en 'n hele nuwe plant te bou," sê hy.

Stuur osmose

Ander kyk na omgekeerde osmose na 'n ander proses wat bekend staan ​​as voorsmosse. In voorwaartse osmose word seewater in die stelsel getrek deur 'n oplossing wat soute en gasse het, wat 'n hoë osmotiese drukverskil tussen die oplossings skep. Die oplossings gaan deur 'n membraan saam, en laat die soute agter.

Ela sê vorentoe osmose sal waarskynlik die mees doeltreffende as 'n voorbehandeling wees en nie as 'n alleenstaande behandeling by kommersiële seewaterplante nie, omdat omgekeerde osmose beter op groot skaal verrig. As voorbehandeling kan voorwaartse osmose die lewensduur van omgekeerde osmose-membrane verleng en algehele stelselgesondheid bevorder deur die nodige ontsmettingsmiddels en ander voorbehandelingsopsies te verminder.

Die proses moet minder energie gebruik as tru-osmose, Ela sê, want dit is gedryf deur termodinamika. Maar die afgelope somer MIT wetenskaplikes berig dat vorentoe osmose vir ontsouting meer energie-intensiewe as tru-osmose kan bewys te danke aan die hoë soutkonsentrasie in die oplossing as gevolg van die eerste stap.

Britse maatskappy moderne Water bedryf die eerste kommersiële voorste osmose-aanleg in Oman, in die Arabiese Skiereiland se suidoostelike kus. By 26,000 gallons per dag het die stelsel 'n baie kleiner kapasiteit as meeste grootskaalse omgekeerde osmose stelsels. Maatskappybeamptes het nie versoeke vir kommentaar op die aanleg teruggekeer nie. 'N Maatskappyverslag het egter opgemerk dat die plant 'n 42-persentasieverlaging in energie het in vergelyking met omgekeerde osmose.

Heather Cooley, waterprogramdirekteur by die Stille Oseaan Instituut, 'n navorsingsorganisasie in Kalifornië, sê die meeste vorentoe-osmose tegnologie is steeds in die navorsings- en ontwikkelingsfase en dat kommersiële gebruik vyf tot 10 jaar is.

verwatering Oplossing

Nog 'n benadering tot die vermindering van die energie koste van ontsouting is RO-PRO, of tru-osmose druk vertraagde osmose. RO-PRO werke deur 'n verswakte varswater bron, soos afvalwater, deur 'n membraan in die hoogs soutoplossing oorskiet van tru-osmose, wat normaalweg sou ontslaan die see. Die vermenging van die twee produseer druk en energie wat gebruik word om 'n tru-osmose pomp krag.

Geïnspireer deur 'n stelsel wat gebruik word deur Stat Kraft, 'n Noorweergebaseerde hidrokrag- en hernubare energiemaatskappy, die Universiteit van Suid-Kalifornië se ingenieursweseprofessor Amy Childress en kollegas, voer nou RO-PRO in Kalifornië aan. Childress sê "optimistiese" ramings toon dat RO-PRO die energie wat nodig is vir omgekeerde osmose 30 persent, kan verminder. Sy wys daarop dat sommige ongespesifiseerde maatskappye belangstelling toon in hul vlieënier.

Herwinbare en Hernubare Energie

Fravel sê baie plante probeer om energie van binne die proses te herwin. Turbochargers, byvoorbeeld, neem kinetiese energie uit die uitgaande stroom gekonsentreerde soutwater en heraangaan dit aan die kant van inkomende seewater. "Jy kan dalk 900 [pond per vierkante duim] aan die voerkant hê en die konsentraat kan by 700 psi uitkom. Dis baie energie in die konsentrasiestroom, "sê hy.

Om hernubare energie in die energie-insetkant van dinge in te sluit, is 'n besonder belowende benadering om die volhoubaarheid van ontsouting te verbeter. Om water te bespaar voordat dit na membrane beweeg, kan ook energie bespaar. "Hoe beter jy water kan skoonmaak voordat dit omgekeerde osmose gaan, hoe beter gaan dit," sê Fravel. Plante in Bahrain, Japan, Saoedi-Arabië en China gebruik voorbehandeling vir 'n gladder omgekeerde osmose-proses.

Om hernubare energie in die energie-insetkant van dinge in te sluit, is 'n besonder belowende benadering om die volhoubaarheid van ontsouting te verbeter. Tans is 'n geskatte 1 persent van ontsoute water afkomstig van energie uit hernubare bronne, hoofsaaklik in kleinschalige geriewe. Maar groter plante begin hernubare energie by hul energieportefeulje voeg.

