Поддержание чистоты: инженеры работают над тем, чтобы опреснительные мембраны не загрязняли окружающую среду

Энн Мэннинг

Лаборатория доцента Тьечжэна Тонга работает над решением проблем, связанных с образованием накипи на мембранах во время процессов опреснения. Слева направо: аспирант Имин Инь; Тонг; студент-исследователь Ронни Минхарес; и аспирант Ицюнь Яо с лабораторной системой обратного осмоса.

Кипящая вода может оставить темные минеральные отложения на внутренней поверхности когда-то блестящего алюминиевого чайника – ничто не сможет отчистить уксус и пищевая сода.

Но в других случаях эти неприглядные минеральные пятна не просто доставляют неудобства – они являются серьезным препятствием для нашей способности сделать миллиарды галлонов воды доступными для миллиардов людей.

Опреснение воды — технология, которая извлекает чистую воду из соленых и грязных источников, таких как морская вода, внутренние солоноватые воды или сточные воды, — становится все более популярной во всем мире: по всему миру работает более 18 000 установок. В нем используется физический принцип, называемый обратным осмосом, при котором грязная вода проталкивается под очень высоким давлением через мембрану с порами, слишком маленькими, чтобы их можно было увидеть – во много раз меньшими, чем ширина волоса. Чистая вода отделяется от соленого побочного продукта, и процесс начинается заново.

Те же самые минеральные накипи, которые образуются на вашем чайнике, также образуются в больших количествах на этих специализированных мембранах, закупоривая поры мембран и значительно снижая эффективность всего процесса. Мембраны необходимо часто менять или чистить, что увеличивает затраты и препятствует тому, чтобы технологии опреснения играли ведущую роль в борьбе с проблемами нехватки воды во всем мире.

Отложение минеральных отложений на поверхности мембран при опреснении — это высокотехнологичная проблема, которую Тиженг Тонг, доцент кафедры гражданского строительства и экологического строительства Университета штата Колорадо, пытался решить последние несколько лет.

Он и его студенты, работая в лаборатории внутри здания биоинженерии Скотта, проводят эксперименты и раскрывают фундаментальные знания о том, почему такое отложения минералов происходит во время опреснения и какие механизмы приводят к образованию отложений в различных типах минералов. И поскольку инженеры сосредоточены на решениях, они также заняты разработкой новых способов решения этой проблемы, будь то изобретение различных мембран или тестирование новых добавок, которые сделают мембраны более устойчивыми к накипи без ущерба для качества воды.

«Мы хотим, чтобы наша водная инфраструктура была устойчивой к изменению климата», — сказал Тонг, который поступил на факультет CSU в 2017 году после постдокторской должности в Йельском университете под руководством Менахема Элимелеха, выдающегося ученого в области экологической инженерии. «Если у нас кончатся поверхностные воды, нам понадобится резервная копия, чтобы обеспечить общество достаточным количеством воды… если мы хотим добиться этого, мы столкнемся с множеством проблем, включая проблему отложения минеральных отложений. Это своего рода наша ниша, в которой мы находимся. работаю над этими процессами очистки рассолов с чрезвычайно высокой соленостью. Вероятно, это один из самых сложных этапов добычи воды из нетрадиционных источников».

Тонг передает опыт своей лаборатории в области опреснения воды и мембранных исследований Национальному альянсу инноваций в области водных ресурсов (NAWI), проекту под руководством Министерства энергетики стоимостью 110 миллионов долларов, объединяющему сотни ученых для решения различных проблем, связанных с современными технологиями опреснения. Их цель — сделать технологии опреснения сопоставимыми или даже более дешевыми, чем добыча пресной воды из пострадавших от засухи традиционных источников, таких как озера, реки и водоносные горизонты.

Благодаря партнерству NAWI, в котором исследователи из Университета Вандербильта сыграли ведущую роль, лаборатория Тонга недавно получила финансирование вместе с исследователями из Университета Вандербильта для поддержки разработки основанного на электродиализе метода обработки гиперсоленых опресняющих рассолов.

Проблемы, связанные с тем, чтобы сделать опреснение жизнеспособным выбором для муниципалитетов и стран, многослойны: экономические, с точки зрения строительства и обслуживания крупномасштабных опреснительных установок с обратным осмосом, и экологические, поскольку рассолы с высокой соленостью, оставшиеся после процессов очистки воды, вносят значительный вклад в процесс опреснения воды. и разрушительное загрязнение водных экосистем.