Новая технология опреснения дает больше питьевой воды

Природа (2012)Цитировать эту статью

351 Доступов

1 Цитаты

76 Альтметрика

Подробности о метриках

Новая, более энергоэффективная мембрана для дистилляции морской воды дает больше питьевой воды и меньше соленых выбросов.

Статья из журнала Scientific American.

Более трети стран мира уже страдает от нехватки питьевой воды – ожидается, что к 2025 году эта цифра вырастет до 50 процентов. Опреснение морской воды может помочь прибрежным общинам решить проблему местного дефицита, хотя этот процесс является дорогостоящим, а остатки рассола сбрасываются обратно в воду. океан имеет экологические последствия. Теперь новая система обещает производить больше питьевой воды с меньшим количеством соленых стоков.

Камалеш Сиркар, заслуженный профессор химического машиностроения Технологического института Нью-Джерси (NJIT), говорит, что он разработал систему мембранной дистилляции с прямым контактом (DCMD), которая может эффективно отжимать питьевую воду из рассола с концентрацией соли до 20 процентов. (Примерно через 25 процентов соль выпадает в осадок из раствора в системе мембранной дистилляции и может повредить мембраны, насосы, трубопроводы и другие компоненты, говорит Сиркар.)

Обычная морская вода имеет концентрацию соли около 3,5 процентов, а это означает, что новая система может перерабатывать одну и ту же морскую воду несколько раз. «Больше воды можно получить с меньшими остатками», — говорит Сиркар.

В системе Сиркара нагретая морская вода течет через мембрану, нанизанную серией полых трубок, сделанных из пористого, но гидрофобного волокна, а это означает, что осмотически переносится только водяной пар. Холодная дистиллированная вода проходит через каждую из трубок в направлении, перпендикулярном направлению морской воды. Разница температур между нагретой морской водой и холодной дистиллированной водой приводит к образованию пара на трубках. Этот пар диффундирует через поры и снова конденсируется внутри трубок, присоединяясь к потоку холодной дистиллированной воды. Соль не может проникнуть в трубки и уносится; с каждым циклом отбирается больше пресной воды, оставляя после себя более концентрированный рассол.

По его словам, недавно запатентованная система Sirkar может подавать около 80 литров питьевой воды на 100 литров морской воды. По словам Сиркара, аналогичная система обратного осмоса, которая использует давление для пропускания морской воды через мембрану, фильтрующую соль, могла бы восстановить 41 литр из того же количества соленой воды.

К преимуществам мембранной дистилляции относится ее способность производить питьевую воду с очень низкой минерализацией. Кроме того, морскую воду можно дистиллировать при различных температурах — от 30 до 100 градусов по Цельсию, — что снижает количество тепла, обычно необходимое для опреснения, и экономит энергию, говорит Сиркар. Длительное использование может снизить эффективность типичной мембраны, но Сиркар говорит, что в его систему добавлен ультратонкий слой высокопористого силикон-фторполимерного покрытия для продления срока службы мембраны. Фторполимер — полимер, содержащий атомы фтора — обладает высокой устойчивостью к растворителям, кислотам и основаниям, содержащимся в океанской воде. Что касается воздействия опреснения на окружающую среду, Сиркар говорит, что сброс концентрированного рассола обратно в море создает «минимальное» нарушение морской жизни. Он добавляет: «Морская вода представляет собой очень большой объем с достаточной турбулентностью, чтобы очень быстро разбавить [рассол]».

Это не значит, что мембранная дистилляция проходит без проблем. Требуется устойчивый и недорогой источник тепла, чтобы предотвратить выравнивание температур воды по обе стороны мембраны, что могло бы затруднить процесс испарения/конденсации. Чтобы DCMD был практичным, он должен быть более простым в использовании, более экономичным и способным использовать преимущества доступных источников тепла, включая отходящее тепло, вырабатываемое такими местами, как береговые заводы и морские буровые работы, говорит Сиркар.

Хотя мембраны становятся все лучше, обратный осмос становится все более распространенным и используется на опреснительных установках с конца 1960-х годов. Недавние усовершенствования в технологии обратного осмоса, в том числе более эффективные мембраны из углеродных нанотрубок и устройства рекуперации энергии, которые повышают производительность при одновременном сокращении энергопотребления и затрат, сделали его возможным даже для небольших населенных пунктов, таких как Сэнд-Сити, Калифорния, США. на полуострове Монтерей с населением менее 350 человек.