Na jare van sukkel met droogte, het Australië ses ontsoutingsplante aanlyn van 2006 na 2012 gebring, wat meer as $ 10 miljard belê het. Die plante gebruik almal hernubare energie vir krag, meestal deur nabygeleë windplaas wat energie in die rooster sit, sê Pankratz. En die Sydney Water-ontsoutingsaanleg, wat ongeveer 15-persentasie water aan Australië se mees bevolkte stad verskaf, word aangedryf deur offsets van die 67-turbine Capital Wind Farm ongeveer 170 myl na die suide.

Sonenergie is aantreklik vir baie swaar ontsoutingslande - veral dié in die Midde-Ooste en die Karibiese Eilande waar die son volop is. In een van die meer ambisieuse projekte het die energie-maatskappy Masdar, die Verenigde Arabiese Emirate, in 2013 aangekondig dat dit op die wêreld se grootste sonkragversoedelingsaanleg gewerk het. Dit kan meer as 22 miljoen liter per dag lewer, met 'n beplande bekendstelling in 2020.

Omgewingsimpakte

Planne om seewater te gebruik, moet natuurlik die implikasies vir die seelewe oorweeg. Baie ontsoutingsfasiliteite gebruik oop oseaan inname; Dit word dikwels gekeur, maar die ontsoutingsproses kan steeds organismes doodmaak tydens inname of binne die plant se behandelingsfases, sê Cooley. Nuwe ondergrondse insette, wat onder die sand gaan om dit as 'n natuurlike filter te gebruik, kan help om hierdie probleem te verlig.

Ook, daar is die probleem van hoe om ontslae te raak van baie baie waterige water na ontsouting. Elke twee liter bevat 'n fasiliteit een liter drinkbare water en een liter water wat sowat twee keer so sout is as wanneer dit ingekom het. Die meeste plante ontlaai dit weer in dieselfde water wat as die inname bron dien.

Ela sê kleiner plante, soos die voorsmosemossie in Oman, kan die toekoms van ontsoutingstegnologie wees. Die RO-PRO-tegnologie bied een manier om die soutkonsentrasie in die ontslag te verminder, wat onderdakwese kan benadeel. Nog 'n metode wat gewild raak, is die gebruik van diffusers, 'n reeks spuitpunte wat die volume seewater meng met die konsentraatafvoer verhoed om kolle van hoë sout te voorkom.

In een van die meer onlangse studies oor die ontlading van die see het Davies of Aston University opgewondenheid met sonkrag verwek om magnesiumchloried in magnesiumoksied te omskep, wat hy 'n goeie agent noem om koolstofdioksied te absorbeer. Die navorsing is nog steeds die nascent stadiums, maar kan die dubbele omgewingsvoordeel van die vermindering van ontslag en die verwydering van CO2 Van die oseaan gebruik sonkrag om die konsentraat te sap.

Grootte Wyse

Ela sê kleiner plante, soos die voorste osmose-aanleg in Oman, kan die toekoms van ontsoutingstegnologie wees. Baie van die nuwer innovasies kan op klein skaal ekonomiese sin maak, en maatskappye sal nie soveel in infrastruktuur moet belê nie, sê hy.

"In plaas van groot plante, kan ons tot 10,000 gallons per dag ontsoutingsaanlegte kom," sê Ela. "Ek sien desentralisasie en klein ontsoutingsaanlegte wat klein gemeenskappe bedien."

Dit sal ook omgewingsvoordele bied, soos om hernubare energie 'n groter rol te gee, aangesien dit baie makliker is om klein plante met son en wind te bestuur as groot, sê hy.

Pankratz sê ontsouting sal altyd duurder as die behandeling van varswater wees. Tog, sal innovasies help ontsouting geword 'n toenemend werkbare opsie as die vraag na varswater groei in 'n toenemend dors wêreld.

Sien Ensia tuisblad Hierdie artikel het oorspronklik verskyn op Ensia

Oor Die Skrywer

bienkowski BrianBrian Bienkowski dien as redakteur van Environmental Health News en sy susterwebwerf, The Daily Climate. Hy het 'n meestersgraad in omgewingsjoernalistiek en 'n baccalaureusgraad in bemarking van Michigan State University. Hy woon saam met sy klein dogtertjie, Louie, in Lansing, Michigan.

Verwante boek

{AmazonWS: searchindex = Books; sleutelwoorde = 082138838X; maxresults = 1}

enafarzh-CNzh-TWnltlfifrdehiiditjakomsnofaptruessvtrvi

volg InnerSelf op

Facebook-ikoonTwitter-ikoonrss-ikoon

Kry die nuutste per e-pos

Emailcloak = {af}