Технології

Розроблено новий ефективний метод знесолення морської води

Методика дозволяє домогтися нульового скидання рідини без випаровування і конденсації води, що економить велику кількість енергії.

Загальна схема процесу / Columbia Engineering

Безпека водопостачання сьогодні вважається вкрай гострою глобальною проблемою. Дефіцит прісної води вже відчувають сотні мільйонів людей, а до 2030 року, згідно з прогнозами ООН, близько половини населення світу проживатиме в місцях, де не вистачає цього ресурсу. Криза водопостачання торкнеться не тільки бідних країн, але і економічно розвинених держав.

Для збільшення запасів питної води використовуються технології опріснення. І в сформованих умовах вони набувають все більшу поширеність. За оцінками експертів, глобальна потужність опріснювальних установок до 2030 року буде вдвічі більше, ніж в 2016-ому. Але процеси опріснення можуть бути досить дорогими, а їх побічні продукти — гіперсолоні розчини — найчастіше шкодять довкіллю.

Фахівці зі Школи інженерних і прикладних наук Колумбійського університету розробили нетрадиційний підхід до опріснення подібних розчинів, який назвали TSSE (temperature swing solvent extraction, сольвентна екстракція при температурних коливаннях). Стаття про це опублікована в журналі Environmental Science & Technology. У TSSE використовується екстракції розчинників та не застосовуються мембрани і фазові переходи (випаровування). Завдяки цьому новий підхід економічно вигідний, стабільний і легко масштабується.

Стадії TSSE: змішування з реагентом, скидання осаду, нагрівання і декантація, охолодження / Boo, Yin Yip et al., Environmental Science & Technology, 2020.

У своїй статті автори TSSE стверджують, що змогли вийти на останній рубіж опріснення» — домогтися нульового скидання рідини (ZLD, zero liquid discharge). Це означає, що в процесі не відбувається ніяких стоків, що потребують додаткової обробки або захоронення.

«Випаровування і конденсація води — стандартний сучасний підхід для досягнення ZLD, але він дуже енергоємний і непомірно дорогий. Ми змогли досягти ZLD без нагріву і кипіння води — це серйозний прогрес в опрісненні розсолів надвисокої солоності, який показує, що наша технологія TSSE може змінити світову індустрію [питної води», — коментує результати один з авторів розробки Нгай Ін Іп.

TSSE починається з того, що низкополярний розчинник діїзопропіламін (DIPA) змішують з солоним водним розчином. Розчинник витягує воду з розчину при достатньо низьких температурах (розробники тестували метод при п’яти градусах Цельсія). Контролюючи співвідношення розчинника і розсолу, можна вийняти з розсолу всю воду — солі при цьому формують кристали і осідають на дно ємності з розчином.

Розшарування діїзопропіламіна  і води при різних співвідношеннях розсолу (brine) до розчинника (solvent) / Boo, Yin Yip et al., Environmental Science & Technology, 2020.

Після того як соляні кристали витягають з ємності, розчин нагрівають до температури 70 °C. При цьому афінність (ступінь хімічної спорідненості) розчинника на воді знижується, і вода «вичавлюється немов із губки». Отримана цільова рідину і діїзопропіламін розшаровуються з-за різниці в щільності: можна відкачати воду, а сольвент — використовувати повторно.

В лабораторних умовах вченим вдавалося осадити 90% усієї солі з вихідного водного розсолу — стоку іригаційних дренажних вод з полів в Центральній Каліфорнії. При цьому економія енергії в порівнянні з термічним випаровуванням становила близько 75%. Розчинник був повторно використаний протягом декількох циклів без значного зниження продуктивності.

Завдяки відносно низькому споживанню енергії для TSSE можна використовувати геотермальні та сонячні електростанції. Метод відмінно підійде для отримання питної води з морської. Крім того, його можна використовувати для обробки продуктів вилуговування, стоків гірничозбагачувальних комбінатів, водних викидів при розробці нафтових і газових родовищ.

Натхнення: naked-science.ru

Кнопка «Наверх»
Закрыть